無人機(jī)系統(tǒng)在海事執(zhí)法中的應(yīng)用

潘楊生

一、前言

在人類社會發(fā)展進(jìn)程中，海洋強(qiáng)國與世界強(qiáng)國伴生，互為倚重。真正的世界強(qiáng)國必然需要海權(quán)的支持，而無強(qiáng)大的國力則無法形成和維持強(qiáng)大的海權(quán)。世界各國均享有海洋權(quán)益，開發(fā)利用海洋是世界各國不可剝奪的權(quán)利。保護(hù)海洋的生態(tài)環(huán)境、維護(hù)海洋的和平與穩(wěn)定也是世界各國不可推卸的共同責(zé)任。

中國海洋權(quán)益的維護(hù)機(jī)構(gòu)很多，其中交通運(yùn)輸部海事局是國家成立的專門管理國家海洋事務(wù)的機(jī)構(gòu)。海事局主要職責(zé)為“三保一維護(hù)”，即保障水上交通安全，保護(hù)水上環(huán)境清潔，保護(hù)船員整體權(quán)益，維護(hù)國家海上主權(quán)。

當(dāng)前，世界發(fā)達(dá)國家都在加快海事發(fā)展步伐，海事執(zhí)法隊伍已成為保障經(jīng)濟(jì)安全、水域清潔、人命安全、反水上恐怖和維護(hù)國家海洋領(lǐng)土主權(quán)的重要力量，這既為中國海事部門的發(fā)展提供了難得的機(jī)遇，更提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

二、海事系統(tǒng)的執(zhí)法力量

1.海事執(zhí)法的現(xiàn)狀

日益成為世界重要政治、軍事及經(jīng)濟(jì)大國的中國，仍未組建統(tǒng)一的、健全的、與他國類似的海岸警衛(wèi)力量。雖然近幾十年來，中國在海上執(zhí)法能力建設(shè)方面取得了不小的進(jìn)步，但海上執(zhí)法力量仍存在著職、權(quán)、責(zé)不清等問題。中國是世界第一人口大國，陸上資源越來越稀缺，海洋對中國的發(fā)展也越來越重要，但現(xiàn)實的情況卻是，我國對包括專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)在內(nèi)的近海管控能力還較為薄弱。

在過去很長一段時間內(nèi)，國內(nèi)多個部門涉及海上執(zhí)法業(yè)務(wù)，對內(nèi)造成人員、機(jī)構(gòu)和職責(zé)的重疊，增加了執(zhí)法成本和協(xié)調(diào)難度；對外由于缺乏統(tǒng)一的海上執(zhí)法部門實體，難以與國外同行展開交流以及加強(qiáng)與周邊國家的安全合作，這也造成中國海上執(zhí)法部門的低效、被動和弱勢。直至整合成立了中國海警局，才統(tǒng)一了我國海上維權(quán)執(zhí)法的職責(zé)。但我國現(xiàn)役的海上執(zhí)法船只絕大多數(shù)是不足500噸的小艇，艦載直升機(jī)數(shù)量更少，根本無法滿足日常海上巡邏和突發(fā)事件處置、海上執(zhí)法的需要。近幾年，國家開始重視大噸位、高性能的海事船艇建造，先后下水了不少大噸位的海巡船艇，為我國海事執(zhí)法提供了強(qiáng)有力的保障。

2.海事執(zhí)法裝備介紹

上海海事局管理的海巡01號海事巡邏船，是我國迄今規(guī)模最大、裝備最先進(jìn)、綜合能力最強(qiáng)的大型巡航救助船。

廣東海事局管理的海巡31號海事巡邏船，是全國海事系統(tǒng)第一艘擁有直升機(jī)起降平臺、直升機(jī)庫和飛行指揮塔等全套船載系統(tǒng)的海巡船，也是我國自行設(shè)計建造的第一艘裝備直升機(jī)庫的非軍事船舶。

山東海事局管理的海巡11號海事巡邏船，可與岸基海上船舶交通管理系統(tǒng)和船舶自動識別系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，也可將本船雷達(dá)數(shù)據(jù)和所監(jiān)控的海上動態(tài)，實時傳送到岸基各級指揮中心，實現(xiàn)了船舶助航、海事執(zhí)法、應(yīng)急指揮、輔助決策等信息的集成應(yīng)用。

海南海事局管理的海巡21號海事巡邏船，是中國第一艘千噸級可裝備艦載直升機(jī)的海事巡邏船，也是中國海事系統(tǒng)最早裝備的大噸位海上執(zhí)法巡邏船。[1]

3.海事執(zhí)法的制約

由于水上交通的限制，海事執(zhí)法會遇到各種因素的制約，這些因素對執(zhí)法造成不小的困難。

（1）惡劣天氣安全難保障

海事船舶航速較低，船舶操縱性差，抗風(fēng)浪能力低。環(huán)境條件對現(xiàn)場安全管理效果和救助成功率的影響較大。遇到大風(fēng)、能見度不良、高海況等惡劣天氣，海事艇航行和出動有人飛機(jī)的安全系數(shù)較難保障。

（2）岸基監(jiān)視不充分

水面上固定監(jiān)視設(shè)備設(shè)置難度大，海事管理的水面監(jiān)控設(shè)備主要依靠碼頭、橋梁和高空建筑等對臨岸水面狀況進(jìn)行實時監(jiān)控；非臨岸的水面情況多采取雷達(dá)、AIS等手段進(jìn)行彌補(bǔ)，但信息量不夠充分，不能全面、直觀、完整地呈現(xiàn)海事狀況。

（3）執(zhí)法準(zhǔn)備時間長

事故現(xiàn)場保存難度較大，因為水流、船舶慣性等原因，事故發(fā)生后的第一現(xiàn)場易遭到破壞，造成事故雙方對事故責(zé)任的確認(rèn)存在狡辯的空間。

（4）執(zhí)法出動成本高

危險貨物管理的應(yīng)急和防污染保障不健全。在對轄區(qū)內(nèi)從事?；浳镞\(yùn)輸?shù)拇斑M(jìn)行監(jiān)控時，出動海事船艇和執(zhí)法船效率較低，人力、物力成本過高，取證難度也較大。

三、無人機(jī)系統(tǒng)海事應(yīng)用前景

1.海事行業(yè)無人機(jī)裝備發(fā)展

海事船艇行動較慢，在復(fù)雜海域的航行和繁忙港口的調(diào)度都較為困難，雖然目前國內(nèi)部分海事執(zhí)法船搭載了有人直升機(jī)，但有人直升機(jī)在惡劣海況下為保障人員安全不能出動，同時有人直升機(jī)的使用成本較高，無法滿足高密度、高強(qiáng)度的執(zhí)法需求。

近十年來無人機(jī)的發(fā)展十分迅速，國內(nèi)在無人機(jī)技術(shù)和產(chǎn)品上都有了很大的進(jìn)步。無人機(jī)作為一種可以遙控或自主模式在空中飛行，可以通過搭載不同的任務(wù)載荷，完成一項或多項任務(wù)的小型化、智能化飛行平臺，在海事應(yīng)用中也有很大的潛力。

解決好無人機(jī)在海洋環(huán)境下的飛行穩(wěn)定、數(shù)據(jù)傳輸、船載電磁兼容和起降方便等問題，就能使無人機(jī)在海事應(yīng)用中發(fā)揮更大的作用。

目前適合海事應(yīng)用的無人機(jī)按照飛行原理區(qū)分主要有固定翼無人機(jī)、無人直升機(jī)、多旋翼無人機(jī)、垂直起降固定翼無人機(jī)等，按照動力類型區(qū)分主要有油動無人機(jī)、電動無人機(jī)、混合動力無人機(jī)和太陽能無人機(jī)等。各類無人機(jī)在海事應(yīng)用中都有自己獨特的優(yōu)勢。[2]

（1）固定翼無人機(jī)

固定翼無人機(jī)是最早發(fā)展的一類無人機(jī)，早期通過對有人固定翼飛機(jī)進(jìn)行改裝使其成為無人機(jī)。經(jīng)過長期發(fā)展，固定翼無人機(jī)已逐漸擺脫有人固定翼飛機(jī)的機(jī)艙設(shè)計，尤其是電傳飛控和無線控制技術(shù)的發(fā)展，使得固定翼無人機(jī)在結(jié)構(gòu)上能有更多的優(yōu)化，更加提升了任務(wù)載荷的搭載能力。[2]

固定翼無人機(jī)因為其良好的空氣動力學(xué)外形，在各類無人機(jī)續(xù)航時間方面有明顯優(yōu)勢，也就擴(kuò)大了巡航范圍，在海事應(yīng)用中能解決常態(tài)化、固定航線、大范圍的監(jiān)視作業(yè)。

固定翼無人機(jī)需要跑道進(jìn)行滑跑起飛和降落，為適應(yīng)海事船艇空間狹小的特點，近些年固定翼也發(fā)展出了手拋、彈射等起飛方式和撞網(wǎng)、天鉤、開傘等降落方式。但要想將固定翼無人機(jī)通過上述方式降落在海事船艇的甲板上還是有一定風(fēng)險的，輕者損壞船艇設(shè)施，重則造成人員傷亡。

為更好地發(fā)揮固定翼無人機(jī)的優(yōu)勢，可修建岸基海事無人機(jī)基地，采用大型油動固定翼無人機(jī)，在岸基無人機(jī)機(jī)場采用跑道完成起飛降落，進(jìn)行瀕海長時的巡航監(jiān)視；同時，在海事船艇上配置小型電動固定翼無人機(jī)，采用手拋起飛、開傘降落的方式作業(yè)，主要用于在海事船艇周邊的應(yīng)急巡視取證。這樣既能發(fā)揮固定翼的長航時優(yōu)勢，又能避免船載固定翼帶來的操作風(fēng)險。[3]

（2）無人直升機(jī)

無人直升機(jī)的機(jī)械機(jī)構(gòu)與有人直升機(jī)大體一致，但與有人直升機(jī)相比，無人直升機(jī)因為無人員傷亡、體積更小、造價更低、生存力強(qiáng)等特點，在許多方面具有有人直升機(jī)無法比擬的優(yōu)越性。與固定翼無人機(jī)相比，無人直升機(jī)可垂直起降、空中懸停、朝任意方向飛行，對起飛、著陸場地要求少，具備在海事船艇的甲板上起降的能力。[4]

近些年無人直升機(jī)飛控技術(shù)的發(fā)展，使得無人直升機(jī)的操作更加簡單，在起降階段也可以實現(xiàn)完全自主化，航線巡視階段不再需要飛行員過多地介入，確保了任務(wù)載荷采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量。同時，無人直升機(jī)采用可變距式槳葉結(jié)構(gòu)，能通過調(diào)節(jié)槳葉槳距來增加升力，而且這種直接式機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)能讓升力響應(yīng)更快，所以無人直升機(jī)可以面對高風(fēng)速的復(fù)雜海況。近些年小型化重油航空發(fā)動機(jī)的發(fā)展，彌補(bǔ)了電動無人直升機(jī)的續(xù)航短板。

無人直升機(jī)是最能兼容目前海事船艇的無人機(jī)，部分海事船艇上已有的有人直升機(jī)甲板可以直接作為無人直升機(jī)的起降場地。海事船艇搭載2～3架無人直升機(jī)，可實現(xiàn)對船艇周圍80～100千米的監(jiān)視覆蓋。同時，可以在海事局管轄港口部署3～5架無人直升機(jī)，可實現(xiàn)對港口船舶的實時不間斷監(jiān)控。

（3）多旋翼無人機(jī)

多旋翼無人機(jī)是一種具有三個及以上旋翼軸的特殊的旋翼無人機(jī)。通過每個軸上的電動機(jī)轉(zhuǎn)動，帶動旋翼，從而產(chǎn)生升推力。旋翼的總距不變，通過改變不同旋翼之間的相對轉(zhuǎn)速，可以改變單軸推進(jìn)力的大小，從而控制飛行器的前后移動過、左右移動、自旋、爬升降落。

多旋翼無人機(jī)在國內(nèi)的發(fā)展十分迅速，并且在行業(yè)級應(yīng)用中也推出了不少產(chǎn)品。相較于無人直升機(jī)，多旋翼無人機(jī)結(jié)構(gòu)更加簡單，后期維護(hù)方便；相較于固定翼無人機(jī)，多旋翼無人機(jī)可以像無人直升機(jī)一樣垂直起降，適用于海事船艇狹小的甲板空間。近幾年多旋翼無人機(jī)也針對海洋鹽霧環(huán)境對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了三防設(shè)計，延長電子元器件的壽命。同時，為增加續(xù)航時間，多旋翼無人機(jī)可采用油動發(fā)電機(jī)的混合動力驅(qū)動方式，在盡量不增加結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的前提下，使續(xù)航時間得到了很大的提升。

多旋翼無人機(jī)巡航時間方面較為薄弱，可搭載在海事船艇上用于小范圍的空中懸停監(jiān)視，由于相較固定翼無人機(jī)飛行更加靈活，可用于對事故船舶和危物船舶的環(huán)繞航拍取證。同時，為彌補(bǔ)多旋翼無人機(jī)的續(xù)航時間短的不足，近幾年還發(fā)展出了系留式多旋翼無人機(jī)，通過系留繩提供電力可確保多旋翼無人機(jī)長航時不間斷懸停，對事故救險期間的近距離、長時間監(jiān)測是很有應(yīng)用前景的。

（4）垂直起降固定翼無人機(jī)

垂直起降固定翼無人機(jī)是近幾年才出現(xiàn)的復(fù)合翼無人機(jī)，在結(jié)構(gòu)上整合了固定翼和多旋翼的特點，可以不借助跑道完成起降，還可以在空中懸停。

垂直起降固定翼無人機(jī)在起飛階段，推進(jìn)動力停止，起降用的旋翼啟動產(chǎn)生升力，使無人機(jī)能直接垂直起飛；垂直起飛到達(dá)一定高度后，推進(jìn)動力啟動，無人機(jī)平飛，旋翼動力關(guān)閉；到達(dá)降落地點上空時，起降用旋翼啟動，推進(jìn)動力停止，無人機(jī)緩慢垂直降落。

由于垂直起降固定翼無人機(jī)只在起降階段是旋翼模式工作，巡航階段是固定翼模式工作，相對無人直升機(jī)和多旋翼無人機(jī)而言，垂直起降固定翼無人機(jī)續(xù)航時間更加有優(yōu)勢。同時相對固定翼無人機(jī)而言，又具備在海事船舶甲板上的垂直起降能力。

岸基固定翼無人機(jī)只適用于瀕海巡航監(jiān)視，但對于遠(yuǎn)海的巡航監(jiān)視，尤其是我國南海地區(qū)的眾多島礁，大型固定翼無人機(jī)的巡航監(jiān)視無法覆蓋。采用海事船艇搭載垂直起降固定翼無人機(jī)，可在執(zhí)法船航行進(jìn)入南海腹地后，啟動2～4架垂直起降固定翼無人機(jī)完成對周圍海島、船舶、海工平臺等目標(biāo)的巡航監(jiān)視。

2.無人機(jī)系統(tǒng)海事應(yīng)用優(yōu)勢

海事局在進(jìn)行執(zhí)法中，主要采用的是船艇和搭載的有人直升機(jī)，船艇的航行速度較慢，而有人直升機(jī)要保障人員安全，也會受到很多限制。無人機(jī)相較海事艇和有人飛機(jī)在執(zhí)法過程中主要有如下明顯優(yōu)勢：

（1）監(jiān)控?zé)o人化、智能化

無人機(jī)最明顯的特征就是飛行和任務(wù)執(zhí)行的自主化，為其設(shè)定好飛行路線和作業(yè)任務(wù)后，其可自主飛行，不受海域船舶和礁石的阻隔，到達(dá)作業(yè)海域上空后可自主或遠(yuǎn)程遙控方式采集相關(guān)海事信息。

在海上救助中可以利用無人機(jī)自主飛行快速到達(dá)事故現(xiàn)場，并在目標(biāo)區(qū)上空設(shè)置巡視航線搭配任務(wù)載荷進(jìn)行低速掃描式搜索，指揮中心能遠(yuǎn)程看到搜索圖像，便于決策指揮，為下一步的救援部署提供幫助，減少了大量的人力投入，從而將救助人員從繁重的、高強(qiáng)度的水上任務(wù)中解放出來。

（2）監(jiān)控范圍更廣

在海區(qū)，船舶活動遠(yuǎn)離沿海岸線，且相對分散，使用船艇巡邏時，航速低，視野小，巡視間隔時間長，且受自然條件制約程度較大，只能是線性管理，呈帶狀覆蓋。若使用搭載任務(wù)設(shè)備的無人機(jī)進(jìn)行巡航，巡航速度能達(dá)巡邏船的3～10倍；借助空中俯視位置高、設(shè)備監(jiān)控視界范圍廣的優(yōu)勢，無人機(jī)監(jiān)管范圍相對船艇呈級數(shù)擴(kuò)大。尤其是將執(zhí)法船舶和無人機(jī)結(jié)合起來，發(fā)揮各自優(yōu)勢，可以有效實現(xiàn)對“面”的監(jiān)視和對“點”的控制，同時也能減少船艇不必要的初期投入和龐大的維護(hù)費用。

（3）執(zhí)法作業(yè)更高效、更標(biāo)準(zhǔn)

采用無人機(jī)進(jìn)行執(zhí)法作業(yè)，不僅彌補(bǔ)了高海況下的有人機(jī)無法出動的限制，而且彌補(bǔ)了海事船艇速度較慢的缺陷。采用無人機(jī)作業(yè)，可以省去船艇調(diào)度、有人機(jī)調(diào)度、人員維護(hù)等環(huán)節(jié)，以保證反應(yīng)的快速性和調(diào)查的及時性，防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

以防污染保障為例，海上溢油發(fā)生后的最初數(shù)小時是最有效的行動時機(jī)，否則擴(kuò)散后很難清除。無人機(jī)在監(jiān)測成本、天氣適應(yīng)性和操作便利性方面具有明顯的優(yōu)勢，且石油開發(fā)平臺通常遠(yuǎn)離大陸，在一段時間內(nèi)位置相對穩(wěn)定，可運(yùn)用無人機(jī)，設(shè)定固定巡航線路對石油開發(fā)平臺區(qū)域進(jìn)行巡航監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)溢油狀況，使執(zhí)法作業(yè)更加標(biāo)準(zhǔn)化。

（4）模塊化設(shè)計，功能多樣

無人機(jī)搭載的任務(wù)載荷采用模塊化設(shè)計，可以通過根據(jù)不同的執(zhí)法作業(yè)要求更換不同的任務(wù)載荷，進(jìn)一步降低了執(zhí)法成本。

對溢油應(yīng)急行為而言，無人機(jī)可搭載多個任務(wù)載荷對溢油區(qū)域進(jìn)行航拍采集，提供的動態(tài)高空圖像可為清理人員提供實時漏油擴(kuò)散信息（漏油范圍、厚度及擴(kuò)散軌跡等）。因此，無人機(jī)有效地彌補(bǔ)了航空和衛(wèi)星遙感監(jiān)測的諸多不足，是對傳統(tǒng)海洋監(jiān)控系統(tǒng)的良好補(bǔ)充和提升。

3.無人機(jī)空海立體監(jiān)視系統(tǒng)

海洋立體觀測監(jiān)視系統(tǒng)是利用多種技術(shù)手段，進(jìn)行海洋綜合、立體觀測監(jiān)視的組合系統(tǒng)。目前主要以調(diào)查船觀測、浮標(biāo)監(jiān)測和衛(wèi)星遙感為三大支柱，努力構(gòu)建具有觀測系統(tǒng)立體化、測量方法多樣化、海上測量和資料傳遞處理一體化的監(jiān)視系統(tǒng)，為現(xiàn)代化海洋科學(xué)研究和海洋開發(fā)利用的發(fā)展提供全面的海洋現(xiàn)象和時空變化規(guī)律資料。

無人機(jī)系統(tǒng)在海事監(jiān)視的應(yīng)用，將進(jìn)一步擴(kuò)大觀測系統(tǒng)的立體化，通過岸基無人機(jī)的長航時、定航線的瀕海巡航，艦載無人機(jī)對海事船艇的監(jiān)視范圍的擴(kuò)大和監(jiān)視難度的降低，確保了海事監(jiān)視系統(tǒng)全天候的運(yùn)行，保證了我國對海洋執(zhí)法的常態(tài)化、全覆蓋、大數(shù)據(jù)的新時代要求。[5]

四、結(jié)論

國內(nèi)無人機(jī)的發(fā)展為國家海事部門提供了新的執(zhí)法工具。發(fā)展無人機(jī)在海事執(zhí)法中的應(yīng)用不僅能解決我國目前在海事監(jiān)控中的短板，也能更加高效實現(xiàn)全海域的布控能力。應(yīng)加強(qiáng)對無人機(jī)在續(xù)航、甲板起降、任務(wù)載荷、抗風(fēng)、電磁兼容等性能的進(jìn)一步研究，早日實現(xiàn)我國海洋執(zhí)法無人機(jī)系統(tǒng)的組建。