無人機在海事管理中的應用分析論文
無人機在海事管理中的應用分析論文
無人機作為一種現代化遙控飛行器，技術逐漸成熟，已經在軍事、民用領域廣泛應用。由於無人機具有靈活機動、時效性高、成本低、損耗低、風險低、監測能力強以及覆蓋面廣等特點，非常適合於水上安全監管業務。目前，天津海事局、廣東海事局以及長江海事局等先後進行了多項無人機海事應用的課題和空中巡航監測的嘗試，國內還先後利用無人機參與海上溢油事故監測。應用例項表明，海事系統配置無人機與巡邏船、VTS, AIS, LRIT等監管系統有效結合，可促進以“全方位覆蓋、全天候執行、全過程監控”為特徵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的能力和水平。
一、無人機概念及系統組成
無人機(unmanned aerial vehicle，簡稱UAV)是一種由無線遙控裝置或由程式控制操縱的無人駕駛飛行器。具體而言，它是動力驅動，能夠透過無線電地面遙控飛行和(或)自主飛行，可重複使用。它與有人機的區別首先是無人駕駛，飛行過程由電子裝置控制自動進行，飛機上無需安裝任何與飛行員有關的裝置，可以有效地節省和利用空間裝載應用裝置以完成賦予它的各種任務。
無人機系統主要包括飛機機體、飛控系統、資料鏈系統、發射回收系統、任務裝置等。飛控系統又稱為飛行管理與控制系統，相當於無人機系統的“心臟”部分，對無人機的穩定性、資料傳輸的可靠性、精確度、實時性等都有重要影響，對其飛行效能起決定性的作用。資料鏈系統可以保證對遙控指令的準確傳輸，以及無人機接收、傳送資訊的實時性和可靠性，以保證資訊反饋的及時有效性和順利準確的完成任務。發射回收系統保證無人機順利升空，以達到安全的高度和速度飛行，並在執行完任務後從天空安全回落到地面。任務裝置是無人機執行相應任務時搭載的裝置。無人機與有人駕駛飛機的最大區別是，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和根據任務需要搭載的應用裝置，所以無人機也稱為無人機系統。
二、無人機可應用於海事監管的業務領域
無人機可應用於海上巡邏執法、調查取證和應急反應、海上搜尋和救助，海上船舶溢油、排汙監視、航標巡檢、航道測量等海事監管業務領域。
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，但海事系統現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，難以把握整體態勢，對違法船舶無法進行持續有效跟蹤，對一些違章行為無法繼續取證和處理等問題。而無人飛機高速、高效優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，透過使用無人飛機，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、攝影裝置還可記錄和儲存證據，便於調查處理。
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場，並在目標區上空低速飛行進行搜尋。可透過機載光製冷紅外吊艙對有生目標進行探測，避免了由於人工搜救的不確定性而導致遺漏。光電吊艙的製冷紅外感測器可對視野範圍內的有生目標和沒有溫度的物體進行顏色區分，地面站工作人員透過辨識，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同實施救助。並且無人機能抗8級大風，能到達許多人員和船隻無法抵達的危險區域，可以把高畫質影片和照片實時傳送至監控中心，為有關部門快速處理提供資訊保障，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、排汙監視和應急行動
海洋環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。統計表明，石油是海洋最大的汙染源，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採力度不斷加大，對於海洋溢油的實時監測工作顯得尤為重要。海上溢油發生後的最初幾小時是防止汙染擴散及其危害的最佳時機，利用無人機對重要航線、石油開採重要海域進行實時監測，一旦發生原油洩漏，藉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測。同時，對於逐漸隱蔽化的夜間排汙作業行為，無人直升機搭載多光譜成像雷達能夠透過違法排汙船隻排放物體的.溫度、色值等資訊確定排汙行為。
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、燈樁位於孤島之上，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裝置，實現航標的快速巡檢，及時有效地報告航標工作狀態情況，避免無目的巡檢，可以有效提高航標正常率水平。
5.海區航道測量
利用航空攝影拍攝地面、水面，獲取影象資訊，經加工、處理和分析以提取被測物件的空間位置和有關資訊的方法，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、反應快等多項優勢，其應用於軍事和民用的領域已經越來越廣闊，美、日等發達國家將無人機應用於海事監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。但由於美國海岸線漫長，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採購合同，合同計劃採購包括貝爾公司的“鷹眼”和“火力偵察兵”兩種機型在內的76架無人機，採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利亞海盜等。
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於農業生產等部門。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視，並計劃研究新型無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無人機，是多功能通用自主型無人機系統，軍用和民用領域應用廣泛，相繼被多個國家採用，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人機的應用提出了不同數量的要求。
四、無人機在中國海事監管中的應用情況
經過怕多年的發展，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。隨著試驗性小範圍應用經驗的不斷積累，無人機在航空攝影、農業作業、電力巡線、森林防火等民用領域已經廣泛應用，並且取得了令人矚目的成績，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人機海事應用，已進行多種應用測試，並開展了試點應用。天津海事局、廣東海事局、長江海事局等先後進行了多項無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人機對轄區海域進行航空監測的試點工作，成立了無人機監控小組，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週1-2次，共設計有3條主要航線，監視範圍為天津海事局轄區1. 6萬平方公里海域，基本覆蓋了轄區主航道、錨地以及海上石油平臺等重點海域。
五、無人機應用於海事監管需要解決的問題
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，但考慮到無人機屬於高科技產品，初步應用於海事系統要慎重，不應盲目全面建設，而應由區域性試點轉向全面推進，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，以滿足海事監管需要。
2.制定海事無人機的吊艙裝置技術標準
目前，無人機可加裝的機載任務裝置主要有:機載光電吊艙、機載AIS、機載VHF、合成孔徑雷達、3D鐳射雷達、機載多光譜成像儀、機載VHF、位置識別訊號裝置、光電EO、報警裝置、影象傳輸裝置等。而對於海事監管的具體業務來說，需要從吊艙感測器型別、穩定精度、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型別，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。借鑑國內農業監測、電力巡線無人機飛行許可獲取程式，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，一是向民航局申請特許飛行證;二是針對飛行空域及航線，向所屬軍區空軍航空管制部門報備飛行計劃。
4.做好無人機系統人員配置及操控培訓
為了滿足無人機海事監管的需求，應有相應的操作與維護人員。因此，需進行相關技術知識、裝置的工作原理和技術性能、系統結構及配置、安裝除錯、維護操作、系統配置操作及系統執行資料採集和分析等方面的培訓，使受訓人能熟練掌握系統軟硬體的日常操作管理和維護，並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;能對系統的執行資料進行採集、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無人機系統的能力。