重視無人機(jī)系統(tǒng)在海洋工作中的作用

羅 艷,謝 健,徐淑升

(1.國家海洋局南海海洋工程勘察與環(huán)境研究院 廣州 510300;2.國家海洋局南海分局 廣州 510300)

重視無人機(jī)系統(tǒng)在海洋工作中的作用

羅 艷1,謝 健1,徐淑升2

(1.國家海洋局南海海洋工程勘察與環(huán)境研究院 廣州 510300;2.國家海洋局南海分局 廣州 510300)

海上航空技術(shù)是海洋開發(fā)與管理的重要技術(shù)支撐,文章在跟蹤國內(nèi)外海上無人機(jī)技術(shù)發(fā)展水平、發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上,對國內(nèi)外無人機(jī)在海洋工作中的作用進(jìn)行了深入的分析研究,為我國利用海上無人機(jī)技術(shù)開發(fā)與管理海洋提供技術(shù)支撐和情報(bào)支持。

無人機(jī);海洋;USCG;海監(jiān)

21世紀(jì)是海洋經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的世紀(jì),隨著世界各國對海洋開發(fā)程度的加深,海上航空技術(shù)的重要性也日益凸顯。當(dāng)今國內(nèi)外快速發(fā)展的無人機(jī)(unmanned aerial vehicle,UAV)技術(shù)為我們發(fā)展海上航空技術(shù)提供了良好的契機(jī)。

筆者在跟蹤國內(nèi)外海上無人機(jī)技術(shù)發(fā)展水平、現(xiàn)狀和趨勢的基礎(chǔ)上,對國內(nèi)外無人機(jī)在海洋工作中的作用進(jìn)行分析研究,為我國利用海上無人機(jī)技術(shù)提供技術(shù)支撐和情報(bào)支持[1]。

1 國內(nèi)外無人機(jī)發(fā)展水平現(xiàn)狀和趨勢

1.1 國內(nèi)外無人機(jī)發(fā)展水平現(xiàn)狀

1917年英國人研制出世界上第一架無人機(jī),20世紀(jì)50年代開始對無人機(jī)進(jìn)行廣泛應(yīng)用。1982年以色列首先將無人機(jī)用于軍事,此后無人機(jī)開始快速發(fā)展。截至2010年,從事無人機(jī)研制和生產(chǎn)的國家有50多個(gè)。其中以美國在無人機(jī)研制、生產(chǎn)、裝備和使用都居領(lǐng)先地位。其次是以色列,其研制的無人機(jī)型號多、用途廣,有些被裝備到美國空軍和海軍,并為許多國家所大量購買。英國、法國、俄羅斯、加拿大、德國、意大利和荷蘭等國家也都積極參與了無人機(jī)的研制,現(xiàn)已有多種較先進(jìn)的機(jī)型配備在這些國家的軍隊(duì)和政府組織中。除此之外,捷克、印度和巴基斯坦等國都裝備了無人機(jī)。當(dāng)前國外無人機(jī)比較有代表性的有:美國的全球鷹、鸕鶿、捕食者和ScanEagle等,以色列的Heron、偵察兵,英國的不死鳥、螳螂,法國的紅隼、俄羅斯的雨燕等。

隨著我國科技水平的不斷提高,我國的無人機(jī)技術(shù)也得到了長足發(fā)展。2009年國慶大閱兵無人機(jī)方隊(duì)首次亮相就引起了廣泛關(guān)注。受閱的無人機(jī)有10架,分別為國產(chǎn)的3種型號的近程戰(zhàn)術(shù)和中程戰(zhàn)役無人偵察機(jī)。此次受閱,也顯示了我國無人機(jī)行業(yè)已經(jīng)初具規(guī)模。由于需求的增加和政府的支持,我國涌現(xiàn)了一批無人機(jī)研發(fā)生產(chǎn)企業(yè),如中國航天科工集團(tuán)、青島天驕無人機(jī)遙感技術(shù)有限公司和桂林鑫鷹電子科技有限公司等,已經(jīng)生產(chǎn)出了多個(gè)無人機(jī)機(jī)型(表1和表2)。

從表1和表2中看到:相比國外,我國現(xiàn)有的無人機(jī)多為中小型、載重小、續(xù)航能力不足、載荷小且抗風(fēng)能力差,無法勝任海上執(zhí)法工作的需求,而表1和表2中列出的國外無人機(jī)都是國外海上執(zhí)法部門或者海軍的現(xiàn)役飛機(jī)[2]。

隨著無人機(jī)的發(fā)展,我國與無人機(jī)機(jī)身相配套的控制系統(tǒng)和機(jī)載設(shè)施的研發(fā)工作取得了較大進(jìn)展。在國家的支持下,中國測繪科學(xué)研究院相繼研制開發(fā)了UAVRS-I型和UAVRS-II型無人機(jī)低空遙感監(jiān)測系統(tǒng)。目前我國已有4家機(jī)構(gòu)10余個(gè)型號的航測遙感產(chǎn)品通過了鑒定,可以負(fù)載數(shù)碼相機(jī)及數(shù)碼攝錄機(jī)等數(shù)字遙感設(shè)備進(jìn)行拍攝和記錄。

1.2 無人機(jī)的發(fā)展趨勢

無人機(jī)的快速發(fā)展是從它踏上軍事舞臺開始的。目前國內(nèi)外無人機(jī)的型號超過300個(gè),無人機(jī)應(yīng)用已經(jīng)非常細(xì)化,按照軍事用途劃分,有靶機(jī)、偵察機(jī)、誘餌機(jī)、電子對抗機(jī)和攻擊型無人機(jī)等;按照無人機(jī)起飛的重量分為大、中、小型無人機(jī);按照續(xù)航時(shí)間和航程的長短分為遠(yuǎn)程、中程、短程和近程無人機(jī)。為了適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭和民間的需求,無人機(jī)的發(fā)展趨勢也呈現(xiàn)多方向化:分為微小型、靈巧型;高空高速、大型;作戰(zhàn)攻擊型;隱身型;高度集成、一機(jī)多用型。此外,對無人機(jī)性價(jià)比的要求也越來越高。

表1 國內(nèi)外部分固定翼無人機(jī)

表2 國內(nèi)外部分無人直升機(jī)

無人機(jī)在非軍事領(lǐng)域的應(yīng)用也將越來越廣,近年來,無人機(jī)在國土、海洋、電力、測繪和救災(zāi)等方面都發(fā)揮了越來越多的作用。2012年倫敦奧運(yùn)會(huì)英國皇家空軍將使用“收獲者(Reaper)無人機(jī)”對倫敦進(jìn)行治安監(jiān)控,美國海岸警衛(wèi)隊(duì)也將在其“深水計(jì)劃”中采購無人機(jī)。

2 發(fā)展海上無人機(jī)的重要性

我國海區(qū)遼闊,海島眾多,海岸線長,而海洋工作信息的分辨率要求高、時(shí)間要求快,僅靠衛(wèi)星和載人航空器獲取的數(shù)據(jù)已不能滿足需求。而無人機(jī)系統(tǒng)可以憑借其自身的優(yōu)勢為海監(jiān)提供技術(shù)支持,完成遙感監(jiān)測、調(diào)查取證、實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)、海上救災(zāi)和海港交通等任務(wù),為海上經(jīng)濟(jì)活動(dòng)提供保障[3]。與衛(wèi)星和載人航空器相比,無人機(jī)有自身獨(dú)特的優(yōu)勢。

2.1 機(jī)動(dòng)靈活,能夠及時(shí)快速地獲取高分辨率影像和高精度定位數(shù)據(jù)

無人機(jī)機(jī)動(dòng)靈活,時(shí)速范圍達(dá)30～400km/h,并能夠進(jìn)行低空低速飛行作業(yè),起降條件較為寬松。能夠及時(shí)快速地抵達(dá)指定地點(diǎn),并低空低速飛行拍攝以獲取高分辨率圖像、錄像和高精度定位數(shù)據(jù)。部分無人機(jī)兼具“隱形”功能,在進(jìn)行調(diào)查取證時(shí)不易被察覺。

2.2 能夠全天候、大面積和長時(shí)間地獲取信息

無人機(jī)系統(tǒng)對天氣、起降地點(diǎn)的要求較低,續(xù)航時(shí)間長,飛行速度快,控制面積大,如果配合艦載,可以擴(kuò)大活動(dòng)半徑,對跟蹤鎖定船只、調(diào)查取證有很大的優(yōu)勢。

2.3 運(yùn)行費(fèi)用低,更新周期短,成本在不斷下降

無人機(jī)的運(yùn)行費(fèi)用低,技術(shù)更新快,成本也在不斷下降。運(yùn)用無人機(jī)配合艦載,不需要大的起降臺,只要將已有的船只改造即可,節(jié)省大量費(fèi)用。

2.4 適于危險(xiǎn)區(qū)域的作業(yè)

在緊急事件、海洋災(zāi)害、惡劣天氣的情況下,無人機(jī)可以代替有人機(jī),及時(shí)趕到指定地點(diǎn)完成高污染、高強(qiáng)度和高危險(xiǎn)任務(wù)。

3 國內(nèi)外無人機(jī)在海洋工作中的作用

3.1 無人機(jī)在國外海洋工作中的應(yīng)用

國外的一些發(fā)達(dá)國家非常重視海洋無人機(jī)的作用,已經(jīng)將無人機(jī)應(yīng)用于海洋監(jiān)視監(jiān)測、大氣取樣、海事偵察和打擊海上犯罪等海洋工作領(lǐng)域。例如,美國海關(guān)與邊境保衛(wèi)局(CBP)2005年就開始在西南邊境使用自己的海上型“捕食者B”無人機(jī)系統(tǒng),2009年延伸到了北部邊境,計(jì)劃2015年建成遍布全國的無人機(jī)系統(tǒng)(UAS)地面控制站網(wǎng),以保證UAS在全部的邊境地區(qū)使用。美國海洋與大氣局(NOAA)也已著手采用無人機(jī)進(jìn)行天氣預(yù)報(bào)和全球變暖的研究。此外,澳大利亞、加拿大、英國和法國等國也都將無人機(jī)用于其海洋工作。

作為美國重要的一支海上執(zhí)法力量,美國海岸警衛(wèi)隊(duì)(USCG)已經(jīng)著手通過“深水”計(jì)劃采購大批無人機(jī)。目前美國海岸警衛(wèi)隊(duì)所屬的海上巡邏飛機(jī)(M PA)每年飛行4.44萬h,與期望M PA目標(biāo)6.16萬h還有很大差距。為了填補(bǔ)海上空中巡邏的空缺,并進(jìn)行海上搜救和阻止海上犯罪,海岸警衛(wèi)隊(duì)計(jì)劃到2012年前采購大批艦載無人機(jī),并計(jì)劃租用海軍“全球鷹”無人機(jī)獲得的數(shù)據(jù)[4-6]。為此,2003年,海岸警衛(wèi)隊(duì)同貝爾公司達(dá)成初步技術(shù)合同,計(jì)劃采購69架HV–911“鷹眼”偏旋翼無人機(jī)。但由于“鷹眼”無人機(jī)不符合性能要求,2008年海岸警衛(wèi)隊(duì)取消了HV-911的合同,繼而將目光投向了捕食者M(jìn)Q-8“火力偵察兵”垂直起降無人機(jī)(V TUAV),同年,USCG和CBP成立了UAS聯(lián)合項(xiàng)目辦公室,以滿足共同的海上UAS需求[7-8]。2010年,美國海岸警衛(wèi)隊(duì)執(zhí)法大隊(duì)緝毒船開始在美國海軍MQ-8“火力偵察兵”的支持下稽查毒品。這都說明美國海洋工作越來越重視無人機(jī)的應(yīng)用。

3.2 國內(nèi)無人機(jī)的應(yīng)用

隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展,無人機(jī)在我國的應(yīng)用也越來越廣泛,我國現(xiàn)有的無人機(jī)技術(shù)更多地應(yīng)用在地質(zhì)、測繪、災(zāi)害、城市規(guī)劃、大型工程、房地產(chǎn)、航拍、森林防火、農(nóng)場作業(yè)、科學(xué)考察探險(xiǎn)和電力巡邏等領(lǐng)域,如利用無人機(jī)遙感技術(shù)獲取測繪西藏雪域高原的低空數(shù)碼遙感影像[9],以及利用無人機(jī)技術(shù)對汶川地震災(zāi)區(qū)進(jìn)行遙感航拍等。

但是,目前無人機(jī)在我國海洋工作中的應(yīng)用還較少。我國的海洋工作使用的飛機(jī)主要有海監(jiān)飛機(jī)和海巡飛機(jī),均為載人飛機(jī)。

4 海上無人機(jī)面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇

4.1 海上無人機(jī)面臨的挑戰(zhàn)

(1)穩(wěn)定性相對較差。目前無人機(jī)的事故率比有人飛機(jī)高,即使是占世界市場份額70%的美國,其生產(chǎn)的無人機(jī)系統(tǒng)也比有人機(jī)的穩(wěn)定性差。

(2)海上的環(huán)境相比陸地更復(fù)雜多變。由于海上復(fù)雜多變的環(huán)境,海上無人機(jī)面臨著防潮、海水的蒸發(fā)以及風(fēng)的湍流擴(kuò)散作用的挑戰(zhàn)[10]。

(3)基于GPS導(dǎo)航的無人機(jī)有受他國控制和易受干擾的潛在危險(xiǎn)。

(4)無人機(jī)在法律上還存在障礙。我國《民用無人機(jī)空中交通管理辦法》中就規(guī)定:“申請劃設(shè)民航無人機(jī)臨時(shí)飛行空域時(shí),應(yīng)當(dāng)避免與其他載人民用航空器在同一空域內(nèi)飛行”。這一約束也對無人機(jī)的廣泛運(yùn)用有一定的限制作用。

4.2 海上無人機(jī)面臨的機(jī)遇

4.2.1 軍事沖突帶來的發(fā)展機(jī)遇

在最近幾次軍事沖突中,尤其是在阿富汗,小型無人機(jī)取得了成功,從而加速了無人機(jī)系統(tǒng)的研制步伐。歐美各國大筆增加了無人機(jī)的訂單,這無疑對無人機(jī)技術(shù)發(fā)展有很大的促進(jìn)作用[11-12]。

4.2.2 國家的大力支持

國家對于無人機(jī)的發(fā)展給予了大力支持,2009年國慶閱兵無人機(jī)方隊(duì)首次亮相,讓國人鼓舞。無人機(jī)技術(shù)的交流展示也日益增多,迄今為止,中國無人機(jī)大會(huì)已經(jīng)成功舉辦了三屆。

4.2.3 海上無人機(jī)遙感監(jiān)測系統(tǒng)的日趨成熟

經(jīng)過多年的技術(shù)引進(jìn)及自主研究,我國已經(jīng)擁有自主研發(fā)的航空遙感監(jiān)測系統(tǒng)。這將對今后裝載無人機(jī)的遙感監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)[13-16]。

4.2.4 衛(wèi)星信號日趨豐富

我國最近發(fā)射了北斗導(dǎo)航衛(wèi)星,今后將擁有自己的全球定位系統(tǒng),無人機(jī)獲取的數(shù)據(jù)也可以通過我國的數(shù)據(jù)傳輸衛(wèi)星傳送給陸地。

4.2.5 基礎(chǔ)信息的完善

近年來,我國海島海岸帶大比例尺GIS數(shù)據(jù)庫已日趨完善,利用豐富的地理信息可以輔助實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的地面監(jiān)控[17]。

5 結(jié)論與建議

無人機(jī)作為海洋工作的重要工具將是今后海洋航空發(fā)展的重要趨勢之一。在對國內(nèi)外海上無人機(jī)發(fā)展水平、現(xiàn)狀和趨勢的研究的基礎(chǔ)上,筆者提出幾點(diǎn)發(fā)展海上無人機(jī)的建議。

(1)充分認(rèn)識到無人機(jī)在海洋工作中的作用和發(fā)展趨勢,重視海上無人機(jī)的發(fā)展。

(2)制定適合我國國情的海上無人機(jī)發(fā)展規(guī)劃,立足于國內(nèi),引進(jìn)吸收國外無人機(jī)領(lǐng)域的技術(shù),發(fā)展自身衛(wèi)星信號通信導(dǎo)航的技術(shù)和無人機(jī)遙感監(jiān)測技術(shù)。

(3)著手培養(yǎng)無人機(jī)研發(fā)、使用人才。

(4)逐步完善法律法規(guī)。

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