“空中哨兵系統”在警衛勤務中運用問題研究

李全慶，劉穎璇

(武警學院 警衛系，河北 廊坊　065000)

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“空中哨兵系統”在警衛勤務中運用問題研究

李全慶，劉穎璇

(武警學院 警衛系，河北 廊坊065000)

在警衛勤務中，對于復雜地形特別是復雜地形中制高點的管理控制，一直是困擾警衛部隊的重大難題。無人機技術、攝像技術、通信技術及衛星導航定位技術的迅速發展，為解決這一難題提供了強有力的技術支撐。闡述“空中哨兵系統”的涵義、系統構成、特點，探討“空中哨兵系統”的功能及其在警衛勤務中的運用。

空中哨兵；復雜地形；警衛；制高點

在警衛勤務中，對復雜地形*本文所述復雜地形，是指警衛部隊難以用常規手段進行有效管控，并容易出現漏洞的山地、丘陵地與樹木及其他植物覆蓋的地形環境等。特別是山地與丘陵地的制高點控制，一直是困擾警衛部隊的重大難題。在警衛勤務實踐中，只能采用人員攀登(爬)布哨的方式對山地、丘陵地形環境中的制高點進行控制；對于林草覆蓋地等地形，通常采用卡口與小范圍搜查相結合的方法進行控制。在一些重大警衛勤務中，曾運用直升機對復雜地形環境中的路線進行偵察管控，但成本較高，因而未能在警衛勤務中得到廣泛使用。2015年3月5日，國務院總理李克強在《政府工作報告》*參見：2015年3月5日國務院總理李克強在第十二屆全國人民代表大會第三次會議上所作的《政府工作報告》，載于《人民日報》2015年3月17日第1版。中提出制訂“互聯網+”行動計劃，極大提升了科研工作者們對信息技術與各種機械設備綜合應用開發的關注度，“無人機+”技術也隨之迎來了高速發展的春天。無人機作為一種空中設備的運載平臺，其功能隨機載設備的多樣化選擇呈現出極大的拓展潛力。當前，無人機偵察技術，除在軍事、公安領域得到長足發展外，在農業、電力、交通、環保、國土資源，甚至在娛樂業都得到了廣泛應用，并創造了十分可觀的經濟與社會效益。然而，其在警衛勤務中的應用卻還是空白。將較成熟的無人機技術與偵察、通信等技術有機結合，解決警衛勤務中復雜地形的管控問題，彌補警衛勤務存在的巨大漏洞，不僅十分必要，而且迫在眉睫。

一、“空中哨兵系統”的涵義與系統構成

所謂“空中哨兵系統”，是指運用“無人機+GPS(或北斗衛星)導航+可見光攝像+熱成像+通信”等技術(機載設備可根據需要選配)，綜合形成的具有對復雜地形進行巡邏與偵察等功能于一體的警衛技術防范系統。其核心技術是載體工具——無人機與夜間圖像獲取技術——熱成像技術的綜合運用。

(一)無人機系統

無人駕駛飛機簡稱“無人機”，是利用無線電遙控設備或自動駕駛裝置操控的不載人飛機。自動駕駛無人機的核心控制設備是自動駕駛儀，由GPS(或北斗衛星)導航系統、高度計、陀螺儀、三維超聲波測距系統和計算機等構成無人機的大腦，保證無人機能夠按預定程序安全飛行。從機翼差異角度劃分，無人機可分為旋翼無人機、固定翼無人機、無人飛艇等。[1]從動力差異角度可分為電動引擎與內燃機引擎兩種類型。不同類型的無人機具有不同的優缺點。無人機種類多、型號龐雜，為警衛應用提供了多種選擇。

1.旋翼無人機。旋翼無人機的最大優點是能夠垂直起降，不需要發射系統與降落設備，可以自由懸停，轉向靈活。旋翼無人機有兩種類型，即單旋翼無人機與多旋翼無人機。單旋翼無人機通常也稱為無人直升機，它的構造比較簡單，且能夠以較高速度飛行。同時，其具有振動小、噪音低、可靠性高等特點。如，我國自行研制的V750無人直升機，起飛重量為757 kg，載荷量大于80 kg，速度可達161 km·h-1，最大航程為500 km，續航時間大于4 h。該無人機可人工遙控飛行，也可以程控自主飛行，其巡航半徑超過150 km，使用升限為3 000 m。[2]此種無人機，可以基本滿足公安警衛部隊各種空中警衛勤務需求。多旋翼無人機，通常也稱為多旋翼無人飛行器，與無人直升機相比，其結構更為簡單，結構小巧，價格也更為低廉，懸停、轉向與升降更為靈活。當前，公安系統所使用無人機主要是多旋翼無人機。但現有多旋翼無人機一般起飛重量較小，飛行距離短、速度慢、滯空時間短。

2.固定翼無人機。固定翼無人機的形狀類似于日常所見客機，只不過體積較小。固定翼無人機具有飛行距離遠、速度快的特點；但其轉彎半徑較大，一般起飛與降落需要特殊的輔助設備與場地。[3]具有能夠垂直起飛功能的固定翼飛機國內外尚在試驗之中，暫無成熟可選用機型。據公開資料顯示，目前我國除解放軍部隊外，海警已配備類似美國“捕食者”的“彩虹-4”無人機，一些地方的應急測繪分隊也配備有中小型固定翼無人機。公安系統與武警內衛部隊均未裝備固定翼無人機。

3.無人飛艇。無人飛艇是一種可以自行飛行的浮空器，一般靠填充的氦氣來獲得升力，發動機提供的動力主要用于飛艇水平移動以及艇載設備的供電。無人飛艇一般不稱為無人機，但具備某些無人機的功能。與無人機相比，無人飛艇的飛行速度慢、轉向欠靈活；但其具有滯空時間長、能耗低與載荷量大的特點。如果采用繩系方式與地面固定物相聯，則可以長時間不消耗能量定位滯空。當需要對固定范圍進行空中偵察與監控時，無人飛艇具有不可替代的優勢。

(二)圖像采集系統

“空中哨兵系統”的主要任務是連續采集現地圖像，對可疑目標進行甄別和報警，并將情況及時發送給警衛勤務指揮員。圖像采集系統需具備全天候工作的能力，不僅需要安裝可見光攝像系統，還需要安裝具有夜間偵察功能和能夠突破雨、霧及草木等障礙的夜視系統和熱成像系統。

1.可見光攝像系統。可見光攝像系統是常規攝像系統，其主要由可見光攝像機、長焦距大廣角鏡頭(可自動或遙控調整)與高速云臺等部件組成。高速云臺負責將鏡頭的光軸指向目標或使鏡頭對目標區域進行快速掃描；鏡頭負責將目標區域景物或目標光線轉化為可見光圖像；可見光攝像機負責將鏡頭得到的光學信號轉變為可傳輸的電子圖像信號。可見光攝像系統主要用于在白天且能見度較高的環境中進行圖像采集。

2.夜視系統和熱成像系統。在夜間或可見度較低的環境中執行警衛勤務時，需要運用夜視系統和熱成像系統來解決因可見光不足而產生的圖像模糊或不能分辨物體的問題。夜視系統和熱成像系統主要由高速云臺與紅外攝像機或熱成像儀組成。紅外攝像機或熱成像儀的工作原理較簡單：任何高于絕對零度(-273.15 ℃，這一溫度是宇宙中不存在的一個理論值)的物體都會發出紅外線，溫度不同的物體及物體不同溫度的部位發射的紅外線波長不同，通過對紅外線波長識別即可還原成物體的“熱圖像”。紅外攝像機與熱成像儀都根據這一原理制造而成。紅外攝像機與熱成像儀感應的是紅外線而不是可見光，可以在可見光不足或無可見光的情況下工作。紅外攝像機一般為主動式，即夜間需要用紅外探照燈照射目標，接收目標反射的紅外線形成圖像。紅外攝像機具有成像清晰、成本低等優點。清晰度較高時，可以看清人的五官等細節，辨識出人物目標是誰。但在全黑情況下，必須借助輔助紅外光源照射目標才能清晰成像，而輔助紅外光源的照射距離最遠一般只能達到100 m左右，從而限制了紅外攝像機的工作距離。熱成像儀不發射紅外線，依靠目標自身的紅外輻射形成熱圖像，因此也被稱為被動式紅外攝像機。熱成像儀根據目標的溫差成像，與目標反射光線無關。相對于紅外攝像機，熱成像儀的夜視功能受環境因素影響較小，同時對其他遮蔽物也有一定的穿透功能。質量較好的軍用紅外熱成像儀，能反映出千分之一度的溫差，可以透過煙霧、雨雪和偽裝，發現隱蔽在樹林和草叢中的車輛、人員，甚至埋在地下的物體。[4]一般熱成像儀的觀測距離為200～1 000 m，可滿足警衛勤務中小范圍空中偵察的要求。在光線非常暗的環境下，紅外熱成像夜視儀的觀測距離遠高于紅外攝像機。但紅外熱成像儀也存在著分辨率不高的缺點，其主要用途是發現目標與辨識目標類別，如目標是人還是動物或是車輛等。

(三)GPS(或北斗衛星)導航系統

解決無人機飛行控制問題，特別是自動巡航問題是“空中哨兵系統”的關鍵技術之一。在現有技術條件下，運用衛星導航系統來解決飛行器的自動駕駛問題是最簡單與行之有效的方法。只要能夠接收到導航衛星信號，并輔以電子地圖，即可對無人飛機進行及時精確的導航控制。[5]當前，各國大都采用美國制造與控制的GPS系統進行導航與定位，我國包括公安部門在內的許多單位也是如此。雖然美國宣傳與鼓勵各國民間無償使用其GPS系統。但享人之利，必受制于人。目前，我國自行研制與部署的北斗衛星定位導航系統已基本建成并投入使用，且部分功能優于GPS系統。為了避免GPS系統的不確定性造成的安全隱患，我國公安系統使用的各種導航設備正逐步向北斗衛星定位導航系統轉變。警衛部隊應優先考慮使用北斗衛星定位導航系統；但在一定條件下，可將GPS導航系統作為備份，以備不時之需。在使用GPS導航系統時，需要運用“反衛星定位”技術，避免警衛信息外泄。

(四)通信系統與身份識別系統

“空中哨兵系統”中的通信系統，可以將采集到的影像實時傳送給警衛人員；同時，警衛人員也可以根據需要通過通信系統對“空中哨兵系統”不間斷地發送各種控制指令。在技術層面上，“空中哨兵系統”中信息無線傳輸已不存在難點，保密與防干擾是警衛通信中需要關注的重點。目前，警衛部隊已依托“公共移動通信平臺+VPN”技術，建立起專用無線通信保密隧道。這一技術應用方便且適應性強，可以在不進行大規模硬件設施建設的基礎上使用。“空中哨兵系統”可充分利用這一技術手段解決通信過程中的保密與防干擾問題。

在警衛勤務中，警戒區域內不僅有警衛參勤人員，還會有普通群眾甚至敵人。雖然空中哨兵的攝像系統可以及時發現地面人員，但通過體貌特征來識別地面人員的身份(特別是在夜間)十分困難。因此，“空中哨兵系統”必須配備身份識別系統，以彌補這一不足。所謂身份識別系統，即參勤人員攜帶可以發射無線電身份識別信號的信號發射器，“空中哨兵系統”裝設信號接收與識別器，通過信號識別判斷地面人員身份，對于不能識別的目標進行報警。當前，電子身份識別技術已十分成熟，公共移動通信系統即具有這一功能。警衛部門大都配備有專用通信手機，只需要在“空中哨兵系統”中安裝限定的手機與號碼識別器以及方向性較強的定向天線，則可即時判別不同位置的人員是否為警衛人員。

二、“空中哨兵系統”的特點

在警衛勤務中，“空中哨兵系統”擁有其他措施及技術不可比擬的優點。

(一)地形適應性強

對地形的高適應性，是“空中哨兵系統”的最大優點。由于凌空飛行，地形與地貌對其基本不構成影響，特別是在警衛人員正常情況下難以進入或通行困難的地形環境中，“空中哨兵系統”的作用不可替代。在人工控制時，“空中哨兵系統”還可以對窄小環境、峽谷甚至樹林空隙中的目標進行抵近偵察。目前，尚無解決這一問題的其他技術途徑。

(二)警戒范圍大、漏洞少

警衛管控需要做到“天網恢恢，疏而不漏”，一是指警戒范圍要大，二是要能夠對細節進行有效管控。人員在地面偵察與巡邏時，只能在可以通行的途徑行進，觀察范圍僅限于視力所及；其他安防設備，一般都采取定位警戒模式，對于人員不能到達或未安裝安防設備的地點則無能為力。而“空中哨兵系統”憑借空中優勢，可以登高遠眺。在一定范圍內，其管控半徑隨飛行高度的增加而擴大。與此同時，“空中哨兵系統”具備快速巡航能力，使得其警戒范圍能夠根據需要而迅速擴大。此外，“空中哨兵系統”可以憑借速度優勢，對同一區域進行反復偵察，將不同時間點各種目標的狀態進行比對，或是對可疑目標進行抵近偵察，及時發現危險因素。

(三)快捷高效

快是“空中哨兵系統”的另一大特點。以住地或現場警衛勤務為中心，劃定半徑1 500 m警衛管控區*根據有效狙擊距離確定，7.62～9.0 mm的中口徑軍用狙擊步槍的有效射程為1 000 m，最大不超過1 500 m。，“空中哨兵系統”在10 min之內即可圍繞其邊緣巡邏一周或數周，在巡邏過程中可對航線兩側500 m左右范圍內情況進行詳細偵察。使用中型無人直升機或固定翼無人機，可以100 km·h-1以上的速度對路線兩側500 m(根據選用偵察設備確定)內的情況進行偵察。另外，“空中哨兵系統”使用無人機作為載體，準備時間短，使用方便，不僅能夠快捷高效地完成各種地形環境下既定的偵察工作，而且，可以根據需要隨時進行快速偵察部署。如，“8·12”天津港火災爆炸事故發生后，公安部門與平安保險總公司分別使用無人機對爆炸核心區域進行遠程查勘，極大地提高了對事故現場的查勘工作效率和數據采集的精確度。

(四)操作與維護簡單

“空中哨兵系統”，從本質上講即是無人機技術、攝像技術、通信技術與自動化控制的有機結合，基本技術皆十分成熟。由于自動化程度不斷提高，“空中哨兵系統”所應用的各種設備越來越趨于“傻瓜”化。輔以設計人員有針對性的技術優化與系統改造，僅需進行簡單的設置，甚至按幾個鍵即可完成整個操作過程。經過簡單培訓，操作人員就可掌握系統的操作與使用。“空中哨兵系統”具有自動控制與人工操作的雙重控制模式，警衛人員能夠根據需要方便地進行控制模式轉換，提高了控制的靈活性。在維護與保養方面，各設備的日常維護與保養皆已程式化，簡單易行。

(五)成本相對低廉

在山地與丘陵地形環境警衛勤務中，對于制高點的控制不僅需要動用眾多警力，且制高點哨兵需要冒較大風險，如果發生人員傷亡，成本將會成倍增加。使用直升機執行偵察任務成本高昂：國產直升機價格在3 000萬元左右，進口直升機價格在4 000萬元左右，且需要專業飛行員駕駛。綜合計算，短時間租用直升機的費用為3 000元╱小時左右。[6]因此，警衛部隊列裝直升機的現實性較低。綜合性能、質量與價格等因素，可將“空中哨兵系統”分為低端、中端與高端三個檔次。低端產品價格在10萬元以內；中端產品價格在100萬元以內；高端產品，如使用與V750無人直升機同檔次機型組裝而成的“空中哨兵系統”，價格在1 000萬元左右。采用中、低端“空中哨兵系統”，可以對中小范圍區域進行有效管控。雖然高端“空中哨兵系統”投資尚高，但其功能強大，基本能夠滿足警衛勤務的各種空中管控需要；且一次投入，可以長期、多地使用，維護成本低，綜合效益將十分明顯。

三、“空中哨兵系統”的功能與應用

“空中哨兵系統”在警衛勤務中的作用，主要體現于偵察與巡邏、監視與引導、對敵攻擊和通信中繼等方面。

(一)偵察與巡邏

對復雜地形偵察與巡邏是“空中哨兵系統”最基本的功能。擔負偵察與巡邏任務的“空中哨兵系統”，一般需要配備可見光攝像機、紅外攝像機與熱成像儀等偵察器材，即能夠發現可疑目標。

在住地與現場警衛勤務中，“空中哨兵系統”能夠對山地、丘陵地及草木覆蓋地域的制高點和谷地進行無障礙偵察與巡邏。“空中哨兵系統”的偵察與巡邏工作既可由自動駕駛儀完成，也可以靠手動遙控實施；可設置為連續偵察巡邏模式，也可設置為定時自動重復模式；同時，還可以對可疑目標進行近距離、多方位反復觀察，必要時進行報警。從技術適用與成本角度考慮，在復雜地形執行住地與現場警衛任務時，由于范圍較小，可以選用成本低、轉向與升降靈活的中、低端多旋翼無人機或小型無人直升機作為載體工具。

在路線警衛勤務中，可以使用“空中哨兵系統”提前對道路兩側情況進行偵察。在山區路線特別是在重大自然災害條件下的路線警衛勤務中，此偵察工作尤為必要。在路線警衛工作中，由于車隊速度快、運行時間長及警戒范圍大，應采用速度快、滯空時間長的高端固定翼無人機或無人直升機作為載體工具。

(二)監視與引導

所謂監視，是指“空中哨兵系統”對可疑目標和可疑區域進行連續觀察，將目標圖像不間斷地傳送給警衛人員，為警衛人員快速決策提供依據。引導，是指“空中哨兵系統”在發現可疑人員或敵對分子移動時，對其進行跟蹤，并將其活動路線及情況實時地傳送給警衛人員，引導警衛人員對其進行抓捕。擔負監視與引導任務的“空中哨兵系統”一般部署于警衛住地與現場，可以內燃機引擎驅動的中、低端多旋翼無人機或無人直升機作為載體工具，選配可見光攝像機、紅外攝像機為攝像工具，既要保證其靈活性與滯空時間，也要保證能夠清晰分辨目標。

(三)對敵攻擊

對敵攻擊，是“空中哨兵系統”的一項輔助性功能。這一功能只需配備可遙控進攻性武器即可實現，在軍用無人機中已得到了廣泛使用。根據警衛勤務的性質，警衛部隊在設計“空中哨兵系統”時，可以根據需要裝備網槍、電擊泰瑟槍或催淚彈等非致命性武器，在警衛人員未到達前對敵目標進行攻擊，使其失去破壞、進攻或逃跑的能力，為警衛人員贏得處置時間。另外，在“空中哨兵系統”中，使用選配的網槍等武器，可以有效防范長期困擾警衛部隊的“低、慢、小”飛行物*在低空中飛行、速度較慢、空軍雷達等設備難以發現與控制、對警衛住地與現場構成一定威脅的小飛行物。對警衛目標造成的威脅。

在警衛勤務中，“空中哨兵系統”對敵攻擊一般只會發生在住地與現場，在攻擊前需要徹底查清目標。因此，可以采用中端多旋翼無人機或小型無人直升機作為載體工具，選配可見光攝像機與紅外攝像機等偵察器材，根據需要選配必要的攻擊武器。

(四)通信中繼

在山區執行警衛任務時，移動通信受到地形條件的較大限制，為了保證警衛通信工具互聯互通，往往需要在高處架設無線中繼設備。由于地面中繼站的高度受到一定限制，當地形復雜時，則只能通過增加中繼站數量擴大通信范圍，使通信成本與難度加大。使用旋翼無人機，可以在短時間內承擔通信中繼設備載體的功能，且方便易行。如果時間較長，則使用繩系式無人飛艇作為無線中繼設備的運載工具為最佳選擇。它既可通過調整飛艇高度方便地控制通信范圍，也能夠無消耗地延長無線中繼設備的滯空時間；同時，在保證中繼站正常工作情況下，可隨任務區域動態移動，呈現很強的靈活性。

四、結束語

低端無人機雖然已在部分公安警務工作中運用，但從長遠來看，中、高端“空中哨兵系統”應成為警衛部隊裝備首選。隨著科學技術的持續發展，“空中哨兵系統”成本將不斷降低。充分挖掘“無人機+”技術的潛力，將有助于警衛部隊解決警衛勤務中復雜地形管控等不斷出現的諸多現實難題。[7]

[1]無人機的功能和各國無人機的技術特點[EB/OL].(2012-03-16).http：//www.ce.cn/aero/knowledge/201203/16/t20120316_21132926.shtml.

[2]中國最大無人直升機V750首飛填補國內空白[EB/OL].(2011-05-08).http：//www.yn.xinhuanet.com/newscenter/2011-05/08/content_22708199.htm.

[3]常曉東.警用無人機輔助執法的思考[J].決策與信息，2013，(8).

[4]熱成像夜視儀的區別和報價[EB/OL].(2014-12-23).http：//jingyan.baidu.com/article/624e7459442486-34e8ba5a3e.html.

[5]劉丹，田銀枝.警用無人機空中實時圖像偵察系統的設計與應用[J].地理空間信息，2015，(1).

[6]我警用EC135型直升機每小時飛行成本3000元[EB/OL].(2008-07-03).http：//mil.news.sina.com.cn/2008-07-03/1046508572.html.

[7]鄭攀.小型無人機在公共安全領域的應用前景展望[J].警察技術，2013，(4).

(責任編輯、校對劉彥超)

On Constructing an Air Security System to Solve the Problem of Controlling Complex Terrain

LI Quanqing，LIU Yingxuan

(Security Department，The Armed Police Academy，Langfang，Hebei Province065000，China)

In the security work，controlling the complex terrain is a major problem the security force confronts.The development of unmanned aerial vehicle (UAV) technology，photograph technology and GPS (or the Big Dipper) navigation technology provide a reliable technical support for solving this problem.The application of the UAV + reconnaissance technology helps effectively solve the problem of controlling the commanding height in the complex terrain.

the Air Guard；the complex terrain；the guard；the commanding height

2015-09-01

李全慶(1969—)，男，河北河間人，副教授；劉穎璇(1983—)，女，河北保定人，講師。

●警衛研究

D631.3

A

1008-2077(2016)01-0025-05