無人機系統應用于海事動態監管的可行性分析

趙健　鐘子洋　谷通

【摘 要】 為滿足航運業快速發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監管體系現狀，針對無人機監管能效高、實用性強、費效比高、使用風險低、取證能力強、操作維護要求低等優勢，對無人機在海事監管中應用的可行性進行探討。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頂層設計；建立合作機制，妥善解決空域管制問題；制定符合海事應用技術指標；構建基于無人機的立體監管體系；建立海事無人機管理部門；推進解決無人機所產生的相關法律問題。

【關鍵詞】 無人機；無人機系統；海事監管；可行性分析

0 引 言

近年來無人機技術概念火熱，從軍用“全球鷹”到民用“大疆”，無人機技術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了無人機的發展。無人機在海事領域的應用被提上日程：一方面，隨著船舶簽證制度改革，海事監管工作重心逐步從事前監管轉為事中及事后管理；另一方面，航運業的快速發展對海事工作提出更高的要求，現有監管體系愈加難以適應海事新常態要求（如重點水域監管任務需要高頻度、高精度的實時監管），而無人機系統所具備的獨特優勢，使其成為應對新常態下海事監管挑戰的選項之一。作為海事領域內新的應用技術，無人機雖然仍存在一定問題，但結合此前海事試點成果及現有技術，現階段在港區推廣海事無人機時機已成熟；因此，本文圍繞無人機系統著重探討其在海事監管領域應用的可行性及效益分析。

1 港口海事動態監管體系現狀

經過多年發展，我國港口海事已基本實現了現代化，建立以船舶交通管理系統（VTS）、船舶自動識別系統（AIS）及視頻監控系統（CCTV）等為代表的海事動態監管體系，為航運安全發展及海洋環境保護發揮了重要作用。但是，隨著航運業高速發展及國家政策改革，現有的動態監管手段越來越難以有效應對航運業的發展變化及海事工作新常態下所帶來的挑戰，不同海事動態監管手段優缺點對比分析見表1。[1]

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

2 無人機系統優勢

無人機是一種有自主動力驅動、機上無人駕駛、可控制、能重復使用、可攜帶多種設備、執行多種任務的航空器的簡稱。現今所說的無人機實質是指一個由無人駕駛飛行器、飛行控制系統、飛行任務載荷、地面控制系統（包括通信系統、監測系統、數據處理系統、收發裝置）及維保團隊所組成的復雜系統，通過電磁微波信號，地面控制人員能對無人機進行遙控、定位和跟蹤。結合現有監管體系，無人機系統能勝任巡航執法、交通組織、應急搜救、溢油監測、航運統計及航標管理等多種任務。

2.1 監管能效高

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，將無人機應用于海事監管轄區日常巡航執法，將能大大節省人力、船舶燃油等成本，同時可以迅速發現威脅通航安全和環境污染的不利因素，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、質量輕及攜帶方便等因素而具有快速反應的能力，能勝任多種應急任務，如無人機可在短時間內抵達事故現場，并能低空勻速飛行，接近目標并對現場進行攝影及攝像，將獲取的高分辨率圖像、錄像和高精度定位數據實時傳送到指揮中心，避免因“信息延誤”而造成生命財產損失。同時，若能有效利用船載無人機，通過船、機、地面指揮中心的協調配合，可提高應急反應效率，如發生溢油事故，可利用無人機進行溢油情況現場評估，更科學、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備便能完成各種任務，性價比較高。隨著無人機技術的不斷發展和進步，無人機系統的總體成本預計還將不斷下降。

2.4 使用風險低

在突發應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險及高強度任務。無人機在危險海域或惡劣天氣下執行任務時，最惡劣的情況就是無法回收飛行器，幾乎不會造成應急人員傷亡。

2.5 取證能力強

無人機對天氣要求較低（8級風下正常飛行）、飛行速度較快、監控面積大，配合船載控制或中繼，可有效擴大其航行半徑并增加續航時間，因此能不間斷地進行巡航執法、調查取證及溢油監控。同時利用無人機巡航采集數據可協助建立海上安全風險數據庫，以提高事故預警，降低事故風險。

2.6 操作維護要求低

無人機操作員門檻較低，無需具備豐富的飛行經驗，一般人員經過嚴格培訓并通過考核獲得資格證書后即可操作無人機。無人機的起降維護要求較低，不少專業無人機均可在強風環境下起降，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，日常維保人員數量較少，后期使用成本低。

3 可行性分析

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

3.1 能減少海事監管盲區

現有海事動態監管體系存在的盲區，可通過無人機系統（如配備機載VTS、AIS及光譜成像儀等）和海巡船與岸基動態監管系統配合掃除，每天不定時在港區監管，強化對通航密集及危險區監控，將有效減少監管盲區。同時，利用遠程圖像傳輸技術實時掌握轄區情況，及時發現通航安全隱患及船舶違法行為，結合海巡船現場執法，有效降低巡航執法成本并極大增強執法威懾力，能較好地適應新常態下的監管新要求。

3.2 能有效提高港區應急處置效率

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，可實現對目標近距離監視和跟蹤，適合用于應急救助：（1）當發生海上交通事故時，無人機在先行抵達現場后，通過機載設備能及早鎖定事故位置并實時拍攝現場情況，將現場狀況回傳指揮中心，為采取應急工作提供直接依據，同時通過指揮中心遠程指令對現場進行協調控制，加強岸基與現場搜救力量的溝通，以提高應急救助率，減少不必要的損耗；（2）當發生油污事故時，無人機通過機載設備可以快速獲取溢油區域及污染物方位等實時信息，迅速確定污染物走向，將相關信息傳輸到指揮中心以及時制定應急方案。同時無人機受晝夜及海況影響小，在溢油應急中具有重要作用，有助于完善船舶防污染聯動機制，推進港區溢油監測及應急處置能力建設。

3.3 能有效破解海事執法及調查取證難題

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

3.4 能有效降低相關海事監管費用

中小型無人機前期投入較低，后期維護費用較少，通過與現有海事監管體系整合，可有效降低日常巡航執法及事故應急等相關開銷。另外，無人機可替代執行其他任務，如海上航標巡檢，通過對海上航標進行視頻圖像采集并及時傳回，能使相關部門實時掌握航標情況，在提高航標管理效率的同時降低相關費用。

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，但多數繁忙港口附近空域同時也是航空航道密集區；因此，無人機在海事監管轄區的使用仍可能存在阻力，如何采取措施突破相關限制將是海事無人機應用的關鍵。

4.2 信號傳輸受海洋環境和覆蓋距離影響

海洋環境可能對無人機通信鏈路造成較大影響，如何確保信號傳輸的穩定性及精確性將是海事無人機應用亟待解決的問題。另外，無人機系統通信信號覆蓋距離有限，在遠離岸線發生突發事件時可能難以實時傳輸信號。

4.3 使用安全風險猶存

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

4.4 使用壽命受海洋環境和惡劣天氣影響

高濕熱、高鹽度的海洋環境對無人機機體及機載設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帶來嚴峻的挑戰，而且在惡劣天氣下執行任務將可能影響無人機的使用壽命。

4.5 缺乏相關的法律體系

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

5 意見和建議

5.1 建立和完善無人機系統頂層設計

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

5.2 建立合作機制，妥善解決空域管制問題

為確保無人機應用能起到預期效果，海事應與有關單位（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，積累經驗，待時機成熟后推廣到全轄區（敏感區除外）不定期、不定線巡航，以發揮無人機系統的最大功效。

5.3 制定符合海事應用技術指標

無人機在實際應用中所遇到大部分技術問題（如碰撞、信號丟失）均可通過技術克服，其他技術特性問題（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應用技術指標，對該系統應用造成困難；因此，海事及相關單位應密切合作，結合已有經驗為海事無人機系統使用制定相關技術指標。

5.4 構建基于無人機的立體監管體系

無人機系統只有與現有動態監管體系緊密整合，才能最大限度地發揮其功效。建立基于無人機的立體監管系統，除了需要補充建設無人機系統通信網絡外，還需針對無人機系統所獲取的信息數據建設相關數據庫，構建數據交換平臺，以實現數據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

為應對無人機系統專業技術要求及維護需要，應建立專業海事無人機管理部門，管理無人機系統應用事宜（如制定無人機系統配置規定、無人機操作及維護守則等），建立無人機系統管理團隊，保證無人機系統的日常使用、維護保養及事故處理等。

5.6 推進解決無人機所產生的相關法律問題

海事部門可參考交警、城管的電子執法模式，聯合有關法律部門制定相關規章制度，推動解決無人機所產生的法律問題，有利于海事無人機系統的推廣使用。

5.7 與其他先進系統協調配合

在智能海事背景下，無人機與無人船等先進系統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；因此，二者結合將能解決無人機滯空時間及信號傳輸等問題，同時有效降低使用成本。

6 結 語

現代航運業的快速發展對海事安全管理提出了更高要求并帶來更大挑戰，將無人機系統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行海上巡航和應急反應提供保障。從國外的發展經驗及趨勢來看，海事監管能力可隨技術裝備水平的進步而不斷提高，未來海事監管系統必然是由包括無人機在內的具備靈活多元、快速反應及強有力應急能力的先進系統所組成。這不僅能完善我國海事動態安全監管體系，還能優化海上安全監管體系，對全面推進我國海事現代化具有積極意義。

參考文獻：

[1] 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，2010（8）：46-48.

[2] 高學英，孫迪，劉勝利，等.我國沿海海事監管飛機布局配置[J].中國航海，2014（3）：85-89.

[3] 李德仁，李明.無人機遙感系統的研究進展與應用前景[J].武漢大學學報（信息科學版），2014（5）：505-513.

[4] 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.