“空中哨兵系统”在警卫勤务中运用问题研究

李全庆，刘颖璇

(武警学院 警卫系，河北 廊坊　065000)



“空中哨兵系统”在警卫勤务中运用问题研究

李全庆，刘颖璇

(武警学院 警卫系，河北 廊坊065000)

在警卫勤务中，对于复杂地形特别是复杂地形中制高点的管理控制，一直是困扰警卫部队的重大难题。无人机技术、摄像技术、通信技术及卫星导航定位技术的迅速发展，为解决这一难题提供了强有力的技术支撑。阐述“空中哨兵系统”的涵义、系统构成、特点，探讨“空中哨兵系统”的功能及其在警卫勤务中的运用。

空中哨兵；复杂地形；警卫；制高点

在警卫勤务中，对复杂地形*本文所述复杂地形，是指警卫部队难以用常规手段进行有效管控，并容易出现漏洞的山地、丘陵地与树木及其他植物覆盖的地形环境等。特别是山地与丘陵地的制高点控制，一直是困扰警卫部队的重大难题。在警卫勤务实践中，只能采用人员攀登(爬)布哨的方式对山地、丘陵地形环境中的制高点进行控制；对于林草覆盖地等地形，通常采用卡口与小范围搜查相结合的方法进行控制。在一些重大警卫勤务中，曾运用直升机对复杂地形环境中的路线进行侦察管控，但成本较高，因而未能在警卫勤务中得到广泛使用。2015年3月5日，国务院总理李克强在《政府工作报告》*参见：2015年3月5日国务院总理李克强在第十二届全国人民代表大会第三次会议上所作的《政府工作报告》，载于《人民日报》2015年3月17日第1版。中提出制订“互联网+”行动计划，极大提升了科研工作者们对信息技术与各种机械设备综合应用开发的关注度，“无人机+”技术也随之迎来了高速发展的春天。无人机作为一种空中设备的运载平台，其功能随机载设备的多样化选择呈现出极大的拓展潜力。当前，无人机侦察技术，除在军事、公安领域得到长足发展外，在农业、电力、交通、环保、国土资源，甚至在娱乐业都得到了广泛应用，并创造了十分可观的经济与社会效益。然而，其在警卫勤务中的应用却还是空白。将较成熟的无人机技术与侦察、通信等技术有机结合，解决警卫勤务中复杂地形的管控问题，弥补警卫勤务存在的巨大漏洞，不仅十分必要，而且迫在眉睫。

一、“空中哨兵系统”的涵义与系统构成

所谓“空中哨兵系统”，是指运用“无人机+GPS(或北斗卫星)导航+可见光摄像+热成像+通信”等技术(机载设备可根据需要选配)，综合形成的具有对复杂地形进行巡逻与侦察等功能于一体的警卫技术防范系统。其核心技术是载体工具——无人机与夜间图像获取技术——热成像技术的综合运用。

(一)无人机系统

无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备或自动驾驶装置操控的不载人飞机。自动驾驶无人机的核心控制设备是自动驾驶仪，由GPS(或北斗卫星)导航系统、高度计、陀螺仪、三维超声波测距系统和计算机等构成无人机的大脑，保证无人机能够按预定程序安全飞行。从机翼差异角度划分，无人机可分为旋翼无人机、固定翼无人机、无人飞艇等。[1]从动力差异角度可分为电动引擎与内燃机引擎两种类型。不同类型的无人机具有不同的优缺点。无人机种类多、型号庞杂，为警卫应用提供了多种选择。

1.旋翼无人机。旋翼无人机的最大优点是能够垂直起降，不需要发射系统与降落设备，可以自由悬停，转向灵活。旋翼无人机有两种类型，即单旋翼无人机与多旋翼无人机。单旋翼无人机通常也称为无人直升机，它的构造比较简单，且能够以较高速度飞行。同时，其具有振动小、噪音低、可靠性高等特点。如，我国自行研制的V750无人直升机，起飞重量为757 kg，载荷量大于80 kg，速度可达161 km·h-1，最大航程为500 km，续航时间大于4 h。该无人机可人工遥控飞行，也可以程控自主飞行，其巡航半径超过150 km，使用升限为3 000 m。[2]此种无人机，可以基本满足公安警卫部队各种空中警卫勤务需求。多旋翼无人机，通常也称为多旋翼无人飞行器，与无人直升机相比，其结构更为简单，结构小巧，价格也更为低廉，悬停、转向与升降更为灵活。当前，公安系统所使用无人机主要是多旋翼无人机。但现有多旋翼无人机一般起飞重量较小，飞行距离短、速度慢、滞空时间短。

2.固定翼无人机。固定翼无人机的形状类似于日常所见客机，只不过体积较小。固定翼无人机具有飞行距离远、速度快的特点；但其转弯半径较大，一般起飞与降落需要特殊的辅助设备与场地。[3]具有能够垂直起飞功能的固定翼飞机国内外尚在试验之中，暂无成熟可选用机型。据公开资料显示，目前我国除解放军部队外，海警已配备类似美国“捕食者”的“彩虹-4”无人机，一些地方的应急测绘分队也配备有中小型固定翼无人机。公安系统与武警内卫部队均未装备固定翼无人机。

3.无人飞艇。无人飞艇是一种可以自行飞行的浮空器，一般靠填充的氦气来获得升力，发动机提供的动力主要用于飞艇水平移动以及艇载设备的供电。无人飞艇一般不称为无人机，但具备某些无人机的功能。与无人机相比，无人飞艇的飞行速度慢、转向欠灵活；但其具有滞空时间长、能耗低与载荷量大的特点。如果采用绳系方式与地面固定物相联，则可以长时间不消耗能量定位滞空。当需要对固定范围进行空中侦察与监控时，无人飞艇具有不可替代的优势。

(二)图像采集系统

“空中哨兵系统”的主要任务是连续采集现地图像，对可疑目标进行甄别和报警，并将情况及时发送给警卫勤务指挥员。图像采集系统需具备全天候工作的能力，不仅需要安装可见光摄像系统，还需要安装具有夜间侦察功能和能够突破雨、雾及草木等障碍的夜视系统和热成像系统。

1.可见光摄像系统。可见光摄像系统是常规摄像系统，其主要由可见光摄像机、长焦距大广角镜头(可自动或遥控调整)与高速云台等部件组成。高速云台负责将镜头的光轴指向目标或使镜头对目标区域进行快速扫描；镜头负责将目标区域景物或目标光线转化为可见光图像；可见光摄像机负责将镜头得到的光学信号转变为可传输的电子图像信号。可见光摄像系统主要用于在白天且能见度较高的环境中进行图像采集。

2.夜视系统和热成像系统。在夜间或可见度较低的环境中执行警卫勤务时，需要运用夜视系统和热成像系统来解决因可见光不足而产生的图像模糊或不能分辨物体的问题。夜视系统和热成像系统主要由高速云台与红外摄像机或热成像仪组成。红外摄像机或热成像仪的工作原理较简单：任何高于绝对零度(-273.15 ℃，这一温度是宇宙中不存在的一个理论值)的物体都会发出红外线，温度不同的物体及物体不同温度的部位发射的红外线波长不同，通过对红外线波长识别即可还原成物体的“热图像”。红外摄像机与热成像仪都根据这一原理制造而成。红外摄像机与热成像仪感应的是红外线而不是可见光，可以在可见光不足或无可见光的情况下工作。红外摄像机一般为主动式，即夜间需要用红外探照灯照射目标，接收目标反射的红外线形成图像。红外摄像机具有成像清晰、成本低等优点。清晰度较高时，可以看清人的五官等细节，辨识出人物目标是谁。但在全黑情况下，必须借助辅助红外光源照射目标才能清晰成像，而辅助红外光源的照射距离最远一般只能达到100 m左右，从而限制了红外摄像机的工作距离。热成像仪不发射红外线，依靠目标自身的红外辐射形成热图像，因此也被称为被动式红外摄像机。热成像仪根据目标的温差成像，与目标反射光线无关。相对于红外摄像机，热成像仪的夜视功能受环境因素影响较小，同时对其他遮蔽物也有一定的穿透功能。质量较好的军用红外热成像仪，能反映出千分之一度的温差，可以透过烟雾、雨雪和伪装，发现隐蔽在树林和草丛中的车辆、人员，甚至埋在地下的物体。[4]一般热成像仪的观测距离为200～1 000 m，可满足警卫勤务中小范围空中侦察的要求。在光线非常暗的环境下，红外热成像夜视仪的观测距离远高于红外摄像机。但红外热成像仪也存在着分辨率不高的缺点，其主要用途是发现目标与辨识目标类别，如目标是人还是动物或是车辆等。

(三)GPS(或北斗卫星)导航系统

解决无人机飞行控制问题，特别是自动巡航问题是“空中哨兵系统”的关键技术之一。在现有技术条件下，运用卫星导航系统来解决飞行器的自动驾驶问题是最简单与行之有效的方法。只要能够接收到导航卫星信号，并辅以电子地图，即可对无人飞机进行及时精确的导航控制。[5]当前，各国大都采用美国制造与控制的GPS系统进行导航与定位，我国包括公安部门在内的许多单位也是如此。虽然美国宣传与鼓励各国民间无偿使用其GPS系统。但享人之利，必受制于人。目前，我国自行研制与部署的北斗卫星定位导航系统已基本建成并投入使用，且部分功能优于GPS系统。为了避免GPS系统的不确定性造成的安全隐患，我国公安系统使用的各种导航设备正逐步向北斗卫星定位导航系统转变。警卫部队应优先考虑使用北斗卫星定位导航系统；但在一定条件下，可将GPS导航系统作为备份，以备不时之需。在使用GPS导航系统时，需要运用“反卫星定位”技术，避免警卫信息外泄。

(四)通信系统与身份识别系统

“空中哨兵系统”中的通信系统，可以将采集到的影像实时传送给警卫人员；同时，警卫人员也可以根据需要通过通信系统对“空中哨兵系统”不间断地发送各种控制指令。在技术层面上，“空中哨兵系统”中信息无线传输已不存在难点，保密与防干扰是警卫通信中需要关注的重点。目前，警卫部队已依托“公共移动通信平台+VPN”技术，建立起专用无线通信保密隧道。这一技术应用方便且适应性强，可以在不进行大规模硬件设施建设的基础上使用。“空中哨兵系统”可充分利用这一技术手段解决通信过程中的保密与防干扰问题。

在警卫勤务中，警戒区域内不仅有警卫参勤人员，还会有普通群众甚至敌人。虽然空中哨兵的摄像系统可以及时发现地面人员，但通过体貌特征来识别地面人员的身份(特别是在夜间)十分困难。因此，“空中哨兵系统”必须配备身份识别系统，以弥补这一不足。所谓身份识别系统，即参勤人员携带可以发射无线电身份识别信号的信号发射器，“空中哨兵系统”装设信号接收与识别器，通过信号识别判断地面人员身份，对于不能识别的目标进行报警。当前，电子身份识别技术已十分成熟，公共移动通信系统即具有这一功能。警卫部门大都配备有专用通信手机，只需要在“空中哨兵系统”中安装限定的手机与号码识别器以及方向性较强的定向天线，则可即时判别不同位置的人员是否为警卫人员。

二、“空中哨兵系统”的特点

在警卫勤务中，“空中哨兵系统”拥有其他措施及技术不可比拟的优点。

(一)地形适应性强

对地形的高适应性，是“空中哨兵系统”的最大优点。由于凌空飞行，地形与地貌对其基本不构成影响，特别是在警卫人员正常情况下难以进入或通行困难的地形环境中，“空中哨兵系统”的作用不可替代。在人工控制时，“空中哨兵系统”还可以对窄小环境、峡谷甚至树林空隙中的目标进行抵近侦察。目前，尚无解决这一问题的其他技术途径。

(二)警戒范围大、漏洞少

警卫管控需要做到“天网恢恢，疏而不漏”，一是指警戒范围要大，二是要能够对细节进行有效管控。人员在地面侦察与巡逻时，只能在可以通行的途径行进，观察范围仅限于视力所及；其他安防设备，一般都采取定位警戒模式，对于人员不能到达或未安装安防设备的地点则无能为力。而“空中哨兵系统”凭借空中优势，可以登高远眺。在一定范围内，其管控半径随飞行高度的增加而扩大。与此同时，“空中哨兵系统”具备快速巡航能力，使得其警戒范围能够根据需要而迅速扩大。此外，“空中哨兵系统”可以凭借速度优势，对同一区域进行反复侦察，将不同时间点各种目标的状态进行比对，或是对可疑目标进行抵近侦察，及时发现危险因素。

(三)快捷高效

快是“空中哨兵系统”的另一大特点。以住地或现场警卫勤务为中心，划定半径1 500 m警卫管控区*根据有效狙击距离确定，7.62～9.0 mm的中口径军用狙击步枪的有效射程为1 000 m，最大不超过1 500 m。，“空中哨兵系统”在10 min之内即可围绕其边缘巡逻一周或数周，在巡逻过程中可对航线两侧500 m左右范围内情况进行详细侦察。使用中型无人直升机或固定翼无人机，可以100 km·h-1以上的速度对路线两侧500 m(根据选用侦察设备确定)内的情况进行侦察。另外，“空中哨兵系统”使用无人机作为载体，准备时间短，使用方便，不仅能够快捷高效地完成各种地形环境下既定的侦察工作，而且，可以根据需要随时进行快速侦察部署。如，“8·12”天津港火灾爆炸事故发生后，公安部门与平安保险总公司分别使用无人机对爆炸核心区域进行远程查勘，极大地提高了对事故现场的查勘工作效率和数据采集的精确度。

(四)操作与维护简单

“空中哨兵系统”，从本质上讲即是无人机技术、摄像技术、通信技术与自动化控制的有机结合，基本技术皆十分成熟。由于自动化程度不断提高，“空中哨兵系统”所应用的各种设备越来越趋于“傻瓜”化。辅以设计人员有针对性的技术优化与系统改造，仅需进行简单的设置，甚至按几个键即可完成整个操作过程。经过简单培训，操作人员就可掌握系统的操作与使用。“空中哨兵系统”具有自动控制与人工操作的双重控制模式，警卫人员能够根据需要方便地进行控制模式转换，提高了控制的灵活性。在维护与保养方面，各设备的日常维护与保养皆已程式化，简单易行。

(五)成本相对低廉

在山地与丘陵地形环境警卫勤务中，对于制高点的控制不仅需要动用众多警力，且制高点哨兵需要冒较大风险，如果发生人员伤亡，成本将会成倍增加。使用直升机执行侦察任务成本高昂：国产直升机价格在3 000万元左右，进口直升机价格在4 000万元左右，且需要专业飞行员驾驶。综合计算，短时间租用直升机的费用为3 000元╱小时左右。[6]因此，警卫部队列装直升机的现实性较低。综合性能、质量与价格等因素，可将“空中哨兵系统”分为低端、中端与高端三个档次。低端产品价格在10万元以内；中端产品价格在100万元以内；高端产品，如使用与V750无人直升机同档次机型组装而成的“空中哨兵系统”，价格在1 000万元左右。采用中、低端“空中哨兵系统”，可以对中小范围区域进行有效管控。虽然高端“空中哨兵系统”投资尚高，但其功能强大，基本能够满足警卫勤务的各种空中管控需要；且一次投入，可以长期、多地使用，维护成本低，综合效益将十分明显。

三、“空中哨兵系统”的功能与应用

“空中哨兵系统”在警卫勤务中的作用，主要体现于侦察与巡逻、监视与引导、对敌攻击和通信中继等方面。

(一)侦察与巡逻

对复杂地形侦察与巡逻是“空中哨兵系统”最基本的功能。担负侦察与巡逻任务的“空中哨兵系统”，一般需要配备可见光摄像机、红外摄像机与热成像仪等侦察器材，即能够发现可疑目标。

在住地与现场警卫勤务中，“空中哨兵系统”能够对山地、丘陵地及草木覆盖地域的制高点和谷地进行无障碍侦察与巡逻。“空中哨兵系统”的侦察与巡逻工作既可由自动驾驶仪完成，也可以靠手动遥控实施；可设置为连续侦察巡逻模式，也可设置为定时自动重复模式；同时，还可以对可疑目标进行近距离、多方位反复观察，必要时进行报警。从技术适用与成本角度考虑，在复杂地形执行住地与现场警卫任务时，由于范围较小，可以选用成本低、转向与升降灵活的中、低端多旋翼无人机或小型无人直升机作为载体工具。

在路线警卫勤务中，可以使用“空中哨兵系统”提前对道路两侧情况进行侦察。在山区路线特别是在重大自然灾害条件下的路线警卫勤务中，此侦察工作尤为必要。在路线警卫工作中，由于车队速度快、运行时间长及警戒范围大，应采用速度快、滞空时间长的高端固定翼无人机或无人直升机作为载体工具。

(二)监视与引导

所谓监视，是指“空中哨兵系统”对可疑目标和可疑区域进行连续观察，将目标图像不间断地传送给警卫人员，为警卫人员快速决策提供依据。引导，是指“空中哨兵系统”在发现可疑人员或敌对分子移动时，对其进行跟踪，并将其活动路线及情况实时地传送给警卫人员，引导警卫人员对其进行抓捕。担负监视与引导任务的“空中哨兵系统”一般部署于警卫住地与现场，可以内燃机引擎驱动的中、低端多旋翼无人机或无人直升机作为载体工具，选配可见光摄像机、红外摄像机为摄像工具，既要保证其灵活性与滞空时间，也要保证能够清晰分辨目标。

(三)对敌攻击

对敌攻击，是“空中哨兵系统”的一项辅助性功能。这一功能只需配备可遥控进攻性武器即可实现，在军用无人机中已得到了广泛使用。根据警卫勤务的性质，警卫部队在设计“空中哨兵系统”时，可以根据需要装备网枪、电击泰瑟枪或催泪弹等非致命性武器，在警卫人员未到达前对敌目标进行攻击，使其失去破坏、进攻或逃跑的能力，为警卫人员赢得处置时间。另外，在“空中哨兵系统”中，使用选配的网枪等武器，可以有效防范长期困扰警卫部队的“低、慢、小”飞行物*在低空中飞行、速度较慢、空军雷达等设备难以发现与控制、对警卫住地与现场构成一定威胁的小飞行物。对警卫目标造成的威胁。

在警卫勤务中，“空中哨兵系统”对敌攻击一般只会发生在住地与现场，在攻击前需要彻底查清目标。因此，可以采用中端多旋翼无人机或小型无人直升机作为载体工具，选配可见光摄像机与红外摄像机等侦察器材，根据需要选配必要的攻击武器。

(四)通信中继

在山区执行警卫任务时，移动通信受到地形条件的较大限制，为了保证警卫通信工具互联互通，往往需要在高处架设无线中继设备。由于地面中继站的高度受到一定限制，当地形复杂时，则只能通过增加中继站数量扩大通信范围，使通信成本与难度加大。使用旋翼无人机，可以在短时间内承担通信中继设备载体的功能，且方便易行。如果时间较长，则使用绳系式无人飞艇作为无线中继设备的运载工具为最佳选择。它既可通过调整飞艇高度方便地控制通信范围，也能够无消耗地延长无线中继设备的滞空时间；同时，在保证中继站正常工作情况下，可随任务区域动态移动，呈现很强的灵活性。

四、结束语

低端无人机虽然已在部分公安警务工作中运用，但从长远来看，中、高端“空中哨兵系统”应成为警卫部队装备首选。随着科学技术的持续发展，“空中哨兵系统”成本将不断降低。充分挖掘“无人机+”技术的潜力，将有助于警卫部队解决警卫勤务中复杂地形管控等不断出现的诸多现实难题。[7]

[1]无人机的功能和各国无人机的技术特点[EB/OL].(2012-03-16).http：//www.ce.cn/aero/knowledge/201203/16/t20120316_21132926.shtml.

[2]中国最大无人直升机V750首飞填补国内空白[EB/OL].(2011-05-08).http：//www.yn.xinhuanet.com/newscenter/2011-05/08/content_22708199.htm.

[3]常晓东.警用无人机辅助执法的思考[J].决策与信息，2013，(8).

[4]热成像夜视仪的区别和报价[EB/OL].(2014-12-23).http：//jingyan.baidu.com/article/624e7459442486-34e8ba5a3e.html.

[5]刘丹，田银枝.警用无人机空中实时图像侦察系统的设计与应用[J].地理空间信息，2015，(1).

[6]我警用EC135型直升机每小时飞行成本3000元[EB/OL].(2008-07-03).http：//mil.news.sina.com.cn/2008-07-03/1046508572.html.

[7]郑攀.小型无人机在公共安全领域的应用前景展望[J].警察技术，2013，(4).

(责任编辑、校对刘彦超)

On Constructing an Air Security System to Solve the Problem of Controlling Complex Terrain

LI Quanqing，LIU Yingxuan

(Security Department，The Armed Police Academy，Langfang，Hebei Province065000，China)

In the security work，controlling the complex terrain is a major problem the security force confronts.The development of unmanned aerial vehicle (UAV) technology，photograph technology and GPS (or the Big Dipper) navigation technology provide a reliable technical support for solving this problem.The application of the UAV + reconnaissance technology helps effectively solve the problem of controlling the commanding height in the complex terrain.

the Air Guard；the complex terrain；the guard；the commanding height

2015-09-01

李全庆(1969—)，男，河北河间人，副教授；刘颖璇(1983—)，女，河北保定人，讲师。

●警卫研究

D631.3

A

1008-2077(2016)01-0025-05