无人机在陆地边境管控中的应用展望

●于文胜

(武警学院 研究生队，河北 廊坊 065000)

无人机在陆地边境管控中的应用展望

●于文胜

(武警学院 研究生队，河北 廊坊 065000)

随着现代科学技术的迅猛发展，无人机技术也相对成熟起来，已经开始从军事领域广泛应用到民用领域。特别是其具有灵活机动、成本低廉、便于执行高危险任务等优势、特点，已经被国外边境管控部门广泛运用。随着我国创建“智慧警务”活动的深入开展，无人机作为一项新技术无疑也将会被广泛应用于我国边境管控活动之中。论述了无人机在我国陆地边境管控中应用的必要性、可行性和优势，探讨了无人机边境管控还需突破的技术与解决的问题，展望了无人机在我国陆地边境管控中的应用前景。

无人机；边境管控；边防

我国幅员辽阔，陆地边境线全长约2.2万公里，海岸线全长约1.8万公里，地理环境多样复杂，周边热点地区相对集中，致使陆地边境管控异常复杂。仅2013年就投入警力2.7万余名，对重点地区、重点地段、重点通道实行常态化管控[1]。我国周边陆地边境地区还受到来自世界三大毒源地*当今世界有三大毒源地，即南美洲的“银三角”，东南亚的“金三角”和西亚的“金新月”。中的“金三角”、“金新月”的毒品渗透，毒品犯罪经常与贩枪、偷渡和恐怖主义等犯罪活动交织在一起，致使我国边境管控面临的形势十分严峻。因此，公安边防部门应不断加强科技边境管控设施建设，全力打造电子长城、指挥中枢、智慧警务等应用工程。受我国的陆地边境线自然环境的影响，普通边境管控设施的作用发挥受到了一定限制。所以，如何准确及时获取边境一线信息，快速应对边境一线各类突发问题，对边境实施有效管控，成为边境管控亟待解决的问题。因此，研究无人机在边境管控中的应用，对边防防控体系的建设工作具有现实意义。

一、无人机在我国陆地边境管控中应用的必要性分析

我国的陆地边境线地形较为复杂，边界线或群峦起伏，林地茂密；或冰山雪峰，人迹罕至；或茫茫草原，无垠戈壁等，极不利于公安边防部门对边界的查看和边界的踏查。即使有些地方可以到实地查看，一般也很难及时发现问题，而且对于界河细微的变化或沙洲、岛屿的细微增加或流失，通过观察和瞭望等方式也都不宜被发现。无人机能从空中俯视观察，直接观察目标的位置和移动方向，不存在观测死角，并能拍照取证,在界务管理中具有不可替代的作用。一是对于不便通行的边界线，可以通过无人机进行日常的巡查，对巡查路线进行录像与回传，如发现边界标志无论因自然因素或人为原因被移动、损毁，立即可以对现场进行照相取证，及时通知对方国家，避免引发外交争端，确保领土安全。二是对于陆地边界上的水界进行定期巡查，对江河湖泊、沙洲、岛屿进行拍摄，随时掌握界河水域、沙洲、岛屿的细微变化，保护国土不受损失，为国家治理国土流失提供科学依据。如2008年6月，解放军云南边防部队某部防区内的界河因连日暴雨水势上涨而发生改道，为了清晰直观了解并掌握界河的改道情况，该部使用无人侦察机从空中俯视观察，掌握了准确的信息[2]。

受公安边防部门的警力限制，一般很难对辖区内的所有作业地点实施全面有效监管。因此，无人机在边境生产作业监管方面也可以发挥相应优势。一是无人机具有高机动性、长航时等特点，通过地面站软件设置自动飞行路线，可实现高效的边境生产作业地域近线巡逻或对重点生产作业地区的巡航。可以缓解公安边防部门的警力不足，对边境生产作业活动实施有效监管。二是无人机能扩大公安边防部门对边境生产作业监管的时间、空间和范围，一旦生产作业过程中发生人员和牲畜越界等事件，可以大大缩短应急反应时间，减少涉外事件的发生。2013年9月，为加强边境地区山地复杂地形的管控，解放军新疆边防部队引进了六旋翼无人机用于边防执勤，有效消除防区观察盲区，进一步确保了防区安全稳定[3]。

二、无人机在我国陆地边境管控中应用的可行性分析

(一)无人机技术已日趋成熟，性能安全可靠

从1927年英国“喉”式单翼无人机诞生到现在被广泛应用，无人机无论是技术性能方面，还是安全稳定方面，都已经趋于成熟，而且现在无人机广泛采用了新型复合材料和电子操控设备，其机体结构强度更好，重量更轻，智能化和自动化水平更高。此外，无人机所用的电子操控设备(包括舵机、接收机、飞控主板等航电装置)已经过多年的市场验证，稳定性好、安全可靠。特别是锂电池技术运用于无人机的动力系统后，可以为无人机提供更长的续航时间，满足更多的应用需求。

(二)无人机的扩展性较强，符合实际需求

无人机是由无人机系统组成，可以结合边境管控实际、任务需求选配不同的电子装备，扩展无人机功能系统，实现以下边境管控功能：一是空中监测功能。在无人机机头部分可加装彩色数字摄像仪、红外热成像仪、卫星定位仪、高清照相机等设备。彩色数字摄像仪可以对边境地区各种高度、角度信息实时通过无线数据传输系统回传到地面指挥平台上；加装红外热成像仪可以解决夜视或气候恶劣环境条件下的边境巡航；加装高清照相机还可以对边境地区或重点地域进行拍摄；卫星定位仪可以有效解决巡航过程中回传数据与实际地标的误差问题，从而使收集到的信息更加准确、完善，为深入分析和辅助决策提供科学依据。二是机载语音交互功能。可在无人机上配备大功率扬声器，当发生自然灾害等突发性事件时，便于救援操作人员获取准确的现场信息，指导被困人员进行自救。

(三)无人机的运行维护成本更加低廉

与直升机、卫星系统等相比较无人机造价低廉，运行成本低。由于其体积小，机动灵活，便于运输携带，也不需要特定的停放场所。无人机的日常维护成本也相当有优势。正常使用的情况下，除机体会因经常使用有一定的损耗外，机载航电设备基本不会损坏，地面指挥系统和飞控系统(软件部分)只需正常更新维护即可。随着3D打印技术的广泛应用，也会全面降低无人机的造价和维护成本。

(四)无人机种类多样适于不同地区需求

目前，无人机种类繁多，依据飞行距离、外形、用途以及飞行原理可以分为以下几类：一是按飞行距离分类，主要有短航程、近航程、中航程和长航程无人机等；二是按飞机外形分类，主要有小微型、中型和大型无人机；三是按飞机用途分类，主要有靶机、侦察机、干扰机和攻击机等；四是按飞行原理分类，有固定翼无人机和多旋翼无人机等。由此，针对公安边防部队分布特点、任务需求、地理环境等可以选择不同类型的无人机。

三、无人机在我国陆地边境管控中应用的优势

无人机是集合了图像识别、地理信息识别、侦察、电子电力、航空于一体的复杂系统，技术不仅涉及飞行、航空自控，还涉及卫星导航、地理信息、红外成像、实时数字化通信等众多高尖端技术领域。这些使得无人机具备远距离续航、高空快速巡查、全天侯作业等能力，不仅在航拍、测绘中具有一定优势，在抗灾、军事等诸多方面也正积极使用。无人机大有取代有人机执行实时边境管控任务的趋势。

一是与常规飞机边境巡航对比，无人机能够降低劳动强度，并且有效减少作业的风险，实时巡视下，可不留死角，拍摄数据并带回分析，使巡航管控效率极大提高，同时也不受地形等因素影响。

二是同有人机对比，边境巡航的费用、时间成本方面，无人机具有较高优势，无人机停机、调机均无需花费时间及发生费用，也不存在培训飞行员情况以及飞行申请等必要问题，不受地点、时间约束，能快速组织并开展执行有计划的边境管控任务。

三是无人机边境巡航时，因无人驾驶，不仅能够在雾、雪、雨等恶劣气候条件下执行日常巡逻及边境管控任务，而且具有机动性能好、安全性能高等优势，使其在任务执行情况方面，切实体现出高效、方便、快捷等优点。

四是高压输电线往往穿越边境的无人区、江河峡谷、高山峻岭、原始森林区等特殊地理环境，部分时段区段由于受灾害影响发生洪水、泥石流、地震等，常规巡航手段无法实现输电线路巡航，而采用无人机可以在上述环境下开展线路巡航工作。可实现快速巡航，查找出边境架空输电线路重要位置，迅速通过巡检仪器对线路杆塔、导地线、金具等重要部件存在的缺陷进行监测、摄像、拍照，实时回传并决策，效率是传统人工巡视的数百倍。能够查找边境线基础设施存在的缺陷，也能够检测边境线上超高构筑物、超高树木等危及线路的安全运行问题。

五是携带、运输方便，无人机可以装载在巡航车上，随巡航人员一起到达巡航现场，并且起飞场地不受限制。

四、无人机巡航在国外的发展现状

无人机巡航技术的研究主要集中在发达国家，这些国家依托自身先进的无人机技术在无人机巡航领域处于领先地位，最早利用无人直升机边境巡航的是英国。相比于国内主要处于硬件的开发层面，发达国家已经关注于后续的图像、数据处理方面的研究，甚至技术更高的激光雷达巡航技术也已经应用于无人机上。

日本关西电力公司与千叶大学联合研制了一套架空输电线路无人直升机巡航系统，该系统包括故障自动检测技术和三维图像监测技术，能够自动查巡雷击闪络点、杆塔倾斜、铁塔塔材锈蚀、水泥杆杆身裂纹、导地线断股等主要缺陷，课题组成员还通过构建线路走廊三维图像来识别导线下方树木和构筑物，把三维图像和线下物体GPS坐标储存在系统中，以检测边境构筑物、树木间距。据统计在巡航费用方面无人直升机比载人飞机节约达50%以上。

西班牙马德里理工大学开展基于计算机视觉技术的无人机导航系统的研究并已开发完成，该系统借助GPS并利用图像数据处理算法和跟踪技术，实现架空输电线路无人机巡航导航，可以自动检测无人机相对于参照物的地理坐标和速度。在对架空输电线路巡检试验中，应用计算机视觉技术，导航系统可以准确对架空输电线路进行巡检。在此导航系统的基础上，还研发了无人机安全可靠着陆的数学物理模型，当燃料消耗完或与地面失去控制联系时，无人机可以自动检测与架空输电线路或其他障碍物的相对位置，从而绕开障碍物实现安全降落。该数学物理模型的有效性在模拟试验中已经得到了验证。

澳大利亚联邦科学与工业研究组织通信技术中心的研究人员致力于小型无人直升机的研发，其最大特点是由微型燃气轮机提供动力，比燃油机、电动机最大的优势是机体振动大幅度降低，把振动对巡航的影响降至最低。在无人直升机上安装激光测距仪，可以准确掌握边境线上各种情况，包括人、物的动向。新型无人直升机机身体积虽然较小，但巡检功能齐全、性能先进，是今后边境巡航无人机的发展方向。

英国学者研发了一款新型边境巡航垂直起降无人机。其外形结构采用管道风扇形，提升了无人机抗气流干扰的能力，降低了飞行过程中的发动机噪音，更有利于边境飞行、管控。该机安装能源提取装置，可以从边境哨所获取电力能源，供巡航时所消耗的能源。该款机型在开展巡航方面主要具有两大优点：一是可以从运行的线路上提取电力能源；二是与巡检线路距离非常接近，不占用专用航道，不需要进行航空申请。虽然该款机型的研发还存在许多不足，但是依据边境巡航模拟试验，已经验证了该设计方案的可行性。

五、无人机边境管控还需突破的技术与解决的问题

(一)建立无人机边境管控障碍规避系统

安全问题是无人机边境管控中所面临的最大挑战，采用无人机进行边境巡航，能够克服有人机进行巡航的维护费用昂贵、受气候条件限制等弊端，但无人机巡航过程中，难免会遇到建筑物、树木、交跨线路等障碍物，无人机巡航系统虽然具有程控飞行技术但是仍然欠缺应对预期外障碍物的紧急避让机制；无人机是通过GPS方式进行导航的，由于GPS存在误差，所以无人机在执行任务的过程中可能会出现偏离预定航向的情况，造成无人机与输电线路或其他障碍物发生碰撞；在经过交跨线路时如果无人机飞行高度不够，同样存在与线路发生碰撞的危险。因此，为了提升巡航作业的可靠性，有必要开发一套无人机避障系统，实现无人机巡航系统的自主避障功能。避障系统作为无人机巡检系统的重要保障机制，必须经过科学、全面且长期的测试工作，要通过抗振测试、静态模拟测试、动态模拟测试以及长时间联调测试，以检验其性能和可靠性。

(二)提高飞行控制技术

由于边境巡航距离远，线路较长，部分线路或区段穿越原始森林或无人区，远离公路，要求无人机监控范围能够覆盖，由控制指挥中心通过数据链进行监控，实现图片或视频的实时传输，供公安边防部门使用；并应具有GPS线路导航自动控制、地理匹配自动控制、线路杆塔自动跟踪等飞控功能，使无人机巡航向全自动化飞行控制方向发展，以大大提高线路的巡航效率。同时，研究和提高无人机飞行控制技术，实现无人机自动飞行控制，拓展无人机巡航范围，确保无人机飞行平稳，不发生振动和抖动，并可以携带性能稳定的防抖动云台，能够装备可见的、红外热像的摄像设备，具备摄像设备自动控制摄像功能，便于拍摄地面线路杆塔高分辨率航空影像。

六、结束语

近些年，由于自然灾害频发，无人机在我国得到了进一步发展[4]。综上所述，无人机因其灵活机动、易于操作、成本较低，可全时空执行高危险任务，及时获取需要的高清影像，在边境管控上具有巨大的应用前景，其既能搭载高清影像设备又可以将分辨率高、实效性好、应急性强的画面实时采集并回传，为维护边境安全，处理边境地区突发性事件，打击毒品、偷渡等违法犯罪活动提供及时准确的信息支持，无疑将加强边境管控的力度。无人机的应用将使公安边防部队逐步实现“智慧警务”。

[1] 2013年公安边防工作回眸:出新步伐谱写新业绩共筑新梦想[EB/OL].http://bf.people.com.cn/n/2014/0116/c223397-24137066.html,2014/1/16.

[2] 郭媛丹,段昌昌.云南边防无人侦察机巡航[EB/OL]. http://news.sohu.com/20090610/n264450782.shtml,2009/6/10.

[3] 高红义.解放军边防部队列装新型六旋翼无人机[EB/OL]. http://news.xinhuanet.com/mil/2013-09/12/c_125376482.htm,2013/9/12.

[4] 甄云卉,路平.无人机相关技术与发展趋势[J].兵工自动化,2009,(1).

(本栏责任编辑 马 龙 责任校对 杜 彬)

A Research of UAV Application in Land Border Control

YU Wen-sheng

(TeamofGraduateStudent,TheArmedPoliceAcademy,Langfang,HebeiProvince065000,China)

Nowadays, unmanned aerial vehicle technology is relatively mature, which has already widely used both in the military and civil fields. With its features of the flexible, low cost, high dangerous task execution, it has also been widely used in border control departments in other countries. With the promotion of the “wisdom of policing” activity of our country in depth, the UAV as a new technology will undoubtedly be widely applied to China’s border control activities. This paper discusses the necessity, feasibility and advantages of UAV application in the land border control of our country, probing into the technology which needs to be broken through and into the problems which are unsolved, and shows the prospects of UAV application in Chinese land border control.

UAV; border control; frontier

2014-11-26

于文胜(1982— )，男，内蒙古呼和浩特人，在读警务硕士研究生。

D631.46

A

1008-2077(2015)03-0018-04