无人机在海事中的应用

天宇通信集团有限公司——具有卓越创新能力的综合信息系统集成和解决方案提供商AnExcellent&InnovativeComprehensiveSystemIntegratorsandSolutionProvider成立于1990年，注册地上海，注册资金1.5亿元；在全国二十多个省份设有子公司或分公司。主要业务：融合（卫星）通信总体设计、综合信息系统集成、人防保密项目设计施工、移动警务终端及软件开发、无人机系统设计维护、运行维护服务、终端产品研发生产、配套技术服务等主要用户区域分布：业务遍及北京、上海、河北、天津、四川、重庆、广东、广西、福建、浙江、江苏等全国20多个省市。主要用户行业分布：公安、交警、人防、消防、无线电管理、军队及预备役、交通、边防、安监、海监、环保、地震、水利、卫生等政府部门及银行、电信、广电、燃气、电力、水务等企业事业单位。公司概况23随着经济的发展我国海上产业呈现出多样化趋势海事部门的监管能力面临巨大挑战而无人机则非常适合应用到海事系统中首先讨论了无人机在海事系统中的应用最后讨论了无人机海事巡航基地的建设需求无人机在海事当中的应用4海事业务无人机功能任务任务描述日常巡航定期巡视在辖区内完成定期的日常巡视，包含港区船舶超航区、禁航区、交通管制区、游艇区等重点区域。夜间巡视通过不定期的夜间巡视对夜间偷排现象进行遏制。冰区巡航冰区巡航，检测冰区冻结范围等情况油田作业监控配合海巡船艇监控油田作业船舶用作VHF空中中继由于海巡船的船载VHF与岸基的通信距离较短，需要无人机搭载VHF中继设备，配合船艇进行巡航配合海巡船艇进行巡航监视海巡船艇在巡航时速度慢，无法观察视距外不明船只的情况，可以使用舰载起降无人机，用以扩大侦查范围航海保障航标定期巡视对航标进行定期巡航监视，检测航标有无损坏、是否被污物遮挡、有无船只挂靠等情况灯塔冰期给养无人机携带电池、生活物资等，到达灯塔位置，进行准确投送危管防污溢油、污染事故监测取证利用无人机进行溢油及化学品事故应急取证，无人机应能够在规定时间内到达事故现场，将现场情况实施传递给指挥中心海上危险联合取证对于海上的危险现场，需要进行船—无人机联合调查取证、定位，无人机起到扩大船艇搜寻范围的作用应急搜救搜寻定位、事故调查通过对无人机自身定位系统以及机载AIS确定事故地点，并将该位置传回到应急搜救中心；并可以对事故现场进行拍摄，将现场情况传回搜救中心，方便工作人员了解现场情况救援物资投放可以通过无人机进行食物、小型救生浮具、GPS浮标等的投放变身浮具无人机上加装自动充气装置、设置标准的海上救助信号和位置识别信号，必要时可从空中坠入海中变为救生浮具缆绳传递利用可以在船艇甲板上稳定起降的无人机，可携带绳索从搜救船甲板飞往事故船并实施投放5依据我国海事部门的职责以及无人机的功能优势，无人机在海事任务中的应用需求主要体现在三个方面：（1）用于港区、海域内的日常巡视我国拥有近300万平方公里的管辖海域，在如此广阔的海域上实施安全监管职责，常规巡逻船存在航速低、视野小、巡视间隔时间长、受自然条件制约程度大等缺陷。在距离相同的情况下，飞机的巡视辐射面积约是船舶的12倍，巡视效果远高于船舶，因此，用无人机进行港区和海域内的日常巡视，可以有效提高巡航效率，节省人力、燃油等成本。利用空中巡航，可以快速发现潜伏的威胁船舶航行安全的不利因素，及时查核并采取消除隐患的应对措施。当然，如果采用船载直升机的形式，通过船、机配合，更可以发挥各自优势，极大增强执行任务的灵活性。6（2）船舶碰撞及排污、溢油事件的应急调查与取证当海区发生船舶碰撞或排污事件后，需及时进行现场调查取证。目前高速船和大型集装箱船舶的航速超过28Kn（约为50km/h），常规巡逻船航速普遍低于这些船舶，无法追查逃离现场的肇事船舶。而目前国内无人机的航速普遍超过了100km/h，可以保证调查的及时性，利用机载摄像机等设备快速进行现场取证，并将结果返回给应急指挥中心。海上溢油发生后的最初几小时是最有效的行动时机，否则扩散后很难清除。飞机可以借助机载专用设备对重要海域进行溢油监视和监测，迅速确定水上排污源位置，辨别和测量水下污染物，且受白天、黑夜以及天气、海况的影响小，必要时还可通过机载化学物喷洒设备直接参与控制和清除溢油应急行动。7（3）用于海上事故的应急搜寻与救助在海上事故遇险人员搜救过程中，海况通常比较恶劣，救助船舶难以确定遇难船只准确位置，从而无法快速接近遇难船只进行救助。无人机具有受海况影响小、视野开阔的优势，能迅速搜寻目标，引导、指挥救助船舶参加救助，并可直接救助，使救生成功率大大提高。本文根据目前海事系统已开展的各项任务以及无人机的功能特点，按照日常巡航、航海保障、危管防污、应急搜救等海事业务进行分类，给出了无人机在海事系统中的应用需求8海事系统的联合立体巡航网络海事系统引入无人机之后，必将拓展原来的海事执法手段。如何有效地利用无人机，建立无人机与现有海事力量的配合与协调工作机制，从而形成海陆空立体式的海事监管网络模式，是一项值得研究的课题。立体式海事监管网络中包含的巡航力量有：1）静态电子系统：包括原来的CCTV、VTS、以及AIS系统等；2）空中力量：包括无人机、有人直升机等；3）海上力量：海巡船艇等。本文设想了两种典型的海事任务执行场景，用以说明无人机与其他海事力量的配合执行过程。9一、海上危险联合取证当发生海上危险事故时，需要无人机配合巡航船艇进行联合取证。该任务的执行过程如图所示，岸基指挥中心接到危险报警后，派出无人机前往目的地进行调查取证（应急无人机可能从基地起飞或者海巡船上起飞），无人机将险情信息实时传输给指挥中心，由指挥中心根据险情大小做出判断，决定下一步的搜救计划。10海巡船在巡航过程中，若发现不明来历船只，而又短时间内不好靠近时，可派出舰载无人机对不明来历船只进行调查取证，将拍摄信息直接传回巡航船艇；船艇人员据此判断下一步应采取的动作。11通过以上两种典型无人机应用场景的分析可以看出，引入无人机以后，海事立体巡航模式必然会大大提高海事任务的执行效率。当然，海事立体巡航模式的研究尚需进一步深入，这也依赖于无人机在海事系统的逐步实施和应用。海事应用中的无人机配置无人机仅仅是一个飞行平台，其功能归根到底是通过其机载系统中的任务载荷设备来完成的，因此进行海事应用无人机的配置首先要对明确其任务载荷设备有哪些，以及各种任务载荷的功能与作用。12任务载荷海上巡航中所发挥的功能与作用机载数码相机拍摄海面情况可见光CCD拍摄海面、冰区和作业船舶远红外CCD获取目标的热辐射图像，可用于夜间拍摄多光谱成像仪功能重点是针对海洋污染、赤潮发现、原油泄漏等重大事件监测合成孔径雷达远距离、高分辨成像能力；自动目标识别能力机载AIS将无人机的航行参数等重要数据传回控制中心，实现船、无人机的一体化监管机载VHF机载VHF通信中继设备，可以有效扩大巡航船艇与地面控制中心之间的通信距离无人机常用任务载荷13无人机配置需求分析针对前文中总结的无人机海事应用需求，海事系统中应当配置的无人机包括四类：小型无人机、中型无人机、大型无人机以及舰载起降无人机，如下表所示。14无人机类型配置要求搭配任务载荷完成的海事任务小型无人机（指起飞重量小于200kg的无人机）有效载荷不低于20kg；续航时间不低于3h，任务巡航半径不低于100km；低空巡航高度不低于800m，能够达到的相应海况的抗风等级可见光CCD、远红外CCD、数码相机、机载AIS、二次雷达等。用于近岸区域（如港区和航道、锚地）的白天巡航、夜间巡航，以及冰区巡航任务中型无人机（指起飞重量介于200到500kg的无人机）有效载荷不低于50kg，任务半径不低于300km，飞行高度800到1000m，可见光CCD、远红外CCD、数码相机、机载AIS、二次雷达、多光谱成像仪用于离岸基较远的海上日常巡航大型无人机（指起飞重量大于500kg的无人机）任务载荷不低于200kg；巡航速度不低于150km/h，巡航时间不低于10h。能够适应恶劣气候环境机载可见光CCD、远红外CCD、数码相机、大型多光谱成像仪、机载雷达、机载AIS、二次雷达等，机载卫星通讯设备等用于溢油、污染事故监测取证任务，以及应急搜救时，事故地点搜寻、应急取证任务舰载起降无人机任务载荷15kg，续航时间不低于2h，有效巡航半径20km，能在特定范围进行盘旋拍摄或者悬停拍摄。可见光CCD、远红外CCD、数码相机、VHF中继设备等。用于油田作业监控任务，以及配合海巡船艇进行巡航监视等任务15无人机海事巡航基地建设需求（1）小型无人机不同厂家、不同产品差别比较大。按照起降方式来分，大致有如下几种：跑道起降：对于跑道长度，不同机型都有差别，综合起来看，小型无人机一般不会超出400m长、30m宽的跑道，道面采用水泥混凝土或者沥青混合料均可。发射车起飞：需要配置相应的发射车，只需要小场地即可；撞网回收：起降场地上需要安装回收网。16（2）中型、大型无人机中型和大型无人机都主要是跑道起降，参考各类大、中型的起降参数，起降场地一般不超过1000m长、50m宽的跑道要求。同时需建有联络滑行道及停机坪，停机坪需采用水泥混凝土道面，以供大型无人机停放。起降点跑道附近不应存在架空高压输电线路，无人机起降时尽量不要穿越城市上空。17（3）舰载起降无人机根据现有巡航船艇的可用空间判断，舰船很难用于固定翼无人机的起降，只能用于旋翼式、手抛式、水上起降无人机的起降。另外，需要指出的是，各舰载无人机对甲板的具体要求，必须要结合无人机厂家具体需求才能明确。旋翼式舰载无人机：起降平台要满足旋翼式无人机起降时的净空要求。起降平台上不应有任何其他上层建筑，起降平台边界标志线内的甲板表面上，不应有任何固定的突出物。另外，起降平台长度应保证无人机的旋翼（或尾翼或尾桨）的翼尖距离平台上障碍物的距离不小于最小起落安全距离。手抛式：可考虑在舰船上手抛起飞、撞网回收，需安装回收网。但是目前撞网回收的成功率还不是很高。水上起降：对甲板没有要求，但是需配置专门的小艇用于水上无人机的投放和回收。18无人机对海事巡航基地的其他功能需求无人机海事巡航基地除了要满足无人机的起飞和降落外，还有些特殊的功能需求，主要包括如下几个方面。无人机机库：用于存放无人机，其规模视无人机机队数量而定。装备车库：用于存放各种装备车辆（有些无人机需要车载发射；为满足灵活应用需求，有些设备的使用也必须配置装备车）。测控、导航等设备区：测控和导航设备主要用于完成无人机起飞前测试以及无人机的辅助起降导航。数据处理中心：无人机任务设备的图像或信息传回后必须进行数据处理；数据处理中心还有可能作为综合信息处理中心，同时处理无人机传回的信息和岸基收到的各种海事安全信息。训练中心：无人机基地应该能够配置必要的模拟或实操训练，定期对无人机操作手、其他飞行保障人员进行模拟培训和实操训练。维修中心、备件存放区等：无人机的检修几率要高于普通飞机，维修中心与备件存放等内容必不可少。19无人机具有造价低、无人驾驶、容易使用和维护等特点，比较适合应用在海事领域，完成海域巡航监测等任务。本文讨论了无人机在海事任务中的应用需求，以此为基础总结了无人机配置方法，最后分析了海事无人机基地的建设需求，包括各类型无人机对起降场地的要求以及海事巡航基地的其他功能需求。应该指出的是，无人机技术一直在发展，无人机的海事应用需求也是不断拓展的，无人机在海事系统中的应用这一课题也需要随之进行不断的深入研究。20信为先用为本21