无人机在黄浦江海事监管 领域的应用研究

钟俊阳

摘  要：本文以闵行海事局辖区情况为例，针对黄浦江段现有的水上监管模式存在的问题，引入无人机空中监管概念，探索无人机在黄浦江水域的海事监管中的技术要求、运用场景和运用模式，提出无人机技术在黄浦江应用的解决方案。

关键词：无人机;海事;水域监管;立体监管

0 引 言

上海黄浦江段，航道复杂，弯头众多，并且是上海港通航密度最大的水域之一，据海事部门不完全统计，黄浦江闵行段2019年船舶日流量最高达2 061艘次，日均流量1 600余艘次;监管对象复杂，既有内河船又有海船，存在砂石料船、危险品船、运粮船、钢材船、港口工程船、疏浚船、拖轮、环运船等众多船种。随着辖区大型水上工程增多，郵轮、游艇等新兴产业迅速发展，风险因素不断增加，海事监管难度持续增大，水上安全监管、人命救助和环境污染防治任务日益繁重。传统的监管手段已难以适应日趋复杂的海事管理工作，借助科技力量来解决目前执法对象和执法力量不匹配的问题，进一步提升海事监管效率是海事部门急需研究的重要课题。

1 目前黄浦江水域监管体系存在的不足

水上运输是经济发展的重要支撑，黄浦江作为上海的重要水上运输通道，通航量日趋上升，通航环境愈发复杂，监管压力也不断增强，海事监管工作需要逐步完善和提高方能适应新形势下的水上监管要求。目前，在黄浦江水域监管主要存在以下几个问题：

（1）传统轮艇巡航效率低

传统轮艇巡航航速有限，而黄浦江水域海巡执法大队辖区狭长，轮艇全辖区覆盖巡航耗时长，且轮艇只能处置目视范围内的情况，无法对全辖区有一个整体的把握，因此态势感知能力较弱。且轮艇易受到人疲劳因素的影响，在完成日常巡航执法工作以外，难以进一步提升对整个辖区的控制能力。在经济性方面，轮艇出动需要花费更大的成本，耗费大量燃油，不符合新时代节能环保的要求。

（2）电子巡航/CCTV存在缺陷

电子巡航作为技术手段广泛应用于海事监管，但电子巡航系统过于依赖于船舶AIS开启率，一旦船舶故意违法关闭AIS则将失去对该船舶的有效监管;此外，受到AIS基站布置以及AIS通信带宽的影响，常出现信号丢失的情况，无法完全满足海事日常监管要求。而CCTV系统摄像头安装位置固定，容易存在死角，且受限于视频传输带宽的影响，高清/超高清视频实时传输存在成本高昂的缺点，无法大面积安装。

（3）水上动态船监管与静态船监管数量不匹配

动态船舶是引发水上交通事故的重要因素。按目前监管模式，轮艇工作强度已趋于饱和，且CCTV和电子巡航系统因固有缺陷导致无法完全满足海事日常对动态船舶的监管，最终造成目前黄浦江水域海事监管存在对静态船监管严格，对动态船监管乏力的局面。究其根本，主因还是在于无法快速有效的获取目前辖区船舶作业航行的动态。

2 无人机在黄浦江水域海事监管应用的技术优势

针对上述问题，我们引入一种全新的监管手段——无人机，通过无人机空中俯视视角，打造一个多角度、全方位的水上立体监管体系来应对日益严峻的水上监管形势。相对于传统的监管手段，无人机具有以下优势：

（1）机动灵活，反应快速

相对于轮艇，无人机体积小、重量轻、携带方便，起飞比较方便，多旋翼无人机甚至不需要跑道，对起飞环境要求较低，可以从岸上或轮艇甲板上进行起降。目前所用型号轮艇巡航速度普遍不高于12 kn，无人机巡航速度普遍在30 kn以上，因此能够更快速地到达目标区域，且相较于轮艇航前准备时间短，有着更快的出动速度，结合飞行速度快的优势，能够使用更少的时间对辖区进行覆盖监管。

（2）巡视区域广，实时性强

无人机飞得高，看得远，具备由上而下的“上帝视角”，视野比轮艇平面视角要宽广得多，相同时间内的巡视面积远高于轮艇，同时无人机可深入指定区域，不受限于环境如水深等因素，可最大限度接近被观测目标，距近离、多角度地拍摄记录有用情报信息，并能够通搭建移动网络通信，将实时图传传输到指挥中心，为上级部门应急决策提供更具有时效性、更有决策价值的现场信息。

（3）操作简便，安全风险低

相对于轮艇，普通执法人员在经过短时间的理论、实践操作培训后，就可以熟练掌握操作技能。且目前由于无人机技术的不断进步，无人机系统已可以适应复杂的气象环境，能够在大多数情况下安全飞行。且执法人员在通常情况下都以远程操作为主，并不深入现场，在一般情况下不容易造成内部安全问题，安全风险较低。

（4）挂载灵活，任务适应性强

无人机经过多年的发展，有效载荷能力不断提升，这就为功能吊舱的研发奠定了基础。目前，市面上已经具有多重功能的吊舱，如红外热成像吊舱，主要应用于人员搜救领域;嗅探测硫吊舱，主要应用于大气污染防治领域;超大焦距摄像头，主要应用于安防领域等。只要根据需求，制作多功能吊舱，即可满足任务要求。

3 黄浦江无人机海事监管应用方案

3.1无人机的选型

目前，市面上主流民用无人机以固定翼无人机和多旋翼无人机为主。固定翼无人机的特点是飞行时间长、飞行速度快，但存在对起飞降落要求高，需要专门飞行跑道的缺点。此外，固定翼无人机无法做到精准悬停，在目标上空长时间停留难度较大，一般只能采取盘旋的方式进行，需要较大的空域。多旋翼无人机特点是操作简单，对起飞降落场地要求较低，可在目标上空精准悬停，但存在续航时间短的问题。

黄浦江是上海地标性河流，流经上海市区，高楼林立，且黄浦江跨江大桥数量众多，江边作业码头等易对飞行造成一定程度的影响。无人机在黄浦江中运用必须具备起降简易，机动灵活的要求，多旋翼无人机因其特点，可满足黄浦江绝大部分应用场景需求。

3.2 无人机布点要求

由于黄浦江建有数量众多的跨江大桥，跨江大桥主桥墩高度普遍在200 m以上，且黄浦江地处上海，东有浦东机场，西有虹桥机场，无人机最大飞行高度受到严格制约。黄浦江跨江大桥，如闵浦大桥、徐浦大桥等，桥梁为斜拉结构，桥梁斜拉索易对无人机与操控台之间的信号传输造成干扰，通过实际测试，无人机在飞跃跨江大桥后极易出现信号丢失情况。因此，跨江大桥将对无人机布点产生较大影响，把无人机巡航区域分割成多个区块。无人机应部署于两桥之间水域，负责该区段的空中监管。

3.3 无人机在黄浦江海事监管中的用途

以目前应用测试的M300RTK型四旋翼无人机为例，该无人机搭载一枚200倍变焦摄像头，以及一部高分贝喊话器，可执行三大类的海事监管任务。

（1）非接触式检查取证

无人机搭载的高清变焦摄像头可通过大幅度变焦，通过拍照和录像的方式对显性违章行为进行空中取证，可清晰辨认船舶船名以及各类违法情况。目前，通过无人机与后台其他系统配合，已实现船名标识不清、右舷违规追越、未按规定保持正规瞭望、超宽靠泊、反航道航行、未保持AIS处于正常工作状态、未进行进出港报告、违规锚泊八大类的显性违章的非接触式查处。

（2）辖区水域空中巡查

目前，测试所用的M300RTK型无人机续航时间实测约为40 min，最远飞行半径约5 km，从而实现了对辖区的大范围空中巡航。无人机通过空中视角并结合高清摄像头，可更轻易发现辖区风险点，可通过机载喊话器，对发现的隐患进行排除。通过测试，目前无人机已可执行危险品船动态监管、客渡船动态监管、重点水域（如弯头）通航秩序监管、大型船舶靠离泊监控、防污染作业现场监管、水工作业监督检查、事故险情现场情况核实、极端天气情况安全宣贯和监管八大类巡查任务。

（3）突发事件应急处置

多旋翼无人机具备起飞准备简单，快速反应，快速抵达现场和可将现场画面实时直播的特点，可用于应对突发事件的应急处置。目前，其已可执行落水人员搜寻、水上污染源搜寻、肇事船追逃、事故现场实时画面回传等任务。未来在配备抛投裝置后，无人机具备了抛投救生衣、救生圈的能力，亦可用于对落水人员的救助。

3.4 无人机在海事监管中的运行模式

（1）无人机定位

海事监管最主要、最直接的抓手为各海巡执法大队。可将无人机配置于各海巡执法大队，以强化海巡执法大队对现场的掌控能力。目前，各大队负责无人机日常巡航和执法工作的开展，对无人机系统硬件/软件负责，包括飞手管理、无人机日常养护等、无人机软件系统维护等工作。

（2）无人机工作模式

日常的无人机巡航执法主要由每日定时的“打卡”式全面巡航，与电子巡航系统/现场巡逻艇联动的“点穴”式执法及突发事件应急处置行动组成。

每日定时“打卡”式巡航指的是通过梳理辖区风险点，整理适合无人机执行的任务，制作辖区风险点清单，无人机根据清单进行全域范围进行精细化巡航，取代部分巡逻艇水域巡航的职责，对辖区通航环境进行梳理，同时对显性违章进行查处。

“点穴”式执法指的是除“打卡”式全面巡航以外的，对辖区出现的显性违章或者通航类隐患进行针对性查处。大队通过二级电子巡航系统及CCTV对辖区进行全方位监控，并对发现的问题进行处置，若处置无效，则触发无人机“点穴”式执法机制，放飞无人机对出现的问题进行针对性查处。此外，巡逻艇也可作为触发无人机“点穴”式执法的手段，当巡逻艇在现场巡航过程中遇到难以取证的情景，可呼叫无人机前往现场进行航拍取证。

突发事件应急处置行动指的是当遇到突发事件，如水上交通事故、水上污染事故等，无人机应根据预案要求紧急升空，前往现场查看情况，并建立直播链路将现场情况传输至指挥中心以方便指挥中心进行现场决策，并执行指挥中心指令，进行交通流组织或执行事故取证等行动。

4 黄浦江无人机海事监管应用成效

经过实际测试，多旋翼无人机能够在黄浦江水域执行巡航执法任务，并且取得了不错的成效：

（1）节能环保，经济高效

以17米级海事巡逻艇为例，该级别巡逻艇执行任务时正常油耗约为18 l/h，且巡逻艇使用成本还包括设备损耗等因素，运行成本高昂。而多旋翼无人机以电池为动力来源，以M300RTK型无人机为例，一组电池共计8 000 mA时可供无人机飞行40 min，与巡逻艇相比，无人机的经济性更加出众。目前黄浦江巡逻艇巡航速度一般不超过12 kn，而多旋翼无人机正常飞行速度大约在30 kn左右。完成相同长度辖区巡航，无人机的耗时远少于巡逻艇。

（2）减少对人的依赖，解放执法资源

17米级巡逻艇出动按照规定要求最少需2名以上成员，若加上其他辅助人员，巡逻艇上人员将进一步增加;而无人机执行同样的巡航执法任务最少仅需1人即可完成，因此无人机的运用可大大降低对人的依赖，这就为降低单人工作负荷，解放执法资源变成了可能。可以有效缓解目前黄浦江水域海事监管普遍存在的执法对象与执法力量不匹配的问题。

（3）提升“见警率”，增强巡航威慑力

无人机的运用改变了目前的巡航执法模式，可以以较大的频次，对辖区进行全方位巡航执法，大幅提升了“见警率”，通过远程非接触式违章抓取及现场安全广播，给各种违法动机加以强大震慑。无人机巡航执法的应用也解决了困扰海事多年的难题（轮艇巡航执法疲于奔命，电子巡航看不清、叫不通的现状），让巡航执法更有力度，更有威慑力。

5 总 结

随着海事部门监管模式转型升级的需要，各项新的科技手段不断的在海事应用中得以尝试，目前，闵行海事局在无人机巡航方面进行了有益的探索，证明了无人机完全能够很好地应用到海事监管领域中，它提供了一种新的辅助手段，补充完善了海事监管服务体系，为黄浦江水域形成全方位陆海空三位一体监管体系作出了重要贡献。实践证明，无人机的加入，极大提高了海事部门巡航执法、应急处置和人命救助能力，使得海事部门在维护水上安全形势、服务地方经济发展方面更有可为、更有作为，为践行“航行更安全、海洋更清洁”的使命打下更坚实基础。