無(wú)人機(jī)在黃浦江海事監(jiān)管 領(lǐng)域的應(yīng)用研究

鐘俊陽(yáng)

摘? 要：本文以閔行海事局轄區(qū)情況為例，針對(duì)黃浦江段現(xiàn)有的水上監(jiān)管模式存在的問(wèn)題，引入無(wú)人機(jī)空中監(jiān)管概念，探索無(wú)人機(jī)在黃浦江水域的海事監(jiān)管中的技術(shù)要求、運(yùn)用場(chǎng)景和運(yùn)用模式，提出無(wú)人機(jī)技術(shù)在黃浦江應(yīng)用的解決方案。

關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī);海事;水域監(jiān)管;立體監(jiān)管

0 引 言

上海黃浦江段，航道復(fù)雜，彎頭眾多，并且是上海港通航密度最大的水域之一，據(jù)海事部門不完全統(tǒng)計(jì)，黃浦江閔行段2019年船舶日流量最高達(dá)2 061艘次，日均流量1 600余艘次;監(jiān)管對(duì)象復(fù)雜，既有內(nèi)河船又有海船，存在砂石料船、危險(xiǎn)品船、運(yùn)糧船、鋼材船、港口工程船、疏浚船、拖輪、環(huán)運(yùn)船等眾多船種。隨著轄區(qū)大型水上工程增多，郵輪、游艇等新興產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，風(fēng)險(xiǎn)因素不斷增加，海事監(jiān)管難度持續(xù)增大，水上安全監(jiān)管、人命救助和環(huán)境污染防治任務(wù)日益繁重。傳統(tǒng)的監(jiān)管手段已難以適應(yīng)日趨復(fù)雜的海事管理工作，借助科技力量來(lái)解決目前執(zhí)法對(duì)象和執(zhí)法力量不匹配的問(wèn)題，進(jìn)一步提升海事監(jiān)管效率是海事部門急需研究的重要課題。

1 目前黃浦江水域監(jiān)管體系存在的不足

水上運(yùn)輸是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支撐，黃浦江作為上海的重要水上運(yùn)輸通道，通航量日趨上升，通航環(huán)境愈發(fā)復(fù)雜，監(jiān)管壓力也不斷增強(qiáng)，海事監(jiān)管工作需要逐步完善和提高方能適應(yīng)新形勢(shì)下的水上監(jiān)管要求。目前，在黃浦江水域監(jiān)管主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）傳統(tǒng)輪艇巡航效率低

傳統(tǒng)輪艇巡航航速有限，而黃浦江水域海巡執(zhí)法大隊(duì)轄區(qū)狹長(zhǎng)，輪艇全轄區(qū)覆蓋巡航耗時(shí)長(zhǎng)，且輪艇只能處置目視范圍內(nèi)的情況，無(wú)法對(duì)全轄區(qū)有一個(gè)整體的把握，因此態(tài)勢(shì)感知能力較弱。且輪艇易受到人疲勞因素的影響，在完成日常巡航執(zhí)法工作以外，難以進(jìn)一步提升對(duì)整個(gè)轄區(qū)的控制能力。在經(jīng)濟(jì)性方面，輪艇出動(dòng)需要花費(fèi)更大的成本，耗費(fèi)大量燃油，不符合新時(shí)代節(jié)能環(huán)保的要求。

（2）電子巡航/CCTV存在缺陷

電子巡航作為技術(shù)手段廣泛應(yīng)用于海事監(jiān)管，但電子巡航系統(tǒng)過(guò)于依賴于船舶AIS開(kāi)啟率，一旦船舶故意違法關(guān)閉AIS則將失去對(duì)該船舶的有效監(jiān)管;此外，受到AIS基站布置以及AIS通信帶寬的影響，常出現(xiàn)信號(hào)丟失的情況，無(wú)法完全滿足海事日常監(jiān)管要求。而CCTV系統(tǒng)攝像頭安裝位置固定，容易存在死角，且受限于視頻傳輸帶寬的影響，高清/超高清視頻實(shí)時(shí)傳輸存在成本高昂的缺點(diǎn)，無(wú)法大面積安裝。

（3）水上動(dòng)態(tài)船監(jiān)管與靜態(tài)船監(jiān)管數(shù)量不匹配

動(dòng)態(tài)船舶是引發(fā)水上交通事故的重要因素。按目前監(jiān)管模式，輪艇工作強(qiáng)度已趨于飽和，且CCTV和電子巡航系統(tǒng)因固有缺陷導(dǎo)致無(wú)法完全滿足海事日常對(duì)動(dòng)態(tài)船舶的監(jiān)管，最終造成目前黃浦江水域海事監(jiān)管存在對(duì)靜態(tài)船監(jiān)管嚴(yán)格，對(duì)動(dòng)態(tài)船監(jiān)管乏力的局面。究其根本，主因還是在于無(wú)法快速有效的獲取目前轄區(qū)船舶作業(yè)航行的動(dòng)態(tài)。

2 無(wú)人機(jī)在黃浦江水域海事監(jiān)管應(yīng)用的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

針對(duì)上述問(wèn)題，我們引入一種全新的監(jiān)管手段——無(wú)人機(jī)，通過(guò)無(wú)人機(jī)空中俯視視角，打造一個(gè)多角度、全方位的水上立體監(jiān)管體系來(lái)應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的水上監(jiān)管形勢(shì)。相對(duì)于傳統(tǒng)的監(jiān)管手段，無(wú)人機(jī)具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）機(jī)動(dòng)靈活，反應(yīng)快速

相對(duì)于輪艇，無(wú)人機(jī)體積小、重量輕、攜帶方便，起飛比較方便，多旋翼無(wú)人機(jī)甚至不需要跑道，對(duì)起飛環(huán)境要求較低，可以從岸上或輪艇甲板上進(jìn)行起降。目前所用型號(hào)輪艇巡航速度普遍不高于12 kn，無(wú)人機(jī)巡航速度普遍在30 kn以上，因此能夠更快速地到達(dá)目標(biāo)區(qū)域，且相較于輪艇航前準(zhǔn)備時(shí)間短，有著更快的出動(dòng)速度，結(jié)合飛行速度快的優(yōu)勢(shì)，能夠使用更少的時(shí)間對(duì)轄區(qū)進(jìn)行覆蓋監(jiān)管。

（2）巡視區(qū)域廣，實(shí)時(shí)性強(qiáng)

無(wú)人機(jī)飛得高，看得遠(yuǎn)，具備由上而下的“上帝視角”，視野比輪艇平面視角要寬廣得多，相同時(shí)間內(nèi)的巡視面積遠(yuǎn)高于輪艇，同時(shí)無(wú)人機(jī)可深入指定區(qū)域，不受限于環(huán)境如水深等因素，可最大限度接近被觀測(cè)目標(biāo)，距近離、多角度地拍攝記錄有用情報(bào)信息，并能夠通搭建移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信，將實(shí)時(shí)圖傳傳輸?shù)街笓]中心，為上級(jí)部門應(yīng)急決策提供更具有時(shí)效性、更有決策價(jià)值的現(xiàn)場(chǎng)信息。

（3）操作簡(jiǎn)便，安全風(fēng)險(xiǎn)低

相對(duì)于輪艇，普通執(zhí)法人員在經(jīng)過(guò)短時(shí)間的理論、實(shí)踐操作培訓(xùn)后，就可以熟練掌握操作技能。且目前由于無(wú)人機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)已可以適應(yīng)復(fù)雜的氣象環(huán)境，能夠在大多數(shù)情況下安全飛行。且執(zhí)法人員在通常情況下都以遠(yuǎn)程操作為主，并不深入現(xiàn)場(chǎng)，在一般情況下不容易造成內(nèi)部安全問(wèn)題，安全風(fēng)險(xiǎn)較低。

（4）掛載靈活，任務(wù)適應(yīng)性強(qiáng)

無(wú)人機(jī)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，有效載荷能力不斷提升，這就為功能吊艙的研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。目前，市面上已經(jīng)具有多重功能的吊艙，如紅外熱成像吊艙，主要應(yīng)用于人員搜救領(lǐng)域;嗅探測(cè)硫吊艙，主要應(yīng)用于大氣污染防治領(lǐng)域;超大焦距攝像頭，主要應(yīng)用于安防領(lǐng)域等。只要根據(jù)需求，制作多功能吊艙，即可滿足任務(wù)要求。

3 黃浦江無(wú)人機(jī)海事監(jiān)管應(yīng)用方案

3.1無(wú)人機(jī)的選型

目前，市面上主流民用無(wú)人機(jī)以固定翼無(wú)人機(jī)和多旋翼無(wú)人機(jī)為主。固定翼無(wú)人機(jī)的特點(diǎn)是飛行時(shí)間長(zhǎng)、飛行速度快，但存在對(duì)起飛降落要求高，需要專門飛行跑道的缺點(diǎn)。此外，固定翼無(wú)人機(jī)無(wú)法做到精準(zhǔn)懸停，在目標(biāo)上空長(zhǎng)時(shí)間停留難度較大，一般只能采取盤旋的方式進(jìn)行，需要較大的空域。多旋翼無(wú)人機(jī)特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，對(duì)起飛降落場(chǎng)地要求較低，可在目標(biāo)上空精準(zhǔn)懸停，但存在續(xù)航時(shí)間短的問(wèn)題。

黃浦江是上海地標(biāo)性河流，流經(jīng)上海市區(qū)，高樓林立，且黃浦江跨江大橋數(shù)量眾多，江邊作業(yè)碼頭等易對(duì)飛行造成一定程度的影響。無(wú)人機(jī)在黃浦江中運(yùn)用必須具備起降簡(jiǎn)易，機(jī)動(dòng)靈活的要求，多旋翼無(wú)人機(jī)因其特點(diǎn)，可滿足黃浦江絕大部分應(yīng)用場(chǎng)景需求。

3.2 無(wú)人機(jī)布點(diǎn)要求

由于黃浦江建有數(shù)量眾多的跨江大橋，跨江大橋主橋墩高度普遍在200 m以上，且黃浦江地處上海，東有浦東機(jī)場(chǎng)，西有虹橋機(jī)場(chǎng)，無(wú)人機(jī)最大飛行高度受到嚴(yán)格制約。黃浦江跨江大橋，如閔浦大橋、徐浦大橋等，橋梁為斜拉結(jié)構(gòu)，橋梁斜拉索易對(duì)無(wú)人機(jī)與操控臺(tái)之間的信號(hào)傳輸造成干擾，通過(guò)實(shí)際測(cè)試，無(wú)人機(jī)在飛躍跨江大橋后極易出現(xiàn)信號(hào)丟失情況。因此，跨江大橋?qū)?duì)無(wú)人機(jī)布點(diǎn)產(chǎn)生較大影響，把無(wú)人機(jī)巡航區(qū)域分割成多個(gè)區(qū)塊。無(wú)人機(jī)應(yīng)部署于兩橋之間水域，負(fù)責(zé)該區(qū)段的空中監(jiān)管。

3.3 無(wú)人機(jī)在黃浦江海事監(jiān)管中的用途

以目前應(yīng)用測(cè)試的M300RTK型四旋翼無(wú)人機(jī)為例，該無(wú)人機(jī)搭載一枚200倍變焦攝像頭，以及一部高分貝喊話器，可執(zhí)行三大類的海事監(jiān)管任務(wù)。

（1）非接觸式檢查取證

無(wú)人機(jī)搭載的高清變焦攝像頭可通過(guò)大幅度變焦，通過(guò)拍照和錄像的方式對(duì)顯性違章行為進(jìn)行空中取證，可清晰辨認(rèn)船舶船名以及各類違法情況。目前，通過(guò)無(wú)人機(jī)與后臺(tái)其他系統(tǒng)配合，已實(shí)現(xiàn)船名標(biāo)識(shí)不清、右舷違規(guī)追越、未按規(guī)定保持正規(guī)瞭望、超寬靠泊、反航道航行、未保持AIS處于正常工作狀態(tài)、未進(jìn)行進(jìn)出港報(bào)告、違規(guī)錨泊八大類的顯性違章的非接觸式查處。

（2）轄區(qū)水域空中巡查

目前，測(cè)試所用的M300RTK型無(wú)人機(jī)續(xù)航時(shí)間實(shí)測(cè)約為40 min，最遠(yuǎn)飛行半徑約5 km，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)轄區(qū)的大范圍空中巡航。無(wú)人機(jī)通過(guò)空中視角并結(jié)合高清攝像頭，可更輕易發(fā)現(xiàn)轄區(qū)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，可通過(guò)機(jī)載喊話器，對(duì)發(fā)現(xiàn)的隱患進(jìn)行排除。通過(guò)測(cè)試，目前無(wú)人機(jī)已可執(zhí)行危險(xiǎn)品船動(dòng)態(tài)監(jiān)管、客渡船動(dòng)態(tài)監(jiān)管、重點(diǎn)水域（如彎頭）通航秩序監(jiān)管、大型船舶靠離泊監(jiān)控、防污染作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管、水工作業(yè)監(jiān)督檢查、事故險(xiǎn)情現(xiàn)場(chǎng)情況核實(shí)、極端天氣情況安全宣貫和監(jiān)管八大類巡查任務(wù)。

（3）突發(fā)事件應(yīng)急處置

多旋翼無(wú)人機(jī)具備起飛準(zhǔn)備簡(jiǎn)單，快速反應(yīng)，快速抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)和可將現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面實(shí)時(shí)直播的特點(diǎn)，可用于應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的應(yīng)急處置。目前，其已可執(zhí)行落水人員搜尋、水上污染源搜尋、肇事船追逃、事故現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)畫(huà)面回傳等任務(wù)。未來(lái)在配備拋投裝置后，無(wú)人機(jī)具備了拋投救生衣、救生圈的能力，亦可用于對(duì)落水人員的救助。

3.4 無(wú)人機(jī)在海事監(jiān)管中的運(yùn)行模式

（1）無(wú)人機(jī)定位

海事監(jiān)管最主要、最直接的抓手為各海巡執(zhí)法大隊(duì)。可將無(wú)人機(jī)配置于各海巡執(zhí)法大隊(duì)，以強(qiáng)化海巡執(zhí)法大隊(duì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的掌控能力。目前，各大隊(duì)負(fù)責(zé)無(wú)人機(jī)日常巡航和執(zhí)法工作的開(kāi)展，對(duì)無(wú)人機(jī)系統(tǒng)硬件/軟件負(fù)責(zé)，包括飛手管理、無(wú)人機(jī)日常養(yǎng)護(hù)等、無(wú)人機(jī)軟件系統(tǒng)維護(hù)等工作。

（2）無(wú)人機(jī)工作模式

日常的無(wú)人機(jī)巡航執(zhí)法主要由每日定時(shí)的“打卡”式全面巡航，與電子巡航系統(tǒng)/現(xiàn)場(chǎng)巡邏艇聯(lián)動(dòng)的“點(diǎn)穴”式執(zhí)法及突發(fā)事件應(yīng)急處置行動(dòng)組成。

每日定時(shí)“打卡”式巡航指的是通過(guò)梳理轄區(qū)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，整理適合無(wú)人機(jī)執(zhí)行的任務(wù)，制作轄區(qū)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)清單，無(wú)人機(jī)根據(jù)清單進(jìn)行全域范圍進(jìn)行精細(xì)化巡航，取代部分巡邏艇水域巡航的職責(zé)，對(duì)轄區(qū)通航環(huán)境進(jìn)行梳理，同時(shí)對(duì)顯性違章進(jìn)行查處。

“點(diǎn)穴”式執(zhí)法指的是除“打卡”式全面巡航以外的，對(duì)轄區(qū)出現(xiàn)的顯性違章或者通航類隱患進(jìn)行針對(duì)性查處。大隊(duì)通過(guò)二級(jí)電子巡航系統(tǒng)及CCTV對(duì)轄區(qū)進(jìn)行全方位監(jiān)控，并對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行處置，若處置無(wú)效，則觸發(fā)無(wú)人機(jī)“點(diǎn)穴”式執(zhí)法機(jī)制，放飛無(wú)人機(jī)對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行針對(duì)性查處。此外，巡邏艇也可作為觸發(fā)無(wú)人機(jī)“點(diǎn)穴”式執(zhí)法的手段，當(dāng)巡邏艇在現(xiàn)場(chǎng)巡航過(guò)程中遇到難以取證的情景，可呼叫無(wú)人機(jī)前往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行航拍取證。

突發(fā)事件應(yīng)急處置行動(dòng)指的是當(dāng)遇到突發(fā)事件，如水上交通事故、水上污染事故等，無(wú)人機(jī)應(yīng)根據(jù)預(yù)案要求緊急升空，前往現(xiàn)場(chǎng)查看情況，并建立直播鏈路將現(xiàn)場(chǎng)情況傳輸至指揮中心以方便指揮中心進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)決策，并執(zhí)行指揮中心指令，進(jìn)行交通流組織或執(zhí)行事故取證等行動(dòng)。

4 黃浦江無(wú)人機(jī)海事監(jiān)管應(yīng)用成效

經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試，多旋翼無(wú)人機(jī)能夠在黃浦江水域執(zhí)行巡航執(zhí)法任務(wù)，并且取得了不錯(cuò)的成效：

（1）節(jié)能環(huán)保，經(jīng)濟(jì)高效

以17米級(jí)海事巡邏艇為例，該級(jí)別巡邏艇執(zhí)行任務(wù)時(shí)正常油耗約為18 l/h，且巡邏艇使用成本還包括設(shè)備損耗等因素，運(yùn)行成本高昂。而多旋翼無(wú)人機(jī)以電池為動(dòng)力來(lái)源，以M300RTK型無(wú)人機(jī)為例，一組電池共計(jì)8 000 mA時(shí)可供無(wú)人機(jī)飛行40 min，與巡邏艇相比，無(wú)人機(jī)的經(jīng)濟(jì)性更加出眾。目前黃浦江巡邏艇巡航速度一般不超過(guò)12 kn，而多旋翼無(wú)人機(jī)正常飛行速度大約在30 kn左右。完成相同長(zhǎng)度轄區(qū)巡航，無(wú)人機(jī)的耗時(shí)遠(yuǎn)少于巡邏艇。

（2）減少對(duì)人的依賴，解放執(zhí)法資源

17米級(jí)巡邏艇出動(dòng)按照規(guī)定要求最少需2名以上成員，若加上其他輔助人員，巡邏艇上人員將進(jìn)一步增加;而無(wú)人機(jī)執(zhí)行同樣的巡航執(zhí)法任務(wù)最少僅需1人即可完成，因此無(wú)人機(jī)的運(yùn)用可大大降低對(duì)人的依賴，這就為降低單人工作負(fù)荷，解放執(zhí)法資源變成了可能?？梢杂行Ь徑饽壳包S浦江水域海事監(jiān)管普遍存在的執(zhí)法對(duì)象與執(zhí)法力量不匹配的問(wèn)題。

（3）提升“見(jiàn)警率”，增強(qiáng)巡航威懾力

無(wú)人機(jī)的運(yùn)用改變了目前的巡航執(zhí)法模式，可以以較大的頻次，對(duì)轄區(qū)進(jìn)行全方位巡航執(zhí)法，大幅提升了“見(jiàn)警率”，通過(guò)遠(yuǎn)程非接觸式違章抓取及現(xiàn)場(chǎng)安全廣播，給各種違法動(dòng)機(jī)加以強(qiáng)大震懾。無(wú)人機(jī)巡航執(zhí)法的應(yīng)用也解決了困擾海事多年的難題（輪艇巡航執(zhí)法疲于奔命，電子巡航看不清、叫不通的現(xiàn)狀），讓巡航執(zhí)法更有力度，更有威懾力。

5 總 結(jié)

隨著海事部門監(jiān)管模式轉(zhuǎn)型升級(jí)的需要，各項(xiàng)新的科技手段不斷的在海事應(yīng)用中得以嘗試，目前，閔行海事局在無(wú)人機(jī)巡航方面進(jìn)行了有益的探索，證明了無(wú)人機(jī)完全能夠很好地應(yīng)用到海事監(jiān)管領(lǐng)域中，它提供了一種新的輔助手段，補(bǔ)充完善了海事監(jiān)管服務(wù)體系，為黃浦江水域形成全方位陸?？杖灰惑w監(jiān)管體系作出了重要貢獻(xiàn)。實(shí)踐證明，無(wú)人機(jī)的加入，極大提高了海事部門巡航執(zhí)法、應(yīng)急處置和人命救助能力，使得海事部門在維護(hù)水上安全形勢(shì)、服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面更有可為、更有作為，為踐行“航行更安全、海洋更清潔”的使命打下更堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。