論無人機技術(shù)在長江海事監(jiān)管中的應(yīng)用論文
無人機按應(yīng)用領(lǐng)域，可分為軍用與民用。2013年11月，中國民用航空局(CAAC)下發(fā)了《民用無人駕駛航空器系統(tǒng)駕駛員管理暫行規(guī)定》，由中國AOPA協(xié)會負責民用無人機的相關(guān)管理。根據(jù)《規(guī)定》，中國內(nèi)地無人機操作按照機型大小、飛行空域可分為11種情況，其中僅有116千克以上的無人機和4600立方米以上的飛艇在融合空域飛行由民航局管理，其余情況，包括日漸流行的微型航拍飛行器在內(nèi)的其他飛行，均由行業(yè)協(xié)會管理、或由操作手自行負責。以下是學習啦小編今天為大家精心準備的：論無人機技術(shù)在長江海事監(jiān)管中的應(yīng)用相關(guān)論文。內(nèi)容僅供參考，歡迎閱讀!
論無人機技術(shù)在長江海事監(jiān)管中的應(yīng)用全文如下：
長江干線通航環(huán)境復雜，船舶航行風險較大，容易發(fā)生安全事故，導致海事部門的監(jiān)管難度很大。面對嚴峻的水上安全形勢，長江海事局通過AIS，VTS，CCTV，GPS等現(xiàn)代監(jiān)管設(shè)施的建設(shè)，安全監(jiān)管手段的信息化水平有了很大程度的提高。但從長遠來看，現(xiàn)有的海事裝備在監(jiān)管范圍、設(shè)施裝備綜合利用率等方面仍存在一些問題和不足。為更好地解決這些問題，同時根據(jù)2011年國務(wù)院2號文件的精神，打造長江干線全方位覆蓋、全天候運行、具備快速反應(yīng)能力的現(xiàn)代化水上安全監(jiān)管和應(yīng)急救助體系，更好地履行水上安全監(jiān)管和人命救助職責，更好服務(wù)“暢通、高效、平安、綠色”長江航運建設(shè)和沿江經(jīng)濟社會發(fā)展，本文結(jié)合現(xiàn)有的監(jiān)管模式和自身設(shè)施設(shè)備現(xiàn)狀，擬在監(jiān)管領(lǐng)域中引入“無人機”監(jiān)管手段。
1 長江海事監(jiān)管工作現(xiàn)狀
長江海事局管轄重慶至安徽約2 100km 長江干線、1000km水域支汊和19個水庫(湖泊)，并負責長江干線宜賓至上海安全通信保障和船舶引航服務(wù)。轄區(qū)安全監(jiān)管的主要特點表現(xiàn)為“六多一雜”：港區(qū)和停泊區(qū)多、渡口渡船多、橋區(qū)壩區(qū)多、油區(qū)和危險品作業(yè)點多、船舶及船公司多、水運從業(yè)人員多，通航環(huán)境復雜。
(1)海事監(jiān)管區(qū)域存在盲點。目前基于海巡艇，VTS，CCTV，AIS和VHF的監(jiān)管措施，在監(jiān)管區(qū)域內(nèi)存在一些監(jiān)測盲點，在時間連續(xù)性上還存在一定的限制。為了突破這些監(jiān)管盲點的限制，一方面需要對現(xiàn)有監(jiān)控設(shè)施進行有機整合，提升監(jiān)管效率;另一方面，需要引入一種全新的空中監(jiān)管手段，從空中以俯視的視角開展監(jiān)管，實現(xiàn)全方位的水-岸-空立體監(jiān)控，實現(xiàn)海事監(jiān)管水域多維可視化，保障水上交通通暢安全。
(2)應(yīng)急搜救現(xiàn)場的支持能力有限。長江水域多為天然航道，狹窄彎多，礁石密布，水流變化大，船舶航行風險高。水上災情與污染情況瞬息萬變，特別是應(yīng)急搜救現(xiàn)場，對信息實時性的要求更高，有時也需要對某些局部危險區(qū)域和重點目標實施直觀立體的監(jiān)控，讓上級對現(xiàn)場情況有快速和全面的了解，方_便決策。目前海事監(jiān)管系統(tǒng)在應(yīng)對突發(fā)性事件時已凸顯出不足，在未來更加復雜的安全形勢與嚴峻的安全隱患下，建立基于無人機遙感系統(tǒng)的海事應(yīng)用系統(tǒng)將極大提高海事監(jiān)管效率、提升監(jiān)管能力。
(3)現(xiàn)有設(shè)施、設(shè)備的運行維護成本高。長江海事的轄區(qū)是一條長達數(shù)千公里的帶狀區(qū)域，而各種監(jiān)控設(shè)施的覆蓋范圍都有限，因此，為了實現(xiàn)長江流域全線覆蓋的目標，需要投入大量的資金和人力物力進行海事監(jiān)管基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。同時，AIS，VTS，CCTV，GPS，VHF等大量先進系統(tǒng)和設(shè)備的使用，其運行維護需要大量的人員和資金投入。這些因素不僅使現(xiàn)有監(jiān)控設(shè)施和設(shè)備的適用性受到一定的限制，還在某種程度上削弱和降低了它們的使用率，阻礙了其更新?lián)Q代，限制了技術(shù)在應(yīng)用層面上的發(fā)展。而無人機技術(shù)的應(yīng)用將極大地改善這種現(xiàn)狀，無人機的運行成本遠低于巡邏船，能促進技術(shù)的進步和革新，并推進相關(guān)設(shè)備/設(shè)施的升級與改進。
2 無人機應(yīng)用于海事監(jiān)管的可行性分析
2.1 無人機概述
無人機(unmanned aerial vehicle，UAV)是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機。機上無駕駛艙，但安裝有自動駕駛儀、程序控制裝置等設(shè)備。地面、艦艇或母機遙控站人員通過雷達等設(shè)備，對其進行跟蹤、定位、遙控、遙測和數(shù)字傳輸。相對于傳統(tǒng)的海事監(jiān)管方式，無人機有如下優(yōu)點。
(1)機動靈活，適宜應(yīng)急。長江上游地區(qū)的自然災害主要有泥石流、滑坡，中下游有洪澇災害、河堤潰損，同時，長江地區(qū)突發(fā)性水污染事故頻發(fā)，對周邊水環(huán)境的影響和破壞巨大。事故發(fā)生存在隨機性，災害一旦發(fā)生，監(jiān)管部門必須立即展開救援活動。當處理這些緊急狀況時，無人機憑借其重量輕、體積小、便于攜帶、環(huán)境要求低等特點，能夠迅速奔赴至目標區(qū)域。因此具備較強的環(huán)境適應(yīng)能力，承擔任務(wù)的方式也更為機動靈活。
(2)連續(xù)執(zhí)行任務(wù)的能力。無人機具有長時間連續(xù)執(zhí)行任務(wù)的能力，相對于傳統(tǒng)巡航方式，節(jié)省了大量的人力和物力。無人機以其飛行距離和飛行高度的靈活性，更容易實現(xiàn)目標區(qū)域的全方位監(jiān)管巡查。
(3)監(jiān)視范圍寬，實時性強。與海巡艇相比，無人機具有高空探視的優(yōu)勢，巡視范圍的輻射面積遠遠高于海巡艇，可深入事故、災害中心區(qū)域，不易遺漏和被蒙蔽，可最大限度接近目標，情報信息可信度高，巡視效果更佳，為事故調(diào)查取證提供最有效證據(jù)。同時，無人機往往具有數(shù)據(jù)實時傳輸能力，為應(yīng)急決策提供的信息更具時效性。
(4)降低工作人員救援風險。無人機只需操縱員位于安全區(qū)域操作飛機即可，因此即使無人機遭遇墜落等極端情況，對人員傷亡也沒有任何威脅。故無人機可到達災害中心區(qū)執(zhí)行監(jiān)視等任務(wù)，還可以完成危險性較高，不宜使用有人偵察機的任務(wù)。
2.2 無人機應(yīng)用于海事監(jiān)管的可行性
(1)低空空域開放的政策支持。作為海事應(yīng)用飛行平臺的無人機通常飛行在1 000m以下空域。該空域被稱作低空空域。對于低空空域管理，將按照管制空域、監(jiān)視空域和報告空域3類劃分進行管理。管制空域，需要提前申請并接受航管部門管制指揮;監(jiān)視空域，僅需要備案，確保雷達看得見、能夠聯(lián)系上;報告空域，則類似于自由飛行。與此前低空空域全部實行管制管理相比，分類管理在改進審批、簡化審批程序和縮短審批時間上有很大進步。低空空域的開放將為海事領(lǐng)域應(yīng)用無人機技術(shù)提供便利，也為長江海事立體監(jiān)測體系的形成奠定政策基礎(chǔ)。
(2)無人機技術(shù)的不斷提升。近年來，隨著航空材料、通信、傳感器、導航定位和發(fā)動機等技術(shù)的不斷進步，無人機技術(shù)日趨成熟，無論在性能上還是在操縱性、可靠性諸方面都有了長足進步，使其在軍、民用領(lǐng)域均得到越來越廣泛的應(yīng)用。無人機在飛行時間、飛行速度、有效載荷、安全性等各個方面的指標不斷提高，為無人機技術(shù)在海事領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。
(3)長江海事的現(xiàn)有基礎(chǔ)。經(jīng)過近10年的不斷發(fā)展，長江海事系統(tǒng)信息化軟、硬件建設(shè)取得了長足進步，初步涵蓋了長江海事局業(yè)務(wù)應(yīng)用的需求;專業(yè)化的信息化管理和運維團隊基本具備，信息化系統(tǒng)管理維護水平不斷提升;現(xiàn)代化監(jiān)管手段在水上安全監(jiān)管中廣泛應(yīng)用，越來越發(fā)揮出顯著效果。尤其是近年來長江海事局開展了電子巡航試點，改革了傳統(tǒng)的現(xiàn)場巡航監(jiān)管模式，代之以信息化監(jiān)管為主導、現(xiàn)場處置為補充的新模式，以提升全面監(jiān)控能力，減輕監(jiān)管工作強度，節(jié)約監(jiān)管行政成本，提高監(jiān)管工作效率。
3 無人機在海事監(jiān)管業(yè)務(wù)中的應(yīng)用
海事監(jiān)管職責主要包括：管理通航秩序、通航環(huán)境;巡邏執(zhí)法、調(diào)查取證;應(yīng)急反應(yīng)、人命救助;船舶溢油和排污監(jiān)視;負責禁航區(qū)、航道(路)、交通管制區(qū)、錨地和安全作業(yè)區(qū)等水域的監(jiān)督管理，維護水上交通秩序;航標巡檢、航道測繪等。
3.1 輔助巡航
在巡航監(jiān)管中引入無人機技術(shù)，利用小型無人機部分替代海巡艇，輔助電子巡航系統(tǒng)，實現(xiàn)空中巡航監(jiān)管的常態(tài)化日常巡航，將傳統(tǒng)的基于海巡艇的現(xiàn)場巡航模式與新的電子巡航動態(tài)監(jiān)管模式相結(jié)合，以信息化監(jiān)管為主導、現(xiàn)場處置為補充，進行水域通航組織、指揮和管控，從而進一步推進長江海事監(jiān)管體系的建設(shè)。無人機技術(shù)在巡航監(jiān)管中的應(yīng)用主要包括以下幾個方面。
(1)部分替代海巡艇進行常規(guī)巡航。
(2)輔助電子巡航，提供多維數(shù)據(jù)。
(3)事故現(xiàn)場取證。
(4)危險品船舶動態(tài)跟蹤。
(5)對重點水域進行監(jiān)督。
(6)威懾作用。
3.2 污染監(jiān)測
長江的水污染主要來源于3個方面：①長江兩岸工業(yè)廢水和生活污水的排放;②長江上航行的船舶排放的廢氣、廢水和垃圾;③一些載有危險品的船舶發(fā)生事故時造成的泄漏。海事部門擔負著水上防污的重要職責，而船舶油污染是水上防污的重要內(nèi)容。由于目前船員環(huán)保意識不強，重個人利益輕社會利益的現(xiàn)象還較為普遍，偷排油污現(xiàn)象時有發(fā)生。特別是在船舶較為集中的水域發(fā)生時，海事人員確定違法船舶、估計偷排油污量極為困難。如果能夠從空中進行觀察，能較容易地發(fā)現(xiàn)違法對象，也能較容易取得違法證據(jù)。通過引入無人機，從空中進行巡查監(jiān)管，通過熱紅外、遠紅外等特殊傳感器實現(xiàn)對沿岸污染源、普通通航船舶和危險品船舶的同時監(jiān)控，擴大監(jiān)控的覆蓋范圍，提高監(jiān)控效率，加強監(jiān)管力度。
3.3 地災監(jiān)測
三峽庫區(qū)蓄水以后，大量地上水滲入地下，造成石巖間巨大的膨脹力，加上客觀存在巨大的水壓，打破了原有的三峽高山地區(qū)脆弱的地質(zhì)平衡?，F(xiàn)三峽段山體滑坡時有發(fā)生，對航行在該水域的船舶安全構(gòu)成威脅。通過無人機的定點旋停，定期拍照、遠程測繪等手段，可發(fā)現(xiàn)山體是否存在加速變化的趨勢，從而對航行在此地區(qū)的船舶提供安全預警。
3.4 通信巡線
目前長江海事局建有海事通信光纖線路數(shù)千公里，主要采用人工巡線，由于線路大多建在人煙稀少的崇山峻嶺地區(qū)，巡線質(zhì)量和效率都較低，且人工成本很高。采用無人機空中巡線，可以在較短的時間內(nèi)完成巡線任務(wù)，從而節(jié)約人力、物力成本，且巡線質(zhì)量得到保證。
3.5 其他海事擴展應(yīng)用
(1)通信中繼。當無人機裝上功率放大器和中繼設(shè)備等，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)、信號、話音和圖像通信的中繼傳輸。如當發(fā)生地質(zhì)災害或重大江難事故，而事故的地點處于高山峽谷地段，常規(guī)手段無法到達或難以及時到達現(xiàn)場，又缺乏手機通信設(shè)施或設(shè)施損壞時，無人機就可實現(xiàn)短時間中繼通信，使后方與事故現(xiàn)場人員保持聯(lián)系，從而了解事故現(xiàn)場的具體情況，為后方施救人員準備工具、器材時做到有的放矢。
(2)岸線測繪。長江海事局的上游轄區(qū)河流大多處于高山峽谷地區(qū)，水位高低落差很大。而隨著水位的漲落，河流水沒線、河流寬度、航道中心線都會發(fā)生較大變化，給電子巡航監(jiān)控、指導、指揮船舶航行帶來一定難度，如分道航船舶超越中心線航行行為的糾正，如果無法得到準確的航道中心線，執(zhí)法工作將無法開展。如果通過準確測繪，水位每變化1m就編制1張江圖。日常工作時，根據(jù)水位的變化，選定合適的江圖，那么電子巡航的監(jiān)督、指揮作用將更加強大。
(3)人命救助。長江自然河段水流湍急，浪花飛濺，有些地方礁石林立，船舶無法靠近。當海難發(fā)生時，人員落水后會被立即沖散，這時從江面觀察，浪花、雜物、人員混雜，不易發(fā)現(xiàn)和分辨落水人員，而無人機能夠從空中進行準確分辨、精準定位，會給更多海難人員帶來生的機會。通過無人機遞送牽引繩、攜帶氣脹式救生圈進行投放，還可以更加有效地提高事故人員生存率。
(4)科學研究。通過無人機定時定點的周期性巡航，獲取大量按時間順序的大壩、橋梁、水文、航道、船舶和長江沿岸地物的三維數(shù)據(jù)，不僅能很好地構(gòu)建長江三維地理信息數(shù)據(jù)庫，還能及時進行數(shù)據(jù)的更新，為數(shù)字長江提供最具時效性和現(xiàn)勢性的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。基于這些數(shù)據(jù)，進行航道歷史變遷、交通流量對比等研究工作，全面提升長江海事的數(shù)字化和信息化管理能力。
4 長江海事無人機系統(tǒng)建設(shè)思路長江流域無人機海事監(jiān)管網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)可分為3個階段。
(1)研究試驗階段。選取長江流域兩個具有代表性的特定水域進行試點，各配備一套無人機水上應(yīng)急監(jiān)測系統(tǒng)，同時培訓相關(guān)無人機操控人員，進行無人機應(yīng)急數(shù)據(jù)采集、無人機實時監(jiān)控、無人機數(shù)據(jù)傳輸和管理等方法性研究和實施，其目的是為全面和完整地進行長江流域無人機應(yīng)急監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)建設(shè)工作提供理論和實踐基礎(chǔ)。
(2)大規(guī)模實施階段。使用第一階段的研究成果，在長江海事局行政管轄區(qū)水域，每隔大約100km左右選取一個適當?shù)攸c建設(shè)無人機基地，從而保證任何水域出現(xiàn)情況，都有無人機在1h內(nèi)能飛抵現(xiàn)場，為實現(xiàn)長江干線和水域支汊的全覆蓋，需要配備大約20～30套無人機水上應(yīng)急監(jiān)測系統(tǒng)和相關(guān)工作人員，同時應(yīng)全面考慮與當?shù)氐腛A，VTS，AIS，CCTV 等系統(tǒng)相結(jié)合，初步形成長江流域無人機海事監(jiān)管網(wǎng)絡(luò)。
(3)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和應(yīng)用階段。在這個階段，建設(shè)一個長江流域無人機海事監(jiān)管網(wǎng)絡(luò)指揮中心，協(xié)調(diào)和管理無人機海事監(jiān)管網(wǎng)絡(luò)的各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(即各無人機基地)，制定詳細應(yīng)急數(shù)據(jù)采集、環(huán)境污染實時監(jiān)控、水上交通事故處理的工作流程和實施規(guī)范，在發(fā)生突發(fā)性公共安全或環(huán)境污染事故時，各個無人機海事監(jiān)管網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能協(xié)調(diào)一致，共同應(yīng)對。
5 結(jié)語
無人機技術(shù)作為一種成熟的技術(shù)平臺，以其機動快速、使用成本低、維護操作簡單、節(jié)能環(huán)保、沒有人員安全風險等技術(shù)特點，完全能夠很好地應(yīng)用到海事監(jiān)管中。無人機的應(yīng)用將使長江海事監(jiān)管系統(tǒng)更加完善，不僅能夠大大提升海事監(jiān)管能力，而且還能推進長江海事信息化發(fā)展水平，在長江水系形成全方位監(jiān)控信息網(wǎng)絡(luò)，為打造水-岸-空海事立體監(jiān)管系統(tǒng)做出重要貢獻。
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