一、無人機(jī)概況
無人機(jī)（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(jī)艙內(nèi)進(jìn)行駕駛，飛行過程由電子設(shè)備自動(dòng)控制進(jìn)行。飛機(jī)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(jī)與有人駕駛飛機(jī)的最大區(qū)別是，單純依靠無人機(jī)本身是不能完成任何任務(wù)的，它需要一套嚴(yán)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(jī)也稱為無人機(jī)系統(tǒng)。
無人機(jī)最早誕生于1917年，由英國人制造出第一架無人機(jī)，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(jìn)行分類，有短程無人機(jī)、近程無人機(jī)、中程無人機(jī)和長航時(shí)無人機(jī)；如果以飛機(jī)的外形分類，有微型無人機(jī)、小型無人機(jī)、中型無人機(jī)和大型無人機(jī)；如果從軍事用途上進(jìn)行分類，有靶機(jī)、偵察機(jī)、干擾機(jī)和攻擊機(jī)；如果從飛行原理上分類，則有固定翼無人機(jī)和旋翼無人機(jī)（即無人直升機(jī)）等。由于其尺寸小、重量輕、經(jīng)濟(jì)性好，在災(zāi)情監(jiān)視、交通巡視、航空測(cè)繪等方面獲得廣泛應(yīng)用。
（一）小型無人機(jī)（Mini-UAV）。小型無人機(jī)系統(tǒng)是集航空、機(jī)械、電子、光學(xué)、計(jì)算機(jī)、控制、傳感器、合材料、小型航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)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(yùn)工”型無人機(jī)系統(tǒng)。
攜行重量小于10 kg，機(jī)體為高分子材料，能密封漂浮于水面。可在小雨和4級(jí)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(shí)間小于10 min。全套系統(tǒng)單人攜行，使用方便，維護(hù)簡單?？梢宰龅饺詣?dòng)起飛和著陸，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(jìn)行定點(diǎn)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(shí)變更飛行計(jì)劃。龍蜂無人機(jī)進(jìn)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(dòng)控制系統(tǒng)引導(dǎo)飛行。在電子地圖上可以實(shí)施指點(diǎn)拍攝和定點(diǎn)偵察。龍蜂無人機(jī)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(cè)繪、搜救等任務(wù)。
采用傳統(tǒng)氣動(dòng)布局，飛行平穩(wěn)，加上航龍公司先進(jìn)的自動(dòng)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(dá)到測(cè)繪的水平。“搬運(yùn)工”飛行半徑可達(dá)100 km以上，能夠一次性進(jìn)行大規(guī)模作業(yè)，減低了項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)。“搬運(yùn)工”載荷大，可搭載專業(yè)的數(shù)碼相機(jī)或航空相機(jī)。
（二）中型無人機(jī)通常是指重量在一百千克至幾百千克、飛行距離達(dá)數(shù)百千米、留空時(shí)間在數(shù)小時(shí)以上的飛機(jī)。
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二、無人機(jī)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(shí)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(shí)用的，先進(jìn)的空間探測(cè)技術(shù)。遙感(RemoteSensing)，從廣義上說是泛指從遠(yuǎn)處探測(cè)、感知物體或事物的技術(shù)。即不直接接觸物體本身，從遠(yuǎn)處通過儀器(傳感器)探測(cè)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(shí)別物體的屬性及其分布等特征的技術(shù)。
無人機(jī)遙感，即是利用先進(jìn)的無人駕駛飛行器技術(shù)、遙感傳感器技術(shù)、遙測(cè)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(dòng)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(jī)遙感系統(tǒng)由于具有機(jī)動(dòng)、快速、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為世界各國爭相研究的熱點(diǎn)課題，現(xiàn)已逐步從研究開發(fā)發(fā)展到實(shí)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(jī)的航拍及監(jiān)測(cè)
在低空、小范圍、高精度的航拍及監(jiān)測(cè)方面，同其它平臺(tái)相比，無人機(jī)執(zhí)行這樣的任務(wù)具有效率高、成本低的特點(diǎn)。無人機(jī)作為可以快速移動(dòng)的空中作業(yè)平臺(tái)，載運(yùn)光學(xué)相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)等設(shè)備，按照任務(wù)需要對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行拍攝、監(jiān)測(cè)。無人機(jī)近距離拍攝圖像分辨率可達(dá)厘米級(jí)，對(duì)建筑物等形狀復(fù)雜的目標(biāo)可進(jìn)行近距離、多角度三維測(cè)繪，沒有“死角”。從無人機(jī)航拍影像中可以精確地分出每一個(gè)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(jī)在航標(biāo)領(lǐng)域的應(yīng)用
隨著國家航運(yùn)經(jīng)濟(jì)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(qiáng)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(jī)以其功能獨(dú)特、成本較低、使用維護(hù)方便等特點(diǎn)，必將成為航標(biāo)維護(hù)管理和海上應(yīng)急反應(yīng)的有機(jī)組成部分。
（一）航標(biāo)維護(hù)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(dá)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(hù)管理形勢(shì)嚴(yán)峻。傳統(tǒng)的海上航標(biāo)維護(hù)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(xiǎn)。近年來，隨著遙測(cè)遙控等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，航標(biāo)維護(hù)管理的科技因素和手段得到加強(qiáng)，對(duì)提高航標(biāo)維護(hù)管理水平起到了積極的促進(jìn)作用，但在效率、實(shí)時(shí)和直觀上仍有欠缺。無人機(jī)通過對(duì)海上航標(biāo)進(jìn)行視頻圖像采集并及時(shí)傳回，能夠使航標(biāo)管理部門掌握海上航標(biāo)實(shí)時(shí)情況，對(duì)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(jī)技術(shù)，許多海上航標(biāo)巡檢任務(wù)可以更多地由無人機(jī)來完成，形成海（海上巡檢）、陸（陸地遙控）、空（空中監(jiān)測(cè)）立體監(jiān)管模式，并最終實(shí)現(xiàn)全方位、全覆蓋的航標(biāo)維護(hù)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(duì)“7·16”海上溢油的實(shí)戰(zhàn)，我們深刻體會(huì)到，應(yīng)對(duì)和處置海上災(zāi)害、突發(fā)事件僅僅靠主觀能動(dòng)性是遠(yuǎn)遠(yuǎn)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?yàn)槭峭蝗话l(fā)生的、非正常的、帶有破壞性的事件，極易造成嚴(yán)重后果，所以在處理突發(fā)事件時(shí)，就帶有緊迫性的特點(diǎn)。突發(fā)事件對(duì)應(yīng)急管理的要求是：迅速判明情況，查明事件原因；實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)，盡快到達(dá)現(xiàn)場；采取果斷措施，實(shí)施正確指揮；進(jìn)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(shí)，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(jī)都能夠發(fā)揮出重要作用。具體說，無人機(jī)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(jī)只有幾千克或十幾千克，依靠遙控器或手提電腦就可以對(duì)其進(jìn)行操控。裝備該類無人機(jī)的小分隊(duì)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(dá)工作現(xiàn)場。一架未組裝起來的無人機(jī)，有的僅有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)行李箱那么大，可以很方便地?cái)y運(yùn)。無人機(jī)不僅有較快的反應(yīng)能力，而且對(duì)環(huán)境和氣象條件有較強(qiáng)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(jí)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(yùn)保中心，供指揮者進(jìn)行判斷和決策。無人機(jī)通常配置的基本設(shè)備就是多媒體采集系統(tǒng)，負(fù)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(jī)。其機(jī)載攝像機(jī)能夠?qū)σ曨l數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼壓縮，以圖像方式把視頻數(shù)據(jù)送回航標(biāo)處運(yùn)保中心。如果配置高清晰度的數(shù)碼攝像機(jī)，能夠?qū)ΜF(xiàn)場進(jìn)行高質(zhì)量的視頻采集以及音頻的實(shí)時(shí)采集，其數(shù)據(jù)傳輸距離可達(dá)30 km。
無人機(jī)能方便地使用攝像機(jī)、熱像儀等各種載荷。即使是普通的民用級(jí)專業(yè)數(shù)碼相機(jī)，也能安裝到飛機(jī)的平臺(tái)上。配合自動(dòng)曝光攝影等一系列先進(jìn)技術(shù)，就能自動(dòng)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(píng)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(duì)提供可靠的決策依據(jù)，使措施更加及時(shí)、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(huì)更加充分。
3.跟蹤事件的發(fā)展態(tài)勢(shì)
由于無人機(jī)的使用方便快捷，到達(dá)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(yùn)保中心及時(shí)掌握事件態(tài)勢(shì)。在追蹤海上情況態(tài)勢(shì)方面，由于其機(jī)體小巧，速度容易控制，機(jī)動(dòng)性好，視野寬闊，獲取信息的實(shí)時(shí)性強(qiáng)、分辨率高（可以達(dá)到0.1米），具有航標(biāo)船和其它方式無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。
目前無人機(jī)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(qiáng)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(xiàng)，海上航行每小時(shí)耗油0.15~0.2噸，以一次3小時(shí)巡檢為例，可耗油0.45~0.6噸，而使用無人機(jī)執(zhí)行同樣的巡檢任務(wù)僅耗油5~6升（使用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)）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(hù)和應(yīng)急反應(yīng)體系中的無人機(jī)以中小型、短近程無人機(jī)為最佳選擇，包括固定翼無人機(jī)和無人直升機(jī)。
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(duì)無人飛行器（UAS）的法規(guī)，在低于150 m的可視范圍內(nèi)進(jìn)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(duì)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(xì)則尚未出臺(tái)，到目前為止還沒有因無人飛行器而影響國家航空運(yùn)行秩序的報(bào)道，相信在不久的將來，在借鑒國外經(jīng)驗(yàn)和加強(qiáng)國際合作的基礎(chǔ)上，我國相關(guān)航空管理制度將會(huì)出臺(tái)。但可以肯定的是，所有規(guī)則都不會(huì)以抑制無人飛行器的發(fā)展為目的，這些規(guī)則將會(huì)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(duì)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(duì)低空放松管制，實(shí)際上就是放開空間。
六、應(yīng)用范例
事實(shí)上，我國無人機(jī)在洪澇災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測(cè)、地震地質(zhì)災(zāi)害救援、太湖藍(lán)藻爆發(fā)及森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)、大氣臭氧監(jiān)測(cè)以及大型科學(xué)試驗(yàn)中已經(jīng)發(fā)揮了重要作用，也形成了推動(dòng)無人機(jī)技術(shù)發(fā)展的專業(yè)技術(shù)隊(duì)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(jī)，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(shí)地反映著整個(gè)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(jì)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(jī)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(fù)責(zé)人的手中。
七、效益
小型無人機(jī)的價(jià)格在10～80萬元之間，可起降數(shù)百次，使用和維護(hù)費(fèi)用低，一次性投入，多年受益。與航標(biāo)船相比，其性價(jià)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(jì)和社會(huì)效益顯著。
八、結(jié)語
雖然目前尚無無人機(jī)在航標(biāo)領(lǐng)域的應(yīng)用先例，但無人機(jī)技術(shù)作為一種成熟的技術(shù)平臺(tái)，以其機(jī)動(dòng)快速、使用成本低、維護(hù)操作簡單、節(jié)能環(huán)保、沒有人員安全風(fēng)險(xiǎn)等技術(shù)特點(diǎn)，一定能夠在航標(biāo)巡檢、搜尋、災(zāi)情評(píng)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(xiàn)。
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