無人機在黃浦江海事監管 領域的應用研究

鐘俊陽

摘? 要：本文以閔行海事局轄區情況為例，針對黃浦江段現有的水上監管模式存在的問題，引入無人機空中監管概念，探索無人機在黃浦江水域的海事監管中的技術要求、運用場景和運用模式，提出無人機技術在黃浦江應用的解決方案。

關鍵詞：無人機;海事;水域監管;立體監管

0 引 言

上海黃浦江段，航道復雜，彎頭眾多，并且是上海港通航密度最大的水域之一，據海事部門不完全統計，黃浦江閔行段2019年船舶日流量最高達2 061艘次，日均流量1 600余艘次;監管對象復雜，既有內河船又有海船，存在砂石料船、危險品船、運糧船、鋼材船、港口工程船、疏浚船、拖輪、環運船等眾多船種。隨著轄區大型水上工程增多，郵輪、游艇等新興產業迅速發展，風險因素不斷增加，海事監管難度持續增大，水上安全監管、人命救助和環境污染防治任務日益繁重。傳統的監管手段已難以適應日趨復雜的海事管理工作，借助科技力量來解決目前執法對象和執法力量不匹配的問題，進一步提升海事監管效率是海事部門急需研究的重要課題。

1 目前黃浦江水域監管體系存在的不足

水上運輸是經濟發展的重要支撐，黃浦江作為上海的重要水上運輸通道，通航量日趨上升，通航環境愈發復雜，監管壓力也不斷增強，海事監管工作需要逐步完善和提高方能適應新形勢下的水上監管要求。目前，在黃浦江水域監管主要存在以下幾個問題：

（1）傳統輪艇巡航效率低

傳統輪艇巡航航速有限，而黃浦江水域海巡執法大隊轄區狹長，輪艇全轄區覆蓋巡航耗時長，且輪艇只能處置目視范圍內的情況，無法對全轄區有一個整體的把握，因此態勢感知能力較弱。且輪艇易受到人疲勞因素的影響，在完成日常巡航執法工作以外，難以進一步提升對整個轄區的控制能力。在經濟性方面，輪艇出動需要花費更大的成本，耗費大量燃油，不符合新時代節能環保的要求。

（2）電子巡航/CCTV存在缺陷

電子巡航作為技術手段廣泛應用于海事監管，但電子巡航系統過于依賴于船舶AIS開啟率，一旦船舶故意違法關閉AIS則將失去對該船舶的有效監管;此外，受到AIS基站布置以及AIS通信帶寬的影響，常出現信號丟失的情況，無法完全滿足海事日常監管要求。而CCTV系統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/超高清視頻實時傳輸存在成本高昂的缺點，無法大面積安裝。

（3）水上動態船監管與靜態船監管數量不匹配

動態船舶是引發水上交通事故的重要因素。按目前監管模式，輪艇工作強度已趨于飽和，且CCTV和電子巡航系統因固有缺陷導致無法完全滿足海事日常對動態船舶的監管，最終造成目前黃浦江水域海事監管存在對靜態船監管嚴格，對動態船監管乏力的局面。究其根本，主因還是在于無法快速有效的獲取目前轄區船舶作業航行的動態。

2 無人機在黃浦江水域海事監管應用的技術優勢

針對上述問題，我們引入一種全新的監管手段——無人機，通過無人機空中俯視視角，打造一個多角度、全方位的水上立體監管體系來應對日益嚴峻的水上監管形勢。相對于傳統的監管手段，無人機具有以下優勢：

（1）機動靈活，反應快速

相對于輪艇，無人機體積小、重量輕、攜帶方便，起飛比較方便，多旋翼無人機甚至不需要跑道，對起飛環境要求較低，可以從岸上或輪艇甲板上進行起降。目前所用型號輪艇巡航速度普遍不高于12 kn，無人機巡航速度普遍在30 kn以上，因此能夠更快速地到達目標區域，且相較于輪艇航前準備時間短，有著更快的出動速度，結合飛行速度快的優勢，能夠使用更少的時間對轄區進行覆蓋監管。

（2）巡視區域廣，實時性強

無人機飛得高，看得遠，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，相同時間內的巡視面積遠高于輪艇，同時無人機可深入指定區域，不受限于環境如水深等因素，可最大限度接近被觀測目標，距近離、多角度地拍攝記錄有用情報信息，并能夠通搭建移動網絡通信，將實時圖傳傳輸到指揮中心，為上級部門應急決策提供更具有時效性、更有決策價值的現場信息。

（3）操作簡便，安全風險低

相對于輪艇，普通執法人員在經過短時間的理論、實踐操作培訓后，就可以熟練掌握操作技能。且目前由于無人機技術的不斷進步，無人機系統已可以適應復雜的氣象環境，能夠在大多數情況下安全飛行。且執法人員在通常情況下都以遠程操作為主，并不深入現場，在一般情況下不容易造成內部安全問題，安全風險較低。

（4）掛載靈活，任務適應性強

無人機經過多年的發展，有效載荷能力不斷提升，這就為功能吊艙的研發奠定了基礎。目前，市面上已經具有多重功能的吊艙，如紅外熱成像吊艙，主要應用于人員搜救領域;嗅探測硫吊艙，主要應用于大氣污染防治領域;超大焦距攝像頭，主要應用于安防領域等。只要根據需求，制作多功能吊艙，即可滿足任務要求。

3 黃浦江無人機海事監管應用方案

3.1無人機的選型

目前，市面上主流民用無人機以固定翼無人機和多旋翼無人機為主。固定翼無人機的特點是飛行時間長、飛行速度快，但存在對起飛降落要求高，需要專門飛行跑道的缺點。此外，固定翼無人機無法做到精準懸停，在目標上空長時間停留難度較大，一般只能采取盤旋的方式進行，需要較大的空域。多旋翼無人機特點是操作簡單，對起飛降落場地要求較低，可在目標上空精準懸停，但存在續航時間短的問題。

黃浦江是上海地標性河流，流經上海市區，高樓林立，且黃浦江跨江大橋數量眾多，江邊作業碼頭等易對飛行造成一定程度的影響。無人機在黃浦江中運用必須具備起降簡易，機動靈活的要求，多旋翼無人機因其特點，可滿足黃浦江絕大部分應用場景需求。

3.2 無人機布點要求

由于黃浦江建有數量眾多的跨江大橋，跨江大橋主橋墩高度普遍在200 m以上，且黃浦江地處上海，東有浦東機場，西有虹橋機場，無人機最大飛行高度受到嚴格制約。黃浦江跨江大橋，如閔浦大橋、徐浦大橋等，橋梁為斜拉結構，橋梁斜拉索易對無人機與操控臺之間的信號傳輸造成干擾，通過實際測試，無人機在飛躍跨江大橋后極易出現信號丟失情況。因此，跨江大橋將對無人機布點產生較大影響，把無人機巡航區域分割成多個區塊。無人機應部署于兩橋之間水域，負責該區段的空中監管。

3.3 無人機在黃浦江海事監管中的用途

以目前應用測試的M300RTK型四旋翼無人機為例，該無人機搭載一枚200倍變焦攝像頭，以及一部高分貝喊話器，可執行三大類的海事監管任務。

（1）非接觸式檢查取證

無人機搭載的高清變焦攝像頭可通過大幅度變焦，通過拍照和錄像的方式對顯性違章行為進行空中取證，可清晰辨認船舶船名以及各類違法情況。目前，通過無人機與后臺其他系統配合，已實現船名標識不清、右舷違規追越、未按規定保持正規瞭望、超寬靠泊、反航道航行、未保持AIS處于正常工作狀態、未進行進出港報告、違規錨泊八大類的顯性違章的非接觸式查處。

（2）轄區水域空中巡查

目前，測試所用的M300RTK型無人機續航時間實測約為40 min，最遠飛行半徑約5 km，從而實現了對轄區的大范圍空中巡航。無人機通過空中視角并結合高清攝像頭，可更輕易發現轄區風險點，可通過機載喊話器，對發現的隱患進行排除。通過測試，目前無人機已可執行危險品船動態監管、客渡船動態監管、重點水域（如彎頭）通航秩序監管、大型船舶靠離泊監控、防污染作業現場監管、水工作業監督檢查、事故險情現場情況核實、極端天氣情況安全宣貫和監管八大類巡查任務。

（3）突發事件應急處置

多旋翼無人機具備起飛準備簡單，快速反應，快速抵達現場和可將現場畫面實時直播的特點，可用于應對突發事件的應急處置。目前，其已可執行落水人員搜尋、水上污染源搜尋、肇事船追逃、事故現場實時畫面回傳等任務。未來在配備拋投裝置后，無人機具備了拋投救生衣、救生圈的能力，亦可用于對落水人員的救助。

3.4 無人機在海事監管中的運行模式

（1）無人機定位

海事監管最主要、最直接的抓手為各海巡執法大隊。可將無人機配置于各海巡執法大隊，以強化海巡執法大隊對現場的掌控能力。目前，各大隊負責無人機日常巡航和執法工作的開展，對無人機系統硬件/軟件負責，包括飛手管理、無人機日常養護等、無人機軟件系統維護等工作。

（2）無人機工作模式

日常的無人機巡航執法主要由每日定時的“打卡”式全面巡航，與電子巡航系統/現場巡邏艇聯動的“點穴”式執法及突發事件應急處置行動組成。

每日定時“打卡”式巡航指的是通過梳理轄區風險點，整理適合無人機執行的任務，制作轄區風險點清單，無人機根據清單進行全域范圍進行精細化巡航，取代部分巡邏艇水域巡航的職責，對轄區通航環境進行梳理，同時對顯性違章進行查處。

“點穴”式執法指的是除“打卡”式全面巡航以外的，對轄區出現的顯性違章或者通航類隱患進行針對性查處。大隊通過二級電子巡航系統及CCTV對轄區進行全方位監控，并對發現的問題進行處置，若處置無效，則觸發無人機“點穴”式執法機制，放飛無人機對出現的問題進行針對性查處。此外，巡邏艇也可作為觸發無人機“點穴”式執法的手段，當巡邏艇在現場巡航過程中遇到難以取證的情景，可呼叫無人機前往現場進行航拍取證。

突發事件應急處置行動指的是當遇到突發事件，如水上交通事故、水上污染事故等，無人機應根據預案要求緊急升空，前往現場查看情況，并建立直播鏈路將現場情況傳輸至指揮中心以方便指揮中心進行現場決策，并執行指揮中心指令，進行交通流組織或執行事故取證等行動。

4 黃浦江無人機海事監管應用成效

經過實際測試，多旋翼無人機能夠在黃浦江水域執行巡航執法任務，并且取得了不錯的成效：

（1）節能環保，經濟高效

以17米級海事巡邏艇為例，該級別巡邏艇執行任務時正常油耗約為18 l/h，且巡邏艇使用成本還包括設備損耗等因素，運行成本高昂。而多旋翼無人機以電池為動力來源，以M300RTK型無人機為例，一組電池共計8 000 mA時可供無人機飛行40 min，與巡邏艇相比，無人機的經濟性更加出眾。目前黃浦江巡邏艇巡航速度一般不超過12 kn，而多旋翼無人機正常飛行速度大約在30 kn左右。完成相同長度轄區巡航，無人機的耗時遠少于巡邏艇。

（2）減少對人的依賴，解放執法資源

17米級巡邏艇出動按照規定要求最少需2名以上成員，若加上其他輔助人員，巡邏艇上人員將進一步增加;而無人機執行同樣的巡航執法任務最少僅需1人即可完成，因此無人機的運用可大大降低對人的依賴，這就為降低單人工作負荷，解放執法資源變成了可能?？梢杂行Ь徑饽壳包S浦江水域海事監管普遍存在的執法對象與執法力量不匹配的問題。

（3）提升“見警率”，增強巡航威懾力

無人機的運用改變了目前的巡航執法模式，可以以較大的頻次，對轄區進行全方位巡航執法，大幅提升了“見警率”，通過遠程非接觸式違章抓取及現場安全廣播，給各種違法動機加以強大震懾。無人機巡航執法的應用也解決了困擾海事多年的難題（輪艇巡航執法疲于奔命，電子巡航看不清、叫不通的現狀），讓巡航執法更有力度，更有威懾力。

5 總 結

隨著海事部門監管模式轉型升級的需要，各項新的科技手段不斷的在海事應用中得以嘗試，目前，閔行海事局在無人機巡航方面進行了有益的探索，證明了無人機完全能夠很好地應用到海事監管領域中，它提供了一種新的輔助手段，補充完善了海事監管服務體系，為黃浦江水域形成全方位陸海空三位一體監管體系作出了重要貢獻。實踐證明，無人機的加入，極大提高了海事部門巡航執法、應急處置和人命救助能力，使得海事部門在維護水上安全形勢、服務地方經濟發展方面更有可為、更有作為，為踐行“航行更安全、海洋更清潔”的使命打下更堅實基礎。