一、無人機概況
無人機（unmanned aerial vehicle，簡稱uav）是一種由無線遙控設(shè)備或由程序控制操縱的無人駕駛飛行器。它不需要飛行員在機艙內(nèi)進行駕駛，飛行過程由電子設(shè)備自動控制進行。飛機上不用安裝任何與飛行員有關(guān)的設(shè)備，這樣就可以有效地節(jié)省和利用空間裝載應(yīng)用設(shè)備以完成賦予它的各種任務(wù)。無人機與有人駕駛飛機的最大區(qū)別是，單純依靠無人機本身是不能完成任何任務(wù)的，它需要一套嚴密的控制系統(tǒng)和根據(jù)任務(wù)需要搭載的應(yīng)用設(shè)備，所以無人機也稱為無人機系統(tǒng)。
無人機最早誕生于1917年，由英國人制造出第一架無人機，經(jīng)過了近百年的發(fā)展，其產(chǎn)品種類繁多，外形千奇百怪，很難用簡單的語言將其一下子介紹清楚。如果以飛行距離的長短進行分類，有短程無人機、近程無人機、中程無人機和長航時無人機；如果以飛機的外形分類，有微型無人機、小型無人機、中型無人機和大型無人機；如果從軍事用途上進行分類，有靶機、偵察機、干擾機和攻擊機；如果從飛行原理上分類，則有固定翼無人機和旋翼無人機（即無人直升機）等。由于其尺寸小、重量輕、經(jīng)濟性好，在災(zāi)情監(jiān)視、交通巡視、航空測繪等方面獲得廣泛應(yīng)用。
（一）小型無人機（Mini-UAV）。小型無人機系統(tǒng)是集航空、機械、電子、光學(xué)、計算機、控制、傳感器、合材料、小型航空發(fā)動機等多方面技術(shù)成果于一身的高技術(shù)產(chǎn)品，最大起飛重量只有幾千克乃至幾十千克。由于其攜帶方便、操作簡易、無人員損傷、經(jīng)濟性好，因而具有廣泛的應(yīng)用前景，比如桂林航龍科訊電子技術(shù)有限公司研制的“龍蜂”型和“搬運工”型無人機系統(tǒng)。
攜行重量小于10 kg，機體為高分子材料，能密封漂浮于水面?？稍谛∮旰?級以下風(fēng)力中正常使用。系統(tǒng)拆解后可放入背包內(nèi)，展開時間小于10 min。全套系統(tǒng)單人攜行，使用方便，維護簡單?？梢宰龅饺詣悠痫w和著陸，完全脫離遙控器，全“傻瓜”式操作。起飛后，可以按預(yù)先編定的程序自主飛行，按照預(yù)定的高度、預(yù)定的航線、預(yù)定的目標(biāo)進行定點拍照偵察，也可以根據(jù)地面站操作員上行數(shù)據(jù)指令適時變更飛行計劃。龍蜂無人機進入全自主飛行模式，導(dǎo)航后完全靠gps衛(wèi)星導(dǎo)航和自動控制系統(tǒng)引導(dǎo)飛行。在電子地圖上可以實施指點拍攝和定點偵察。龍蜂無人機在視距的情況下，圖像傳輸系統(tǒng)的傳輸距離大于20 km。適于在城市、山地、叢林、海洋等復(fù)雜的工作環(huán)境下使用，執(zhí)行巡查、監(jiān)控、巡管、測繪、搜救等任務(wù)。
采用傳統(tǒng)氣動布局，飛行平穩(wěn)，加上航龍公司先進的自動飛行控制系統(tǒng)，能夠發(fā)揮出良好的性能，其橫滾角、側(cè)偏距、俯仰角和航向差等參數(shù)均能達到測繪的水平。“搬運工”飛行半徑可達100 km以上，能夠一次性進行大規(guī)模作業(yè)，減低了項目風(fēng)險。“搬運工”載荷大，可搭載專業(yè)的數(shù)碼相機或航空相機。
（二）中型無人機通常是指重量在一百千克至幾百千克、飛行距離達數(shù)百千米、留空時間在數(shù)小時以上的飛機。
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二、無人機遙感技術(shù)
遙感是以航空攝影技術(shù)為基礎(chǔ)，在20世紀(jì)60年代初發(fā)展起來的一門新興技術(shù)。開始為航空遙感，1972年美國發(fā)射了第一顆陸地衛(wèi)星后，就標(biāo)志著航天遙感時代的開始。經(jīng)過幾十年的迅速發(fā)展，目前遙感技術(shù)已廣泛應(yīng)用于資源環(huán)境、水文、氣象，地質(zhì)地理等領(lǐng)域，成為一門實用的，先進的空間探測技術(shù)。遙感(RemoteSensing)，從廣義上說是泛指從遠處探測、感知物體或事物的技術(shù)。即不直接接觸物體本身，從遠處通過儀器(傳感器)探測和接收來自目標(biāo)物體的信息(如電場、磁場、電磁波、地震波等信息)，經(jīng)過信息的傳輸及其處理分析，識別物體的屬性及其分布等特征的技術(shù)。
無人機遙感，即是利用先進的無人駕駛飛行器技術(shù)、遙感傳感器技術(shù)、遙測遙控技術(shù)、通訊技術(shù)、GPS差分定位技術(shù)和遙感應(yīng)用技術(shù)，具有自動化、智能化、專用化快速獲取國土、資源、環(huán)境等空間遙感信息，完成遙感數(shù)據(jù)處理、建模和應(yīng)用分析的應(yīng)用技術(shù)。無人機遙感系統(tǒng)由于具有機動、快速、經(jīng)濟等優(yōu)勢，已經(jīng)成為世界各國爭相研究的熱點課題，現(xiàn)已逐步從研究開發(fā)發(fā)展到實際應(yīng)用階段，成為未來的主要航空遙感技術(shù)之一。
三、無人機的航拍及監(jiān)測
在低空、小范圍、高精度的航拍及監(jiān)測方面，同其它平臺相比，無人機執(zhí)行這樣的任務(wù)具有效率高、成本低的特點。無人機作為可以快速移動的空中作業(yè)平臺，載運光學(xué)相機、數(shù)碼攝像機等設(shè)備，按照任務(wù)需要對目標(biāo)區(qū)域進行拍攝、監(jiān)測。無人機近距離拍攝圖像分辨率可達厘米級，對建筑物等形狀復(fù)雜的目標(biāo)可進行近距離、多角度三維測繪，沒有“死角”。從無人機航拍影像中可以精確地分出每一個目標(biāo)物的位置，道路、河流、水體、地形地城市區(qū)域都可以清晰地分辨出來。
四、無人機在航標(biāo)領(lǐng)域的應(yīng)用
隨著國家航運經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，港口規(guī)模和船舶數(shù)量不斷增長，相應(yīng)的海上交通事故和突發(fā)事件也日益增多，航標(biāo)部門面臨的航海保障任務(wù)日趨繁重，加強現(xiàn)代化裝備提高保障水平成為十分迫切的需要。而無人機以其功能獨特、成本較低、使用維護方便等特點，必將成為航標(biāo)維護管理和海上應(yīng)急反應(yīng)的有機組成部分。
（一）航標(biāo)維護管理方面
以大連航標(biāo)處為例，2002年底航標(biāo)數(shù)量117座，2010年達到343座（其中海上浮標(biāo)224座），7年間航標(biāo)數(shù)量增加了近3倍，而在崗職工人數(shù)卻基本沒變，航標(biāo)維護管理形勢嚴峻。傳統(tǒng)的海上航標(biāo)維護管理主要采用航標(biāo)船定期海上巡檢，受海況影響較大，且效率低、成本高、存在一定風(fēng)險。近年來，隨著遙測遙控等先進技術(shù)的應(yīng)用，航標(biāo)維護管理的科技因素和手段得到加強，對提高航標(biāo)維護管理水平起到了積極的促進作用，但在效率、實時和直觀上仍有欠缺。無人機通過對海上航標(biāo)進行視頻圖像采集并及時傳回，能夠使航標(biāo)管理部門掌握海上航標(biāo)實時情況，對情況的分析更加全面、準(zhǔn)確，可有效提高航標(biāo)管理效率。如果采用無人機技術(shù)，許多海上航標(biāo)巡檢任務(wù)可以更多地由無人機來完成，形成海（海上巡檢）、陸（陸地遙控）、空（空中監(jiān)測）立體監(jiān)管模式，并最終實現(xiàn)全方位、全覆蓋的航標(biāo)維護管理體系。
（二）海上應(yīng)急管理方面
2010年，通過防抗海冰災(zāi)害和應(yīng)對“7·16”海上溢油的實戰(zhàn)，我們深刻體會到，應(yīng)對和處置海上災(zāi)害、突發(fā)事件僅僅靠主觀能動性是遠遠不夠的，裝備和手段的欠缺將在很大程度上制約抗災(zāi)和應(yīng)急反應(yīng)的效果。
海上災(zāi)害和突發(fā)事件的主要特征，一是突發(fā)性和難以預(yù)見性；二是破壞性；三是具有緊迫性。因為是突然發(fā)生的、非正常的、帶有破壞性的事件，極易造成嚴重后果，所以在處理突發(fā)事件時，就帶有緊迫性的特點。突發(fā)事件對應(yīng)急管理的要求是：迅速判明情況，查明事件原因；實現(xiàn)快速響應(yīng)，盡快到達現(xiàn)場；采取果斷措施，實施正確指揮；進行緊急救援，防止事態(tài)發(fā)展；妥善安排善后，盡力減少損失。在防抗海冰災(zāi)害和海上清油時，由于無法獲知海上浮冰和油污的準(zhǔn)確位置，航標(biāo)作業(yè)船舶只能且行且探，既影響了作業(yè)效率，又帶來安全隱患，而在這些環(huán)節(jié)中無人機都能夠發(fā)揮出重要作用。具體說，無人機在處理突發(fā)事件過程中的主要作用體現(xiàn)在以下方面：
1.響應(yīng)快速
小型無人機只有幾千克或十幾千克，依靠遙控器或手提電腦就可以對其進行操控。裝備該類無人機的小分隊只需2~3人就可以完成任務(wù)。即使在道路被毀的情況下，徒步也可以到達工作現(xiàn)場。一架未組裝起來的無人機，有的僅有一個標(biāo)準(zhǔn)行李箱那么大，可以很方便地攜運。無人機不僅有較快的反應(yīng)能力，而且對環(huán)境和氣象條件有較強的適應(yīng)性，受陰、雨、霧、海浪等天氣、海況條件的限制比航標(biāo)船更小，能在6級風(fēng)下完成飛行任務(wù)。
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2.采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)
迅速將現(xiàn)場的視、音頻信息傳送到航標(biāo)處運保中心，供指揮者進行判斷和決策。無人機通常配置的基本設(shè)備就是多媒體采集系統(tǒng)，負責(zé)完成視、音頻數(shù)據(jù)的采集，通過無線傳輸方式，傳輸?shù)降孛娴慕邮諜C。其機載攝像機能夠?qū)σ曨l數(shù)據(jù)進行編碼壓縮，以圖像方式把視頻數(shù)據(jù)送回航標(biāo)處運保中心。如果配置高清晰度的數(shù)碼攝像機，能夠?qū)ΜF(xiàn)場進行高質(zhì)量的視頻采集以及音頻的實時采集，其數(shù)據(jù)傳輸距離可達30 km。
無人機能方便地使用攝像機、熱像儀等各種載荷。即使是普通的民用級專業(yè)數(shù)碼相機，也能安裝到飛機的平臺上。配合自動曝光攝影等一系列先進技術(shù)，就能自動獲取高清晰度數(shù)碼照片。通過后期處理，生成的數(shù)碼影像可為應(yīng)急設(shè)標(biāo)、航標(biāo)搜尋、災(zāi)害評估（如海凍災(zāi)害）、調(diào)查取證（如養(yǎng)殖損害糾紛）、突發(fā)事件（如海上溢油）的應(yīng)對提供可靠的決策依據(jù)，使措施更加及時、正確，反應(yīng)更加迅速，地面指揮、航標(biāo)船和各類人員的協(xié)調(diào)也會更加充分。
3.跟蹤事件的發(fā)展態(tài)勢
由于無人機的使用方便快捷，到達現(xiàn)場之后能夠迅速展開，展開之后就能夠不間斷地跟蹤事件的發(fā)展，利于運保中心及時掌握事件態(tài)勢。在追蹤海上情況態(tài)勢方面，由于其機體小巧，速度容易控制，機動性好，視野寬闊，獲取信息的實時性強、分辨率高（可以達到0.1米），具有航標(biāo)船和其它方式無法比擬的優(yōu)點。
目前無人機所裝載的傳感器一般都采用光學(xué)傳感器，夜間使用還受到限制，如果配備紅外或具有夜視功能的系統(tǒng)，其功能就更加強大。
（三）節(jié)能減排方面
航標(biāo)船舶是航標(biāo)處能源消耗大項，海上航行每小時耗油0.15~0.2噸，以一次3小時巡檢為例，可耗油0.45~0.6噸，而使用無人機執(zhí)行同樣的巡檢任務(wù)僅耗油5~6升（使用汽油發(fā)動機）甚至不發(fā)生油耗（使用鋰電池），節(jié)能減排效果十分顯著。
用于海上航標(biāo)管理維護和應(yīng)急反應(yīng)體系中的無人機以中小型、短近程無人機為最佳選擇，包括固定翼無人機和無人直升機。
五、空域使用和相關(guān)法律
從國際范圍來看，航空飛行條例中尚無專門針對無人飛行器（UAS）的法規(guī)，在低于150 m的可視范圍內(nèi)進行飛行是不受限制的（居民區(qū)上空等人員密集區(qū)域除外）。美國國防部和美國聯(lián)邦航空局一同確立了有關(guān)UAS管理制度的原則：①“無害”：避免新的提案，以免軍用UAS對民用航空造成影響，致力于建立適用范圍更廣的規(guī)則；②“適應(yīng)而非創(chuàng)造”：盡量將UAS融入聯(lián)邦航空條例的框架之中；③“開辟先例”：不僅關(guān)注本國的適用，還致力國際相關(guān)規(guī)則的建立。
我國有關(guān)無人飛行器的管理細則尚未出臺，到目前為止還沒有因無人飛行器而影響國家航空運行秩序的報道，相信在不久的將來，在借鑒國外經(jīng)驗和加強國際合作的基礎(chǔ)上，我國相關(guān)航空管理制度將會出臺。但可以肯定的是，所有規(guī)則都不會以抑制無人飛行器的發(fā)展為目的，這些規(guī)則將會為無人飛行器的發(fā)展創(chuàng)造空間上的便利。
國務(wù)院、中央軍委近日印發(fā)《關(guān)于深化我國低空空域管理改革的意見》，對深化我國低空空域管理改革作出部署，明確指出“最大限度盤活低空空域資源”，對低空放松管制，實際上就是放開空間。
六、應(yīng)用范例
事實上，我國無人機在洪澇災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測、地震地質(zhì)災(zāi)害救援、太湖藍藻爆發(fā)及森林火災(zāi)監(jiān)測、大氣臭氧監(jiān)測以及大型科學(xué)試驗中已經(jīng)發(fā)揮了重要作用，也形成了推動無人機技術(shù)發(fā)展的專業(yè)技術(shù)隊伍。
2008年5月15日，四川汶川特大地震災(zāi)區(qū)，一架國產(chǎn)的“千里眼”無人飛機，按照事先確定的精確坐標(biāo)在大約200 m高的空中飛行，它用明亮的“眼睛”忠實地反映著整個北川縣城2平方公里范圍內(nèi)震后的情景：倒塌的樓房不計其數(shù)，滑坡的亂石、泥土埋沒了道路，堵住了河流，北川幾乎就是一片廢墟！一圈、兩圈，無人機在空中圍著北川縣城繞了兩圈，僅用了20多分鐘，一張張連地面救援人員的身影都清晰可見的數(shù)碼照片，通過科技設(shè)備傳輸下來，最終拼接成地震效果圖，送到了抗震救災(zāi)指揮部負責(zé)人的手中。
七、效益
小型無人機的價格在10～80萬元之間，可起降數(shù)百次，使用和維護費用低，一次性投入，多年受益。與航標(biāo)船相比，其性價比更高，可部分取代航標(biāo)船完成海上航標(biāo)巡檢、搜尋、應(yīng)急管理等信息搜集任務(wù)。由于減少了航標(biāo)船舶的出航次數(shù)，大大降低了能源消耗量和污染物排放，產(chǎn)生的經(jīng)濟和社會效益顯著。
八、結(jié)語
雖然目前尚無無人機在航標(biāo)領(lǐng)域的應(yīng)用先例，但無人機技術(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(fēng)險等技術(shù)特點，一定能夠在航標(biāo)巡檢、搜尋、災(zāi)情評估以及應(yīng)急管理等方面占有一席之地，為我國航標(biāo)事業(yè)發(fā)展作出積極的貢獻。
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