無人機在海事管理中的應用分析論文
無人機作為一種現(xiàn)代化遙控飛行器，技術逐漸成熟，已經在軍事、民用領域廣泛應用。由于無人機具有靈活機動、時效性高、成本低、損耗低、風險低、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。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用的課題和空中巡航監(jiān)測的嘗試，國內還先后利用無人機參與海上溢油事故監(jiān)測。應用實例表明，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，全面提升海事依法行政和為公共服務的能力和水平。
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，它是動力驅動，能夠通過無線電地面遙控飛行和(或)自主飛行，可重復使用。它與有人機的區(qū)別首先是無人駕駛，飛行過程由電子設備控制自動進行，飛機上無需安裝任何與飛行員有關的設備，可以有效地節(jié)省和利用空間裝載應用設備以完成賦予它的各種任務。
無人機系統(tǒng)主要包括飛機機體、飛控系統(tǒng)、數(shù)據鏈系統(tǒng)、發(fā)射回收系統(tǒng)、任務設備等。飛控系統(tǒng)又稱為飛行管理與控制系統(tǒng)，相當于無人機系統(tǒng)的“心臟”部分，對無人機的穩(wěn)定性、數(shù)據傳輸?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)據鏈系統(tǒng)可以保證對遙控指令的準確傳輸，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確的完成任務。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)行完任務后從天空安全回落到地面。任務設備是無人機執(zhí)行相應任務時搭載的設備。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的，它需要一套嚴密的控制系統(tǒng)和根據任務需要搭載的應用設備，所以無人機也稱為無人機系統(tǒng)。
二、無人機可應用于海事監(jiān)管的業(yè)務領域
無人機可應用于海上巡邏執(zhí)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(jiān)視、航標巡檢、航道測量等海事監(jiān)管業(yè)務領域。
1海上巡邏執(zhí)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。尤其是在調查取證和應急反應方面，通過使用無人飛機，可以保證反應的快速性和調查的及時性，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人機快速到達現(xiàn)場，并在目標區(qū)上空低速飛行進行搜索�？赏ㄟ^機載光制冷紅外吊艙對有生目標進行探測，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，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，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)視和應急行動
海洋環(huán)境保護是當今海洋國家最關心的主題之一。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急計劃，國際海事組織也通過了相應的決議。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設備，實現(xiàn)航標的快速巡檢，及時有效地報告航標工作狀態(tài)情況，避免無目的巡檢，可以有效提高航標正常率水平。
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，經加工、處理和分析以提取被測對象的空間位置和有關信息的方法，已得到廣泛應用，特別是全數(shù)字攝影測量方法的應用，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、無人機在國內外海事中的應用情況
近年來，隨著無人機技術的不斷進步，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、反應快等多項優(yōu)勢，其應用于軍事和民用的領域已經越來越廣闊，美、日等發(fā)達國家將無人機應用于海事監(jiān)管的力度也在不斷加大。
美國是無人機技術最先進的國家，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”無人機已經列編。另外，美國還使用MQ9“收割者”無人機應對給全球航運線路造成威脅的索馬里海盜等。
日本是當今全球最大的無人飛行器使用國之一，其應用主要集中在民用領域。在民用領域內，其無人飛行器廣泛應用于農業(yè)生產等部門。近年來，為應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)，軍用和民用領域應用廣泛，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)管中的應用情況
經過怕多年的發(fā)展，中國已逐步掌握了無人機制造的關鍵技術，所投放的產品也比較成熟。隨著試驗性小范圍應用經驗的不斷積累，無人機在航空攝影、農業(yè)作業(yè)、電力巡線、森林防火等民用領域已經廣泛應用，并且取得了令人矚目的成績，但在水上安全監(jiān)管應用方面相對較少。
交通運輸部一直在研究和探索無人機海事應用，已進行多種應用測試，并開展了試點應用。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計框架
目前無人機海事應用的條件已基本成熟，但考慮到無人機屬于高科技產品，初步應用于海事系統(tǒng)要慎重，不應盲目全面建設，而應由局部試點轉向全面推進，循序漸進;同時，還要從無人直升機起飛重量、任務載荷、巡航速度、巡航時間等無人直升機平臺單項技術指標和飛行綜合性技術性能等方面，確定海事應用的無人機機型，以滿足海事監(jiān)管需要。
2.制定海事無人機的吊艙設備技術標準
目前，無人機可加裝的機載任務設備主要有: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(jiān)管的具體業(yè)務來說，需要從吊艙傳感器類型、穩(wěn)定精度、探測距離、海事目標識別及跟蹤以及與無人機匹配聯(lián)調等方面，制定海事無人機任務載荷的技術標準，以便針對不同海事應用任務類型，選擇不同的無人機平臺及其適配任務載荷。
3.妥善解決無人機的空域管制問題
目前國內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手續(xù)。借鑒國內農業(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
為了滿足無人機海事監(jiān)管的需求，應有相應的操作與維護人員。因此，需進行相關技術知識、設備的工作原理和技術性能、系統(tǒng)結構及配置、安裝調試、維護操作、系統(tǒng)配置操作及系統(tǒng)運行數(shù)據采集和分析等方面的培訓，使受訓人能熟練掌握系統(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;能熟練使用所提供的各種工具;能對系統(tǒng)的運行數(shù)據進行采集、分析和處理。最終，使受訓人員達到獨立承擔無人機飛行任務和正常維修保養(yǎng)無人機系統(tǒng)的能力。
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