無(wú)人機在海事管理中的應用分析論文
無(wú)人機作為一種現代化遙控飛行器，技術(shù)逐漸成熟，已經(jīng)在軍事、民用領(lǐng)域廣泛應用。由于無(wú)人機具有靈活機動(dòng)、時(shí)效性高、成本低、損耗低、風(fēng)險低、監測能力強以及覆蓋面廣等特點(diǎn)，非常適合于水上安全監管業(yè)務(wù)。目前，天津海事局、廣東海事局以及長(cháng)江海事局等先后進(jìn)行了多項無(wú)人機海事應用的課題和空中巡航監測的嘗試，國內還先后利用無(wú)人機參與海上溢油事故監測。應用實(shí)例表明，海事系統配置無(wú)人機與巡邏船、VTS, AIS, LRIT等監管系統有效結合，可促進(jìn)以“全方位覆蓋、全天候運行、全過(guò)程監控”為特征的安全監管體系建設，全面提升海事依法行政和為公共服務(wù)的能力和水平。
一、無(wú)人機概念及系統組成
無(wú)人機(unmanned aerial vehicle，簡(jiǎn)稱(chēng)UAV)是一種由無(wú)線(xiàn)遙控設備或由程序控制操縱的無(wú)人駕駛飛行器。具體而言，它是動(dòng)力驅動(dòng)，能夠通過(guò)無(wú)線(xiàn)電地面遙控飛行和(或)自主飛行，可重復使用。它與有人機的區別首先是無(wú)人駕駛，飛行過(guò)程由電子設備控制自動(dòng)進(jìn)行，飛機上無(wú)需安裝任何與飛行員有關(guān)的設備，可以有效地節省和利用空間裝載應用設備以完成賦予它的各種任務(wù)。
無(wú)人機系統主要包括飛機機體、飛控系統、數據鏈系統、發(fā)射回收系統、任務(wù)設備等。飛控系統又稱(chēng)為飛行管理與控制系統，相當于無(wú)人機系統的“心臟”部分，對無(wú)人機的穩定性、數據傳輸的可靠性、精確度、實(shí)時(shí)性等都有重要影響，對其飛行性能起決定性的作用。數據鏈系統可以保證對遙控指令的準確傳輸，以及無(wú)人機接收、發(fā)送信息的實(shí)時(shí)性和可靠性，以保證信息反饋的及時(shí)有效性和順利準確的完成任務(wù)。發(fā)射回收系統保證無(wú)人機順利升空，以達到安全的高度和速度飛行，并在執行完任務(wù)后從天空安全回落到地面。任務(wù)設備是無(wú)人機執行相應任務(wù)時(shí)搭載的設備。無(wú)人機與有人駕駛飛機的最大區別是，單純依靠無(wú)人機本身是不能完成任何任務(wù)的，它需要一套嚴密的控制系統和根據任務(wù)需要搭載的應用設備，所以無(wú)人機也稱(chēng)為無(wú)人機系統。
二、無(wú)人機可應用于海事監管的業(yè)務(wù)領(lǐng)域
無(wú)人機可應用于海上巡邏執法、調查取證和應急反應、海上搜尋和救助，海上船舶溢油、排污監視、航標巡檢、航道測量等海事監管業(yè)務(wù)領(lǐng)域。
1海上巡邏執法、調查取證和應急反應
目前海上船舶大型化、快速化趨勢已經(jīng)十分明顯，高速船和大型集裝箱船舶的航速已超過(guò)28 km，但海事系統現有巡邏船大部分不能達到此航速。同時(shí)，受巡邏船客觀(guān)條件的限制，利用巡邏船開(kāi)展巡航存在視程短、反應慢，難以把握整體態(tài)勢，對違法船舶無(wú)法進(jìn)行持續有效跟蹤，對一些違章行為無(wú)法繼續取證和處理等問(wèn)題。而無(wú)人飛機高速、高效優(yōu)勢可以有效地彌補執法艦船速度方面的不足。尤其是在調查取證和應急反應方面，通過(guò)使用無(wú)人飛機，可以保證反應的快速性和調查的及時(shí)性，防止肇事船舶逃逸，利用機載的攝像、攝影設備還可記錄和保存證據，便于調查處理。
2.海上搜尋與救助
一般海上救助常利用飛機或無(wú)人機快速到達現場(chǎng)，并在目標區上空低速飛行進(jìn)行搜索�？赏ㄟ^(guò)機載光制冷紅外吊艙對有生目標進(jìn)行探測，避免了由于人工搜救的不確定性而導致遺漏。光電吊艙的制冷紅外傳感器可對視野范圍內的有生目標和沒(méi)有溫度的物體進(jìn)行顏色區分，地面站工作人員通過(guò)辨識，為救助直升機、艦船指示目標，指揮救助直升機、救助船舶和過(guò)往船舶協(xié)同實(shí)施救助。并且無(wú)人機能抗8級大風(fēng)，能到達許多人員和船只無(wú)法抵達的危險區域，可以把高清視頻和照片實(shí)時(shí)傳送至監控中心，為有關(guān)部門(mén)快速處理提供信息保障，利用無(wú)人直升機可以大大提高救助成功率。
3.海上船舶溢油、排污監視和應急行動(dòng)
海洋環(huán)境保護是當今海洋國家最關(guān)心的主題之一。隨著(zhù)海上石油運輸量逐年增加，油船趨向大型化，海上船舶溢油風(fēng)險也不斷增加。統計表明，石油是海洋最大的污染源，每年排入海水中的石油有42%是石油運輸過(guò)程中造成的。為此，各海洋國家紛紛制定溢油應急計劃，國際海事組織也通過(guò)了相應的決議。隨著(zhù)中國石油進(jìn)口量的增加和海洋石油開(kāi)采力度不斷加大，對于海洋溢油的實(shí)時(shí)監測工作顯得尤為重要。海上溢油發(fā)生后的最初幾小時(shí)是防止污染擴散及其危害的最佳時(shí)機，利用無(wú)人機對重要航線(xiàn)、石油開(kāi)采重要海域進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，一旦發(fā)生原油泄漏，借助機載的多光譜成像雷達對海面進(jìn)行巡查，專(zhuān)用多光譜成像雷達更可在夜間進(jìn)行溢油監測。同時(shí)，對于逐漸隱蔽化的夜間排污作業(yè)行為，無(wú)人直升機搭載多光譜成像雷達能夠通過(guò)違法排污船只排放物體的.溫度、色值等信息確定排污行為。
4.航標的巡檢
航標是航海保障的主要手段，中國沿海有許多重要的燈塔、燈樁位于孤島之上，點(diǎn)多、線(xiàn)長(cháng)、分散，交通不便，補給、維護十分困難。利用無(wú)人飛機上的任務(wù)設備，實(shí)現航標的快速巡檢，及時(shí)有效地報告航標工作狀態(tài)情況，避免無(wú)目的巡檢，可以有效提高航標正常率水平。
5.海區航道測量
利用航空攝影拍攝地面、水面，獲取圖像信息，經(jīng)加工、處理和分析以提取被測對象的空間位置和有關(guān)信息的方法，已得到廣泛應用，特別是全數字攝影測量方法的應用，使無(wú)人飛機進(jìn)行航空攝影也完全能夠滿(mǎn)足航空測量的要求。
三、無(wú)人機在國內外海事中的應用情況
近年來(lái)，隨著(zhù)無(wú)人機技術(shù)的不斷進(jìn)步，無(wú)人機的安全性與可靠性逐步提高，加之無(wú)人機具有重量輕、尺寸小、費用低、反應快等多項優(yōu)勢，其應用于軍事和民用的領(lǐng)域已經(jīng)越來(lái)越廣闊，美、日等發(fā)達國家將無(wú)人機應用于海事監管的力度也在不斷加大。
美國是無(wú)人機技術(shù)最先進(jìn)的國家，其民用無(wú)人機也最為廣泛。美國海岸警備隊擁有各類(lèi)飛機超過(guò)200架，其中固定翼飛機73架，直升機136架。但由于美國海岸線(xiàn)漫長(cháng)，其空中巡邏能力仍要繼續加強。2001年初，美國海岸警衛隊簽署了一份采購合同，合同計劃采購包括貝爾公司的“鷹眼”和“火力偵察兵”兩種機型在內的76架無(wú)人機，采購數量首次超越有人機數量(固定翼35架，直升機34架)，目前，“鷹眼”無(wú)人機已經(jīng)列編。另外，美國還使用MQ9“收割者”無(wú)人機應對給全球航運線(xiàn)路造成威脅的索馬里海盜等。
日本是當今全球最大的無(wú)人飛行器使用國之一，其應用主要集中在民用領(lǐng)域。在民用領(lǐng)域內，其無(wú)人飛行器廣泛應用于農業(yè)生產(chǎn)等部門(mén)。近年來(lái)，為應對與中國的海上糾紛，日本已開(kāi)始使用無(wú)人機進(jìn)行海上監視，并計劃研究新型無(wú)人偵察機加強海上警戒監視能力。
代表歐洲最高水平的奧地利S-100無(wú)人機，是多功能通用自主型無(wú)人機系統，軍用和民用領(lǐng)域應用廣泛，相繼被多個(gè)國家采用，目前已在巴基斯坦、西班牙和印度等國家的海事機構服役。
另外，韓國、菲律賓以及歐洲很多國家的海岸警衛隊也對無(wú)人機的應用提出了不同數量的要求。
四、無(wú)人機在中國海事監管中的應用情況
經(jīng)過(guò)怕多年的發(fā)展，中國已逐步掌握了無(wú)人機制造的關(guān)鍵技術(shù)，所投放的產(chǎn)品也比較成熟。隨著(zhù)試驗性小范圍應用經(jīng)驗的不斷積累，無(wú)人機在航空攝影、農業(yè)作業(yè)、電力巡線(xiàn)、森林防火等民用領(lǐng)域已經(jīng)廣泛應用，并且取得了令人矚目的成績(jì)，但在水上安全監管應用方面相對較少。
交通運輸部一直在研究和探索無(wú)人機海事應用，已進(jìn)行多種應用測試，并開(kāi)展了試點(diǎn)應用。天津海事局、廣東海事局、長(cháng)江海事局等先后進(jìn)行了多項無(wú)人機海事應用的課題和空中巡航監測的嘗試。例如，天津海事局租用固定翼無(wú)人機對轄區海域進(jìn)行航空監測的試點(diǎn)工作，成立了無(wú)人機監控小組，與無(wú)人機技術(shù)公司緊密合作，探索無(wú)人機空中巡航模式。目前，利用無(wú)人機開(kāi)展空中巡航的頻率可達每周1-2次，共設計有3條主要航線(xiàn)，監視范圍為天津海事局轄區1. 6萬(wàn)平方公里海域，基本覆蓋了轄區主航道、錨地以及海上石油平臺等重點(diǎn)海域。
五、無(wú)人機應用于海事監管需要解決的問(wèn)題
1做好海事無(wú)人機配置的頂層設計框架
目前無(wú)人機海事應用的條件已基本成熟，但考慮到無(wú)人機屬于高科技產(chǎn)品，初步應用于海事系統要慎重，不應盲目全面建設，而應由局部試點(diǎn)轉向全面推進(jìn)，循序漸進(jìn);同時(shí)，還要從無(wú)人直升機起飛重量、任務(wù)載荷、巡航速度、巡航時(shí)間等無(wú)人直升機平臺單項技術(shù)指標和飛行綜合性技術(shù)性能等方面，確定海事應用的無(wú)人機機型，以滿(mǎn)足海事監管需要。
2.制定海事無(wú)人機的吊艙設備技術(shù)標準
目前，無(wú)人機可加裝的機載任務(wù)設備主要有:機載光電吊艙、機載AIS、機載VHF、合成孔徑雷達、3D激光雷達、機載多光譜成像儀、機載VHF、位置識別信號裝置、光電EO、報警裝置、圖像傳輸設備等。而對于海事監管的具體業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō)，需要從吊艙傳感器類(lèi)型、穩定精度、探測距離、海事目標識別及跟蹤以及與無(wú)人機匹配聯(lián)調等方面，制定海事無(wú)人機任務(wù)載荷的技術(shù)標準，以便針對不同海事應用任務(wù)類(lèi)型，選擇不同的無(wú)人機平臺及其適配任務(wù)載荷。
3.妥善解決無(wú)人機的空域管制問(wèn)題
目前國內空域的管理還沒(méi)有放開(kāi)，無(wú)人機與有人機同樣面臨著(zhù)空管限制、不能隨時(shí)起飛的問(wèn)題。按照無(wú)人機相關(guān)政策及規定，為保障海事無(wú)人機的正常使用，需要向空軍航空管制部門(mén)和民航空中管制部門(mén)進(jìn)行申請相關(guān)手續。借鑒國內農業(yè)監測、電力巡線(xiàn)無(wú)人機飛行許可獲取程序，海事無(wú)人機巡航飛行需要完成兩方面的工作保證正常飛行，一是向民航局申請特許飛行證;二是針對飛行空域及航線(xiàn)，向所屬軍區空軍航空管制部門(mén)報備飛行計劃。
4.做好無(wú)人機系統人員配置及操控培訓
為了滿(mǎn)足無(wú)人機海事監管的需求，應有相應的操作與維護人員。因此，需進(jìn)行相關(guān)技術(shù)知識、設備的工作原理和技術(shù)性能、系統結構及配置、安裝調試、維護操作、系統配置操作及系統運行數據采集和分析等方面的培訓，使受訓人能熟練掌握系統軟硬件的日常操作管理和維護，并能對一般性故障進(jìn)行診斷、排除與恢復;能熟練使用所提供的各種工具;能對系統的運行數據進(jìn)行采集、分析和處理。最終，使受訓人員達到獨立承擔無(wú)人機飛行任務(wù)和正常維修保養無(wú)人機系統的能力。
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