淺談無(wú)人設(shè)備在航標(biāo)巡檢中的應(yīng)用和展望

摘要：本文主要介紹目前無(wú)人設(shè)備在航標(biāo)巡檢中的應(yīng)用效果，以及未來(lái)無(wú)人船在航標(biāo)巡檢中的應(yīng)用。通過(guò)兩種設(shè)備優(yōu)缺點(diǎn)的對(duì)比，提出未來(lái)航標(biāo)巡檢工作應(yīng)向無(wú)人化、智能化方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：無(wú)人 航標(biāo) 巡檢 發(fā)展

0引言

隨著航運(yùn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，為取得最大的經(jīng)濟(jì)效益，船舶不斷向大型化、高速化發(fā)展，同事也給船舶航行安全帶來(lái)了挑戰(zhàn)。為了給船舶提供更好的助航服務(wù)，保障船舶在港口水域安全行駛，近幾年來(lái)航標(biāo)配布日益增加，而航標(biāo)能否發(fā)揮良好的助航效能，航標(biāo)巡檢無(wú)疑是其中重要的一環(huán)?，F(xiàn)有的航標(biāo)巡檢維護(hù)手段需要耗費(fèi)大量的人力、物力、經(jīng)費(fèi)。隨著新技術(shù)、新設(shè)備的推廣和應(yīng)用，能夠極大的降低航標(biāo)管理維護(hù)成本，提高航標(biāo)管理水平和航保服務(wù)質(zhì)量。

1航標(biāo)巡檢的定義及現(xiàn)狀

1.1航標(biāo)巡檢定義

航標(biāo)巡檢，是指對(duì)航標(biāo)進(jìn)行全面、細(xì)致的現(xiàn)場(chǎng)檢查和保養(yǎng)，預(yù)防性地發(fā)現(xiàn)并排除故障隱患，使航標(biāo)始終處于正常工作狀態(tài)。航標(biāo)巡檢工作是航標(biāo)管理工作的重要部分，是持續(xù)保持航標(biāo)特性，發(fā)揮助航效能的重要手段之一。

1.2航標(biāo)巡檢現(xiàn)狀

目前，北方海區(qū)航標(biāo)巡檢主要有遙控遙測(cè)巡檢、現(xiàn)場(chǎng)巡檢及夜航巡檢三種方式。巡檢內(nèi)容主要包括記錄航標(biāo)位置、擦拭透鏡和太陽(yáng)能電池板、測(cè)量電路工作電壓和電流、校對(duì)燈質(zhì)、查看錨鏈磨損情況、檢查主體結(jié)構(gòu)（標(biāo)身、標(biāo)頂）是否完整、標(biāo)身涂色和標(biāo)號(hào)是否鮮明等。借助于移動(dòng)通訊信號(hào)和北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的沿海覆蓋，北方海區(qū)已經(jīng)基本建成以智能化的航標(biāo)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)為核心功能的航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)。但是，該系統(tǒng)只能檢測(cè)航標(biāo)的電壓、電流、位置以及燈質(zhì)等情況，對(duì)于航標(biāo)的主體結(jié)構(gòu)以及標(biāo)識(shí)的情況無(wú)法查看，而且由于目前航標(biāo)遙控遙測(cè)控制系統(tǒng)尚不成熟，對(duì)于一些偏遠(yuǎn)海域，信號(hào)不穩(wěn)定，很難實(shí)現(xiàn)對(duì)所有航標(biāo)的全覆蓋和實(shí)施監(jiān)控，依舊需要人工現(xiàn)場(chǎng)巡檢，耗費(fèi)大量的人力、物力。

一直以來(lái)，航標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)巡檢都是依靠船舶靠近航標(biāo)，然后由航標(biāo)工爬上燈塔或浮標(biāo)，檢查航標(biāo)的燈器有無(wú)損壞、燈質(zhì)是否正常、航標(biāo)性能是否適航等內(nèi)容，平均巡檢一座航標(biāo)需要2小時(shí)左右。有時(shí)因浮標(biāo)搖擺和體力原因，仍無(wú)法發(fā)現(xiàn)連接松動(dòng)和配件脫落等故障，遇上礁石海域或狂風(fēng)大浪等惡劣天氣，根本無(wú)法巡檢，造成巡檢延誤修復(fù)不及時(shí)等問(wèn)題。隨著科技的不斷發(fā)展，無(wú)人設(shè)備也被廣泛的應(yīng)用在非軍事領(lǐng)域，無(wú)人機(jī)和無(wú)人船的出現(xiàn)和應(yīng)用，極大的解決了上述問(wèn)題。

2 無(wú)人機(jī)巡檢

2.1 無(wú)人機(jī)航標(biāo)巡檢應(yīng)用

隨著E航海戰(zhàn)略推進(jìn)，無(wú)人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)在構(gòu)建三維可視航標(biāo)監(jiān)管保障體系中的作用逐漸嶄露頭角。它是一種高機(jī)動(dòng)性、低成本、小型化、專用化遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。它以無(wú)人駕駛飛行器為飛行平臺(tái)、以高分辨率遙感設(shè)備為機(jī)載傳感器、以獲取低空高分辨率遙感數(shù)據(jù)為應(yīng)用目標(biāo)，具有對(duì)地快速實(shí)時(shí)調(diào)查監(jiān)測(cè)能力。無(wú)人機(jī)遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠提供實(shí)時(shí)、高清的遙感影像，包括數(shù)字航空像片和視頻影像，通過(guò)結(jié)合航標(biāo)的物聯(lián)終端數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)和準(zhǔn)實(shí)時(shí)傳輸，最大限度地提高日常管理和應(yīng)急響應(yīng)效率，從而提高管理效率和經(jīng)濟(jì)效益。早在2015年3月份，天津航標(biāo)處就首次利用無(wú)人機(jī)參加海上航標(biāo)應(yīng)急反應(yīng)演習(xí)，開創(chuàng)了我國(guó)使用無(wú)人機(jī)參與航海保障工作的先河，并取得了很好的效果，為無(wú)人機(jī)在航標(biāo)巡檢的進(jìn)一步應(yīng)用提供了借鑒。后來(lái)其他航標(biāo)處也相繼開始應(yīng)用無(wú)人機(jī)開展航標(biāo)巡檢工作。

現(xiàn)以目前在航標(biāo)巡檢中應(yīng)用較廣的“S-100”型無(wú)人直升機(jī)為例。該機(jī)型具有自主飛行能力，能完全自主起飛，航點(diǎn)導(dǎo)航以及降落，可智能判斷環(huán)境狀態(tài)以及在斷路丟失時(shí)可以自主執(zhí)行任務(wù)和原路返回等特點(diǎn)。巡檢前對(duì)無(wú)人機(jī)飛行路徑和控制方式進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計(jì)。無(wú)人機(jī)在完 成系統(tǒng)調(diào)試后按照規(guī)劃飛往各航標(biāo)點(diǎn)，通過(guò)人工操作方式控制無(wú)人機(jī)在航標(biāo)附近懸停，利用搭載的吊艙對(duì)航標(biāo)進(jìn)行拍攝，并通過(guò)鏈路將拍攝畫面實(shí)時(shí)傳回地面控制站，巡檢畫面基本可以確定航標(biāo)主體機(jī)構(gòu)、標(biāo)識(shí)等基本情況，可以對(duì)航標(biāo)的總體狀況進(jìn)行準(zhǔn)確的了解。另外，吊艙的激光測(cè)距儀可以對(duì)航標(biāo)進(jìn)行精確定位，通過(guò)與給定航標(biāo)坐標(biāo)比對(duì)，可以判斷航標(biāo)是否漂移。

2.2 無(wú)人機(jī)巡檢的優(yōu)點(diǎn)

（1）巡檢效率高、成本低

以往開展航標(biāo)夜航工作需要?jiǎng)佑煤Ｑ泊Ш褪嗳说难矙z隊(duì)伍，全部巡檢過(guò)程約用時(shí)5個(gè)小時(shí)，船舶油耗在1.5噸左右。而利用無(wú)人機(jī)開展夜間巡航，執(zhí)行同樣任務(wù)僅用時(shí)45分鐘，并且不需要船舶跟隨以及人員眾多的巡檢隊(duì)伍，此舉能夠大幅提升航標(biāo)巡檢效率，降低船舶運(yùn)行成本。

（2）受條件影響小

海浪對(duì)無(wú)人機(jī)飛行影響較小，即使在大風(fēng)條件下，仍能完成巡檢作業(yè)。而且無(wú)人機(jī)的吊艙搭載的紅外攝頭在夜間巡航中也能清晰看到航標(biāo)的總體情況，相比傳統(tǒng)船艇更安全，更有優(yōu)勢(shì)。

2.3 無(wú)人機(jī)巡檢所面臨的問(wèn)題

（1）受到空中交通管制

無(wú)人機(jī)在飛行前要事先向航空管制處提交空域申請(qǐng)，并組織召開航空管制保障協(xié)調(diào)會(huì)，從而確定飛行時(shí)間、空域、高度、飛行時(shí)間、飛行架次等內(nèi)容。如果出現(xiàn)航標(biāo)異常應(yīng)急情況，進(jìn)行無(wú)人機(jī)巡檢在時(shí)間上可能得不到保障。

（2）能見度對(duì)巡檢效果有影響

北方海區(qū)在進(jìn)入9、10月份后經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)霧霾天氣，當(dāng)無(wú)人機(jī)與地面距離越來(lái)越遠(yuǎn)時(shí)，飛行高度也會(huì)響應(yīng)提高，此時(shí)霧霾天氣會(huì)使拍攝的效果大大折扣，對(duì)巡航造成不利影響。

（3）巡檢方式的選擇

在飛行巡檢過(guò)程中，飛機(jī)飛行速度越慢越有利于拍攝，飛行高度越低拍攝質(zhì)量越好。一般在巡檢過(guò)程中，可采取減速不懸停的方式對(duì)航標(biāo)進(jìn)行觀察。但是，如果需要對(duì)航標(biāo)細(xì)節(jié)進(jìn)行觀察時(shí)就要采取懸停的方式。普通天氣，無(wú)人機(jī)可以長(zhǎng)時(shí)間懸停，如遇到高溫天氣，長(zhǎng)時(shí)間懸停會(huì)造成飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱。

3 無(wú)人船現(xiàn)狀及未來(lái)在巡檢中的應(yīng)用

3.1 無(wú)人船定義

無(wú)人船學(xué)名叫“水面機(jī)器人”，是一種不需要人來(lái)操控，可以完全獨(dú)立自主執(zhí)行任務(wù)的船只，比較適合執(zhí)行危險(xiǎn)或者枯燥、重復(fù)的軍用、民用任務(wù)，例如運(yùn)用在軍事打擊、安防巡邏、水上救助、地貌測(cè)繪、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。endprint

3.2 無(wú)人船的發(fā)展和應(yīng)用

其實(shí)，早在幾十年前就有使用無(wú)人船的先例，據(jù)說(shuō)是在諾曼底登陸的時(shí)候第一次使用了無(wú)人船施放煙霧彈。目前無(wú)人船技術(shù)主要應(yīng)用于軍事，民用的歷史還比較短。2008年，我國(guó)自主研發(fā)的第一艘無(wú)人駕駛的海上探測(cè)船“氣象一號(hào)”為北京奧運(yùn)會(huì)青島帆船賽提供海上氣象保障服務(wù)，開創(chuàng)了中國(guó)利用無(wú)人船進(jìn)行海上流動(dòng)氣象探測(cè)的先例。

3.3 無(wú)人船發(fā)展面臨的問(wèn)題

在技術(shù)上，無(wú)人船相對(duì)于無(wú)人機(jī)的難度更大：

（1）海況比空中更復(fù)雜?？罩兄饕紤]空氣動(dòng)力學(xué)，而無(wú)人船面對(duì)的則是水，流體不僅要面對(duì)推力，更要面對(duì)各種涌動(dòng)。因此，流體的建模非常復(fù)雜，而且現(xiàn)在一直做的都不是特別好，這是目前行業(yè)性的難題。

（2）海上的障礙物更多。無(wú)人機(jī)空中飛行的障礙物是相對(duì)較少的，而水面行駛則要面臨包括島礁以及其他船只等各種障礙物。

（3）無(wú)人船的避障比無(wú)人機(jī)會(huì)難。無(wú)人機(jī)一般風(fēng)過(guò)大時(shí)便不能起降了，但無(wú)人船則要求承受更大的風(fēng)浪，無(wú)人船除了生命保障系統(tǒng)外，其他系統(tǒng)跟有人船的要求都是一樣的。

3.4 無(wú)人船在航標(biāo)巡檢工作中的可操作性

目前，民用無(wú)人船按照功能的不同，其規(guī)模從小到一米幾十千克到十米排水量數(shù)噸，造價(jià)從幾萬(wàn)到幾十萬(wàn)不等。無(wú)人船系統(tǒng)由兩部分組成：一是海上無(wú)人探測(cè)平臺(tái)，即無(wú)人船本體；二是地面控制系統(tǒng)。無(wú)人船在船體設(shè)計(jì)上有一種自穩(wěn)定功能，滿足高海況下工作能力生存海況可達(dá)到4～5級(jí)，還配備有可靠的動(dòng)力系統(tǒng)，航程可達(dá)數(shù)百公里，能夠滿足轄區(qū)內(nèi)絕大多數(shù)航標(biāo)的巡檢工作。

無(wú)人船駕駛有兩種方式，一種是人工遙控，另一種為自動(dòng)駕駛——可按預(yù)定航線行駛，如途中遇到障礙物可通過(guò)目標(biāo)搜索識(shí)別系統(tǒng)和處理系統(tǒng)進(jìn)行避讓航行。它可以按照預(yù)先設(shè)定好的路線自動(dòng)巡航，船上的360°攝像頭會(huì)將途中所見發(fā)回操作臺(tái)，在大屏幕上顯示出來(lái)。工作人員用遙控器對(duì)航標(biāo)進(jìn)行檢查，查看航標(biāo)主體結(jié)構(gòu)、標(biāo)識(shí)等方面是否合格。無(wú)人船搭載的船舶定位系統(tǒng)同樣可以檢查航標(biāo)的位置是否發(fā)生漂移。所以無(wú)人船在航標(biāo)巡檢中有極高的可操作性，如果今后將無(wú)人船技術(shù)應(yīng)用在航標(biāo)巡檢和應(yīng)急處置中，將會(huì)極大的提高我們的航標(biāo)管理水平，提高航保服務(wù)質(zhì)量。

3.5 無(wú)人船的優(yōu)勢(shì)

隨著科技的發(fā)展，無(wú)人船技術(shù)現(xiàn)在主要應(yīng)用在環(huán)境檢測(cè)、水樣采集、地質(zhì)測(cè)繪等方面。

無(wú)人船在航標(biāo)巡檢中的應(yīng)用也很快就會(huì)實(shí)現(xiàn)。它具有以下幾個(gè)特點(diǎn)

（1）成本相對(duì)較低

無(wú)人船在使用時(shí)只需要三四個(gè)人操作人員，減少大量的人力物力。目前研制無(wú)人船的航速可以達(dá)到30節(jié)，續(xù)航能力可達(dá)幾百千米，能夠滿足轄區(qū)絕大多數(shù)航標(biāo)的巡檢要求，具有很好的高效性和經(jīng)濟(jì)性。

（2）使用條件更寬泛

無(wú)人船可以在霧霾天氣使用，無(wú)人船不同于無(wú)人機(jī)，可以近距離靠近航標(biāo)對(duì)航標(biāo)進(jìn)行檢查，霧霾天氣對(duì)于航標(biāo)巡檢的效果影響更小，觀察更準(zhǔn)確。應(yīng)為無(wú)人船的體積不大，目前最大的不超過(guò)10米，所以在使用時(shí)不用擔(dān)心通航限制，使用更靈活。

（3）功能更豐富

隨著技術(shù)的成熟，未來(lái)無(wú)人船可以搭載機(jī)器人對(duì)航標(biāo)進(jìn)行簡(jiǎn)單的維護(hù)保養(yǎng)工作，比如擦拭燈器、太陽(yáng)能板，對(duì)航標(biāo)本體進(jìn)行除銹噴漆等工作。同時(shí)，也可搭載水下機(jī)器人對(duì)航標(biāo)錨鏈進(jìn)行檢測(cè)。另外，無(wú)人船的載荷比無(wú)人機(jī)大很多，如有航標(biāo)漂失時(shí)，可用無(wú)人船對(duì)漂失航標(biāo)進(jìn)行追蹤，并把航標(biāo)拖拽回基地，能夠節(jié)約大量人力物力。

4 結(jié)束語(yǔ)

未來(lái)很多危險(xiǎn)或者重復(fù)的工作都會(huì)向無(wú)人化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展，機(jī)器人不一定是去做很多高大上的事情，也可以做很多實(shí)實(shí)在在、能幫助到日常工作、生活的事情。相信通過(guò)無(wú)人設(shè)備在發(fā)展，一定可以很大程度的提高航標(biāo)管理水平。通過(guò)無(wú)人機(jī)與無(wú)人船的相互協(xié)作，我們可以足不出戶就能實(shí)時(shí)掌握航標(biāo)的動(dòng)態(tài)情況，節(jié)約大量的人力物力，降低能源消耗，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)于實(shí)現(xiàn)“三化”建設(shè)有重要的推動(dòng)意義。

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高建豐 1973年9月23日 男 漢族

北海航海保障中心航標(biāo)導(dǎo)航處（值班室）高級(jí)船長(zhǎng) 研究方向?yàn)榇肮芾砼c無(wú)人船應(yīng)用

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