基于在海上搜救部門配置搜救無人機(jī)的可行性分析

馮仕海

摘 要：本文提出運(yùn)用無人機(jī)執(zhí)行海上搜尋任務(wù)的設(shè)想，從技術(shù)、成本和法規(guī)三方面論證了在海上搜救部門配置搜救無人機(jī)的可行性。

關(guān)鍵詞：無人機(jī)；海上搜救

目前，我國已經(jīng)分別在北海、東海和南海組建了海上搜救部門，配備專業(yè)救助船舶和救助直升機(jī)執(zhí)行我國沿海的海上人命救助、環(huán)境救助和財(cái)產(chǎn)救助等任務(wù)。其中救助直升機(jī)的投入使用，極大豐富了海上搜救部門的救助手段，提高了救助效率。然而，直升機(jī)救助對(duì)氣象條件、飛行員的技能水平、飛行航程都有嚴(yán)格要求，尤其是在執(zhí)行搜尋任務(wù)時(shí)，常常會(huì)因?yàn)橛龅讲涣继鞖獠荒芗皶r(shí)出動(dòng)而耽誤最佳搜救時(shí)機(jī)，或因飛行機(jī)組的目視搜尋能力有限而效率不佳，同時(shí)因?yàn)槔m(xù)航能力有限而不能長時(shí)間作業(yè)。因此，基于上述現(xiàn)實(shí)困難，筆者試圖從多方面分析在海上搜救部門配置搜救無人機(jī)的可行性，進(jìn)一步驗(yàn)證運(yùn)用無人機(jī)執(zhí)行搜尋任務(wù)的設(shè)想。

1.技術(shù)可行性分析

在茫茫大海上找到落水人員并不是簡單的工作，要求無人機(jī)具備搜尋定位、遠(yuǎn)距離視頻傳輸、遠(yuǎn)距離操控、應(yīng)急物資運(yùn)載與投放等技術(shù)能力。

1.1搜尋定位

目前無人機(jī)已經(jīng)具備遠(yuǎn)距離搜索定位技術(shù)。搜索系統(tǒng)通常由信標(biāo)、機(jī)載探測(cè)器、無人機(jī)、地面站、高分辨率相機(jī)、便攜式人員定位搜救器六部分組成。

該搜索定位系統(tǒng)應(yīng)用在海上搜救領(lǐng)域，只需在船員個(gè)人救生設(shè)備中增配信標(biāo)。信標(biāo)是無人機(jī)搜救的關(guān)鍵所在，它可以發(fā)射具有自身識(shí)別信息的無線電信號(hào)。當(dāng)無人機(jī)在空中飛行時(shí)，機(jī)載設(shè)備在半徑10公里范圍內(nèi)就可以激活信標(biāo)，進(jìn)而讀取遇險(xiǎn)船員ID信息，然后再通過信標(biāo)發(fā)出的GPS信號(hào)進(jìn)行快速定位。

當(dāng)然，船上人員在突發(fā)情況下也經(jīng)常存在來不及穿戴救生設(shè)備而落水，此時(shí)就要求無人機(jī)具備自主識(shí)別能力。2015 年，英國 MartekAviation 公司研發(fā)的 ViDAR 無人機(jī)搜救系統(tǒng)采用可180°旋轉(zhuǎn)并記錄的高清相機(jī)陣列將單次掃描范圍擴(kuò)大了 80 倍，同時(shí)結(jié)合自主學(xué)習(xí)算法能夠自動(dòng)偵測(cè)海上人眼無法看見的目標(biāo)，包括小艇及落水人員，并向地面操作員傳回實(shí)時(shí)圖像。該系統(tǒng)目前已被美國、英國、澳大利亞等國裝載在“掃描鷹（ScanEagle）”無人機(jī)上，用于海上目標(biāo)的搜索。由于“掃描鷹”本身具有較為出色的續(xù)航能力，也具備一定的抗風(fēng)能力，可在 6 級(jí)海況下執(zhí)行海上搜救任務(wù)，裝載 ViDAR 系統(tǒng)后能夠以 11 km/h 的速度持續(xù)工作 12 h，單次海上搜索面積可達(dá) 4.6 萬 km2。

1.2遠(yuǎn)距離視頻傳輸

目前，遠(yuǎn)距離視頻傳輸技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，機(jī)載傳輸設(shè)備抗干擾能力也逐漸加強(qiáng)，利用無人機(jī)實(shí)現(xiàn)海上搜救現(xiàn)場(chǎng)畫面實(shí)時(shí)傳輸成為可能。無人機(jī)搭載的搜索定位設(shè)備發(fā)現(xiàn)遇險(xiǎn)船只和人員后，通過機(jī)載攝像機(jī)和遠(yuǎn)程傳輸設(shè)備將現(xiàn)場(chǎng)情況實(shí)時(shí)傳輸?shù)降孛嫠丫戎笓]中心或者船基控制站，圖像可以直觀反應(yīng)遇險(xiǎn)者所處的狀況和海面情況，搜救指揮人員就能夠參考現(xiàn)場(chǎng)情況，采取更加合理和有針對(duì)性的救助行動(dòng)。

自 2015 年起，位于馬耳他的國際人道主義組織海上移民救助站使用CAMCOPTER？S-100 無人機(jī)在地中海巡邏，已經(jīng)成功解救了超過 1 000 名難民。CAMCOPTER？S-100無人機(jī)是 Schiebel 公司的高性能無人機(jī)，能夠垂直起降，可在極限氣候條件下完成 6 h 的飛行任務(wù)，并能傳回海上實(shí)時(shí)圖像用于定位和分析。

1.3遠(yuǎn)距離操控

遠(yuǎn)距離操控的問題其實(shí)就是信號(hào)問題，只要有信號(hào)，在哪里都可以實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)的控制。現(xiàn)今幾乎所有的無人機(jī)都是通過多衛(wèi)星定位進(jìn)行遙控，通過全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GPS，北斗等）優(yōu)化定位的準(zhǔn)確性，通過姿態(tài)方向系統(tǒng)，電子變速器等實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制，再通過復(fù)雜的算法提高穩(wěn)定性和實(shí)用性。

目前無人機(jī)的遠(yuǎn)距離操控技術(shù)已經(jīng)很成熟了，有無人機(jī)的國家?guī)缀醵颊莆樟似浜诵募夹g(shù)。軍用無人機(jī)的可控距離高度可達(dá)20000米以上，航程可達(dá)10000公里。捷克制造商Primoco UAV 公司研發(fā)的民用無人機(jī)最大可控距離也已經(jīng)達(dá)到200公里以上，高度可達(dá)3000米。

1.4應(yīng)急物資運(yùn)載與投放

如果民用無人機(jī)能夠投放搜救定位和救生醫(yī)療等設(shè)備，那么無人機(jī)的搜救效率將大幅提高，人員的救助成功率也會(huì)大幅提升。目前，通過現(xiàn)有無人機(jī)生產(chǎn)商公布的技術(shù)資料來看，無人機(jī)的任務(wù)載荷完全能夠滿足搭載上述設(shè)備的需要。以W-50型無人機(jī)為例，續(xù)航時(shí)間較長、載重大，最大起飛重量120千克，任務(wù)載荷20千克，滿足搭載搜救定位設(shè)備、救生器材和急救包等設(shè)備的要求，只要將掛載系統(tǒng)和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)好就能實(shí)現(xiàn)無人機(jī)對(duì)定位、救生和醫(yī)療設(shè)備的搭載與拋放。

2.成本可行性分析

首先，無人機(jī)的采購成本遠(yuǎn)低于直升機(jī)。目前我國搜救部門使用的主要機(jī)型為美國西科斯基公司生產(chǎn)的S-76型直升機(jī)，采購成本高達(dá)1億人民幣，后期維護(hù)成本也十分巨大。搜救無人機(jī)的采購成本則相對(duì)便宜，在2000萬人民幣以內(nèi)便可購買到符合搜救要求的無人機(jī)，如Schiebel 公司生產(chǎn)CAMCOPTER？S-100無人機(jī)和Primoco UAV 公司研發(fā)的民用無人機(jī) 。

其次，無人機(jī)的單次飛行成本遠(yuǎn)低于直升機(jī)。一是油耗成本低。通常，搜尋任務(wù)耗時(shí)較長，每次飛行約3小時(shí)，每小時(shí)耗油約600lbs。按照最新油價(jià)4.504元/Kg計(jì)算，每次搜尋僅燃油成本就達(dá)1226元。無人機(jī)的油耗成本則相對(duì)低廉，京東的物流無人機(jī)VT1，飛行150公里僅耗油2L，每小時(shí)的耗油成本才幾十元。二是操作和保障成本低。目前搜救部門的救助直升機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)組人數(shù)為5人，地面保障人員為6人，將各類人員的培訓(xùn)費(fèi)用和工資進(jìn)行折算，單次成本約為3-4萬元。無人機(jī)不需要駕駛員，地面保障要求也較低，單次成本基本能控制在2000元以內(nèi)。

最后，無人機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)成本較低。雖然船舶及有人駕駛飛機(jī)的設(shè)計(jì)建造安全系數(shù)很高，但在惡劣的天氣條件下，還是有可能發(fā)生受損、墜機(jī)等小概率事件。無人機(jī)在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，只需攜帶相關(guān)的任務(wù)裝備，即使遭遇惡劣天氣，最多就是發(fā)生意外無法進(jìn)行回收，不存在人員安全問題，因此風(fēng)險(xiǎn)成本較低。

3.法規(guī)可行性分析

目前，搜救部門運(yùn)用無人機(jī)執(zhí)行搜救任務(wù)從法規(guī)層面已經(jīng)成為可能，并且有先例可循，2018年3月27日，順豐快遞獲得中國民用航空華東地區(qū)管理局頒發(fā)的無人機(jī)航空運(yùn)營（試點(diǎn)）許可證，成為國內(nèi)首家獲得無人機(jī)運(yùn)營許可的企業(yè)。

自2003年以來，國家對(duì)無人機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展高度重視，相繼出臺(tái)了大量的相關(guān)法規(guī)，使無人機(jī)運(yùn)行逐漸變得有法可依、有章可循。

2003年5月1日，我國開始施行《通用航空飛行管制條例》，明確規(guī)定無人機(jī)用于民用業(yè)務(wù)飛行時(shí)，須當(dāng)作通用航空飛機(jī)對(duì)待。因此，無人機(jī)屬于通用航空范疇，有相對(duì)完整的運(yùn)行規(guī)范可以參照。

2009年6月4日，中國民用航空局航空器適航審定司發(fā)布《關(guān)于民用無人機(jī)管理有關(guān)問題的暫行規(guī)定》，初步解決了無人機(jī)的適航管理問題。

2010年11月14日，國務(wù)院、中央軍委發(fā)布《關(guān)于深化我國低空空域管理改革的意見》，對(duì)低空開放作出明確部署，極大的促進(jìn)了無人機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展熱情。

2013年11月18日，民航局飛行標(biāo)準(zhǔn)司發(fā)布《民用無人駕駛航空器系統(tǒng)駕駛員管理暫行規(guī)定》，主要解決了無人機(jī)的駕駛員資質(zhì)管理問題。

2018年1月6日，工信部和民航局頒布了《無人駕駛航空器飛行管理暫行條例（征求意見稿）》，為無人機(jī)運(yùn)行提供了全面的規(guī)范文件，正式文件預(yù)計(jì)在今后兩年內(nèi)通過審議。

2019年1月23日，民航局印發(fā)《基于運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的無人機(jī)適航審定指導(dǎo)意見》，進(jìn)一步解決了無人機(jī)的適航管理問題。

2019年2月1日，民航局空管行業(yè)管理辦公室頒布《特定類無人機(jī)試運(yùn)行管理規(guī)程（暫行）》，提出使用特定運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估（SORA）方法，對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)較高的無人機(jī)運(yùn)行進(jìn)行安全管理，批準(zhǔn)實(shí)施部分試運(yùn)行。

4.結(jié)論及展望

通過上述分析，可知在海上搜救部門配置搜救無人機(jī)具有可行性。未來，海上搜救部門裝配具有抗風(fēng)等級(jí)高、續(xù)航能力強(qiáng)、操控范圍廣、遠(yuǎn)程視頻傳輸和應(yīng)急物資載運(yùn)等技術(shù)的先進(jìn)無人機(jī)執(zhí)行海上搜尋任務(wù)，將極大提升搜救效率，豐富搜救手段，進(jìn)一步完善海空救援體系。