地方海上无人搜救系统框架研究

赵显峰 王辰 交通运输部规划研究院

1.研究背景

虽然我国整体经贸形势受中美贸易战影响，但2019年国内港口货物吞吐量仍保持了5.1%的增速。其中外贸、内贸吞吐量、沿海港口吞吐量和内河港口吞吐量增速分别为4.3%、5.5%、3.7%和8.5%。随着我国港口业务的发展和新型涉水业态的兴起（如游艇、旅游、水上自行车、摩托艇等），发生事故的风险随之增加，每一次海上交通险情都可能对海洋环境和人民群众生命财产安全造成重大伤害。保障地方海上交通运输安全畅通，提升交通安全应急处置能力是提升海事应急保障能力和服务水平的迫切需要，也是地方应急体系建设的重要组成部分和关键环节。

目前，地方海上搜救的主力是社会搜救力量。现阶段存在的主要问题和需求如下。

1.1 立体搜索、快速反应能力不足

能够实现快速反应的专业救助船舶和救助直升机均按照民用船舶和民用航空器的技术标准建造、持证和运行，救助直升机需经过省级海上搜救中心向相应海区救助局飞行大队协调，再加上距离事发海域的飞行距离，空中搜救时间难以保证。此外，地方海域无法保障水深条件可以让大型救助船舶实现全水域通航，救助船舶也难以满足快速反应的要求，导致搜救难以形成空海一体搜救体系。

1.2 全天候、全海域灾难场景覆盖不足

我国大部分地方海域存在明显的季节性变化，风暴潮灾害一年四季均有发生。这就导致了许多事故发生在风力较大或水深较浅的环境。在风大的海域，救助直升机无法起飞；在水浅区和岛礁区大船无法靠近，只能调用其他救援船只才能完成救援，无法保证全天候、全海域的及时有效的空海一体救援。

1.3 救援人员安全保障手段不足

海上事故一般发生在自然环境比较恶劣的情况下，风急浪大，救援操作困难，对救援人员的生命安全也有很大威胁。在实际救援过程中，曾多次出现救援船只与遇难船只多次碰撞、拖拽缆绳崩断、救生索断裂等情况，救援人员落水受伤情况亦有发生。这些危险因素给救援人员带来了极大危险和心理负担，影响了救援工作的快速展开。

综上，为履行地方政府应急处置工作职责，提升地方海上安全应急搜救能力，建立地方海上无人搜救系统是必要的。

2.系统设计

2.1 系统要求

（1）在海况等级不大于5级条件下，具备遇难目标搜索能力：使用救援无人船（蒲氏风力不大于10级情况下）和搜索无人机（蒲氏风力不大于7级情况下）借助雷达、光电、红外和AIS等传感器在恶劣海况下对遇难目标进行索。

（2）在海况等级不大于5级，蒲氏风力不大于7级条件下，具备遇难人员救援能力：在遇难人员定位后，使用救援无人船前往遇难人员处借助救生设备对其进行救援。

（3）具备海上通信保障能力：通过搜索无人机搭载等通信载荷，对其所在海域的一定范围内进行通信保障。

（4）具备现场数据回传能力：通过卫星通信、微波视距通信设备等通信设备将救援无人船及搜索无人机所获取的各种现场数据进行回传，为现场决策提供依据。

2.2 系统组成

海上无人搜救系统由救援无人船子系统、搜索无人机子系统、移动指挥车、指挥中心组成。

救援无人船子系统是海上无人搜救系统的执行单元，由船体平台子系统、控制通信子系统和救生子系统组成，主要作用是重点海域的日常巡视及应急情况下的救援实施功能。

搜索无人机子系统是海上无人搜救系统的感知单元和通信保障单元，由机体平台子系统、指挥控制子系统、搜索子系统和通信保障子系统，主要作用是海域的日常巡视及应急情况下的遇难目标搜索和通信保障功能。

移动指挥车的主要功能是将救援无人船子系统和搜救无人机子系统感知的信息，进行综合分析研判，确定遇难目标位置，并将信息发送至地方海事局指挥中心；同时对地方海事局指挥中心发送的搜救指令进行命令分解，根据救援无人船与搜索无人机的当前状态，结合现场环境对其进行任务规划。

指挥中心是集信息接收、信息展示、命令发布、日常值班等多种功能于一体的综合指挥中心。在搜救任务中能够实时获得现场的图像和数据，能快速搜集支持应急指挥的各类信息，辅助指挥决策；同时能够对现场移动指挥中心进行命令发布，对现场行动进行指挥，协调无人救援力量共同进行救援。

2.3 技术架构

从技术架构上来说，海上无人搜救系统可以分为感知层、平台层、传输层和应用层四层。

感知层：由系统内所有传感器及执行机构组成，包括光电、红外、导航雷达、激光雷达、AIS、气象等传感器以及救生装备，用于对遇难目标进行搜索、识别与定位；

平台层：系统内两个主要平台是专为高海况海上救援设计的救援无人船和搜索无人机，其搭载感知层的各种设备与传感器，并通过传输层实现各种应用；

图1 海上无人搜救系统组成图

图2 系统架构设计图

图3 系统通信链接图

传输层：根据海上救援所面临的各种恶劣环境，系统配置了中继通信、微波通信和卫星通信等多种海上通信模式，保障感知层数据能够得到实时回传；

应用层：应用层是整个系统与用户的接口，其将感知层收集的数据进行处理，实现遇难目标定位、失事目标识别等功能，辅助用户的现场决策，并将用户指令进行分解，实现搜救任务的任务规划。

2.4 信息传输

图4 应用流程图

现场移动指挥中心是系统数据处理和任务规划中心，通过卫星通信和微波视距链路与救援无人船和搜索无人机通信，其中搜索无人机分系统可通过升空中心通信站与救援无人船上终端通信，实现通信链路多重备份。

2.5 应用流程

在海上救援中心接收到求助信号后，能够及时地制定出救助方案，并启动海上搜救无人系统。

救援无人船自行出港，进入作业模式。其在高海况下，以每小时不少于10节的速度，前往失事海域；同时搜索无人机以100km/h的速度，第一时间赶往失事海域；两种救援平台同时采用航迹追踪、纵横扩大、地毯式推进等方式进行联合搜索，通过雷达、光学、红外以及AIS等传感器对落水人员进行搜索定位，同时将现场信息通过卫星通信、视距微波等通信链路发往现场指挥中心。

确定具体位置后，可以命令无人机降低飞行高度至500m以下，并在事发地点上空半径300m范围内进行盘旋，将现场画面以及定位信息传回现场指挥中心。

3.面临问题

（1）无人机应用。无人机机动性强，海上飞行几乎不受地理环境限制，在海上搜救中拥有较大的优势。但目前海事无人机的应用实践只处于初级探索阶段，飞行试验尚只在陆地附近。一是海上的天气环境变化多端，因而制约了无人机的海上巡航飞行；二是考虑到成本风险因素，无人机飞行试验的离岸距离需逐步增加；三是海事无人机执行空巡任务易受空管制约，存在无法完成既定飞行计划的风险，海事与军方的通报机制尚需完善。

（2）无人船应用。海事救助无人船在某些场合能够有效实施水上人命救助任务，对提高应急救援水平，减少现场救援人员的安全风险能够发挥独特作用。但无人船的应用也存在较大挑战，主要是保养、培训、实战训练成本较高，难度较大，现阶段适用场合有限。

4.建议

海上无人搜救系统是未来海事人工智能化发展的重要方向，筑牢基础至关重要。管理规定是海上无人搜救系统的法律依据，管理程序是海上无人搜救系统行动的指南，管理规定与程序必须与系统建设同步出台，确保系统充分发挥效能和作用。