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論無人機技術在長江海事監(jiān)管中的應用論文

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  無人機按應用領域,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管理。根據《規(guī)定》,中國內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:論無人機技術在長江海事監(jiān)管中的應用相關論文。內容僅供參考,歡迎閱讀!

  論無人機技術在長江海事監(jiān)管中的應用全文如下:

  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等現代監(jiān)管設施的建設,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,現有的海事裝備在監(jiān)管范圍、設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2011年國務院2號文件的精神,打造長江干線全方位覆蓋、全天候運行、具備快速反應能力的現代化水上安全監(jiān)管和應急救助體系,更好地履行水上安全監(jiān)管和人命救助職責,更好服務“暢通、高效、平安、綠色”長江航運建設和沿江經濟社會發(fā)展,本文結合現有的監(jiān)管模式和自身設施設備現狀,擬在監(jiān)管領域中引入“無人機”監(jiān)管手段。

  1 長江海事監(jiān)管工作現狀

  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。轄區(qū)安全監(jiān)管的主要特點表現為“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,一方面需要對現有監(jiān)控設施進行有機整合,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,實現全方位的水-岸-空立體監(jiān)控,實現海事監(jiān)管水域多維可視化,保障水上交通通暢安全。

  (2)應急搜救現場的支持能力有限。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,特別是應急搜救現場,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)現有設施、設備的運行維護成本高。長江海事的轄區(qū)是一條長達數千公里的帶狀區(qū)域,而各種監(jiān)控設施的覆蓋范圍都有限,因此,為了實現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)管基礎設施建設。同時,AIS,VTS,CCTV,GPS,VHF等大量先進系統(tǒng)和設備的使用,其運行維護需要大量的人員和資金投入。這些因素不僅使現有監(jiān)控設施和設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,限制了技術在應用層面上的發(fā)展。而無人機技術的應用將極大地改善這種現狀,無人機的運行成本遠低于巡邏船,能促進技術的進步和革新,并推進相關設備/設施的升級與改進。

  2 無人機應用于海事監(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、程序控制裝置等設備。地面、艦艇或母機遙控站人員通過雷達等設備,對其進行跟蹤、定位、遙控、遙測和數字傳輸。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)境適應能力,承擔任務的方式也更為機動靈活。

  (2)連續(xù)執(zhí)行任務的能力。無人機具有長時間連續(xù)執(zhí)行任務的能力,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,為事故調查取證提供最有效證據。同時,無人機往往具有數據實時傳輸能力,為應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,還可以完成危險性較高,不宜使用有人偵察機的任務。

  2.2 無人機應用于海事監(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域應用無人機技術提供便利,也為長江海事立體監(jiān)測體系的形成奠定政策基礎。

  (2)無人機技術的不斷提升。近年來,隨著航空材料、通信、傳感器、導航定位和發(fā)動機等技術的不斷進步,無人機技術日趨成熟,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、民用領域均得到越來越廣泛的應用。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,為無人機技術在海事領域的應用奠定了良好的技術基礎。

  (3)長江海事的現有基礎。經過近10年的不斷發(fā)展,長江海事系統(tǒng)信息化軟、硬件建設取得了長足進步,初步涵蓋了長江海事局業(yè)務應用的需求;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;現代化監(jiān)管手段在水上安全監(jiān)管中廣泛應用,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)的現場巡航監(jiān)管模式,代之以信息化監(jiān)管為主導、現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)務中的應用

  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、調查取證;應急反應、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,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)的基于海巡艇的現場巡航模式與新的電子巡航動態(tài)監(jiān)管模式相結合,以信息化監(jiān)管為主導、現場處置為補充,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。無人機技術在巡航監(jiān)管中的應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,提供多維數據。

  (3)事故現場取證。

  (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象還較為普遍,偷排油污現象時有發(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)現違法對象,也能較容易取得違法證據。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)脆弱的地質平衡?,F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完成巡線任務,從而節(jié)約人力、物力成本,且巡線質量得到保證。

  3.5 其他海事擴展應用

  (1)通信中繼。當無人機裝上功率放大器和中繼設備等,可以實現數據、信號、話音和圖像通信的中繼傳輸。如當發(fā)生地質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場,又缺乏手機通信設施或設施損壞時,無人機就可實現短時間中繼通信,使后方與事故現場人員保持聯(lián)系,從而了解事故現場的具體情況,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據,不僅能很好地構建長江三維地理信息數據庫,還能及時進行數據的更新,為數字長江提供最具時效性和現勢性的基礎數據?;谶@些數據,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字化和信息化管理能力。

  4 長江海事無人機系統(tǒng)建設思路長江流域無人機海事監(jiān)管網絡的建設可分為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急監(jiān)測系統(tǒng),同時培訓相關無人機操控人員,進行無人機應急數據采集、無人機實時監(jiān)控、無人機數據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急監(jiān)控網絡建設工作提供理論和實踐基礎。

  (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左右選取一個適當地點建設無人機基地,從而保證任何水域出現情況,都有無人機在1h內能飛抵現場,為實現長江干線和水域支汊的全覆蓋,需要配備大約20~30套無人機水上應急監(jiān)測系統(tǒng)和相關工作人員,同時應全面考慮與當地的OA,VTS,AIS,CCTV 等系統(tǒng)相結合,初步形成長江流域無人機海事監(jiān)管網絡。

  (3)網絡建設和應用階段。在這個階段,建設一個長江流域無人機海事監(jiān)管網絡指揮中心,協(xié)調和管理無人機海事監(jiān)管網絡的各個網絡節(jié)點(即各無人機基地),制定詳細應急數據采集、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)管網絡節(jié)點能協(xié)調一致,共同應對。

  5 結語

  無人機技術作為一種成熟的技術平臺,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特點,完全能夠很好地應用到海事監(jiān)管中。無人機的應用將使長江海事監(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)控信息網絡,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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