作為(wei) 與(yu) 零售、金融並列的“商業(ye) 基礎設施”，阿裏巴巴的菜鳥網絡成立的四年間裏已經建構了一張數據化、智能化和社會(hui) 化的物流網絡幹絡，以支撐全社會(hui) 的商品配送需求。2017年，阿裏稱未來五年繼續加持1000億(yi) 投入，加大布局新零售與(yu) 物流全球化。再1000億(yi) 未來的背後，有哪些技術實踐能推助智慧物流發展，又值得我們(men) 關(guan) 注呢？

在近日舉(ju) 辦的菜鳥網絡2018技術論壇深圳站上，圍繞智慧物流背後的成長和關(guan) 鍵技術，來自菜鳥網絡的四名技術資深專(zhuan) 家與(yu) 兩(liang) 百餘(yu) 位開發者們(men) 深度分享了菜鳥網絡物流智能化、自動化、全球化的技術實踐與(yu) 架構演進。由於(yu) 完整篇幅有限，僅(jin) 以介紹關(guan) 鍵技術內(nei) 容為(wei) 主。

菜鳥智慧物流麵臨(lin) 了哪些技術挑戰與(yu) 機遇

菜鳥網絡國際物流部技術專(zhuan) 家唐韌從(cong) 全球物流格局與(yu) 機遇、菜鳥網絡業(ye) 務及技術全景、菜鳥所麵臨(lin) 的業(ye) 務挑戰以及用哪些技術去解決(jue) 問題、物流未來的技術前瞻等幾個(ge) 維度進行解析。

全球物流格局與(yu) 機遇

中國和美國是全球兩(liang) 大經濟體(ti) ，但國家的需求密度分布、人口分布差異導致了物流格局的區別。實際上，中國物流大而不強，其物流成本占到整個(ge) GDP的15%;符合現代物流要求倉(cang) 儲(chu) 標準隻占12%;由於(yu) 同質化競爭(zheng) 非常嚴(yan) 重，導致包裹單價(jia) 的逐年下降;全國2000多萬(wan) 台貨車的空駛率加重了環境的汙染;員工的留存率低，導致快遞服務質量參差不齊;物流企業(ye) 沒有數據互聯，信息孤島。

未來全球化的趨勢不可阻擋，阿裏巴巴鋪設了五個(ge) 全球戰略，全球買(mai) 、全球遊、全球賣、全球付以及最核心的全球運。馬雲(yun) 曾提出的EWTP概念——即全球電子貿易平台，在今年的WCO大會(hui) 上對其進行了升級，改為(wei) EWTTP。

菜鳥網絡目前覆蓋了全球224個(ge) 國家，從(cong) 2013年初創到至今的五年發展，雙十一訂單從(cong) 1.67億(yi) 突破了2017年8.12億(yi) 的跨越，且實現了電子訂單的在線化，快遞當日達和次日達，達到了全球通關(guan) 一體(ti) 化的平台。

菜鳥網絡有五大業(ye) 務板塊，一是打造端對端一體(ti) 化體(ti) 驗的快遞網絡，二是實現全局供應鏈的優(you) 化倉(cang) 配網絡，三是實現全球買(mai) 、全球賣的跨境網絡，四是實現消費者體(ti) 驗的末端網絡，五是方便農(nong) 村的巨大海量消費的農(nong) 村網絡。

業(ye) 務挑戰與(yu) 背後技術

菜鳥物流架構分為(wei) 三層，底層是實現全球物流最核心的物流基礎設施；中間層是基於(yu) 基礎設施搭建的智能倉(cang) 配網絡和配送網絡;最頂層是訂單全局優(you) 化引擎來實現倉(cang) 配協同。

菜鳥技術大圖

用戶的購買(mai) 選擇是基於(yu) 菜鳥網絡整合的資源、線路以及商品背後的物流屬性相連接，計算出商品服務的物流表達，從(cong) 而透射到電商的網站上。為(wei) 了讓大家最直觀的感觸整個(ge) 鏈路場景，下圖是一個(ge) 包裹出庫的最優(you) 決(jue) 策過程。

消費者選擇商品下單後會(hui) 進入菜鳥物流大腦，首先是決(jue) 策層——基於(yu) 商品的大小、重量、離消費者的路徑調動智能路由，它會(hui) 獲取相關(guan) 的履行路由的路徑和線路。拿到線路後可能有很多的侯選集;然後接著是對旅行成本的決(jue) 策，即基於(yu) 時效、成本的綜合決(jue) 策來選擇最終的調度;最後通過所謂的link平台來調度物流資源的服務商，對整個(ge) 包裹進行旅行。最終，再把所有的旅行完之後的數據沉澱下來，輸入供應鏈管理的平台，來實現對商家需求能力的計劃以及供給計劃的優(you) 化，從(cong) 而讓商家能夠更好的進行銷量的預測，讓它的倉(cang) 儲(chu) 選擇、品類規劃能夠做更好的優(you) 化，比如把商品推送到離消費者最近的倉(cang) 。

電商交易平台

菜鳥網絡在2015年推出了電子麵單，麵單的左側(ce) 連接著物流合作夥(huo) 伴，右側(ce) 連接著商家ERP係統，提供了統一的標準將包裹實現了在線。目前物流的核心環節叫倉(cang) 配。在倉(cang) 配供應鏈的智能規劃平台裏，實現了智能選倉(cang) 、智能分倉(cang) 、智能預測，從(cong) 而給商家提供完全無縫連接的智能補貨能力，以及倉(cang) 儲(chu) 內(nei) 部的智能入庫、智能上架，實現分揀和調撥的有序。

全球化的發展越來越快，國內(nei) 講究深度，即精細化的物流提升，而國際講究廣度它包括三個(ge) 平台，全球倉(cang) 儲(chu) 平台、全球配送平台、全球通關(guan) 平台。菜鳥技術平台架構分為(wei) 四大域，最底層是三方域；上一層是平台域，包括電商平台、統一物流集成平台、數據平台；再往上是業(ye) 務雲(yun) ，即菜鳥整個(ge) 智慧物流的形成核心；最上層是客戶域，包括消費者、商家、物流商。應用視覺下的基礎架構體(ti) 係從(cong) 下到上是整個(ge) 運用的周期，底層是基於(yu) 物流雲(yun) 和阿裏塔內(nei) 高密度的混合雲(yun) ，實現隨用隨彈;中間層是通過調度決(jue) 策、成本分析實現能力和計算能力需求的彈性；最上層是應用、托管、編譯、運行等環境。

未來的指揮物流前瞻

未來5年是智慧物流加速期，將致力於(yu) 實現可擴展的自動化，實現物流平台的連接，人工智能和大數據算法是物流智能化的基礎，最終未來物流的大前景是會(hui) 實現通過係統鏈路以及工業(ye) 級IOT的連接，實現整體(ti) 的柔性自動化。

物流無人技術應用與(yu) 探討

菜鳥網絡資深技術專(zhuan) 家哥德在他的演講中為(wei) 大家重點介紹了菜鳥的一款智能配送機器人——菜鳥小G背後的技術實現和創新，以及菜鳥ET實驗室對物流無人技術的展望。

如果把包裹定義(yi) 為(wei) 物理空間上任意一個(ge) 物理的移動，那麽(me) 包裹是無處不在。按照馬雲(yun) 的預測，估計在2025年其包裹量一天將達到10億(yi) 件。麵對包裹配送量激增的挑戰，菜鳥以求以末端配送機器人去應對相應的配送人員不足、人力耗費等情況。2017年，菜鳥發布了兩(liang) 款菜鳥小G，第一個(ge) 是菜鳥小G2代，將其定義(yi) 為(wei) 園區範圍內(nei) 去進行配送;第二個(ge) 是小G Plus，將其定義(yi) 為(wei) 開放街道環境中做配送，強調性能、展貨量和速度。

菜鳥小G係統架構

菜鳥小G的係統架構包括：傳(chuan) 感器，即眼睛、耳朵；計算單位，即大腦；執行機構，即手腳。

菜鳥小G係統架構

所有的傳(chuan) 感器都有適合的場景和不適合的場景，對於(yu) 特殊的材質將選用超聲額外的傳(chuan) 感器進行感知;所有的傳(chuan) 感器的數據會(hui) 輸入計算模塊，其計算模塊有：一是高精度地圖，對靜態場景的識別和處理；二是定位，處理結構化場景的識別。而識別部分更關(guan) 心動態障礙物的檢測、跟蹤、預測，包括分割等等。

關(guan) 於(yu) 3D Lidar slam，Slam算法非常注重回環優(you) 化的問題，但Slam算法永遠不可能處理非常龐大的場景，需要借助地圖拚接的技術，小塊構建不同Slam的3D點雲(yun) ，進行無縫拚接。關(guan) 於(yu) 3D Visual Slam，它是基於(yu) 攝像機做的Slam室內(nei) 項目，其視覺對整個(ge) 特征、紋理、環境有很高的要求。Slam技術的難點是需要同時做定位和構建地圖，即聯合優(you) 化問題。

機器人運行過程中需要實時監測可以運行的地點，感知交通標誌線、倒影、遠處的光斑、看不到裏麵的紋理等，並進行預測。

菜鳥小G現狀與(yu) 物流無人技術展望

自動化方麵包括結構化環境和非結構化環境，菜鳥小G處理非結構化環境，對每一個(ge) 單個(ge) 機器人來說，它比結構化環境要難，因為(wei) 相比結構化環境中，其碰到的技術挑戰是不同的。

關(guan) 於(yu) 菜鳥小G跑在街上被人抱走的疑問。首先，機器人後台有非常完備的監控措施，其所有傳(chuan) 感器都有完備的監控;其次，機器人在地圖上有實時跟蹤的定位。最後，視頻監控。而關(guan) 於(yu) 機器人或者無人駕駛有三個(ge) 要素：一是Scalability，這取決(jue) 於(yu) 規模大小，不同的規模有不一樣的概念；二是Robustness；三是Adaptive，自適應性。在中小規模、靜態化的、相對單一的環境裏，問題已經解決(jue) 得相對比較好；但超大規模、動態的、異構化的環境裏麵問題的解決(jue) ，其挑戰非常巨大。

機器人的技術比無人駕駛更難。無人駕駛在結構化環境跑，其要解決(jue) 的問題僅(jin) 僅(jin) 是相對決(jue) 策和選擇有限，此外，很少會(hui) 麵臨(lin) 人為(wei) 阻攔的問題，但末端機器人卻不一定。相對於(yu) 街道的配送服務，學校的配送更加困難。首先，複雜在於(yu) 人車不分流，沒有機動車道和非機動車道的概念；第二，十字路口沒有紅綠燈，沒有紅燈停、綠燈行的概念；第三，不需要考慮逆行的事情。而在街道中，會(hui) 自行檢測紅綠燈信號燈情況，進行選擇是否穿過馬路，進行提供最基礎的配送服務。

未來除了對末端機器人做商業(ye) 化的探索和末端場景之外，菜鳥還會(hui) 對卡車高速公路配送技術進行拓展性研究。而對終局的判斷，菜鳥ET實驗室預測，未來10億(yi) 級包裹的配送中可能有超過50%以上的包裹將由智能配送機器人完成。

物流自動化創新應用和技術實踐

接下來的演講中，菜鳥網絡資深專(zhuan) 家元享就為(wei) 大家分享了菜鳥在物流自動化方麵的創新研究和應用，以及實現物流自動化的技術體(ti) 係、技術難點和相對應的解決(jue) 方案。

人工智能技術給物流帶來了新的自動化機會(hui) ，同時，物流的快速發展也反過來給人工智能技術帶來了新的藍海。在新的物流、電商時代，也出現了該行業(ye) 尚未出現過的特點，一是促銷多、訂單量起伏大；二是發展迅速，擴展性要求高；三是定製化需求多；四是網絡結構變化快。所以新的物流智能時代，柔性自動化是關(guan) 鍵。

柔性自動化特點有：一是拓展性強，魯棒性強；二是模塊化設計，易部署和搬遷；三是便於(yu) 根據業(ye) 務的變化迭代作業(ye) 流程；四，最重要的技術是多智能體(ti) 之間的感知和協同，因為(wei) 時效性;五是在全鏈路大部分自動化的情況下，作業(ye) 的可預測性加強。

柔性自動化的存在多項關(guan) 鍵技術：首先它屬於(yu) 軟硬結合的技術，需要端到端的設計和優(you) 化；其次，涉及IoT和邊緣計算技術，因為(wei) 每個(ge) 機器人有自己的傳(chuan) 感器，便於(yu) 對數據做收集、分析及預測;然後，機器人技術有三個(ge) 重要的方麵，感知、計劃、實施;最後，還會(hui) 涉及大規模多智能體(ti) 規劃和調度技術進行優(you) 化。

全鏈路柔性自動化中從(cong) 上遊到下遊的總體(ti) 流程自動化，上下遊的數據打通和協同是關(guan) 鍵。自動化係統架構分成X層，底層是倉(cang) 庫裏的各種設備，包括立體(ti) 庫、輸送線、AGV、分揀機等等；再上層是統一的設備管理係統，管理整個(ge) 設備要做的任務和要做好的調度；更上層是自動化的WAS係統，管理指令、組裝成支持業(ye) 務。菜鳥網絡自動化係統架構如下圖所示。

菜鳥網絡自動化技術架構

菜鳥自動化創新技術實踐

首先是機械臂。機械臂的主要作用是運用於(yu) 抓取包裹，包括碼垛、拆垛和揀選。它最核心內(nei) 容是感知、規劃和執行。感知主要是3D視覺，基於(yu) 3D視覺，利用魯棒算法將包裹分開，對包裹進行圖象分割，找到最佳抓取點。

二是揀選AGV。它主要運用場景是拆領訂單的揀選，它有兩(liang) 個(ge) 模式，貨到人模式與(yu) 車到人模式。貨到人揀選AGV主要進行資源分配優(you) 化問題，要最小化揀選站的等待時間。 資源分配問題的求解方法有兩(liang) 種：中央規劃和分布式競價(jia) 。中央規劃一般是用方程和模型來描述整個(ge) 係統，找到最優(you) 的資源分配的描述，即MIP。分布式競價(jia) 是把整個(ge) 分配資源過程中每個(ge) 參與(yu) 者當成一個(ge) Agent，通過競價(jia) 的方式去搶這個(ge) 任務。對於(yu) 非常複雜的環境且上下遊非常緊密的情況下，分布式競價(jia) 會(hui) 更好。車到人揀選AGV適合銷量較高的商品，算法目標一般是人效率的最大化，訂單完成時間的最短化以及AGV效率的最高化。

多智能體(ti) 路徑規劃問題

如上圖所示，在多智能體(ti) 路徑規劃問題中，每個(ge) 機器人規劃的路徑要互不衝(chong) 突，進行全局路徑規劃。在傳(chuan) 統的啟發式算法裏，阿爾法狗的首席工程師發明的Cooperative A*是隨機的讓AGV有順序，互相之間可以躲避。或者是WHCA算法，讓每一個(ge) 機器人規劃自己路徑的時候隻看前W步。還包括全局搜索算法，比如A*算法是試圖讓每一個(ge) 機器人的行動組合都做一個(ge) 規劃。在非勻速網絡中，在真實物理環境下，機器人的移動無法用勻速運動近似，它麵臨(lin) 著兩(liang) 個(ge) 挑戰，一是經過同一個(ge) 點的速度不相同，經過同一條邊所需時間不相同；二是時間表達從(cong) 離散時間片變為(wei) 連續時間。

多智能體(ti) 路徑規劃問題2

最後，元享還為(wei) 大家總結了柔性自動化技術所麵臨(lin) 的多項挑戰：一是IoT的技術和端計算，需要高效的技術采集和處理的係統;二是機器視覺，包裹識別和跟蹤、抓取點的識別、物體(ti) 的分割;三是單個(ge) 機器人的運動規劃要可控;四是大規模的資源分配問題;五是多智能體(ti) 調度、路徑規劃問題以及環境、流程設計、交通控製、避障相關(guan) 的技術;在新的物流時代，柔性自動化一定是未來重要的發展方向，新的人工智能技術肯定能讓物流行業(ye) 產(chan) 生一個(ge) 新的變革。

全球物流一體(ti) 化平台下的技術架構與(yu) 實踐

菜鳥國際物流技術部高級技術專(zhuan) 家虛懷分享的是菜鳥全球物流一體(ti) 化平台下的技術架構與(yu) 實踐。

在全球化、全球買(mai) 、全球賣和新零售的業(ye) 務戰略下，各個(ge) 階段的全球物流業(ye) 務快速發展，菜鳥網絡技術架構正麵臨(lin) 著這四個(ge) 挑戰與(yu) 困難：一是係統架構如何靈活的支持整個(ge) 業(ye) 務的快速發展；二是如何組織全球服務商的物流能力打造可靈活複用物流網絡；三是國際化架構和部署的方案;四是菜鳥各物流服務商網絡如何更高效互聯互通。

因此，從(cong) 2013年到現在，菜鳥技術架構的經曆了三個(ge) 不同階段的演進：1.0階段是煙囪式垂直簡單協同模式；2.0階段是平台的多段精細化協同模式；3.0是未來國際化、全球化、區域化的協同模式。

1.0階段目標或者業(ye) 務需求很簡單，通過C1、C2兩(liang) 個(ge) 合作夥(huo) 伴的運輸方式將包裹從(cong) A點賣家送至B點買(mai) 家。但這模式存在三個(ge) 問題，重複建設、對外接口不統一、運維成本高。

1.0的係統架構

2.0階段即平台化多段精細化協同模式。這個(ge) 階段的技術的命題是，將不同業(ye) 務包裹，選取C(x)、C(y)、C(z)，不同的路徑從(cong) A點送到B，並達到方案最優(you) ，因此需要搭建整個(ge) 平台化的架構方案來支持靈活的協同調度的引擎，並達到方案最優(you) 。

2.0平台化係統架構圖

如上圖所示，各核心平台需關(guan) 注的重點包括：1.路由平台。路由平台的職責是通過智能算法優(you) 選來識別網絡路徑的最優(you) 解；2.履行平台。在計劃計算出來之後，履行平台進行調度；3.可視化營運管理平台。通過核心領域模型的抽象，將它抽象到係統裏，過可視化的營運平台連接(串聯)，提供路由平台和履行平台使用。全球履約監控係統的職責是讓整個(ge) 包裹從(cong) 端到端時效更高，更穩定，成本更低，它必須細化到每筆訂單的狀態和履約的情況，並且做到實時報警，並進行回饋機製。為(wei) 進行整體(ti) 的平台化，需考慮：一是按照問題域拆分整個(ge) 應用，不同的域使用不同的架構和係統解決(jue) 問題；二是對問題進行建模；三是統一對外交互標準;四是建設好周邊的配套體(ti) 係。

關(guan) 於(yu) 服務化和平台化。服務化按域將一個(ge) 應用拆成多個(ge) 應用，解決(jue) 的是功能耦合的問題。例如，接單域，表達域，結算域等；平台化按業(ye) 務將一個(ge) 應用的代碼拆成多塊，解決(jue) 的是業(ye) 務耦合的問題。例如，速賣通業(ye) 務，天貓國際業(ye) 務，淘海外業(ye) 務等；一般情況下，先實施服務化，再實施平台化。

平台與(yu) 業(ye) 務解耦的技術，其解耦目標是平台不依賴業(ye) 務代碼，但要調用業(ye) 務代碼;核心思想是穩定的中介，平台和業(ye) 務通過第三方中介進行交互。第三方中介在業(ye) 務裏隻需要實現擴展點、功能點即可。

3.0全球區域化協同的模式，其架構目標是A和B兩(liang) 種業(ye) 務相互複用對方的物流網絡和能力。而采用技術開啟新市場之時需要考慮代碼的複用還是代碼的再次擴展開發。市場國際化需從(cong) 這幾方麵考慮問題： 1、區域化的業(ye) 務特點，因地製宜，注重解決(jue) 物流的問題；2、應用依賴的解耦，如何進行部署；3、國際化基礎套件，不同的組件同時具備國際化的能力；4、海外部署架構方案的升級，其包括應用部署、中間件部署，以及基礎支撐。

國際化部署方案：應用部署分級

虛懷在現場以Lazada的國際化部署為(wei) 案例講解了以下方麵的考慮：1、業(ye) 務的拓展分布；2、網絡時延的考慮；3、應用部署升級。為(wei) 提升時延、保證吞吐量而構建的全球數據集成網絡有兩(liang) 個(ge) 思路：1、要去中心化。2、就近接入。全球數據集成網絡解決(jue) 方案有三層，第一層布站，搭建全球的網絡，第二層基於(yu) 站點構建數據集成雲(yun) 產(chan) 品，第三層基於(yu) 混合雲(yun) 架構，搭建全球站點網絡，接入對應端。

菜鳥混合雲(yun) 架構圖主要的思想就是通過多國化，打好基礎架構，對應用端和運維體(ti) 係，而數據能夠通過專(zhuan) 線進行跨機房同步使用。

菜鳥技術未來的挑戰

菜鳥技術未來要麵臨(lin) 複雜、多樣的場景，因此需要解決(jue) 全球組網的協同，包括國際化本對本的業(ye) 務，需要有效進行組織，進行抽象建模、設計；同時還要麵臨(lin) 全局的智慧大腦，以達到最優(you) ；此外，菜鳥還計劃對海量數據進行處理以挖掘和分析數據，為(wei) 業(ye) 務賦能，以及在終端係統建設的深度上，結合海關(guan) 係統進行整個(ge) 調度和壓測。簡單來說，要有廣度，又有深度，才能同時把菜鳥的快遞、倉(cang) 配、跨境、末端、農(nong) 村這複雜的業(ye) 務場景解決(jue) 好，實現全球24小時、全球72小時必達的目標。