无人机在海洋调查中的应用前景展望

王 芳，宋士林，葛清忠

（1.国家海洋局北海海洋技术保障中心 青岛 266033；2.山东省海洋生态环境与防灾减灾重点实验室 青岛 266033）

无人机在海洋调查中的应用前景展望

王 芳1，2，宋士林1，2，葛清忠1，2

（1.国家海洋局北海海洋技术保障中心 青岛 266033；2.山东省海洋生态环境与防灾减灾重点实验室 青岛 266033）

无人机 （UAV）是利用先进的无人驾驶技术、遥感技术和通信技术等高新技术，实现自动化、智能化、专用化快速获取空间信息，完成数据处理、建模和应用分析的应用技术。文章探讨了利用无人机技术的特点，如何与海洋调查等相关业务相结合，同时对无人机技术在海洋相关领域中的应用前景进行了探索和展望。

无人机；调查；应用

无人驾驶飞机（unmannedaerialvehicle，UAV）简称 “无人机”，也叫空中机器人，被广泛用于空中侦察、监视、通信、遥感、反潜和电子干扰等工作中。无人机研制之初应用范围主要是在军事上，1927年，“喉”式单翼无人机在英国海军 “堡垒”号军舰上成功地进行了试飞，该机载有113kg炸弹，以每小时322km的速度飞行了480km，“喉”式无人机的问世在当时曾引起极大的轰动［1］。后来无人机逐渐应用于民用领域，民用无人机应用前景非常广阔，世界各国都在积极拓展民用无人机的应用范围。在通信、气象、农林、海洋、勘探、摄影、防灾减灾等领域无人机被广泛的应用［2］。

无人机系统主要由飞行器、飞行控制系统、稳定云台、任务传感器、无线通信系统、数据处理与应用分析系统以及地面控制系统等几部分组成。飞行控制系统包括机载控制单元和地面监控站两部分。机载控制单元采用模块化设计，固化到无人飞行器内部；地面监控站实时进行飞行状态、任务状态监视与调控。稳定云台自动监测飞行器的航向、俯仰角、翻转角，通过三轴自反馈控制平台，实现任务传感器基本上保持与地平面平行，基本实现垂直投影［3］。

任务传感器可以根据遥感任务要求，配备数码相机、数码摄像机、红外摄像仪、高光谱仪等传感器设备。数据处理与应用分析系统，能够实时进行视频图像和多光谱图像自动批处理、快速边缘检测识别和结构数据量算，实现对监测目标的快速定位、分类、特征参数统计和发展态势预测以及专题信息提取和制图。

地面控制系统主要通过无线通信系统，设置无人机的飞行轨迹、采集无人机的飞行参数，接收、监视无人机所携带任务传感器采集的数据，根据无人机的飞行参数和作业任务，实时调整无人机的飞行姿态和作业任务。

1 无人机的优势

无人机与有人飞机、卫星等飞行器相比较，有着不可代替的优势：① 快速的机动响应能力。无人机的应用机动灵活，能够通过地面运输快速到达指定目标区域。拆分运输、现场组装、快速发射，且发射方式多样，对环境要求低。②操作简单、目的明确。无人机技术的不断成熟，其操作也越来越智能化和自动化，自主控制飞行，可以通过事先设置飞行路线，并在飞行中进行校对和调整以达到对目标的精确测量。无人机通过配备故障自动诊断及显示功能，如果发生故障，飞机会自动返航到起点上空等待排出故障［4］。③ 使用成本低、危险性较小。无人机体形小，耗费低，对操作员的培养周期相对较短；系统的保养和维修简便，不用租赁起飞和停放场地；同时，无人机可以飞行到危险地域进行调查活动。④ 高分辨率影像数据获取能力。高分辨率影像数据获取能力是无人机遥感的最大特点。无人机搭载的高精度光电成像设备，具备面积覆盖、垂直或倾斜成像的技术能力，获取图像的空间分辨率达到厘米级。

2 在海洋调查中的应用前景

2.1 海洋自然灾害的监测调查

近年来，风暴潮、赤潮、海冰、浒苔等海洋自然灾害频发，不断影响我国沿海的生产和生活，造成了巨大的经济损失，然而，对这些灾害的预报、监测、处置缺乏全面、及时地掌握。利用无人机拍摄的灾情信息比其他常规手段更加快速、客观和全面。其主要应用包括：①利用无人机航拍结果，进行对比分析，详细分析灾害的发展、变化情况，把握灾害现状和发展趋势；② 在航片上提取灾害范围，评估灾害损失情况；③ 能够准确客观、全面地反映灾后的景象，为灾害调查、损失快速评估提供科学依据，为灾后速报灾情、快速救灾减灾提供决策；④研究灾害发生的一般规律，为相关部门及时采取有效救灾措施提供及时全面的信息。

2.2 海岛的巡查与防护

在 《中华人民共和国海岛保护法》以及 《无居民海岛保护和利用指导意见》颁布实施后，海岛管理的任务繁重，海岛的开发利用现状、海岛生态植被的分布状况、领海基点岛的保护状况等相关资料信息严重缺乏［5］。有些海岛由于不适合登岛条件而无法掌握更多的信息，迫切需要海岛的低空航拍影像资料，因此低空无人机是一种非常适合海岛管理的高新装备，其主要应用包括：① 定期巡查海岛，掌握海岛的植被、建筑、淡水资源分布等情况，通过长期对海岛的记录，为判别岛上植被、河流等发生异常提供参考。② 定期巡查海岛的岛基、岸线的情况，记录岛基的变化状况，为及时加固岛基、防止发生岛基坍塌、毁坏等情况提供可靠依据，尤其是对领海基点岛的巡查、监控，对维护我国的海洋权益具有重大意义。③获取地质灾害频发的典型海岛的地质地貌低空高分辨率影像，为典型海岛地质灾害监测及预警示范性研究提供资料。④ 微型海岛的出水面积受不同潮位的影响很大，而遥感卫星受重访周期的影响很难获得不同潮位时的海岛影像，这一点在我国南方多云地区尤其明显。无人机不受周期的限制，可以根据潮位情况，选择合适时机进行工作。

2.3 海上事故的应急调查

随着海洋资源的开发，特别是对海洋石油资源的调查与开发、海底工程与滨岸工程的建设，越来越多地遇到海上突发性灾害事故，例如：大连溢油事件、蓬莱19-3油田溢油事件等，对事故的处理、调查、取证等工作需要在最短时间内得到有效的资料，卫星和飞机等一些调查手段由于受时间、空管、费用等条件的限制，不能在规定的时间、规定的航线获取资料，大大制约了对事故的发现、处置、调查。而无人机的优势正是低空飞行、不受时间空间限制、可以按照要求设计路线，可以及时有效地获取事故现场的影像资料，并且能够实时地传回到地面中心控制站。

可以说无人机在事故调查、取证等工作中能够快速到达事故现场，立体地查看事故区域、事故程度、救援进展等情况，实时传递影像等信息，监视事故发展，为事故救援决策提供准确的信息，同时最大限度地规避了风险。

3 结 论

无人机因其机动灵活的起降方式、低空循迹的自主飞行方式、快速响应的多数据获取能力，在海洋调查上具有巨大的应用前景，其搭载的高分辨率光电设备进行快速获取图像，亦可搭载视频采集设备，实时的采集并回传，体现出分辨率高、实效性好、应急性强等优势，而这些正是现代海洋调查工作的发展趋势。综合无人机技术的特点和实际应用效果，该技术将在我国海洋调查中有着相当大的应用前景。

［1］ 金伟，葛宏立，杜华强.无人机遥感发展与应用概况［J］.遥感信息，2009（1）：88－92.

［2］ 马文翰，陈建平.突发地质灾害气象预警预报研究综述［J］.地质灾害与环境保护，2007，18（1）：6－9.

［3］ 竹林村，胡开全.几种低空遥感系统对比分析［J］.城市勘测，2009（3）：65－67.

［4］ 吕书强，晏磊，张兵，等.无人机遥感系统的集成与飞行试验研究［J］.测绘科学，2007，32（1）：12－13.

［5］ 王忠.规范海岛开发秩序，保护海岛生态环境［J］.海洋开发与管理，2003，20（5）：19－20.