“陸?？仗臁北尘跋碌暮Ｊ聼o人機(jī)立體監(jiān)管體系研究

陳慶華（山東海事局，山東 青島 266002）

一、引言

為加快建設(shè)交通強(qiáng)國，推進(jìn)落實(shí)《國家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》，交通運(yùn)輸部海事局決定加快構(gòu)建“陸?？仗臁币惑w化水上交通運(yùn)輸安全保障體系。作為“陸海空天”一體化水上交通運(yùn)輸安全保障體系中“空”基平臺(tái)的重要組成部分，海事無人機(jī)的配備和使用將大幅提升海事船舶動(dòng)態(tài)監(jiān)管、水上搜救應(yīng)急和水上溢油監(jiān)測(cè)能力[1]。構(gòu)建海事無人機(jī)立體監(jiān)管體系則是保障海事無人機(jī)監(jiān)管效能充分發(fā)揮，“陸?？仗臁斌w系完整構(gòu)建的重要手段。

二、現(xiàn)有海事監(jiān)管手段及海事無人機(jī)優(yōu)勢(shì)

（一）海事現(xiàn)有監(jiān)管手段及問題分析

經(jīng)過多年發(fā)展和建設(shè)，我國已初步構(gòu)建了基于船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）、船舶交通管理系統(tǒng)（VTS）、視頻監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）、船舶遠(yuǎn)程識(shí)別與跟蹤系統(tǒng)（LRIT）、海巡船艇和有人飛機(jī)的海事立體監(jiān)管體系，但仍存在監(jiān)管區(qū)域有盲點(diǎn)、溢油防污染監(jiān)測(cè)手段不足、突發(fā)事件應(yīng)急支援能力有限和建設(shè)運(yùn)維成本高等問題[2]，主要裝備設(shè)施及問題分析如下：

1. 船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（AIS）

AIS是工作在甚高頻（VHF）頻段，應(yīng)用于船和岸、船和船之間的海事安全與通信的新型助航系統(tǒng)，主要用于對(duì)距岸50n mile以內(nèi)裝有AIS船舶的識(shí)別與監(jiān)視，存在被動(dòng)探測(cè)易逃避監(jiān)管、岸基AIS不能覆蓋中遠(yuǎn)海、衛(wèi)星AIS時(shí)效性差等問題。

2. 船舶交通管理系統(tǒng)（VTS）

VTS利用雷達(dá)、AIS、VHF以及船載終端等通信設(shè)施監(jiān)控航行在港灣和進(jìn)出港口的船舶，并為船舶提供安全信息，存在覆蓋范圍不足、微觀探測(cè)能力有限等問題。

3. 視頻監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）

CCTV利用視頻技術(shù)探測(cè)、監(jiān)視覆蓋區(qū)域并實(shí)時(shí)顯示、記錄現(xiàn)場(chǎng)圖像，主要視距覆蓋沿海重要港口碼頭、狹水道，存在覆蓋范圍小，獲取動(dòng)態(tài)信息量有限等問題。

4. 船舶遠(yuǎn)程識(shí)別與跟蹤系統(tǒng)（LRIT）

LRIT使用Inmarsat-c衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)AIS相關(guān)信息，主要用于對(duì)裝有衛(wèi)通C站的中國籍國際航行船舶的遠(yuǎn)程識(shí)別與跟蹤，存在覆蓋船舶少、時(shí)效性差等問題。

5. 海巡船艇

海巡船是海事局行使職責(zé)的工作平臺(tái)，可以到達(dá)VTS、CCTV、岸基AIS等系統(tǒng)無法覆蓋或到達(dá)的水域，受船艇平臺(tái)限制，存在建設(shè)運(yùn)維成本高、人力資源占用多、反應(yīng)速度慢等問題。

6. 有人監(jiān)管飛機(jī)

海事有人飛機(jī)可以彌補(bǔ)海巡船艇速度慢、監(jiān)視范圍小的問題，可以快速到達(dá)指定任務(wù)水域完成現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管、應(yīng)急支持、溢油監(jiān)測(cè)等任務(wù)，但是同樣存在建設(shè)運(yùn)維成本高、起降場(chǎng)地要求嚴(yán)苛等問題。

7. 安全通信系統(tǒng)

主要包括VHF、岸基移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信等系統(tǒng)，主要為海事監(jiān)管和應(yīng)急搜救提供通信手段，存在系統(tǒng)集成度不高、帶寬有限等問題。

（二）海事無人機(jī)優(yōu)勢(shì)

海事無人機(jī)通過搭載光電設(shè)備、機(jī)載AIS、機(jī)載VHF、高光譜成像設(shè)備、對(duì)海搜索雷達(dá)、油污采樣設(shè)備等任務(wù)載荷實(shí)現(xiàn)巡航執(zhí)法、行政檢查、搜救應(yīng)急、船舶溢油（化學(xué)品）污染應(yīng)急、通信中繼、海事保障和航海測(cè)繪等主要功能，具備以下顯著優(yōu)勢(shì)：

1. 響應(yīng)速度快

無人機(jī)具有體積小、重量輕、飛行速度快、起降場(chǎng)地要求低的特點(diǎn)，相對(duì)于與船艇和岸基監(jiān)管裝備設(shè)施具有航速快、操控靈活的優(yōu)勢(shì)，相對(duì)于有人飛機(jī)和衛(wèi)星具有布配靈活、反應(yīng)迅速的優(yōu)勢(shì)[3]。

2. 覆蓋范圍廣

傳統(tǒng)船艇巡邏航速低、視野小、巡視間隔長，且受自然條件制約程度較大。海事無人機(jī)航速是海巡船艇的3～10倍，搭載任務(wù)載荷，借助空中俯視位置高、設(shè)備監(jiān)控視界范圍廣的優(yōu)勢(shì)，監(jiān)管范圍相對(duì)海巡船艇呈級(jí)數(shù)擴(kuò)大。

3. 運(yùn)營成本低

從采購成本分析，海事無人機(jī)低于有人飛機(jī)和覆蓋同樣監(jiān)管區(qū)域的海巡船艇；從培訓(xùn)成本分析，海事無人機(jī)飛手等機(jī)組人員的培訓(xùn)價(jià)格和培訓(xùn)時(shí)長均低于有人飛機(jī)；從單位巡航成本分析，無人機(jī)單位航程油耗或電耗成本遠(yuǎn)低于海巡船艇和有人飛機(jī)。

4. 安全風(fēng)險(xiǎn)低

雖然海巡船艇及有人飛機(jī)的安全系數(shù)很高，但在惡劣的天氣條件下，仍然存在墜機(jī)、船難等致執(zhí)法人員傷亡的小概率事件。而無人機(jī)在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，僅需攜帶相關(guān)的任務(wù)載荷，即使因遭遇惡劣天氣或技術(shù)原因無法回收，也不存在人員安全風(fēng)險(xiǎn)[4]。

三、海事無人機(jī)立體監(jiān)管體系構(gòu)建

（一）總體架構(gòu)

“陸?？仗臁币惑w化水上交通運(yùn)輸安全保障體系是一個(gè)復(fù)雜的體系工程，需要統(tǒng)籌協(xié)調(diào)聯(lián)通各平臺(tái)監(jiān)管設(shè)施、裝備和數(shù)據(jù)，優(yōu)化重構(gòu)監(jiān)管業(yè)務(wù)流程。作為“空”基裝備，海事無人機(jī)立體監(jiān)管體系不僅要考慮各機(jī)型間的業(yè)務(wù)統(tǒng)籌聯(lián)動(dòng)，形成統(tǒng)一的海事無人機(jī)立體監(jiān)管平臺(tái)，更要注重海事無人機(jī)同“空”基有人機(jī)、“?！被Ｑ泊Ш汀瓣憽被笓]中心等設(shè)施和設(shè)備的業(yè)務(wù)聯(lián)動(dòng)和數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)“陸?？仗臁比w系的業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)、資源和裝備的聯(lián)動(dòng)和數(shù)據(jù)的聯(lián)通。

目前是海事無人機(jī)進(jìn)入加速配備和使用的關(guān)鍵時(shí)期，為高質(zhì)量實(shí)施海事無人機(jī)立體監(jiān)管，服務(wù)“陸海空天”建設(shè)，同樣需要完善海事無人機(jī)安全評(píng)估體系和綜合管理體系，加強(qiáng)運(yùn)維法律法規(guī)、人員隊(duì)伍建設(shè)和使用管理規(guī)程的研究。海事無人機(jī)立體監(jiān)管體系總體架構(gòu)，如圖1所示。

圖1 立體監(jiān)管體系總體框架圖

（二）業(yè)務(wù)功能

立足于海事系統(tǒng)職責(zé)定位和業(yè)務(wù)需求，海事無人機(jī)立體監(jiān)管體系業(yè)務(wù)功能主要涉及以下7大項(xiàng)：巡航執(zhí)法、行政檢查、搜救應(yīng)急、船舶溢油（化學(xué)品）污染應(yīng)急、通信中繼、海事保障和航海測(cè)繪。

1. 巡航執(zhí)法

優(yōu)化巡航模式，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)船艇和海事無人機(jī)之間、各類海事無人機(jī)間的巡航執(zhí)法任務(wù)調(diào)配及通信聯(lián)動(dòng)。具體包括：綜合巡航計(jì)劃管理，巡航內(nèi)容管理，巡航任務(wù)執(zhí)行等內(nèi)容。

2. 行政檢查

優(yōu)化行政檢查流程，統(tǒng)籌執(zhí)法人員現(xiàn)場(chǎng)檢查和無人機(jī)遠(yuǎn)程檢查任務(wù)調(diào)配及通信聯(lián)動(dòng)。具體包括：行政檢查任務(wù)管理，檢查內(nèi)容管理，檢查任務(wù)執(zhí)行等內(nèi)容。

3. 搜救應(yīng)急

在現(xiàn)有搜救應(yīng)急體系下，輔助開展搜救應(yīng)急活動(dòng)。具體包括：搜救任務(wù)管理，應(yīng)急搜尋和定位，應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和通信，搜救物資的拋投等功能。

4. 船舶溢油（化學(xué)品）污染應(yīng)急

在現(xiàn)有船舶溢油（化學(xué)品）污染應(yīng)急體系下，輔助開展船舶溢油（化學(xué)品）污染應(yīng)急。具體包括：污染監(jiān)視監(jiān)測(cè)，污染物的性質(zhì)和數(shù)量判定，污染物采樣等活動(dòng)。

5. 通信中繼

借助機(jī)載通信設(shè)備，拓展岸基通信范圍。具體包括：探測(cè)、識(shí)別遠(yuǎn)海船舶信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)海船舶動(dòng)態(tài)監(jiān)控，遠(yuǎn)海船舶VHF語音通話。

6. 海事保障

對(duì)相關(guān)水域進(jìn)行動(dòng)態(tài)感知和水上交通管控。具體包括：重大海上活動(dòng)海事保障、態(tài)勢(shì)監(jiān)控和交通管控，涉水單位聯(lián)合執(zhí)法的服務(wù)保障。

7. 航海測(cè)繪

協(xié)助航保部門開展航海測(cè)繪。主要任務(wù)包括：檢查冰區(qū)結(jié)冰范圍，測(cè)量養(yǎng)殖區(qū)，海島、港口、航道等的測(cè)繪，海岸線、海島、港口的數(shù)字三維模型制作。

（三）物理架構(gòu)

構(gòu)建海事無人機(jī)立體監(jiān)控體系，需要以指揮中心機(jī)構(gòu)中樞，綜合監(jiān)管指揮系統(tǒng)為業(yè)務(wù)應(yīng)用中樞，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)與現(xiàn)有裝備設(shè)施及系統(tǒng)的有效聯(lián)通、無人機(jī)數(shù)據(jù)與現(xiàn)有監(jiān)管業(yè)務(wù)流程的有機(jī)融合，主要由以下幾部分構(gòu)成：

1. 綜合監(jiān)管指揮系統(tǒng)

主要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有AIS、VTS、CCTV、LRIT、海巡船艇等各類硬件設(shè)施設(shè)備及監(jiān)管數(shù)據(jù)的整合、匯集和使用，統(tǒng)一的通信、軟件平臺(tái)的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)到位、可視可控、順暢高效的海事動(dòng)態(tài)監(jiān)管功能。

2. 通信網(wǎng)絡(luò)

包括無人機(jī)測(cè)控所需專用測(cè)控網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)，安全通信網(wǎng)絡(luò)（主要為VHF），移動(dòng)公網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)及海事專網(wǎng)，通過各網(wǎng)絡(luò)間海事無人機(jī)監(jiān)管數(shù)據(jù)的傳輸實(shí)現(xiàn)無人機(jī)立體監(jiān)管信息的機(jī)岸回傳、內(nèi)外網(wǎng)交換[5]。

3. 各型無人機(jī)

按照業(yè)務(wù)覆蓋范圍和載荷能力，海事無人機(jī)主要分為中遠(yuǎn)海大型無人機(jī)、近海中型無人機(jī)、近岸小型無人機(jī)、港區(qū)輕型無人機(jī)以及船載無人機(jī)，通過搭載各類任務(wù)載荷，實(shí)現(xiàn)監(jiān)管信息的現(xiàn)場(chǎng)采集、存儲(chǔ)或回傳等功能。

4. 海事無人機(jī)輔助管理系統(tǒng)

作為海事無人機(jī)監(jiān)管體系的綜合管理系統(tǒng)，主要完成海事無人機(jī)監(jiān)管業(yè)務(wù)流程實(shí)施及優(yōu)化、管理規(guī)程匯集及展示、監(jiān)管數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及調(diào)用和人才隊(duì)伍管理及培訓(xùn)等功能，總體架構(gòu)如圖2所示。

圖2 立體監(jiān)管體系物理架構(gòu)圖

四、結(jié)論及展望

隨著“陸?？仗臁币惑w化水上交通運(yùn)輸安全保障體系的加快實(shí)施，海事無人機(jī)配備和應(yīng)用將快速發(fā)展，無人機(jī)監(jiān)管體系構(gòu)建及融合成為大勢(shì)所趨。通過分析現(xiàn)有海事監(jiān)管手段存在的問題及無人機(jī)優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了以指揮中心為機(jī)構(gòu)中樞，綜合監(jiān)管指揮系統(tǒng)為業(yè)務(wù)應(yīng)用中樞的海事無人機(jī)立體監(jiān)管體系，將有效推動(dòng)海事巡航監(jiān)管模式的轉(zhuǎn)型提升，提高船舶動(dòng)態(tài)管控、水上搜救應(yīng)急和水上溢油監(jiān)測(cè)能力。