無人機系統在海事執法中的應用

潘楊生

一、前言

在人類社會發展進程中，海洋強國與世界強國伴生，互為倚重。真正的世界強國必然需要海權的支持，而無強大的國力則無法形成和維持強大的海權。世界各國均享有海洋權益，開發利用海洋是世界各國不可剝奪的權利。保護海洋的生態環境、維護海洋的和平與穩定也是世界各國不可推卸的共同責任。

中國海洋權益的維護機構很多，其中交通運輸部海事局是國家成立的專門管理國家海洋事務的機構。海事局主要職責為“三保一維護”，即保障水上交通安全，保護水上環境清潔，保護船員整體權益，維護國家海上主權。

當前，世界發達國家都在加快海事發展步伐，海事執法隊伍已成為保障經濟安全、水域清潔、人命安全、反水上恐怖和維護國家海洋領土主權的重要力量，這既為中國海事部門的發展提供了難得的機遇，更提出了嚴峻的挑戰。

二、海事系統的執法力量

1.海事執法的現狀

日益成為世界重要政治、軍事及經濟大國的中國，仍未組建統一的、健全的、與他國類似的海岸警衛力量。雖然近幾十年來，中國在海上執法能力建設方面取得了不小的進步，但海上執法力量仍存在著職、權、責不清等問題。中國是世界第一人口大國，陸上資源越來越稀缺，海洋對中國的發展也越來越重要，但現實的情況卻是，我國對包括專屬經濟區在內的近海管控能力還較為薄弱。

在過去很長一段時間內，國內多個部門涉及海上執法業務，對內造成人員、機構和職責的重疊，增加了執法成本和協調難度；對外由于缺乏統一的海上執法部門實體，難以與國外同行展開交流以及加強與周邊國家的安全合作，這也造成中國海上執法部門的低效、被動和弱勢。直至整合成立了中國海警局，才統一了我國海上維權執法的職責。但我國現役的海上執法船只絕大多數是不足500噸的小艇，艦載直升機數量更少，根本無法滿足日常海上巡邏和突發事件處置、海上執法的需要。近幾年，國家開始重視大噸位、高性能的海事船艇建造，先后下水了不少大噸位的海巡船艇，為我國海事執法提供了強有力的保障。

2.海事執法裝備介紹

上海海事局管理的海巡01號海事巡邏船，是我國迄今規模最大、裝備最先進、綜合能力最強的大型巡航救助船。

廣東海事局管理的海巡31號海事巡邏船，是全國海事系統第一艘擁有直升機起降平臺、直升機庫和飛行指揮塔等全套船載系統的海巡船，也是我國自行設計建造的第一艘裝備直升機庫的非軍事船舶。

山東海事局管理的海巡11號海事巡邏船，可與岸基海上船舶交通管理系統和船舶自動識別系統聯網，也可將本船雷達數據和所監控的海上動態，實時傳送到岸基各級指揮中心，實現了船舶助航、海事執法、應急指揮、輔助決策等信息的集成應用。

海南海事局管理的海巡21號海事巡邏船，是中國第一艘千噸級可裝備艦載直升機的海事巡邏船，也是中國海事系統最早裝備的大噸位海上執法巡邏船。[1]

3.海事執法的制約

由于水上交通的限制，海事執法會遇到各種因素的制約，這些因素對執法造成不小的困難。

（1）惡劣天氣安全難保障

海事船舶航速較低，船舶操縱性差，抗風浪能力低。環境條件對現場安全管理效果和救助成功率的影響較大。遇到大風、能見度不良、高海況等惡劣天氣，海事艇航行和出動有人飛機的安全系數較難保障。

（2）岸基監視不充分

水面上固定監視設備設置難度大，海事管理的水面監控設備主要依靠碼頭、橋梁和高空建筑等對臨岸水面狀況進行實時監控；非臨岸的水面情況多采取雷達、AIS等手段進行彌補，但信息量不夠充分，不能全面、直觀、完整地呈現海事狀況。

（3）執法準備時間長

事故現場保存難度較大，因為水流、船舶慣性等原因，事故發生后的第一現場易遭到破壞，造成事故雙方對事故責任的確認存在狡辯的空間。

（4）執法出動成本高

危險貨物管理的應急和防污染保障不健全。在對轄區內從事危化貨物運輸的船舶進行監控時，出動海事船艇和執法船效率較低，人力、物力成本過高，取證難度也較大。

三、無人機系統海事應用前景

1.海事行業無人機裝備發展

海事船艇行動較慢，在復雜海域的航行和繁忙港口的調度都較為困難，雖然目前國內部分海事執法船搭載了有人直升機，但有人直升機在惡劣海況下為保障人員安全不能出動，同時有人直升機的使用成本較高，無法滿足高密度、高強度的執法需求。

近十年來無人機的發展十分迅速，國內在無人機技術和產品上都有了很大的進步。無人機作為一種可以遙控或自主模式在空中飛行，可以通過搭載不同的任務載荷，完成一項或多項任務的小型化、智能化飛行平臺，在海事應用中也有很大的潛力。

解決好無人機在海洋環境下的飛行穩定、數據傳輸、船載電磁兼容和起降方便等問題，就能使無人機在海事應用中發揮更大的作用。

目前適合海事應用的無人機按照飛行原理區分主要有固定翼無人機、無人直升機、多旋翼無人機、垂直起降固定翼無人機等，按照動力類型區分主要有油動無人機、電動無人機、混合動力無人機和太陽能無人機等。各類無人機在海事應用中都有自己獨特的優勢。[2]

（1）固定翼無人機

固定翼無人機是最早發展的一類無人機，早期通過對有人固定翼飛機進行改裝使其成為無人機。經過長期發展，固定翼無人機已逐漸擺脫有人固定翼飛機的機艙設計，尤其是電傳飛控和無線控制技術的發展，使得固定翼無人機在結構上能有更多的優化，更加提升了任務載荷的搭載能力。[2]

固定翼無人機因為其良好的空氣動力學外形，在各類無人機續航時間方面有明顯優勢，也就擴大了巡航范圍，在海事應用中能解決常態化、固定航線、大范圍的監視作業。

固定翼無人機需要跑道進行滑跑起飛和降落，為適應海事船艇空間狹小的特點，近些年固定翼也發展出了手拋、彈射等起飛方式和撞網、天鉤、開傘等降落方式。但要想將固定翼無人機通過上述方式降落在海事船艇的甲板上還是有一定風險的，輕者損壞船艇設施，重則造成人員傷亡。

為更好地發揮固定翼無人機的優勢，可修建岸基海事無人機基地，采用大型油動固定翼無人機，在岸基無人機機場采用跑道完成起飛降落，進行瀕海長時的巡航監視；同時，在海事船艇上配置小型電動固定翼無人機，采用手拋起飛、開傘降落的方式作業，主要用于在海事船艇周邊的應急巡視取證。這樣既能發揮固定翼的長航時優勢，又能避免船載固定翼帶來的操作風險。[3]

（2）無人直升機

無人直升機的機械機構與有人直升機大體一致，但與有人直升機相比，無人直升機因為無人員傷亡、體積更小、造價更低、生存力強等特點，在許多方面具有有人直升機無法比擬的優越性。與固定翼無人機相比，無人直升機可垂直起降、空中懸停、朝任意方向飛行，對起飛、著陸場地要求少，具備在海事船艇的甲板上起降的能力。[4]

近些年無人直升機飛控技術的發展，使得無人直升機的操作更加簡單，在起降階段也可以實現完全自主化，航線巡視階段不再需要飛行員過多地介入，確保了任務載荷采集數據的質量。同時，無人直升機采用可變距式槳葉結構，能通過調節槳葉槳距來增加升力，而且這種直接式機械結構調節能讓升力響應更快，所以無人直升機可以面對高風速的復雜海況。近些年小型化重油航空發動機的發展，彌補了電動無人直升機的續航短板。

無人直升機是最能兼容目前海事船艇的無人機，部分海事船艇上已有的有人直升機甲板可以直接作為無人直升機的起降場地。海事船艇搭載2～3架無人直升機，可實現對船艇周圍80～100千米的監視覆蓋。同時，可以在海事局管轄港口部署3～5架無人直升機，可實現對港口船舶的實時不間斷監控。

（3）多旋翼無人機

多旋翼無人機是一種具有三個及以上旋翼軸的特殊的旋翼無人機。通過每個軸上的電動機轉動，帶動旋翼，從而產生升推力。旋翼的總距不變，通過改變不同旋翼之間的相對轉速，可以改變單軸推進力的大小，從而控制飛行器的前后移動過、左右移動、自旋、爬升降落。

多旋翼無人機在國內的發展十分迅速，并且在行業級應用中也推出了不少產品。相較于無人直升機，多旋翼無人機結構更加簡單，后期維護方便；相較于固定翼無人機，多旋翼無人機可以像無人直升機一樣垂直起降，適用于海事船艇狹小的甲板空間。近幾年多旋翼無人機也針對海洋鹽霧環境對結構進行了三防設計，延長電子元器件的壽命。同時，為增加續航時間，多旋翼無人機可采用油動發電機的混合動力驅動方式，在盡量不增加結構復雜程度的前提下，使續航時間得到了很大的提升。

多旋翼無人機巡航時間方面較為薄弱，可搭載在海事船艇上用于小范圍的空中懸停監視，由于相較固定翼無人機飛行更加靈活，可用于對事故船舶和危物船舶的環繞航拍取證。同時，為彌補多旋翼無人機的續航時間短的不足，近幾年還發展出了系留式多旋翼無人機，通過系留繩提供電力可確保多旋翼無人機長航時不間斷懸停，對事故救險期間的近距離、長時間監測是很有應用前景的。

（4）垂直起降固定翼無人機

垂直起降固定翼無人機是近幾年才出現的復合翼無人機，在結構上整合了固定翼和多旋翼的特點，可以不借助跑道完成起降，還可以在空中懸停。

垂直起降固定翼無人機在起飛階段，推進動力停止，起降用的旋翼啟動產生升力，使無人機能直接垂直起飛；垂直起飛到達一定高度后，推進動力啟動，無人機平飛，旋翼動力關閉；到達降落地點上空時，起降用旋翼啟動，推進動力停止，無人機緩慢垂直降落。

由于垂直起降固定翼無人機只在起降階段是旋翼模式工作，巡航階段是固定翼模式工作，相對無人直升機和多旋翼無人機而言，垂直起降固定翼無人機續航時間更加有優勢。同時相對固定翼無人機而言，又具備在海事船舶甲板上的垂直起降能力。

岸基固定翼無人機只適用于瀕海巡航監視，但對于遠海的巡航監視，尤其是我國南海地區的眾多島礁，大型固定翼無人機的巡航監視無法覆蓋。采用海事船艇搭載垂直起降固定翼無人機，可在執法船航行進入南海腹地后，啟動2～4架垂直起降固定翼無人機完成對周圍海島、船舶、海工平臺等目標的巡航監視。

2.無人機系統海事應用優勢

海事局在進行執法中，主要采用的是船艇和搭載的有人直升機，船艇的航行速度較慢，而有人直升機要保障人員安全，也會受到很多限制。無人機相較海事艇和有人飛機在執法過程中主要有如下明顯優勢：

（1）監控無人化、智能化

無人機最明顯的特征就是飛行和任務執行的自主化，為其設定好飛行路線和作業任務后，其可自主飛行，不受海域船舶和礁石的阻隔，到達作業海域上空后可自主或遠程遙控方式采集相關海事信息。

在海上救助中可以利用無人機自主飛行快速到達事故現場，并在目標區上空設置巡視航線搭配任務載荷進行低速掃描式搜索，指揮中心能遠程看到搜索圖像，便于決策指揮，為下一步的救援部署提供幫助，減少了大量的人力投入，從而將救助人員從繁重的、高強度的水上任務中解放出來。

（2）監控范圍更廣

在海區，船舶活動遠離沿海岸線，且相對分散，使用船艇巡邏時，航速低，視野小，巡視間隔時間長，且受自然條件制約程度較大，只能是線性管理，呈帶狀覆蓋。若使用搭載任務設備的無人機進行巡航，巡航速度能達巡邏船的3～10倍；借助空中俯視位置高、設備監控視界范圍廣的優勢，無人機監管范圍相對船艇呈級數擴大。尤其是將執法船舶和無人機結合起來，發揮各自優勢，可以有效實現對“面”的監視和對“點”的控制，同時也能減少船艇不必要的初期投入和龐大的維護費用。

（3）執法作業更高效、更標準

采用無人機進行執法作業，不僅彌補了高海況下的有人機無法出動的限制，而且彌補了海事船艇速度較慢的缺陷。采用無人機作業，可以省去船艇調度、有人機調度、人員維護等環節，以保證反應的快速性和調查的及時性，防止事故進一步擴大。

以防污染保障為例，海上溢油發生后的最初數小時是最有效的行動時機，否則擴散后很難清除。無人機在監測成本、天氣適應性和操作便利性方面具有明顯的優勢，且石油開發平臺通常遠離大陸，在一段時間內位置相對穩定，可運用無人機，設定固定巡航線路對石油開發平臺區域進行巡航監測，及時發現溢油狀況，使執法作業更加標準化。

（4）模塊化設計，功能多樣

無人機搭載的任務載荷采用模塊化設計，可以通過根據不同的執法作業要求更換不同的任務載荷，進一步降低了執法成本。

對溢油應急行為而言，無人機可搭載多個任務載荷對溢油區域進行航拍采集，提供的動態高空圖像可為清理人員提供實時漏油擴散信息（漏油范圍、厚度及擴散軌跡等）。因此，無人機有效地彌補了航空和衛星遙感監測的諸多不足，是對傳統海洋監控系統的良好補充和提升。

3.無人機空海立體監視系統

海洋立體觀測監視系統是利用多種技術手段，進行海洋綜合、立體觀測監視的組合系統。目前主要以調查船觀測、浮標監測和衛星遙感為三大支柱，努力構建具有觀測系統立體化、測量方法多樣化、海上測量和資料傳遞處理一體化的監視系統，為現代化海洋科學研究和海洋開發利用的發展提供全面的海洋現象和時空變化規律資料。

無人機系統在海事監視的應用，將進一步擴大觀測系統的立體化，通過岸基無人機的長航時、定航線的瀕海巡航，艦載無人機對海事船艇的監視范圍的擴大和監視難度的降低，確保了海事監視系統全天候的運行，保證了我國對海洋執法的常態化、全覆蓋、大數據的新時代要求。[5]

四、結論

國內無人機的發展為國家海事部門提供了新的執法工具。發展無人機在海事執法中的應用不僅能解決我國目前在海事監控中的短板，也能更加高效實現全海域的布控能力。應加強對無人機在續航、甲板起降、任務載荷、抗風、電磁兼容等性能的進一步研究，早日實現我國海洋執法無人機系統的組建。