無人機系統(tǒng)應(yīng)用于海事動態(tài)監(jiān)管的可行性分析

趙健　鐘子洋　谷通

【摘 要】 為滿足航運業(yè)快速發(fā)展對海事安全管理提出更高的要求，通過介紹港口海事動態(tài)監(jiān)管體系現(xiàn)狀，針對無人機監(jiān)管能效高、實用性強、費效比高、使用風(fēng)險低、取證能力強、操作維護(hù)要求低等優(yōu)勢，對無人機在海事監(jiān)管中應(yīng)用的可行性進(jìn)行探討。對于無人機存在的日常使用、信號傳輸、安全、使用壽命、使用法律等問題，提出建議：建立和完善無人機系統(tǒng)頂層設(shè)計；建立合作機制，妥善解決空域管制問題；制定符合海事應(yīng)用技術(shù)指標(biāo)；構(gòu)建基于無人機的立體監(jiān)管體系；建立海事無人機管理部門；推進(jìn)解決無人機所產(chǎn)生的相關(guān)法律問題。

【關(guān)鍵詞】 無人機；無人機系統(tǒng)；海事監(jiān)管；可行性分析

0 引 言

近年來無人機技術(shù)概念火熱，從軍用“全球鷹”到民用“大疆”，無人機技術(shù)逐漸滲入到了社會每個角落，國家空域管制逐步放開更是促進(jìn)了無人機的發(fā)展。無人機在海事領(lǐng)域的應(yīng)用被提上日程：一方面，隨著船舶簽證制度改革，海事監(jiān)管工作重心逐步從事前監(jiān)管轉(zhuǎn)為事中及事后管理；另一方面，航運業(yè)的快速發(fā)展對海事工作提出更高的要求，現(xiàn)有監(jiān)管體系愈加難以適應(yīng)海事新常態(tài)要求（如重點水域監(jiān)管任務(wù)需要高頻度、高精度的實時監(jiān)管），而無人機系統(tǒng)所具備的獨特優(yōu)勢，使其成為應(yīng)對新常態(tài)下海事監(jiān)管挑戰(zhàn)的選項之一。作為海事領(lǐng)域內(nèi)新的應(yīng)用技術(shù)，無人機雖然仍存在一定問題，但結(jié)合此前海事試點成果及現(xiàn)有技術(shù)，現(xiàn)階段在港區(qū)推廣海事無人機時機已成熟；因此，本文圍繞無人機系統(tǒng)著重探討其在海事監(jiān)管領(lǐng)域應(yīng)用的可行性及效益分析。

1 港口海事動態(tài)監(jiān)管體系現(xiàn)狀

經(jīng)過多年發(fā)展，我國港口海事已基本實現(xiàn)了現(xiàn)代化，建立以船舶交通管理系統(tǒng)（VTS）、船舶自動識別系統(tǒng)（AIS）及視頻監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）等為代表的海事動態(tài)監(jiān)管體系，為航運安全發(fā)展及海洋環(huán)境保護(hù)發(fā)揮了重要作用。但是，隨著航運業(yè)高速發(fā)展及國家政策改革，現(xiàn)有的動態(tài)監(jiān)管手段越來越難以有效應(yīng)對航運業(yè)的發(fā)展變化及海事工作新常態(tài)下所帶來的挑戰(zhàn)，不同海事動態(tài)監(jiān)管手段優(yōu)缺點對比分析見表1。[1]

綜上所述，目前海事動態(tài)監(jiān)管體系主要由海巡船、有人機、VTS、AIS、CCTV和LRIT等監(jiān)管系統(tǒng)組成，缺乏信息資源整合及全方位監(jiān)管能力，無法有效覆蓋整個轄區(qū)，更難以達(dá)到“全方位覆蓋、全天候運行、反應(yīng)快速”的安全監(jiān)管目標(biāo)。

2 無人機系統(tǒng)優(yōu)勢

無人機是一種有自主動力驅(qū)動、機上無人駕駛、可控制、能重復(fù)使用、可攜帶多種設(shè)備、執(zhí)行多種任務(wù)的航空器的簡稱?，F(xiàn)今所說的無人機實質(zhì)是指一個由無人駕駛飛行器、飛行控制系統(tǒng)、飛行任務(wù)載荷、地面控制系統(tǒng)（包括通信系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、收發(fā)裝置）及維保團隊所組成的復(fù)雜系統(tǒng)，通過電磁微波信號，地面控制人員能對無人機進(jìn)行遙控、定位和跟蹤。結(jié)合現(xiàn)有監(jiān)管體系，無人機系統(tǒng)能勝任巡航執(zhí)法、交通組織、應(yīng)急搜救、溢油監(jiān)測、航運統(tǒng)計及航標(biāo)管理等多種任務(wù)。

2.1 監(jiān)管能效高

由于無人機可以高空俯視，在相同距離及能見度下，無人機巡視輻射面積約為船舶的12倍，使用無人機巡航可有效提升海事巡航效能；因此，將無人機應(yīng)用于海事監(jiān)管轄區(qū)日常巡航執(zhí)法，將能大大節(jié)省人力、船舶燃油等成本，同時可以迅速發(fā)現(xiàn)威脅通航安全和環(huán)境污染的不利因素，通過及時核查消除隱患。

2.2 實用性強

無人機因其機動靈活、體積小、質(zhì)量輕及攜帶方便等因素而具有快速反應(yīng)的能力，能勝任多種應(yīng)急任務(wù)，如無人機可在短時間內(nèi)抵達(dá)事故現(xiàn)場，并能低空勻速飛行，接近目標(biāo)并對現(xiàn)場進(jìn)行攝影及攝像，將獲取的高分辨率圖像、錄像和高精度定位數(shù)據(jù)實時傳送到指揮中心，避免因“信息延誤”而造成生命財產(chǎn)損失。同時，若能有效利用船載無人機，通過船、機、地面指揮中心的協(xié)調(diào)配合，可提高應(yīng)急反應(yīng)效率，如發(fā)生溢油事故，可利用無人機進(jìn)行溢油情況現(xiàn)場評估，更科學(xué)、合理地制定決策。

2.3 費效比高

無人機前期投入相對于其他海事監(jiān)管方式而言較小（見表2），其采購成本僅為有人機的3%～4%。與有人機相比，無人機后期使用成本較低，油耗及維護(hù)成本更低（見表3）。如中小型無人機無需任何輔助裝置即可在船載平臺或基地碼頭起降，通過配備一定的機載設(shè)備便能完成各種任務(wù)，性價比較高。隨著無人機技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，無人機系統(tǒng)的總體成本預(yù)計還將不斷下降。

2.4 使用風(fēng)險低

在突發(fā)應(yīng)急事件及極端天氣情況下，無人機可代替海巡船及有人機，及時趕到指定地點完成高風(fēng)險及高強度任務(wù)。無人機在危險海域或惡劣天氣下執(zhí)行任務(wù)時，最惡劣的情況就是無法回收飛行器，幾乎不會造成應(yīng)急人員傷亡。

2.5 取證能力強

無人機對天氣要求較低（8級風(fēng)下正常飛行）、飛行速度較快、監(jiān)控面積大，配合船載控制或中繼，可有效擴大其航行半徑并增加續(xù)航時間，因此能不間斷地進(jìn)行巡航執(zhí)法、調(diào)查取證及溢油監(jiān)控。同時利用無人機巡航采集數(shù)據(jù)可協(xié)助建立海上安全風(fēng)險數(shù)據(jù)庫，以提高事故預(yù)警，降低事故風(fēng)險。

2.6 操作維護(hù)要求低

無人機操作員門檻較低，無需具備豐富的飛行經(jīng)驗，一般人員經(jīng)過嚴(yán)格培訓(xùn)并通過考核獲得資格證書后即可操作無人機。無人機的起降維護(hù)要求較低，不少專業(yè)無人機均可在強風(fēng)環(huán)境下起降，且對起降空間要求低（如海事碼頭，海巡60級船均滿足要求），不必建造專用基地及機庫，日常維保人員數(shù)量較少，后期使用成本低。

3 可行性分析

在現(xiàn)階段我國海事監(jiān)管實際情況（包括宏觀政策、岸線特點及裝備水平）下，無人機系統(tǒng)更適于海事監(jiān)管試點應(yīng)用，其中主要在低空領(lǐng)域（300～ m）飛行的中小型無人機適宜在港區(qū)或近海替代海巡船及有人直升機進(jìn)行海事巡航、安全監(jiān)管及協(xié)助現(xiàn)場應(yīng)急指揮等任務(wù)。[2]

3.1 能減少海事監(jiān)管盲區(qū)

現(xiàn)有海事動態(tài)監(jiān)管體系存在的盲區(qū)，可通過無人機系統(tǒng)（如配備機載VTS、AIS及光譜成像儀等）和海巡船與岸基動態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)配合掃除，每天不定時在港區(qū)監(jiān)管，強化對通航密集及危險區(qū)監(jiān)控，將有效減少監(jiān)管盲區(qū)。同時，利用遠(yuǎn)程圖像傳輸技術(shù)實時掌握轄區(qū)情況，及時發(fā)現(xiàn)通航安全隱患及船舶違法行為，結(jié)合海巡船現(xiàn)場執(zhí)法，有效降低巡航執(zhí)法成本并極大增強執(zhí)法威懾力，能較好地適應(yīng)新常態(tài)下的監(jiān)管新要求。

3.2 能有效提高港區(qū)應(yīng)急處置效率

盡管無人機巡航范圍相對較小，載荷能力有限，但其（如中小型旋轉(zhuǎn)翼無人機）具有垂直起降、空中懸停、中繼接力、全向飛行及勻速機動等特點，可實現(xiàn)對目標(biāo)近距離監(jiān)視和跟蹤，適合用于應(yīng)急救助：（1）當(dāng)發(fā)生海上交通事故時，無人機在先行抵達(dá)現(xiàn)場后，通過機載設(shè)備能及早鎖定事故位置并實時拍攝現(xiàn)場情況，將現(xiàn)場狀況回傳指揮中心，為采取應(yīng)急工作提供直接依據(jù)，同時通過指揮中心遠(yuǎn)程指令對現(xiàn)場進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，加強岸基與現(xiàn)場搜救力量的溝通，以提高應(yīng)急救助率，減少不必要的損耗；（2）當(dāng)發(fā)生油污事故時，無人機通過機載設(shè)備可以快速獲取溢油區(qū)域及污染物方位等實時信息，迅速確定污染物走向，將相關(guān)信息傳輸?shù)街笓]中心以及時制定應(yīng)急方案。同時無人機受晝夜及海況影響小，在溢油應(yīng)急中具有重要作用，有助于完善船舶防污染聯(lián)動機制，推進(jìn)港區(qū)溢油監(jiān)測及應(yīng)急處置能力建設(shè)。

3.3 能有效破解海事執(zhí)法及調(diào)查取證難題

現(xiàn)有無人機遙感監(jiān)測技術(shù)具備各類信息采集能力（夜視、熱成像及溢油探測等）；因此，無人機能及時發(fā)現(xiàn)并采集違法或事故證據(jù)，有效解決執(zhí)法及事故調(diào)查中存在的獲取證據(jù)難度大及證據(jù)時間性要求高等難題。[3]

3.4 能有效降低相關(guān)海事監(jiān)管費用

中小型無人機前期投入較低，后期維護(hù)費用較少，通過與現(xiàn)有海事監(jiān)管體系整合，可有效降低日常巡航執(zhí)法及事故應(yīng)急等相關(guān)開銷。另外，無人機可替代執(zhí)行其他任務(wù)，如海上航標(biāo)巡檢，通過對海上航標(biāo)進(jìn)行視頻圖像采集并及時傳回，能使相關(guān)部門實時掌握航標(biāo)情況，在提高航標(biāo)管理效率的同時降低相關(guān)費用。

4 存在的問題

4.1 日常使用仍受到一定的限制

盡管近年來國家放開低空空域管制，但多數(shù)繁忙港口附近空域同時也是航空航道密集區(qū)；因此，無人機在海事監(jiān)管轄區(qū)的使用仍可能存在阻力，如何采取措施突破相關(guān)限制將是海事無人機應(yīng)用的關(guān)鍵。

4.2 信號傳輸受海洋環(huán)境和覆蓋距離影響

海洋環(huán)境可能對無人機通信鏈路造成較大影響，如何確保信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性及精確性將是海事無人機應(yīng)用亟待解決的問題。另外，無人機系統(tǒng)通信信號覆蓋距離有限，在遠(yuǎn)離岸線發(fā)生突發(fā)事件時可能難以實時傳輸信號。

4.3 使用安全風(fēng)險猶存

盡管無人機日常飛行于海上，人為安全風(fēng)險低，但是在港區(qū)使用時仍可能發(fā)生與船舶及碼頭岸吊碰撞等問題。另外，無人機系統(tǒng)器械及電子故障風(fēng)險猶存，如通信鏈路故障、飛行控制系統(tǒng)失靈，若無人機在港區(qū)失控，將威脅港區(qū)作業(yè)人員的生命及財產(chǎn)安全。

4.4 使用壽命受海洋環(huán)境和惡劣天氣影響

高濕熱、高鹽度的海洋環(huán)境對無人機機體及機載設(shè)備存在一定的腐蝕性，這對電子通信要求較高的無人機系統(tǒng)帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，而且在惡劣天氣下執(zhí)行任務(wù)將可能影響無人機的使用壽命。

4.5 缺乏相關(guān)的法律體系

我國無人機發(fā)展尚處于起步階段，海事無人機系統(tǒng)缺乏法律體系作為保障。尤其是無人機使用管理缺乏相關(guān)規(guī)章制度，如通過無人機巡航采集視頻電子證據(jù)就存在合法性問題。

5 意見和建議

5.1 建立和完善無人機系統(tǒng)頂層設(shè)計

無人機系統(tǒng)在海事應(yīng)用所面臨的諸多問題，究其原因是缺乏整體規(guī)劃；因此，應(yīng)在國家層面建立海事無人機系統(tǒng)頂層規(guī)劃，在此框架下根據(jù)各地不同需求和實際情況，選擇合適的無人機系統(tǒng)開展試點并積累實用經(jīng)驗，以點向面逐步推廣應(yīng)用，并不斷完善相關(guān)機制以滿足日益變化的海事監(jiān)管需求。

5.2 建立合作機制，妥善解決空域管制問題

為確保無人機應(yīng)用能起到預(yù)期效果，海事應(yīng)與有關(guān)單位（空軍、民航局）建立合作機制，解決無人機日常巡航存在的問題。前期通過報備飛行等方式，試行無人機定期定線巡航制，積累經(jīng)驗，待時機成熟后推廣到全轄區(qū)（敏感區(qū)除外）不定期、不定線巡航，以發(fā)揮無人機系統(tǒng)的最大功效。

5.3 制定符合海事應(yīng)用技術(shù)指標(biāo)

無人機在實際應(yīng)用中所遇到大部分技術(shù)問題（如碰撞、信號丟失）均可通過技術(shù)克服，其他技術(shù)特性問題（如微波通信不超過100 km）也可通過其他方式（如船艇、岸基中繼）解決。相比而言，海事部門缺乏無人機系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)指標(biāo)，對該系統(tǒng)應(yīng)用造成困難；因此，海事及相關(guān)單位應(yīng)密切合作，結(jié)合已有經(jīng)驗為海事無人機系統(tǒng)使用制定相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。

5.4 構(gòu)建基于無人機的立體監(jiān)管體系

無人機系統(tǒng)只有與現(xiàn)有動態(tài)監(jiān)管體系緊密整合，才能最大限度地發(fā)揮其功效。建立基于無人機的立體監(jiān)管系統(tǒng)，除了需要補充建設(shè)無人機系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)外，還需針對無人機系統(tǒng)所獲取的信息數(shù)據(jù)建設(shè)相關(guān)數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建數(shù)據(jù)交換平臺，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效融合和資源的充分利用。

5.5 建立海事無人機管理部門

為應(yīng)對無人機系統(tǒng)專業(yè)技術(shù)要求及維護(hù)需要，應(yīng)建立專業(yè)海事無人機管理部門，管理無人機系統(tǒng)應(yīng)用事宜（如制定無人機系統(tǒng)配置規(guī)定、無人機操作及維護(hù)守則等），建立無人機系統(tǒng)管理團隊，保證無人機系統(tǒng)的日常使用、維護(hù)保養(yǎng)及事故處理等。

5.6 推進(jìn)解決無人機所產(chǎn)生的相關(guān)法律問題

海事部門可參考交警、城管的電子執(zhí)法模式，聯(lián)合有關(guān)法律部門制定相關(guān)規(guī)章制度，推動解決無人機所產(chǎn)生的法律問題，有利于海事無人機系統(tǒng)的推廣使用。

5.7 與其他先進(jìn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合

在智能海事背景下，無人機與無人船等先進(jìn)系統(tǒng)相互配合將是必然趨勢，無人船可替代海巡船作為升降平臺，并為無人機巡航等提供保障服務(wù)；因此，二者結(jié)合將能解決無人機滯空時間及信號傳輸?shù)葐栴}，同時有效降低使用成本。

6 結(jié) 語

現(xiàn)代航運業(yè)的快速發(fā)展對海事安全管理提出了更高要求并帶來更大挑戰(zhàn)，將無人機系統(tǒng)引入到海事日常管理工作中，能有效提升海事裝備水平，并為海事部門高效執(zhí)行海上巡航和應(yīng)急反應(yīng)提供保障。從國外的發(fā)展經(jīng)驗及趨勢來看，海事監(jiān)管能力可隨技術(shù)裝備水平的進(jìn)步而不斷提高，未來海事監(jiān)管系統(tǒng)必然是由包括無人機在內(nèi)的具備靈活多元、快速反應(yīng)及強有力應(yīng)急能力的先進(jìn)系統(tǒng)所組成。這不僅能完善我國海事動態(tài)安全監(jiān)管體系，還能優(yōu)化海上安全監(jiān)管體系，對全面推進(jìn)我國海事現(xiàn)代化具有積極意義。

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