無人機技術在長江海事監管中的應用

陳 俊 王茹軍 熊 輝 曹 陽 翟 平

（1.長江海事局 武漢 430016； 2.重慶海事局 重慶 400011）

長江干線通航環境復雜，船舶航行風險較大，容易發生安全事故，導致海事部門的監管難度很大。面對嚴峻的水上安全形勢，長江海事局通過AIS，VTS，CCTV，GPS等現代監管設施的建設，安全監管手段的信息化水平有了很大程度的提高［1］。但從長遠來看，現有的海事裝備在監管范圍、設施裝備綜合利用率等方面仍存在一些問題和不足。為更好地解決這些問題，同時根據2011年國務院2號文件的精神，打造長江干線全方位覆蓋、全天候運行、具備快速反應能力的現代化水上安全監管和應急救助體系，更好地履行水上安全監管和人命救助職責，更好服務“暢通、高效、平安、綠色”長江航運建設和沿江經濟社會發展［2］，本文結合現有的監管模式和自身設施設備現狀，擬在監管領域中引入“無人機”監管手段。

1 長江海事監管工作現狀

長江海事局管轄重慶至安徽約2 100km長江干線、1 000km水域支汊和19個水庫（湖泊），并負責長江干線宜賓至上海安全通信保障和船舶引航服務。轄區安全監管的主要特點表現為“六多一雜”：港區和停泊區多、渡口渡船多、橋區壩區多、油區和危險品作業點多、船舶及船公司多、水運從業人員多，通航環境復雜［3］。

（1）海事監管區域存在盲點。目前基于海巡艇，VTS，CCTV，AIS和VHF的監管措施，在監管區域內存在一些監測盲點，在時間連續性上還存在一定的限制。為了突破這些監管盲點的限制，一方面需要對現有監控設施進行有機整合，提升監管效率；另一方面，需要引入一種全新的空中監管手段，從空中以俯視的視角開展監管，實現全方位的水－岸－空立體監控，實現海事監管水域多維可視化，保障水上交通通暢安全［4］。

（2）應急搜救現場的支持能力有限。長江水域多為天然航道，狹窄彎多，礁石密布，水流變化大，船舶航行風險高。水上災情與污染情況瞬息萬變，特別是應急搜救現場，對信息實時性的要求更高，有時也需要對某些局部危險區域和重點目標實施直觀立體的監控，讓上級對現場情況有快速和全面的了解，方便決策。目前海事監管系統在應對突發性事件時已凸顯出不足，在未來更加復雜的安全形勢與嚴峻的安全隱患下，建立基于無人機遙感系統的海事應用系統將極大提高海事監管效率、提升監管能力［5］。

（3）現有設施、設備的運行維護成本高。長江海事的轄區是一條長達數千公里的帶狀區域，而各種監控設施的覆蓋范圍都有限，因此，為了實現長江流域全線覆蓋的目標，需要投入大量的資金和人力物力進行海事監管基礎設施建設。同時，AIS，VTS，CCTV，GPS，VHF等大量先進系統和設備的使用，其運行維護需要大量的人員和資金投入［6］。這些因素不僅使現有監控設施和設備的適用性受到一定的限制，還在某種程度上削弱和降低了它們的使用率，阻礙了其更新換代，限制了技術在應用層面上的發展。而無人機技術的應用將極大地改善這種現狀，無人機的運行成本遠低于巡邏船，能促進技術的進步和革新，并推進相關設備／設施的升級與改進。

2 無人機應用于海事監管的可行性分析

2.1 無人機概述

無人機（unmanned aerial vehicle，UAV）是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機。機上無駕駛艙，但安裝有自動駕駛儀、程序控制裝置等設備。地面、艦艇或母機遙控站人員通過雷達等設備，對其進行跟蹤、定位、遙控、遙測和數字傳輸［7］。相對于傳統的海事監管方式，無人機有如下優點。

（1）機動靈活，適宜應急。長江上游地區的自然災害主要有泥石流、滑坡，中下游有洪澇災害、河堤潰損，同時，長江地區突發性水污染事故頻發，對周邊水環境的影響和破壞巨大。事故發生存在隨機性，災害一旦發生，監管部門必須立即展開救援活動。當處理這些緊急狀況時，無人機憑借其重量輕、體積小、便于攜帶、環境要求低等特點，能夠迅速奔赴至目標區域。因此具備較強的環境適應能力，承擔任務的方式也更為機動靈活［8］。

（2）連續執行任務的能力。無人機具有長時間連續執行任務的能力，相對于傳統巡航方式，節省了大量的人力和物力。無人機以其飛行距離和飛行高度的靈活性，更容易實現目標區域的全方位監管巡查［9］。

（3）監視范圍寬，實時性強。與海巡艇相比，無人機具有高空探視的優勢，巡視范圍的輻射面積遠遠高于海巡艇，可深入事故、災害中心區域，不易遺漏和被蒙蔽，可最大限度接近目標，情報信息可信度高，巡視效果更佳，為事故調查取證提供最有效證據。同時，無人機往往具有數據實時傳輸能力，為應急決策提供的信息更具時效性。

（4）降低工作人員救援風險。無人機只需操縱員位于安全區域操作飛機即可，因此即使無人機遭遇墜落等極端情況，對人員傷亡也沒有任何威脅。故無人機可到達災害中心區執行監視等任務，還可以完成危險性較高，不宜使用有人偵察機的任務［10］。

2.2 無人機應用于海事監管的可行性

（1）低空空域開放的政策支持。作為海事應用飛行平臺的無人機通常飛行在1 000m以下空域。該空域被稱作低空空域。對于低空空域管理，將按照管制空域、監視空域和報告空域3類劃分進行管理。管制空域，需要提前申請并接受航管部門管制指揮；監視空域，僅需要備案，確保雷達看得見、能夠聯系上；報告空域，則類似于自由飛行。與此前低空空域全部實行管制管理相比，分類管理在改進審批、簡化審批程序和縮短審批時間上有很大進步。低空空域的開放將為海事領域應用無人機技術提供便利，也為長江海事立體監測體系的形成奠定政策基礎。

（2）無人機技術的不斷提升。近年來，隨著航空材料、通信、傳感器、導航定位和發動機等技術的不斷進步，無人機技術日趨成熟，無論在性能上還是在操縱性、可靠性諸方面都有了長足進步，使其在軍、民用領域均得到越來越廣泛的應用。無人機在飛行時間、飛行速度、有效載荷、安全性等各個方面的指標不斷提高，為無人機技術在海事領域的應用奠定了良好的技術基礎。

（3）長江海事的現有基礎。經過近10年的不斷發展，長江海事系統信息化軟、硬件建設取得了長足進步，初步涵蓋了長江海事局業務應用的需求；專業化的信息化管理和運維團隊基本具備，信息化系統管理維護水平不斷提升；現代化監管手段在水上安全監管中廣泛應用，越來越發揮出顯著效果。尤其是近年來長江海事局開展了電子巡航試點，改革了傳統的現場巡航監管模式，代之以信息化監管為主導、現場處置為補充的新模式，以提升全面監控能力，減輕監管工作強度，節約監管行政成本，提高監管工作效率。

3 無人機在海事監管業務中的應用

海事監管職責主要包括：管理通航秩序、通航環境；巡邏執法、調查取證；應急反應、人命救助；船舶溢油和排污監視；負責禁航區、航道（路）、交通管制區、錨地和安全作業區等水域的監督管理，維護水上交通秩序；航標巡檢、航道測繪等。無人機在海事監管業務中的功能見圖1。

圖1 無人機海事監管業務功能圖

3.1 輔助巡航

在巡航監管中引入無人機技術，利用小型無人機部分替代海巡艇，輔助電子巡航系統，實現空中巡航監管的常態化日常巡航，將傳統的基于海巡艇的現場巡航模式與新的電子巡航動態監管模式相結合，以信息化監管為主導、現場處置為補充，進行水域通航組織、指揮和管控，從而進一步推進長江海事監管體系的建設。無人機技術在巡航監管中的應用主要包括以下幾個方面。

（1）部分替代海巡艇進行常規巡航。

（2）輔助電子巡航，提供多維數據。

（3）事故現場取證。

（4）危險品船舶動態跟蹤。

（5）對重點水域進行監督。

（6）威懾作用。

3.2 污染監測

長江的水污染主要來源于3個方面：①長江兩岸工業廢水和生活污水的排放；②長江上航行的船舶排放的廢氣、廢水和垃圾；③一些載有危險品的船舶發生事故時造成的泄漏。海事部門擔負著水上防污的重要職責，而船舶油污染是水上防污的重要內容。由于目前船員環保意識不強，重個人利益輕社會利益的現象還較為普遍，偷排油污現象時有發生。特別是在船舶較為集中的水域發生時，海事人員確定違法船舶、估計偷排油污量極為困難。如果能夠從空中進行觀察，能較容易地發現違法對象，也能較容易取得違法證據。

通過引入無人機，從空中進行巡查監管，通過熱紅外、遠紅外等特殊傳感器實現對沿岸污染源、普通通航船舶和危險品船舶的同時監控，擴大監控的覆蓋范圍，提高監控效率，加強監管力度。

3.3 地災監測

三峽庫區蓄水以后，大量地上水滲入地下，造成石巖間巨大的膨脹力，加上客觀存在巨大的水壓，打破了原有的三峽高山地區脆弱的地質平衡。現三峽段山體滑坡時有發生，對航行在該水域的船舶安全構成威脅。通過無人機的定點旋停，定期拍照、遠程測繪等手段，可發現山體是否存在加速變化的趨勢，從而對航行在此地區的船舶提供安全預警。

3.4 通信巡線

目前長江海事局建有海事通信光纖線路數千公里，主要采用人工巡線，由于線路大多建在人煙稀少的崇山峻嶺地區，巡線質量和效率都較低，且人工成本很高。采用無人機空中巡線，可以在較短的時間內完成巡線任務，從而節約人力、物力成本，且巡線質量得到保證。

3.5 其他海事擴展應用

（1）通信中繼。當無人機裝上功率放大器和中繼設備等，可以實現數據、信號、話音和圖像通信的中繼傳輸。如當發生地質災害或重大江難事故，而事故的地點處于高山峽谷地段，常規手段無法到達或難以及時到達現場，又缺乏手機通信設施或設施損壞時，無人機就可實現短時間中繼通信，使后方與事故現場人員保持聯系，從而了解事故現場的具體情況，為后方施救人員準備工具、器材時做到有的放矢。

（2）岸線測繪。長江海事局的上游轄區河流大多處于高山峽谷地區，水位高低落差很大。而隨著水位的漲落，河流水沒線、河流寬度、航道中心線都會發生較大變化，給電子巡航監控、指導、指揮船舶航行帶來一定難度，如分道航船舶超越中心線航行行為的糾正，如果無法得到準確的航道中心線，執法工作將無法開展。如果通過準確測繪，水位每變化1m就編制1張江圖。日常工作時，根據水位的變化，選定合適的江圖，那么電子巡航的監督、指揮作用將更加強大。

（3）人命救助。長江自然河段水流湍急，浪花飛濺，有些地方礁石林立，船舶無法靠近。當海難發生時，人員落水后會被立即沖散，這時從江面觀察，浪花、雜物、人員混雜，不易發現和分辨落水人員，而無人機能夠從空中進行準確分辨、精準定位，會給更多海難人員帶來生的機會。通過無人機遞送牽引繩、攜帶氣脹式救生圈進行投放，還可以更加有效地提高事故人員生存率。

（4）科學研究。通過無人機定時定點的周期性巡航，獲取大量按時間順序的大壩、橋梁、水文、航道、船舶和長江沿岸地物的三維數據，不僅能很好地構建長江三維地理信息數據庫，還能及時進行數據的更新，為數字長江提供最具時效性和現勢性的基礎數據。基于這些數據，進行航道歷史變遷、交通流量對比等研究工作，全面提升長江海事的數字化和信息化管理能力。

4 長江海事無人機系統建設思路

長江流域無人機海事監管網絡的建設可分為3個階段。

（1）研究試驗階段。選取長江流域兩個具有代表性的特定水域進行試點，各配備一套無人機水上應急監測系統，同時培訓相關無人機操控人員，進行無人機應急數據采集、無人機實時監控、無人機數據傳輸和管理等方法性研究和實施，其目的是為全面和完整地進行長江流域無人機應急監控網絡建設工作提供理論和實踐基礎。

（2）大規模實施階段。使用第一階段的研究成果，在長江海事局行政管轄區水域，每隔大約100km左右選取一個適當地點建設無人機基地，從而保證任何水域出現情況，都有無人機在1h內能飛抵現場，為實現長江干線和水域支汊的全覆蓋，需要配備大約20～30套無人機水上應急監測系統和相關工作人員，同時應全面考慮與當地的OA，VTS，AIS，CCTV等系統相結合，初步形成長江流域無人機海事監管網絡。

（3）網絡建設和應用階段。在這個階段，建設一個長江流域無人機海事監管網絡指揮中心，協調和管理無人機海事監管網絡的各個網絡節點（即各無人機基地），制定詳細應急數據采集、環境污染實時監控、水上交通事故處理的工作流程和實施規范，在發生突發性公共安全或環境污染事故時，各個無人機海事監管網絡節點能協調一致，共同應對。

5 結語

無人機技術作為一種成熟的技術平臺，以其機動快速、使用成本低、維護操作簡單、節能環保、沒有人員安全風險等技術特點，完全能夠很好地應用到海事監管中。無人機的應用將使長江海事監管系統更加完善，不僅能夠大大提升海事監管能力，而且還能推進長江海事信息化發展水平，在長江水系形成全方位監控信息網絡，為打造水－岸－空海事立體監管系統做出重要貢獻。

［1］ 時景彬.長江海事局現代監管系統管理模式研究［D］.武漢：武漢理工大學，2009.

［2］ 國務院.國務院關于加快長江等內河水運發展的意見［Z］.2011年2號文件.

［3］ 王寅娜.長江黃金水道助推沿江經濟發展［J］.中國水運，2013（9）：10－15.

［4］ 高 波.長江海事空中巡航工作探討［J］.中國海事，2014（6）：44－47.

［5］ 周 偉，王 林，成 旭，等.無人機在海事監管救助中的應用［J］.水運管理，2013（4）：22－24.

［6］ 劉 暢.論無人機在海事現代化建設中的作用［J］.天津航海，2014（2）：65－67.

［7］ 史光平，劉 瑀.無人機遙感系統的海事應用［J］.中國海事，2011（4）：29－32.

［8］ 鄧小明.淺談無人機在海事監管的應用［J］.中國水運（下半月刊），2011（4）：30－32.

［9］ 黃鵬飛，周建文.無人飛機應用于海事監管的可行性研究［J］.中國水運（下半月刊），2010（8）：46－48.

［10］ 曾 健.無人機：中國海事監管裝備中的新尖兵［J］.中國水運（下半月刊），2012（10）：23－24，26.