垂直起降固定翼无人机系统在我国陆地边境巡防中的应用探析

近几年，随着无人机相关技术的日益成熟与行业应用领域的不断拓展，无人机产业规模呈现持续稳定增长的态势，且广泛服务于遥感测绘、农业植保、公安消防、线路巡检和环境监测等领域。垂直起降固定翼无人机系统具有飞行灵活性高、滞空时间长、巡查半径大等特点，作为空中巡逻平台可实现对陆地边境线等重要区域进行巡查，并可以对目标进行分类和识别，提高边境巡防工作效率，提升边防部门管理控制能力。

一、我国无人机行业发展情况概述

近年来，国内无人机产业增速迅猛，截至2021年6月底我国无人机的注册数量突破64万，比去年同期高出52%，操控人员超过10万。全国共有无人机通用航空企业11430家，运营商用无人驾驶航空器超过14万架，同比分别增长 38.63%和26.73%。根据 Frost & Sullivan 的报告，2019 年，我国工业无人机整机市场规模（按订单统计）为 50.62 亿元（不包含无人机服务市场规模），其中垂直起降固定翼无人机整机市场规模为 5.12 亿元，占无人机整机市场规模的比例为 10.12%。

由于垂直起降固定翼无人机具有起降便捷、航时长、航速高等特点，在工业作业市场领域的保有量逐渐增多，通过搭载光电吊舱系统的无人机具有快速响应、起降便捷、升限大、环境适应性强等特点，可以配合边防部门开展高频次、高时效的巡逻工作。

二、垂直起降固定翼无人机系统典型构架及功能特点

固定翼无人机是指由动力装置产生前进的推力或拉力，由机翼产生升力，在大气层内飞行的重于空气的无人驾驶航空器。垂直起降固定翼无人机是指起降过程采用可控垂直方式的固定翼无人机，根据动力系统不同类型，可分为纯电动、油电混合垂直起降固定翼无人机两大类。

2.1垂直起降固定翼无人机典型系统主要由无人机平台、任务载荷、数据链路、地面控制系统等部分构成。

（1）无人机平台：垂直起降固定翼无人机是在固定翼无人机的基础上，增加垂直起降动力单元，从而实现了固定翼无人机的精确定点垂直起降功能。一般还包括飞机机体、推进系统、飞行控制装置、供电系统、飞行数据终端等。

（2）任务载荷：任务载荷是指无人机执行任务时携带的任务设备，垂直起降固定翼无人机常用的任务载荷有：航摄相机、激光雷达、合成孔径雷达、光电吊舱等，以满足不同的作业需求。

（3）数据链路：无人机数据链主要是指任务机与地面控制站之间，按照约定的通信协议和信息传输发过誓，进行指令交互、信息传递的无线通信链路，目前无人机频谱使用主要集中在UHF、L和C波段。数据链路由机载链路设备和地面链路设备组成。

（4）地面控制系统：一般也称为无人机地面站，是实现无人机及任务载荷远程指挥控制的终端，它是控制飞行器的飞行、回收、数据接收与处理、任务载荷控制的“神经中枢”。

2.2垂直起降固定翼无人机系统功能特点

（1）飞行平台具备垂直起降能力，对起降点要求低，整个系统执行任务方便、灵活，适合在硬件条件比较恶劣的边境线、边境重要区域执行飞行任务；

（2）飞行系统续航时间长、覆盖范围广，通过挂载相应专用设备可对目标进行空中侦察、跟踪、拍摄取证，具备在任务点实施长时间持续的监视能力；

（3）载荷能力大，作业类型丰富，可通过挂载航摄相机、激光雷达、合成孔径雷达、光电吊舱等任务载荷，能够获取各类图像、影像、音频等丰富的数据，并可进行夜间作业；

（4）飞行速度快，可对任务点大范围监控预警，并快速抵达目标点，提高边防反应能力，并可将实施数据回传，提高边防部门的信息协同能力。

三、垂直起降固定翼无人机系统在我国陆地边境巡防中的典型应用分析

3.1 我国陆地边境线情况简介以及空中巡防需求分析

我国陆地与14个国家接壤，陆地边境线长2.2万公里，其中1.9万公里在民族地区。边境地区国土面积197万平方公里，人口2300多万，其中少数民族人口近一半，有30多个民族与周边国家同一民族毗邻而居。具体的陆地边境地区包括内蒙古、辽宁、吉林、黑龙江、广西、云南、西藏、甘肃、新疆等9个省区的140个陆地边境县（市、区、旗）和新疆生产建设兵团的58个边境团场。边境地区地处我国对外开放的前沿，是确保国土安全和生态安全的重要屏障，在全国改革发展稳定大局中具有重要战略地位。

3.2 垂直起降固定翼无人机陆地边境巡防系统典型构架结合陆地边境的基本情况与任务需求，垂直起降固定翼无人机系统典型构架由垂直起降固定翼无人机、无人机地面站（便携式、移动式）、地面指控中心及数据处理与存储中心等构成。

3.3 垂直起降固定翼无人机陆地边境巡防系统的作用与常规边境巡防手段相比较，以无人机为主的空中巡防具有以下特点：

（1）无人机空中巡防对现有地面二维方式为主的巡查能力的有效补充，可提供大范围、长时间、远距离的迅速与隐蔽的巡查与提前预警能力，对常规地面视频监控的盲点盲区做有效补充，并且通过挂载红外设备，具备夜晚巡查能力；

（2）无人机空中巡防具有效率高的优势，通过构架一体化指控系统，可具备相关信息的取证、存储与备查能力，与现代信息化指挥体系能够高效融合，满足党政军警民的统一指挥、统一调度、统一协调的管边控边机制要求；

（3）无人机空中巡防是推进边境地区治安防控体系建设，打击走私、贩毒、贩枪、偷越国（边）境、非法出入境等各类违法犯罪活动的新手段的有效尝试。作为边境地区技防手段是对人防、物防的有效补充和加强，对边境地区反恐、禁毒、打击非法出入境和走私提供强有力保障。

（4）无人机可通过挂载丰富的任务载荷，能够提供执勤人员的通讯中继、物品投送、情报搜集、空中监控、车辆查控、人员跟踪等空中任务，并可辅助进行应急救援、目标搜救、现场取证等急难险重的任务，为指挥决策提供重要的信息资料。

四、垂直起降固定翼无人机系统在陆地边境巡防中的挑战

4.1我国幅员辽阔，陆地边境线地理地貌与气候条件复杂，东北、西北、西南地貌结构存在明显差异，有山地、丘陵、高原、平原、沙漠、戈壁等多种地形。且干旱、黑灾、白灾、寒潮、大风、沙尘暴、冰雹、暴雨等气象灾害较为频繁。西北地区冬季大风、降温、风雪、沙尘暴等天气的经常出现。自然环境的复杂性，对无人机系统的可靠性提出客观要求，无人机企业在耐寒性、抗风性、防尘防雨雪等方面进行技术迭代。

4.2无人机边境巡防系统需进一步验证单机、集群、梯队飞行等作业模式的可行性，真正满足边防常态化巡防的任务需求。此外垂直起降固定翼无人机系统需进一步研发网捕、震慑、驱离等边防实际需求功能。

4.3边境地区治理协调机制复杂，跨部门、跨区域沟通甚至与边境事务密切相关，无人机巡防体系的建设需规范作业流程、规范信息报告制度、规范突发事件应急预案，做到信息资源的及时互通互联互享。