重视无人机系统在海洋工作中的作用

罗 艳,谢 健,徐淑升

(1.国家海洋局南海海洋工程勘察与环境研究院 广州 510300;2.国家海洋局南海分局 广州 510300)

重视无人机系统在海洋工作中的作用

罗 艳1,谢 健1,徐淑升2

(1.国家海洋局南海海洋工程勘察与环境研究院 广州 510300;2.国家海洋局南海分局 广州 510300)

海上航空技术是海洋开发与管理的重要技术支撑,文章在跟踪国内外海上无人机技术发展水平、发展现状和发展趋势的基础上,对国内外无人机在海洋工作中的作用进行了深入的分析研究,为我国利用海上无人机技术开发与管理海洋提供技术支撑和情报支持。

无人机;海洋;USCG;海监

21世纪是海洋经济飞速发展的世纪,随着世界各国对海洋开发程度的加深,海上航空技术的重要性也日益凸显。当今国内外快速发展的无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)技术为我们发展海上航空技术提供了良好的契机。

笔者在跟踪国内外海上无人机技术发展水平、现状和趋势的基础上,对国内外无人机在海洋工作中的作用进行分析研究,为我国利用海上无人机技术提供技术支撑和情报支持[1]。

1 国内外无人机发展水平现状和趋势

1.1 国内外无人机发展水平现状

1917年英国人研制出世界上第一架无人机,20世纪50年代开始对无人机进行广泛应用。1982年以色列首先将无人机用于军事,此后无人机开始快速发展。截至2010年,从事无人机研制和生产的国家有50多个。其中以美国在无人机研制、生产、装备和使用都居领先地位。其次是以色列,其研制的无人机型号多、用途广,有些被装备到美国空军和海军,并为许多国家所大量购买。英国、法国、俄罗斯、加拿大、德国、意大利和荷兰等国家也都积极参与了无人机的研制,现已有多种较先进的机型配备在这些国家的军队和政府组织中。除此之外,捷克、印度和巴基斯坦等国都装备了无人机。当前国外无人机比较有代表性的有:美国的全球鹰、鸬鹚、捕食者和ScanEagle等,以色列的Heron、侦察兵,英国的不死鸟、螳螂,法国的红隼、俄罗斯的雨燕等。

随着我国科技水平的不断提高,我国的无人机技术也得到了长足发展。2009年国庆大阅兵无人机方队首次亮相就引起了广泛关注。受阅的无人机有10架,分别为国产的3种型号的近程战术和中程战役无人侦察机。此次受阅,也显示了我国无人机行业已经初具规模。由于需求的增加和政府的支持,我国涌现了一批无人机研发生产企业,如中国航天科工集团、青岛天骄无人机遥感技术有限公司和桂林鑫鹰电子科技有限公司等,已经生产出了多个无人机机型(表1和表2)。

从表1和表2中看到:相比国外,我国现有的无人机多为中小型、载重小、续航能力不足、载荷小且抗风能力差,无法胜任海上执法工作的需求,而表1和表2中列出的国外无人机都是国外海上执法部门或者海军的现役飞机[2]。

随着无人机的发展,我国与无人机机身相配套的控制系统和机载设施的研发工作取得了较大进展。在国家的支持下,中国测绘科学研究院相继研制开发了UAVRS-I型和UAVRS-II型无人机低空遥感监测系统。目前我国已有4家机构10余个型号的航测遥感产品通过了鉴定,可以负载数码相机及数码摄录机等数字遥感设备进行拍摄和记录。

1.2 无人机的发展趋势

无人机的快速发展是从它踏上军事舞台开始的。目前国内外无人机的型号超过300个,无人机应用已经非常细化,按照军事用途划分,有靶机、侦察机、诱饵机、电子对抗机和攻击型无人机等;按照无人机起飞的重量分为大、中、小型无人机;按照续航时间和航程的长短分为远程、中程、短程和近程无人机。为了适应现代战争和民间的需求,无人机的发展趋势也呈现多方向化:分为微小型、灵巧型;高空高速、大型;作战攻击型;隐身型;高度集成、一机多用型。此外,对无人机性价比的要求也越来越高。

表1 国内外部分固定翼无人机

表2 国内外部分无人直升机

无人机在非军事领域的应用也将越来越广,近年来,无人机在国土、海洋、电力、测绘和救灾等方面都发挥了越来越多的作用。2012年伦敦奥运会英国皇家空军将使用“收获者(Reaper)无人机”对伦敦进行治安监控,美国海岸警卫队也将在其“深水计划”中采购无人机。

2 发展海上无人机的重要性

我国海区辽阔,海岛众多,海岸线长,而海洋工作信息的分辨率要求高、时间要求快,仅靠卫星和载人航空器获取的数据已不能满足需求。而无人机系统可以凭借其自身的优势为海监提供技术支持,完成遥感监测、调查取证、实时传输数据、海上救灾和海港交通等任务,为海上经济活动提供保障[3]。与卫星和载人航空器相比,无人机有自身独特的优势。

2.1 机动灵活,能够及时快速地获取高分辨率影像和高精度定位数据

无人机机动灵活,时速范围达30～400km/h,并能够进行低空低速飞行作业,起降条件较为宽松。能够及时快速地抵达指定地点,并低空低速飞行拍摄以获取高分辨率图像、录像和高精度定位数据。部分无人机兼具“隐形”功能,在进行调查取证时不易被察觉。

2.2 能够全天候、大面积和长时间地获取信息

无人机系统对天气、起降地点的要求较低,续航时间长,飞行速度快,控制面积大,如果配合舰载,可以扩大活动半径,对跟踪锁定船只、调查取证有很大的优势。

2.3 运行费用低,更新周期短,成本在不断下降

无人机的运行费用低,技术更新快,成本也在不断下降。运用无人机配合舰载,不需要大的起降台,只要将已有的船只改造即可,节省大量费用。

2.4 适于危险区域的作业

在紧急事件、海洋灾害、恶劣天气的情况下,无人机可以代替有人机,及时赶到指定地点完成高污染、高强度和高危险任务。

3 国内外无人机在海洋工作中的作用

3.1 无人机在国外海洋工作中的应用

国外的一些发达国家非常重视海洋无人机的作用,已经将无人机应用于海洋监视监测、大气取样、海事侦察和打击海上犯罪等海洋工作领域。例如,美国海关与边境保卫局(CBP)2005年就开始在西南边境使用自己的海上型“捕食者B”无人机系统,2009年延伸到了北部边境,计划2015年建成遍布全国的无人机系统(UAS)地面控制站网,以保证UAS在全部的边境地区使用。美国海洋与大气局(NOAA)也已着手采用无人机进行天气预报和全球变暖的研究。此外,澳大利亚、加拿大、英国和法国等国也都将无人机用于其海洋工作。

作为美国重要的一支海上执法力量,美国海岸警卫队(USCG)已经着手通过“深水”计划采购大批无人机。目前美国海岸警卫队所属的海上巡逻飞机(M PA)每年飞行4.44万h,与期望M PA目标6.16万h还有很大差距。为了填补海上空中巡逻的空缺,并进行海上搜救和阻止海上犯罪,海岸警卫队计划到2012年前采购大批舰载无人机,并计划租用海军“全球鹰”无人机获得的数据[4-6]。为此,2003年,海岸警卫队同贝尔公司达成初步技术合同,计划采购69架HV–911“鹰眼”偏旋翼无人机。但由于“鹰眼”无人机不符合性能要求,2008年海岸警卫队取消了HV-911的合同,继而将目光投向了捕食者MQ-8“火力侦察兵”垂直起降无人机(V TUAV),同年,USCG和CBP成立了UAS联合项目办公室,以满足共同的海上UAS需求[7-8]。2010年,美国海岸警卫队执法大队缉毒船开始在美国海军MQ-8“火力侦察兵”的支持下稽查毒品。这都说明美国海洋工作越来越重视无人机的应用。

3.2 国内无人机的应用

随着无人机技术的发展,无人机在我国的应用也越来越广泛,我国现有的无人机技术更多地应用在地质、测绘、灾害、城市规划、大型工程、房地产、航拍、森林防火、农场作业、科学考察探险和电力巡逻等领域,如利用无人机遥感技术获取测绘西藏雪域高原的低空数码遥感影像[9],以及利用无人机技术对汶川地震灾区进行遥感航拍等。

但是,目前无人机在我国海洋工作中的应用还较少。我国的海洋工作使用的飞机主要有海监飞机和海巡飞机,均为载人飞机。

4 海上无人机面临的挑战与机遇

4.1 海上无人机面临的挑战

(1)稳定性相对较差。目前无人机的事故率比有人飞机高,即使是占世界市场份额70%的美国,其生产的无人机系统也比有人机的稳定性差。

(2)海上的环境相比陆地更复杂多变。由于海上复杂多变的环境,海上无人机面临着防潮、海水的蒸发以及风的湍流扩散作用的挑战[10]。

(3)基于GPS导航的无人机有受他国控制和易受干扰的潜在危险。

(4)无人机在法律上还存在障碍。我国《民用无人机空中交通管理办法》中就规定:“申请划设民航无人机临时飞行空域时,应当避免与其他载人民用航空器在同一空域内飞行”。这一约束也对无人机的广泛运用有一定的限制作用。

4.2 海上无人机面临的机遇

4.2.1 军事冲突带来的发展机遇

在最近几次军事冲突中,尤其是在阿富汗,小型无人机取得了成功,从而加速了无人机系统的研制步伐。欧美各国大笔增加了无人机的订单,这无疑对无人机技术发展有很大的促进作用[11-12]。

4.2.2 国家的大力支持

国家对于无人机的发展给予了大力支持,2009年国庆阅兵无人机方队首次亮相,让国人鼓舞。无人机技术的交流展示也日益增多,迄今为止,中国无人机大会已经成功举办了三届。

4.2.3 海上无人机遥感监测系统的日趋成熟

经过多年的技术引进及自主研究,我国已经拥有自主研发的航空遥感监测系统。这将对今后装载无人机的遥感监测系统的发展打下良好的基础[13-16]。

4.2.4 卫星信号日趋丰富

我国最近发射了北斗导航卫星,今后将拥有自己的全球定位系统,无人机获取的数据也可以通过我国的数据传输卫星传送给陆地。

4.2.5 基础信息的完善

近年来,我国海岛海岸带大比例尺GIS数据库已日趋完善,利用丰富的地理信息可以辅助实现无人机的地面监控[17]。

5 结论与建议

无人机作为海洋工作的重要工具将是今后海洋航空发展的重要趋势之一。在对国内外海上无人机发展水平、现状和趋势的研究的基础上,笔者提出几点发展海上无人机的建议。

(1)充分认识到无人机在海洋工作中的作用和发展趋势,重视海上无人机的发展。

(2)制定适合我国国情的海上无人机发展规划,立足于国内,引进吸收国外无人机领域的技术,发展自身卫星信号通信导航的技术和无人机遥感监测技术。

(3)着手培养无人机研发、使用人才。

(4)逐步完善法律法规。

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