无人机技术在长江海事监管中的应用

陈 俊 王茹军 熊 辉 曹 阳 翟 平

（1.长江海事局 武汉 430016； 2.重庆海事局 重庆 400011）

长江干线通航环境复杂，船舶航行风险较大，容易发生安全事故，导致海事部门的监管难度很大。面对严峻的水上安全形势，长江海事局通过AIS，VTS，CCTV，GPS等现代监管设施的建设，安全监管手段的信息化水平有了很大程度的提高［1］。但从长远来看，现有的海事装备在监管范围、设施装备综合利用率等方面仍存在一些问题和不足。为更好地解决这些问题，同时根据2011年国务院2号文件的精神，打造长江干线全方位覆盖、全天候运行、具备快速反应能力的现代化水上安全监管和应急救助体系，更好地履行水上安全监管和人命救助职责，更好服务“畅通、高效、平安、绿色”长江航运建设和沿江经济社会发展［2］，本文结合现有的监管模式和自身设施设备现状，拟在监管领域中引入“无人机”监管手段。

1 长江海事监管工作现状

长江海事局管辖重庆至安徽约2 100km长江干线、1 000km水域支汊和19个水库（湖泊），并负责长江干线宜宾至上海安全通信保障和船舶引航服务。辖区安全监管的主要特点表现为“六多一杂”：港区和停泊区多、渡口渡船多、桥区坝区多、油区和危险品作业点多、船舶及船公司多、水运从业人员多，通航环境复杂［3］。

（1）海事监管区域存在盲点。目前基于海巡艇，VTS，CCTV，AIS和VHF的监管措施，在监管区域内存在一些监测盲点，在时间连续性上还存在一定的限制。为了突破这些监管盲点的限制，一方面需要对现有监控设施进行有机整合，提升监管效率；另一方面，需要引入一种全新的空中监管手段，从空中以俯视的视角开展监管，实现全方位的水－岸－空立体监控，实现海事监管水域多维可视化，保障水上交通通畅安全［4］。

（2）应急搜救现场的支持能力有限。长江水域多为天然航道，狭窄弯多，礁石密布，水流变化大，船舶航行风险高。水上灾情与污染情况瞬息万变，特别是应急搜救现场，对信息实时性的要求更高，有时也需要对某些局部危险区域和重点目标实施直观立体的监控，让上级对现场情况有快速和全面的了解，方便决策。目前海事监管系统在应对突发性事件时已凸显出不足，在未来更加复杂的安全形势与严峻的安全隐患下，建立基于无人机遥感系统的海事应用系统将极大提高海事监管效率、提升监管能力［5］。

（3）现有设施、设备的运行维护成本高。长江海事的辖区是一条长达数千公里的带状区域，而各种监控设施的覆盖范围都有限，因此，为了实现长江流域全线覆盖的目标，需要投入大量的资金和人力物力进行海事监管基础设施建设。同时，AIS，VTS，CCTV，GPS，VHF等大量先进系统和设备的使用，其运行维护需要大量的人员和资金投入［6］。这些因素不仅使现有监控设施和设备的适用性受到一定的限制，还在某种程度上削弱和降低了它们的使用率，阻碍了其更新换代，限制了技术在应用层面上的发展。而无人机技术的应用将极大地改善这种现状，无人机的运行成本远低于巡逻船，能促进技术的进步和革新，并推进相关设备／设施的升级与改进。

2 无人机应用于海事监管的可行性分析

2.1 无人机概述

无人机（unmanned aerial vehicle，UAV）是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。机上无驾驶舱，但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备。地面、舰艇或母机遥控站人员通过雷达等设备，对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输［7］。相对于传统的海事监管方式，无人机有如下优点。

（1）机动灵活，适宜应急。长江上游地区的自然灾害主要有泥石流、滑坡，中下游有洪涝灾害、河堤溃损，同时，长江地区突发性水污染事故频发，对周边水环境的影响和破坏巨大。事故发生存在随机性，灾害一旦发生，监管部门必须立即展开救援活动。当处理这些紧急状况时，无人机凭借其重量轻、体积小、便于携带、环境要求低等特点，能够迅速奔赴至目标区域。因此具备较强的环境适应能力，承担任务的方式也更为机动灵活［8］。

（2）连续执行任务的能力。无人机具有长时间连续执行任务的能力，相对于传统巡航方式，节省了大量的人力和物力。无人机以其飞行距离和飞行高度的灵活性，更容易实现目标区域的全方位监管巡查［9］。

（3）监视范围宽，实时性强。与海巡艇相比，无人机具有高空探视的优势，巡视范围的辐射面积远远高于海巡艇，可深入事故、灾害中心区域，不易遗漏和被蒙蔽，可最大限度接近目标，情报信息可信度高，巡视效果更佳，为事故调查取证提供最有效证据。同时，无人机往往具有数据实时传输能力，为应急决策提供的信息更具时效性。

（4）降低工作人员救援风险。无人机只需操纵员位于安全区域操作飞机即可，因此即使无人机遭遇坠落等极端情况，对人员伤亡也没有任何威胁。故无人机可到达灾害中心区执行监视等任务，还可以完成危险性较高，不宜使用有人侦察机的任务［10］。

2.2 无人机应用于海事监管的可行性

（1）低空空域开放的政策支持。作为海事应用飞行平台的无人机通常飞行在1 000m以下空域。该空域被称作低空空域。对于低空空域管理，将按照管制空域、监视空域和报告空域3类划分进行管理。管制空域，需要提前申请并接受航管部门管制指挥；监视空域，仅需要备案，确保雷达看得见、能够联系上；报告空域，则类似于自由飞行。与此前低空空域全部实行管制管理相比，分类管理在改进审批、简化审批程序和缩短审批时间上有很大进步。低空空域的开放将为海事领域应用无人机技术提供便利，也为长江海事立体监测体系的形成奠定政策基础。

（2）无人机技术的不断提升。近年来，随着航空材料、通信、传感器、导航定位和发动机等技术的不断进步，无人机技术日趋成熟，无论在性能上还是在操纵性、可靠性诸方面都有了长足进步，使其在军、民用领域均得到越来越广泛的应用。无人机在飞行时间、飞行速度、有效载荷、安全性等各个方面的指标不断提高，为无人机技术在海事领域的应用奠定了良好的技术基础。

（3）长江海事的现有基础。经过近10年的不断发展，长江海事系统信息化软、硬件建设取得了长足进步，初步涵盖了长江海事局业务应用的需求；专业化的信息化管理和运维团队基本具备，信息化系统管理维护水平不断提升；现代化监管手段在水上安全监管中广泛应用，越来越发挥出显著效果。尤其是近年来长江海事局开展了电子巡航试点，改革了传统的现场巡航监管模式，代之以信息化监管为主导、现场处置为补充的新模式，以提升全面监控能力，减轻监管工作强度，节约监管行政成本，提高监管工作效率。

3 无人机在海事监管业务中的应用

海事监管职责主要包括：管理通航秩序、通航环境；巡逻执法、调查取证；应急反应、人命救助；船舶溢油和排污监视；负责禁航区、航道（路）、交通管制区、锚地和安全作业区等水域的监督管理，维护水上交通秩序；航标巡检、航道测绘等。无人机在海事监管业务中的功能见图1。

图1 无人机海事监管业务功能图

3.1 辅助巡航

在巡航监管中引入无人机技术，利用小型无人机部分替代海巡艇，辅助电子巡航系统，实现空中巡航监管的常态化日常巡航，将传统的基于海巡艇的现场巡航模式与新的电子巡航动态监管模式相结合，以信息化监管为主导、现场处置为补充，进行水域通航组织、指挥和管控，从而进一步推进长江海事监管体系的建设。无人机技术在巡航监管中的应用主要包括以下几个方面。

（1）部分替代海巡艇进行常规巡航。

（2）辅助电子巡航，提供多维数据。

（3）事故现场取证。

（4）危险品船舶动态跟踪。

（5）对重点水域进行监督。

（6）威慑作用。

3.2 污染监测

长江的水污染主要来源于3个方面：①长江两岸工业废水和生活污水的排放；②长江上航行的船舶排放的废气、废水和垃圾；③一些载有危险品的船舶发生事故时造成的泄漏。海事部门担负着水上防污的重要职责，而船舶油污染是水上防污的重要内容。由于目前船员环保意识不强，重个人利益轻社会利益的现象还较为普遍，偷排油污现象时有发生。特别是在船舶较为集中的水域发生时，海事人员确定违法船舶、估计偷排油污量极为困难。如果能够从空中进行观察，能较容易地发现违法对象，也能较容易取得违法证据。

通过引入无人机，从空中进行巡查监管，通过热红外、远红外等特殊传感器实现对沿岸污染源、普通通航船舶和危险品船舶的同时监控，扩大监控的覆盖范围，提高监控效率，加强监管力度。

3.3 地灾监测

三峡库区蓄水以后，大量地上水渗入地下，造成石岩间巨大的膨胀力，加上客观存在巨大的水压，打破了原有的三峡高山地区脆弱的地质平衡。现三峡段山体滑坡时有发生，对航行在该水域的船舶安全构成威胁。通过无人机的定点旋停，定期拍照、远程测绘等手段，可发现山体是否存在加速变化的趋势，从而对航行在此地区的船舶提供安全预警。

3.4 通信巡线

目前长江海事局建有海事通信光纤线路数千公里，主要采用人工巡线，由于线路大多建在人烟稀少的崇山峻岭地区，巡线质量和效率都较低，且人工成本很高。采用无人机空中巡线，可以在较短的时间内完成巡线任务，从而节约人力、物力成本，且巡线质量得到保证。

3.5 其他海事扩展应用

（1）通信中继。当无人机装上功率放大器和中继设备等，可以实现数据、信号、话音和图像通信的中继传输。如当发生地质灾害或重大江难事故，而事故的地点处于高山峡谷地段，常规手段无法到达或难以及时到达现场，又缺乏手机通信设施或设施损坏时，无人机就可实现短时间中继通信，使后方与事故现场人员保持联系，从而了解事故现场的具体情况，为后方施救人员准备工具、器材时做到有的放矢。

（2）岸线测绘。长江海事局的上游辖区河流大多处于高山峡谷地区，水位高低落差很大。而随着水位的涨落，河流水没线、河流宽度、航道中心线都会发生较大变化，给电子巡航监控、指导、指挥船舶航行带来一定难度，如分道航船舶超越中心线航行行为的纠正，如果无法得到准确的航道中心线，执法工作将无法开展。如果通过准确测绘，水位每变化1m就编制1张江图。日常工作时，根据水位的变化，选定合适的江图，那么电子巡航的监督、指挥作用将更加强大。

（3）人命救助。长江自然河段水流湍急，浪花飞溅，有些地方礁石林立，船舶无法靠近。当海难发生时，人员落水后会被立即冲散，这时从江面观察，浪花、杂物、人员混杂，不易发现和分辨落水人员，而无人机能够从空中进行准确分辨、精准定位，会给更多海难人员带来生的机会。通过无人机递送牵引绳、携带气胀式救生圈进行投放，还可以更加有效地提高事故人员生存率。

（4）科学研究。通过无人机定时定点的周期性巡航，获取大量按时间顺序的大坝、桥梁、水文、航道、船舶和长江沿岸地物的三维数据，不仅能很好地构建长江三维地理信息数据库，还能及时进行数据的更新，为数字长江提供最具时效性和现势性的基础数据。基于这些数据，进行航道历史变迁、交通流量对比等研究工作，全面提升长江海事的数字化和信息化管理能力。

4 长江海事无人机系统建设思路

长江流域无人机海事监管网络的建设可分为3个阶段。

（1）研究试验阶段。选取长江流域两个具有代表性的特定水域进行试点，各配备一套无人机水上应急监测系统，同时培训相关无人机操控人员，进行无人机应急数据采集、无人机实时监控、无人机数据传输和管理等方法性研究和实施，其目的是为全面和完整地进行长江流域无人机应急监控网络建设工作提供理论和实践基础。

（2）大规模实施阶段。使用第一阶段的研究成果，在长江海事局行政管辖区水域，每隔大约100km左右选取一个适当地点建设无人机基地，从而保证任何水域出现情况，都有无人机在1h内能飞抵现场，为实现长江干线和水域支汊的全覆盖，需要配备大约20～30套无人机水上应急监测系统和相关工作人员，同时应全面考虑与当地的OA，VTS，AIS，CCTV等系统相结合，初步形成长江流域无人机海事监管网络。

（3）网络建设和应用阶段。在这个阶段，建设一个长江流域无人机海事监管网络指挥中心，协调和管理无人机海事监管网络的各个网络节点（即各无人机基地），制定详细应急数据采集、环境污染实时监控、水上交通事故处理的工作流程和实施规范，在发生突发性公共安全或环境污染事故时，各个无人机海事监管网络节点能协调一致，共同应对。

5 结语

无人机技术作为一种成熟的技术平台，以其机动快速、使用成本低、维护操作简单、节能环保、没有人员安全风险等技术特点，完全能够很好地应用到海事监管中。无人机的应用将使长江海事监管系统更加完善，不仅能够大大提升海事监管能力，而且还能推进长江海事信息化发展水平，在长江水系形成全方位监控信息网络，为打造水－岸－空海事立体监管系统做出重要贡献。

［1］ 时景彬.长江海事局现代监管系统管理模式研究［D］.武汉：武汉理工大学，2009.

［2］ 国务院.国务院关于加快长江等内河水运发展的意见［Z］.2011年2号文件.

［3］ 王寅娜.长江黄金水道助推沿江经济发展［J］.中国水运，2013（9）：10－15.

［4］ 高 波.长江海事空中巡航工作探讨［J］.中国海事，2014（6）：44－47.

［5］ 周 伟，王 林，成 旭，等.无人机在海事监管救助中的应用［J］.水运管理，2013（4）：22－24.

［6］ 刘 畅.论无人机在海事现代化建设中的作用［J］.天津航海，2014（2）：65－67.

［7］ 史光平，刘 瑀.无人机遥感系统的海事应用［J］.中国海事，2011（4）：29－32.

［8］ 邓小明.浅谈无人机在海事监管的应用［J］.中国水运（下半月刊），2011（4）：30－32.

［9］ 黄鹏飞，周建文.无人飞机应用于海事监管的可行性研究［J］.中国水运（下半月刊），2010（8）：46－48.

［10］ 曾 健.无人机：中国海事监管装备中的新尖兵［J］.中国水运（下半月刊），2012（10）：23－24，26.