无人船在港口水域海事监管中的应用探讨

DOI:10.16831/j.cnki.issn1673-2278.2020.01.015Discussion on the application of unmanned vessel on maritime supervision within port sea area无人船在港口水域海事监管中的应用探讨

鲁德伟,韩晓宝,牛志斌（新港海事局，天津 300456）

LU De-wei,HAN Xiao-bao, NIU Zhi-bin(Xingang MSA,Tianjin 300456, China）摘󰀁󰀁󰀁要：近年来，随着与船舶自主航行相关的信息技术、人工智能技术水平的提高，无人船舶行业取得了长足的发展，其在海上安保、环境监测等领域应用也越来越成熟。为推动无人船在海事管理方面的应用研究，破解港口水域海事监管手段不足的瓶颈问题，文中在分析港口水域海事监管特点和无人船系统建设条件的基础上，定量研究了无人船在港口水域海事监管应用面临的性能指标确定、船型平台选择、载荷设备搭配、运行管理体系建设等方面的具体问题，提出了一种港口水域海事监管无人船系统的应用解决方案。关键词：无人船；港口水域；海事监管；应用Abstract: In the recent years, with the improvement of the information technology and artificial intelligence technology related to autonomous ship navigation, the unmanned ship industry has achieved considerable developments and unmanned surface vehicles (USV) have been widely applied in maritime security, environmental surveillance and other relevant fields. In order to promote the research on the application of USV in maritime administration and break the bottleneck of insufficient means of maritime supervision in port waters, the paper proceeds from the characteristics of maritime administration for port waters and the construction conditions of USV, and makes a quantitative analysis on USV application in maritime administration in port waters in such aspects as the determination of performance indicators, selection of ship type platform, arrangement of load equipment, development of operation management systems, and etc. Furthermore, it puts forward a solution for the application of USV system in maritime administration in port waters.Key words: USV; port waters; maritime administration; application中图分类号:󰀁U691+.6 󰀁󰀁󰀁󰀁文献标志码：A 文章编号：1673-2278（2020）01-0043-03一、港口水域无人船海事监管应用的背景

港口水域中分布着航道、泊位、航标等通航环境要素，同时也是船舶、货物、船员等海事监管要素的聚集之地，船舶的货物作业、加油作业等操作行为大多发生在港口水域。因此，港口水域是海事部门的重点监管水域，在日常的巡航工作中需要关注包括：船舶航行停泊秩序、通航水域碍航漂浮物、施工作业和水上水下活动、水域污染物、导助航标志和船舶外观情况等在内的众多内容。经验表明，往往需要陆上、水上和电子等巡航手段的有机结合才能保证空间和时间上的覆盖，实现对辖区水域的有效监控，及时发现违规违法行为，保障港口水域的安全和清洁。

但是，目前基层海事执法机构普遍面临海事专用高清摄像头较少的问题，少数能够调动的自建摄像头也存在着监控盲区。而要增加摄像头点位往往会遇到占地、

供电、数据传输及维护等一系列问题，特别是港口水域存在的高大机械设备、泊位停靠的大型船舶都会成为遮挡物，影响固定摄像头的监控效果。同时，能够监控大面积海域范围的小型无人机，也存在诸多因素。一是无人机起飞存在很大不确定性。使用机场飞行空域、航路、航线，均须向民航、军方的多个部门报批，报批协调工作较为复杂，很难保证根据需要即时起飞。二是考虑到小型无人机飞行存在安全隐患，港口水域属于无人机禁飞区，无法监控。三是水面取证受到一定。无人机不能直接到水面取样，等海巡船赶到现场，往往已错失最佳时机。四是无人机续航时间有限，无法长时间监控。

相比固定式监控摄像头和小型无人机两种港口水域海事监控设备，小型无人船具有体型小巧、航行灵活、续航时间长、覆盖面广、载荷丰富等特点，可以有效弥补

收稿日期：2019-11-19第一作者简介：鲁德伟（1982-），男，安徽繁昌人，硕士研究生，主要从事海事管理工作。

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2020第1期

目前港口水域海事监管中存在的监控盲区问题，大幅度提升监控效能。港口水域通常具备包括海事监管基地、应急设备库等条件良好的基础设施，也便于小型无人船停靠、回收和维护保养。同时，港口水域无线网络条件良好，可以充分利用现有网络运营商的无线网络资源为无人船的远程控制、数据传输提供网络支持，而无需另行建设无线网络链路系统或租用卫星链路，从而进一步降低了运行成本。

“无人船在海事安全监管中的应用研究”已经被交通运输部海事局列为“十四五”海事装备发展规划的16项基础科研课题之一。据公开资料显示，目前辽宁海事局、珠海海事局、北海海事局已分别与中国科学院沈阳自动化研究所、珠海云洲智能科技有限公司、珠海云鲲科技有限公司等单位开展了相关课题研究和技术合作，尝试探索无人船在海事安全监管中的作用及应用领域。在这个背景下，本文旨在讨论小型无人船在港口等近海水域海事监管和应急搜救等海事管理工作中的平台选型、设备载荷优化组合以及运行管理方面面临的问题和解决方案，以期充分发挥小型无人船体积较小、成本较低和机动性强等特点，深入挖掘其在港口水域海事管理工作中的潜力应用。

二、海事监管无人船系统构成

单纯依靠无人船本身无法完成海事监管任务，需要一套设备配置齐全的控制系统，因此，无人船也称为无人船系统。典型无人船系统构成一般包括无人船平台子系统、信息传输子系统、综合保障子系统（见图1）[1]。鉴于港口水域范围较小，通讯等基础设施条件良好，无人船的信息传输、综合保障等系统在选型时可以酌情加以简化，在确保完成相应的海事监管任务的同时实现较好的经济性，本文着重分析解决无人船平台的选型和任务载荷的搭配问题。

图1󰀁󰀁典型无人船系统构成

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（一）无人船平台选型

为确保无人船系统满足海事业务要求，系统选型需遵循性能可靠、技术成熟、满足作业要求、管理方便、价格合理的原则。结合监管业务要求、功能定位和环境特点，无人船平台选型指标主要考虑：快速反应能力、任务载荷能力、续航能力、通信能力、环境适应能力、自主避障能力等几个方面。

1. 快速反应能力

无人船快速反应能力主要体现在最大航速、开航前准备和系统展开时间两方面。在接到应急任务后，无人船需要一定的开航前准备时间和系统展开时间。要求无人船开航前准备和系统展开时间在5分钟左右。同时，无人船的航速应达到一定要求，结合当前市场上无人船产品情况，要求无人船最大航速不小于10kn，巡航速度不小于8kn。

2. 任务载荷能力

无人船载荷能力包括搭载任务载荷重量、功率和空间三方面要求。无人船根据任务需要进行任务载荷配置，港口水域所需任务载荷主要包括：光电设备、喊话设备、船载AIS和VHF设备、通信设备、应急抛投装置等，另外考虑到航行安全，应留有一定的安全余度。基于以上考虑，要求无人船的有效载荷能力应不低于50kg。

3. 续航能力

本文探讨的无人船系统作业水域范围为港口遮蔽水域，水域范围相对较小，因此选择续航里程在30海里以内的船型即可保障巡航监管以及应急搜寻任务需求。根据对无人船巡航范围和巡航速度的要求，以8kn巡航速度巡航，若要达到30海里以上巡航里程，续航时间应在4小时左右。综合考虑，要求满载（50kg载荷）情况下，无人船续航时间应大于4小时。

4. 通信能力

海事监管无人船系统主要用于对海面目标进行监视、检测和搜寻，需根据任务实施情况、航行环境对无人船航行路线、作业方式进行调整和控制，确保无人船安全。因此，要求所选船型在作业水域范围内均可控制，考虑到港口水域的特点，要求无人船控制通信范围

应在10km以上。同时，为能及时发现船舶违法行为和落水人员等，达到巡航监管和应急处置的及时性，要求实

时回传获取的高清图像、视频等信息以便于及时识别处理。因此，数据传输链路需要满足上下行4-8Mbps传输速率的要求。

5. 环境适应能力

无人船航行作业，会遇到恶劣天气状况、恶劣海况等多方面的考验，为确保无人船作业的安全和可靠性，所选船型应具备适应当地气候环境、海况等能力。具备一定的高低温适应能力，根据我国大多数港口的特点，能在-25℃~+50℃的温度下正常航行，船载设备能正常运行；具备一定的抗风能力，能在5级风条件下安全航行；具备一定的抗雨雪能力，能在小雨（雪）条件下安全航行；具备一定的抗腐蚀能力，能在高湿、高盐的气候条件下正常工作；具备一定的破冰能力和防撞性能，能在海面有薄浮冰情况下正常工作；具备良好的稳性和自动扶正能力，在高海况下能保证船舶不翻沉。

6. 自主避障能力

无人船在自动驾驶模式下巡航或应急搜救时，为避免影响水上交通安全和效率，应具备良好的避障能力，如遇到复杂情况，应能自动报警，联系岸上工作人员进行远程控制操作，保障无人船自身安全和交通安全。

根据调研，从船型性能、尺寸等多方面考虑，比较适合港口水域需要的中小型无人船，其主要性能见表1。

表1󰀁󰀁中小型无人船主要性能

主要性能指标小型无人船中型无人船任务半径

10~40海里≥50km续航时间3-6h4-10h最大速度≥10kn≥16kn巡航速度≥8kn≥10kn任务载荷30-200kg100-1󰀁000kg购置成本

30-90万元

150-300万元

综上分析，小型无人船和中型无人船均能满足港口水域海事监管业务的需求。小型无人船在航速、航程、载荷等数据上能满足监管业务要求，且成本更低。结合一般港口水域范围较小的特点，小型无人船为港口水域海事监管首选船型。

（二）无人船载荷设备选择

根据前面分析，结合当前市场产品情况，确定港口水域需配置的无人船任务载荷主要包括光电取证设备、多光谱成像设备、通信设备、喊话设备和应急抛投设备（见表2）。

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表2󰀁󰀁无人船任务载荷一览表

载荷设备功能描述

可见光摄像、照相设备，红（紫）外摄像、照相设光电取证备。其中，可见光设备主要用于可见光图像的拍摄和设备

记录；红外设备主要用于光线不足或夜间红外图像的拍摄和记录。

多光谱多光谱成像设备一般由多光谱成像仪、陀螺、数成像设备字摄像机和激光测距机等组成。高光谱摄像机上呈现不同的影像，可用于水上目标识别、溢油监视监测。

通信设备船载AIS；船载VHF；无线微波通信

通过无线信息传输系统，可实现海事执法人员与船舶的语音通话，通过在无人船平台上加装音频喊话设备装置，实现执法人员对水上违法行为和遇险人员等进行定向喊话、警示和指挥。无人船船载喊话设备已有应用，目前主要为警用喊话。应急抛投为提升海事应急效率，充分发挥无人船作用，可设备通过无人船向遇险船舶或人员抛投轻型应急物资，如应急示位标、救生衣、救生圈、药物和食品等。

结合海事日常巡航监管、应急支持和安全保障具体业务需求，提出无人船的三种典型任务载荷配装模式，具体情况见表3。

表3󰀁󰀁典型任务载荷配装模式模式配装载荷

主要作业

主要作业任务

要求

作业场景

辖区巡航、活

高清摄像、模式一：光电取证设备、动现场监控、拍照、红外

巡航监管+微波通讯设备、助航设施巡高清摄像、

重点通航

安全保障船载AIS、船载检、船岸语音拍照、船舶

水域、重大

模式VHF、喊话设备󰀁󰀁󰀁通信中继、喊

跟踪、定向活动现场

话警示喊话

模式二：

重点通航巡航监管+模式一载荷、多模式一任务、

模式一作业

水域、突发溢油监视光谱成像设备溢油监测

内容、识别

溢油事件监测

跟踪油膜

现场

模式三：

巡航监管+

模式一载荷、应

模式一任务、模式一作业重点通航遇险人员搜内容、应应急处置

急抛投设备

急水域、突发寻救助抛投事件现场（三）无人船系统运维管理

为了保证小型无人船能够具备足够的灵活性和可靠性，无人船系统的运维工作可分为系统建设期和系统正式运行期，采用不同的运行模式。

在系统建设初期，需要由无人船平台及相关载荷设备供应商对海事管理机构内部人员开展包括无人船控制系统和无人船信息处理系统使用等内容的培训并跟随开展实地操作，确保海事机构内部无人船维护和操作人员熟

（下转第59页）

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难；改变景观灯照射角度，避免岸上灯光直接照射到海面，减少景观灯对视觉航标的影响。

2. 作业船舶和港口设施灯光：通过合理的布置，既满足解决港口安全生产这一主要问题的需求，又兼顾减少对视觉航标效能的影响，这一问题在港口规划时，可以统筹考虑解决。

（二）优化视觉航标布置

1. 视觉航标间距、高度方面：为了避免航标与其他发光体位置重合，产生光线叠加问题，应适当规定航标间距和高度等坐标信息。

2. 视觉航标亮度、颜色和频率方面：基于光污染对人员视觉影响的机理，虑及视觉航标发光规范，尽可能减少或避免航标光线与污染光线之间杂糅。

（三）改善使用者适应能力

夜间海上作业过程中，视觉航标使用者应有意识地对当前暗环境进行适应，在高光和暗光环境转换时，应有目的的对眼睛适应情况进行检测，及时发现未适应暗光环境的视觉状态，特别是海上交通环境复杂情况下，如果不能及时发现未适应状态，极有可能无法发现危险目标并采取应急措施，从而造成事故。（上接第45页）

悉保障无人船系统安全稳定运行的基础知识和技能。

系统正式投入运行后，其日常运行管理必须采用海事管理机构全面自主运维模式，即无人船系统的日常运行、维护等工作全部由海事管理机构人员完成。根据海事监管机构特点及实际情况，安排2-3名无人船的日常运维管理人员，以保障无人船技术状态正常。无人船运维管理人员应根据港口水域范围制定无人船日常巡航监管计划以及无人船巡航、维护保养等作业计划，并将作业计划按要求输入无人船自主航行控制系统。海事监管无人船在辖区内的日常巡航计划制定、维护保养等作业管理与海事机构现有海巡艇巡航作业管理类似，可参照海事机构现有海巡艇巡航作业管理规定。

无人船需要出动巡航时，按照设定自动运行模式开展作业，充分发挥无人船自主航行、小巧灵活、运行费用低等特点自主完成巡航、违法证据自动存储等作业。必要时可由1-2名海事管理人员远程控制无人船执行海事监管任务，完成无人船航行控制及信息传输链路操控与

五、结语

随着沿海城市景观亮化工程等光污染源的增多，航运界对光污染问题的重视和防治越来越重要，特别是在占绝大多数的视觉航标发挥能效方面，减少、消除光污染的影响，对于航运安全至关重要。在城市景观设计、港口照明布置等方面，务必做到减少光污染对视觉航标能效的影响，消除“嘈杂”光源对视觉航标光源的干扰，净化视觉航标工作环境，为视觉航标使用者提供优质的导助航保障服务。参考文献

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监测、任务设备操控及数据分析、处置有关违法违章行为线索和其他有关工作。

三、结语

综上所述，小型无人船系统应用于港口水域海事监管，将进一步丰富我国海事监管工作手段，有利于提高港口水域海事巡航效率，提升海事现场执法能力和水上应急反应能力。同时，可以进一步展示海事新形象、扩大海事社会影响力，更有力地展示海事力量，增强对水上违法违规行为的震慑效果。

与此同时，港口水域无人船海事监管系统相关船型、任务载荷在海事监管业务中的适用性还需在实际工作中进一步检验和完善，以便选取最适合海事监管的无人船装备，进而满足海事监管业务的需求。参考文献

[1]宋杰,闻佳.无人船技术在海事的应用[J].海事管理,2015(10):47-50.

（编辑：任超）

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