無人機在海事管理中的應(yīng)用分析論文
無人機作為一種現(xiàn)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(yīng)用。由于無人機具有靈活機動、時效性高、成本低、損耗低、風(fēng)險低、監(jiān)測能力強以及覆蓋面廣等特點，非常適合于水上安全監(jiān)管業(yè)務(wù)。目前，天津海事局、廣東海事局以及長江海事局等先后進行了多項無人機海事應(yīng)用的課題和空中巡航監(jiān)測的嘗試，國內(nèi)還先后利用無人機參與海上溢油事故監(jiān)測。應(yīng)用實例表明，海事系統(tǒng)配置無人機與巡邏船、VTS, AIS, LRIT等監(jiān)管系統(tǒng)有效結(jié)合，可促進以“全方位覆蓋、全天候運行、全過程監(jiān)控”為特征的安全監(jiān)管體系建設(shè)，全面提升海事依法行政和為公共服務(wù)的能力和水平。
一、無人機概念及系統(tǒng)組成
無人機(unmanned aerial vehicle，簡稱UAV)是一種由無線遙控設(shè)備或由程序控制操縱的無人駕駛飛行器。具體而言，它是動力驅(qū)動，能夠通過無線電地面遙控飛行和(或)自主飛行，可重復(fù)使用。它與有人機的區(qū)別首先是無人駕駛，飛行過程由電子設(shè)備控制自動進行，飛機上無需安裝任何與飛行員有關(guān)的設(shè)備，可以有效地節(jié)省和利用空間裝載應(yīng)用設(shè)備以完成賦予它的各種任務(wù)。
無人機系統(tǒng)主要包括飛機機體、飛控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)、發(fā)射回收系統(tǒng)、任務(wù)設(shè)備等。飛控系統(tǒng)又稱為飛行管理與控制系統(tǒng)，相當(dāng)于無人機系統(tǒng)的“心臟”部分，對無人機的穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴⒕_度、實時性等都有重要影響，對其飛行性能起決定性的作用。數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)可以保證對遙控指令的準(zhǔn)確傳輸，以及無人機接收、發(fā)送信息的實時性和可靠性，以保證信息反饋的及時有效性和順利準(zhǔn)確的完成任務(wù)。發(fā)射回收系統(tǒng)保證無人機順利升空，以達到安全的高度和速度飛行，并在執(zhí)行完任務(wù)后從天空安全回落到地面。任務(wù)設(shè)備是無人機執(zhí)行相應(yīng)任務(wù)時搭載的設(shè)備。無人機與有人駕駛飛機的最大區(qū)別是，單純依靠無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(tǒng)和根據(jù)任務(wù)需要搭載的應(yīng)用設(shè)備，所以無人機也稱為無人機系統(tǒng)。
二、無人機可應(yīng)用于海事監(jiān)管的業(yè)務(wù)領(lǐng)域
無人機可應(yīng)用于海上巡邏執(zhí)法、調(diào)查取證和應(yīng)急反應(yīng)、海上搜尋和救助，海上船舶溢油、排污監(jiān)視、航標(biāo)巡檢、航道測量等海事監(jiān)管業(yè)務(wù)領(lǐng)域。
1海上巡邏執(zhí)法、調(diào)查取證和應(yīng)急反應(yīng)
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28 km，但海事系統(tǒng)現(xiàn)有巡邏船大部分不能達到此航速。同時，受巡邏船客觀條件的限制，利用巡邏船開展巡航存在視程短、反應(yīng)慢，難以把握整體態(tài)勢，對違法船舶無法進行持續(xù)有效跟蹤，對一些違章行為無法繼續(xù)取證和處理等問題。而無人飛機高速、高效優(yōu)勢可以有效地彌補執(zhí)法艦船速度方面的不足。尤其是在調(diào)查取證和應(yīng)急反應(yīng)方面，通過使用無人飛機，可以保證反應(yīng)的快速性和調(diào)查的及時性，防止肇事船舶逃逸，利用機載的攝像、攝影設(shè)備還可記錄和保存證據(jù)，便于調(diào)查處理。
2.海上搜尋與救助
一般海上救助常利用飛機或無人機快速到達現(xiàn)場，并在目標(biāo)區(qū)上空低速飛行進行搜索。可通過機載光制冷紅外吊艙對有生目標(biāo)進行探測，避免了由于人工搜救的不確定性而導(dǎo)致遺漏。光電吊艙的制冷紅外傳感器可對視野范圍內(nèi)的有生目標(biāo)和沒有溫度的物體進行顏色區(qū)分，地面站工作人員通過辨識，為救助直升機、艦船指示目標(biāo)，指揮救助直升機、救助船舶和過往船舶協(xié)同實施救助。并且無人機能抗8級大風(fēng)，能到達許多人員和船只無法抵達的危險區(qū)域，可以把高清視頻和照片實時傳送至監(jiān)控中心，為有關(guān)部門快速處理提供信息保障，利用無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(jiān)視和應(yīng)急行動
海洋環(huán)境保護是當(dāng)今海洋國家最關(guān)心的主題之一。隨著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(tǒng)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%是石油運輸過程中造成的。為此，各海洋國家紛紛制定溢油應(yīng)急計劃，國際海事組織也通過了相應(yīng)的決議。隨著中國石油進口量的增加和海洋石油開采力度不斷加大，對于海洋溢油的實時監(jiān)測工作顯得尤為重要。海上溢油發(fā)生后的最初幾小時是防止污染擴散及其危害的最佳時機，利用無人機對重要航線、石油開采重要海域進行實時監(jiān)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行巡查，專用多光譜成像雷達更可在夜間進行溢油監(jiān)測。同時，對于逐漸隱蔽化的夜間排污作業(yè)行為，無人直升機搭載多光譜成像雷達能夠通過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(biāo)的巡檢
航標(biāo)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，點多、線長、分散，交通不便，補給、維護十分困難。利用無人飛機上的任務(wù)設(shè)備，實現(xiàn)航標(biāo)的快速巡檢，及時有效地報告航標(biāo)工作狀態(tài)情況，避免無目的巡檢，可以有效提高航標(biāo)正常率水平。
5.海區(qū)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(yīng)用，特別是全數(shù)字攝影測量方法的應(yīng)用，使無人飛機進行航空攝影也完全能夠滿足航空測量的要求。
三、無人機在國內(nèi)外海事中的應(yīng)用情況
近年來，隨著無人機技術(shù)的不斷進步，無人機的安全性與可靠性逐步提高，加之無人機具有重量輕、尺寸小、費用低、反應(yīng)快等多項優(yōu)勢，其應(yīng)用于軍事和民用的領(lǐng)域已經(jīng)越來越廣闊，美、日等發(fā)達國家將無人機應(yīng)用于海事監(jiān)管的力度也在不斷加大。
美國是無人機技術(shù)最先進的國家，其民用無人機也最為廣泛。美國海岸警備隊擁有各類飛機超過200架，其中固定翼飛機73架，直升機136架。但由于美國海岸線漫長，其空中巡邏能力仍要繼續(xù)加強。2001年初，美國海岸警衛(wèi)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(nèi)的76架無人機，采購數(shù)量首次超越有人機數(shù)量(固定翼35架，直升機34架)，目前，“鷹眼”無人機已經(jīng)列編。另外，美國還使用MQ9“收割者”無人機應(yīng)對給全球航運線路造成威脅的索馬里海盜等。
日本是當(dāng)今全球最大的無人飛行器使用國之一，其應(yīng)用主要集中在民用領(lǐng)域。在民用領(lǐng)域內(nèi)，其無人飛行器廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等部門。近年來，為應(yīng)對與中國的海上糾紛，日本已開始使用無人機進行海上監(jiān)視，并計劃研究新型無人偵察機加強海上警戒監(jiān)視能力。
代表歐洲最高水平的奧地利S-100無人機，是多功能通用自主型無人機系統(tǒng)，軍用和民用領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，相繼被多個國家采用，目前已在巴基斯坦、西班牙和印度等國家的海事機構(gòu)服役。
另外，韓國、菲律賓以及歐洲很多國家的海岸警衛(wèi)隊也對無人機的應(yīng)用提出了不同數(shù)量的要求。
四、無人機在中國海事監(jiān)管中的應(yīng)用情況
經(jīng)過怕多年的發(fā)展，中國已逐步掌握了無人機制造的關(guān)鍵技術(shù)，所投放的產(chǎn)品也比較成熟。隨著試驗性小范圍應(yīng)用經(jīng)驗的不斷積累，無人機在航空攝影、農(nóng)業(yè)作業(yè)、電力巡線、森林防火等民用領(lǐng)域已經(jīng)廣泛應(yīng)用，并且取得了令人矚目的成績，但在水上安全監(jiān)管應(yīng)用方面相對較少。
交通運輸部一直在研究和探索無人機海事應(yīng)用，已進行多種應(yīng)用測試，并開展了試點應(yīng)用。天津海事局、廣東海事局、長江海事局等先后進行了多項無人機海事應(yīng)用的課題和空中巡航監(jiān)測的嘗試。例如，天津海事局租用固定翼無人機對轄區(qū)海域進行航空監(jiān)測的試點工作，成立了無人機監(jiān)控小組，與無人機技術(shù)公司緊密合作，探索無人機空中巡航模式。目前，利用無人機開展空中巡航的頻率可達每周1-2次，共設(shè)計有3條主要航線，監(jiān)視范圍為天津海事局轄區(qū)1. 6萬平方公里海域，基本覆蓋了轄區(qū)主航道、錨地以及海上石油平臺等重點海域。
五、無人機應(yīng)用于海事監(jiān)管需要解決的問題
1做好海事無人機配置的頂層設(shè)計框架
目前無人機海事應(yīng)用的條件已基本成熟，但考慮到無人機屬于高科技產(chǎn)品，初步應(yīng)用于海事系統(tǒng)要慎重，不應(yīng)盲目全面建設(shè)，而應(yīng)由局部試點轉(zhuǎn)向全面推進，循序漸進;同時，還要從無人直升機起飛重量、任務(wù)載荷、巡航速度、巡航時間等無人直升機平臺單項技術(shù)指標(biāo)和飛行綜合性技術(shù)性能等方面，確定海事應(yīng)用的無人機機型，以滿足海事監(jiān)管需要。
2.制定海事無人機的吊艙設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
目前，無人機可加裝的機載任務(wù)設(shè)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(shè)備等。而對于海事監(jiān)管的具體業(yè)務(wù)來說，需要從吊艙傳感器類型、穩(wěn)定精度、探測距離、海事目標(biāo)識別及跟蹤以及與無人機匹配聯(lián)調(diào)等方面，制定海事無人機任務(wù)載荷的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以便針對不同海事應(yīng)用任務(wù)類型，選擇不同的無人機平臺及其適配任務(wù)載荷。
3.妥善解決無人機的空域管制問題
目前國內(nèi)空域的管理還沒有放開，無人機與有人機同樣面臨著空管限制、不能隨時起飛的問題。按照無人機相關(guān)政策及規(guī)定，為保障海事無人機的正常使用，需要向空軍航空管制部門和民航空中管制部門進行申請相關(guān)手續(xù)。借鑒國內(nèi)農(nóng)業(yè)監(jiān)測、電力巡線無人機飛行許可獲取程序，海事無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?zhí)卦S飛行證;二是針對飛行空域及航線，向所屬軍區(qū)空軍航空管制部門報備飛行計劃。
4.做好無人機系統(tǒng)人員配置及操控培訓(xùn)
為了滿足無人機海事監(jiān)管的需求，應(yīng)有相應(yīng)的操作與維護人員。因此，需進行相關(guān)技術(shù)知識、設(shè)備的工作原理和技術(shù)性能、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及配置、安裝調(diào)試、維護操作、系統(tǒng)配置操作及系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)采集和分析等方面的培訓(xùn)，使受訓(xùn)人能熟練掌握系統(tǒng)軟硬件的日常操作管理和維護，并能對一般性故障進行診斷、排除與恢復(fù);能熟練使用所提供的各種工具;能對系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)進行采集、分析和處理。最終，使受訓(xùn)人員達到獨立承擔(dān)無人機飛行任務(wù)和正常維修保養(yǎng)無人機系統(tǒng)的能力。
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