监控用微型飞行器国内研究机构以及研究项目与微型监控器

21 世纪以来,我国研发出了一系列具有中国特色的军用无人机,已经形成了一些较成熟的无人机产品系列,例如 ANS301 反辐射无人机、BZK-005 察打一体无人机等,“翼龙”、彩虹”等中大型察打一体无人机在也海外取得较高的市场份额。在 2019 年新中国成立 70 周年国庆大阅兵上,我国于无人作战第一方队中展示了高空高速无人侦察机、炮兵近程侦察校射无人机、小型近程侦察无人机、中程高速无人机,于无人作战第二方队中展示了两款攻击无人机、反辐射无人机,在无人作战第三方队中展示了两型侦察干扰无人机。显示我国无人机在高速、隐身等方面处于先进水平。

相比较有人机,无人机最主要的优势在于经济性、使用场景广泛、避免飞行员伤亡、避免人为失误的优点,但也存在自主性低、飞行易受干扰、指挥滞后的缺陷。无人机目前在战场上主要实现四个方面的功能:侦察与势态感知、攻击制空、电子对抗、支援辅助。无人机将逐渐成为战场上不可或缺的力量。

我们认为,未来无人机的作战模式将更加的多样性,从独立作战到群式作战,从察打为主到多功能全方位辅助有人机作战。我们推测未来无人机的作战模式主要有四种模式:

一是具有一定自主性的无人机,独立承担包括侦察、攻击、制空等方面的作战任务。

二是无人机群式作战,充分发挥无人机低成本、可损耗的优势,拓宽特定应用的范围,飞行持续时间和最大有效载荷。

三是作为伴飞僚机等,辅助有人机进行工作。

四是战略支援。在这四类需求的牵引下,智能化、隐身、高速、长航时的无人机将是未来发展的方向。

一、 主要国家无人机发展情况

美国是目前无人机最大的研制生产国,技术和装备规模都处于领先位置,以色列、俄罗斯、土耳其以及欧洲等国也具有较强的无人机生产能力。特别是近些年无人机在中东战场上发挥了重要作用,各国高度重视军用无人机的发展,军用无人机需求量呈现不断扩大态势。从用途来看,无人机最早的用途为侦察与打击,后来陆续发展出运输、加油、僚机等辅助功能。早在1995 年美国就研发出 MQ-1 捕食者察打一体无人机,后来到 2000 年全球鹰的服役使得无人机具有更广的侦察距离。在 2019 年美军无人机分类情况中,“军事情报监视与侦察无人机”占比 61%,“运输无人机”占比 6%,其他加起来则是 33%。由此可见目前“情报、监视与侦察”是仍是美军无人机主要用途,美国也在积极发展无人机的其他用途,最新的 MQ25 舰载无人机有望实现空中加油。

从大小来看,美国无人机从大中型无人机向大中小型全系列发展。上世纪 90 年代服役的无人机以中大型为主,2000 年发展出可单兵携带的潜行者、RQ-11、RQ-12 等小型无人机等,最新的纳米级旋翼无人机 SnipeNano 只有 140g 重,属于微型无人机,美军还在研制模仿昆虫或鸟飞行的飞行器。美军将起飞重量大于 600kg的无人机称为重型无人机,介于 150kg-600kg 的无人机称为中型无人机,而介于 20kg-50kg 的无人机则称为轻型无人机。在 2019 年分类情况中,重型占 51%,中型占 26%,轻型则占 23%。从性能来看,无人机向着高速、长航时、隐身以及装配高性能传感器发展。77

从美国无人机的发展历程来看,为满足高速、长航时的需求,发动机从活塞动力向涡扇动力发展。新一代侦察无人机如 RQ180 等主打隐身功能,将替代隐身性能较差的全球鹰等老一代产品。传感器也向着有源相控阵雷达、红外、光电复合传感系统发展。

后续来看,随着无人机技术的不断发展,美军无人机系统将向“促进作战装备体系革新”、“作战任务更加多样”、“全维侦察打击”、“突破防御体系的饱和攻击”、“持续骚扰消耗性打击”、“高新技术碾压式打击”等几个大的方向发展。

1.1 中国军用无人机发展情况

我国军用无人机的研究起步于上世纪 50 年代末,当时无人机主要是作为靶机使用,长空一号(CK-1)高速无人靶机就是在这种背景下诞生的,并于 1966 年 12 月 首飞成功。无侦 5 是一种在高空、高亚音速条件下飞行,主要用于军事侦察、高空摄影、靶机或地质勘测、大气采样等科学研究,执行昼间高空摄影侦察任务的无人机,也是唯一经历过对越自卫反击战的无人机。

我军无人机技术的快速进步,能有效的快速锁定作战区域内的军事基地,从50多种机型,上万架装备,从无侦 5到无侦-8超音速无人高空侦察机飞行速度至少是三倍音速,除增强监控能力,甚至可在未来战争中为军方提供战略咨讯,无侦-8以及用于搭载它的双引擎轰炸机轰-6的可能飞行路径,轰-6从基地起飞后,可飞到海岸附近释放“无侦-8”可在三万公尺的高度快速飞行到目标上空进行抵进侦查。并构建整个歼侦地区能力。这种大规模的部署,使敌军将更难以应对,更难打击,更难击败。

翔龙高空长航时无人机是中国新一代高空长航时无人侦察机,“翔龙”高空高速无人侦察机机身全长14.33米,翼展24.86米,机高5.413米,正常起飞重量6800公斤,任务载荷600公斤。巡航高度为18000米~20000米,巡航速度大于700公里/小时;作战半径2000~2500公里,续航时间超过10小时,起飞滑跑最短距离350米,着陆滑跑距离500米。 为了满足军队未来作战的需要,完成平时和战时对周边地区的情报侦察任务,为部队准确及时地了解战场态势提供有力手段

目前湾湾只有数百架无人机,四种机型,目标是到2024年中打造除3200架军用无人机,其中包括不到2公斤的迷你无人机,还有航程150公里的较大型无人侦察机,还有将商用机改造军用计划,包括无人驾驶舰载或陆基监视直升机,配有4米长的旋翼,航程400公里,可在空中停留长达6个小时,一架小型无人机就可以炸掉一辆价值数千万美元的坦克。这凸显出随着非对称武器的兴起,现代战争正在发生的迅速变化。不对称战力,可以大量消耗抵消大型、昂贵的武器系统。目前中国无人机优势迅速发展比美国军方更快,无人机销售占全球80%。

二、当前无人机在军民领域中的作用

无人机按照平台构型分类可分为固定翼无人机、旋翼无人机等。按大小可以分为微型、小型、中型、大型无人机。按高度可分为超低空无人机(0-100m)、低空无人机(100-1000m)、中空无人机(1000-7000m)、高空无人机(7000-18000m)、超高空无人机(18000m 以上)。按用途分可分为军用无人机和民用无人机。军用无人机包括侦察无人机、诱饵无人机、电子对抗无人机、通信中继无人机、无人战斗机、加油无人机、反辐射无人机、靶机等,民用无人机包括巡查/监视无人机、农用无人机、气象无人机、勘探无人机以及测绘无人机等。

2.1 当前无人机在战场中发挥的作用

无人机目前在战场上主要实现四个方面的功能:侦察与势态感知、攻击制空、电子对抗、支援辅助。无人机将逐渐成为战场上不可或缺的力量。一是侦察与势态感知。现代战争中,快速有效地感知战场态势和获取敌方、己方和友方的目标信息,越来越成为克敌制胜的关键。作为无人机最早的用途之一,战场侦察与势态感知是指无人机实时获取、传输和处理并提取战场信息,无人机在其中的作用是为信息获取设备提供一个平台,并构成信息通路中的一个节点。具体而言,就是无人机飞到目标空域进行目标侦察,并将侦察到的敌方海上或地面目标(如航母、作战车辆)信息直接传送给作战单元或通过卫星、浮空器或中继无人机等中继方式传回地面指挥系统。用于侦察与势态感知的无人机通常都装有先进的电子设备,比如光电/红外传感器,侦察、监视雷达等。

ISTAR 无人机是发挥侦察与势态感知作用的一类无人机。ISTAR 代表信息、监视、目标获取、侦察,能够协助作战部队并管理所收集的信息,极大增加战斗力。ISTAR 系统使用无人机进行敌人信息收集,目标定位,和巡视敌方阵地的领空。在这些任务的执行过程中,操作者通过远程控制无人机可以在安全区域执行任务而保障自身生命安全。通过侦察无人机收集此类信息更为有效,而且使士兵免遭威胁。此外,这类无人机结合IMINT 技术作战的情况在战场中也十分常见。IMINT 技术可以多维仿真展示战场的全貌,通过 IMINT 技术,无人机的 ISTAR 辅助能力可以得到极大增强。

在现代战场上,通过运用 ISTAR 无人机,部队显著降低了从战场上收集图像的风险,保障了飞行员的安全。2020 年 3 月 20 日,美国海军陆战队在中东进行了 MQ-9A 死神飞行作战实验,该无人机装备了通用原子航空系统公司的多传感器侦察系统,可以支持美国海军陆战队的前线战场行动,实现战场侦察与势态感知。

二是攻击制空。在现代战争中,对特定的高价值目标实现准确打击以及夺取和保持制空权对战役进程和结局具有决定性的影响。美军用“UCAV”指代无人作战飞行器,无人作战飞行器的作用就是打击目标,这种无人机是一种高度自主的无人飞机,可进行空空作战,且还可向地面目标提供精确的武器发射。“UCAV”的发展能够极大地帮助军队实现准确打击以及夺取制空权。无人作战飞行器包括:攻击性无人机、制空性无人机、察打一体无人机等,这些无人机的广泛应用使军队战斗力得到显著提高。例如美军列装的 MQ-1 捕食者和 MQ-9 收割者,就曾在阿富汗、伊拉克等地的战争中发挥巨大作用。此外,美国已将战斗无人飞行器运用于巴基斯坦,也门及其他战场上。

就目前的结果来看,无人飞行器的打击是精确有效的,能够以极高的精度和最小的附带伤害来“中和”战场深处的目标,极大地减少了飞行员面临的危险。通过无人机进行攻击或抢占制空权,既具备极高的效率,又能极大减少人员的伤亡。

三是电子对抗。电子对抗就是指敌对双方为削弱、破坏对方电子设备的使用效能、保障己方电子设备发挥效能而采取的各种电子措施和行动,又称电子战。随着人们对无人机研究的持续深入,现在无人机已经可以在电子对抗中占据一席之地。电子对抗类无人机主要分为三类:电子对抗侦察无人机、电子干扰无人机、反辐射无人机。电子对抗侦察无人机由无人机载体及所携带的电子对抗侦察设备组成,执行侦察任务时,通过对一定频域和空域范围内的各种电磁信号进行搜索、测量和分析,获取电子情报。电子干扰无人机可飞临敌方防护严密的要地上空或在一定空域巡航,对敌方雷达和无线电通信实施抵近式干扰。

电子干扰无人机中应用最广泛的是诱饵无人机,即在无人机上安装角反射器、龙伯透镜等无源干扰装置,模拟被掩护的目标,或安装有源干扰设备,转发敌方雷达信号,使其具有与被掩护目标相似的信号特征和运动特性,对敌方雷达实施欺骗。诱饵无人机也可用于诱使敌方雷达开机,协同其他电子对抗侦察设备遂行电子对抗侦察任务。反辐射无人机装有反辐射导引头和战斗部,主要用于压制和攻击敌方地面雷达,削弱防空系统作战能力,掩护己方作战飞机执行作战任务。它可按预编的航线在战区上空长时间巡航待机,一旦搜索到敌方目标雷达的信号,就会立即向雷达攻击;若雷达关机,反辐射无人机可以拉升,继续盘旋搜索,伺机再行攻击。

20 世纪 60 年代,美国就已经研制出了电子对抗侦察无人机。70 年代中东战争中,以色列研制了诱饵无人机用于作战。90 年代以后,随着无人机的飞速发展,美国、俄罗斯、以色列、南非等许多国家纷纷研制不同类型的电子对抗无人机。典型装备如美国的捕食者,都可装载电子对抗侦察设备,执行电子对抗侦察任务。诱饵无人机主要有美国的 BQM-74““石鸡”、以色列的“壮士”等;反辐射无人机有以色列的“哈比”、南非的ARW-10、美国的“勇敢”、德国的“道尔”等。四是支援辅助。支援辅助无人机将在未来成为无人机的重要功能。

现代战争中,无人机还可以发挥战场支援的作用,譬如所谓的空中补给无人机,其主要作用是将小型货物精准地投递到部队,例如弹药和食品。主要型号包括空中补给无人机型是 CQ-10 雪雁。此外,支援辅助功能还包括加油、通信中继、战场测绘、气象保障等。美军目前正在测试的 MQ-25 就是实现加油功能的支援辅助无人机。

 

CQ-10雪雁

 

三、无人机未来发展趋势

3.1 未来无人机的作战模式

相比较有人机,无人机最主要的优势在于经济性、使用场景广泛、避免飞行员伤亡、避免人为失误的优点,但也存在自主性低、飞行易受干扰、指挥滞后的缺陷。

目前无人机的作战模式主要是进行侦察、打击等任务,无人机率先担负战场侦察、目标锁定、攻击引导等任务,有人机随后负责火力打击、消除目标。美军在阿富汗战争中首次使用“捕食者”无人机,击毙塔利班基地组织二号头目阿提夫,开创了无人机执行攻击任务的先河。另外,法、英、美联军在叙利亚战争中,将“斩首行动”贯穿于空袭的全过程,美军实施的 397 次空中打击中有 145 次由“捕食者”无人机完成。我们认为,未来无人机的作战模式将更加的多样性,从独立作战到群式作战,从察打为主到多功能全方位辅助有人机作战。我们推测未来无人机的作战模式主要有四种模式:

一是;具有一定自主性的无人机,独立承担包括侦察、攻击、制空等方面的作战任务。

二是;无人机群式作战,充分发挥无人机低成本、可损耗的优势,拓宽特定应用的范围,飞行持续时间和最大有效载荷。

三是;作为伴飞僚机等,辅助有人机进行工作。四是战略支援。在这四类需求牵引下,智能化、隐身、高速、长航时的无人机将是未来发展的方向。一是具有一定自主性的无人机,独立承担包括侦察、攻击、制空、反潜等方面的作战任务,而智能化、隐身、高速、长航时则是这类无人机所需具备的重要能力。智能化指的是在更为广泛的作战条件、环境因素和更为多样的任务或行动中,使用更多的传感器和更复杂的软件,提供更高层次自动化的行为,其特征通常体现在系统独自完成任务目标,在极不确定的条件下,排除外界干扰,即使没有通信,仍能弥补系统故障所带来的问题,并确保系统长时间良好运行。

空中侦察是贯穿整个作战过程的一项重要作战行动,它能够为指挥员提供及时、准确的战场情报。与有人机相比,无人机因目标小、突防能力强、无生命代价等优越性,成为了获取情报的主力。为了进一步优化无人机侦察能力,需要实现高空长航时,以及研发更优秀的航电设备。攻击方面,无人机在安装目标搜索和火力打击系统后,可用于执行攻击任务。目前实现无人机攻击任务的方式主要有两种,一种是作为载机,发射机载武器,另一种则是安装“寻的系统”和“战斗部”,在探测目标参数后实施自杀式攻击,这也是无人机作为消耗品的体现。进一步提升无人机攻击性能,探索更多的攻击模式将是研制无人机的重要任务。

制空方面,主要指空中格斗无人机。此类飞机具备有人驾驶飞机无可比拟的低空攻击能力和机动能力,且其反射面积小不易被敌方发现及机载雷达截获,因而在空战中具有先机之利。进一步提升无人机隐身性能以及机动性能,是加强无人机制空能力的关键。

反潜方面,与有人驾驶的反潜机相比,无人反潜机更加灵活,更能够应对海上的不利飞行条件。海上环境复杂,有人机执行反潜任务比较危险。由于无人机更加便捷迅速。它可以更快捷地从舰船上起飞,通过挂载吊放式声呐或投放声呐浮标等,迅速配合有人机及舰船,形成立体反潜网。此外,相对有人机而言,无人机能够适应长时间的侦察。舰载无人机能够全天候巡逻,有人侦察机虽然也可以进行全天候巡逻,但是受限于人的作息规律,不及无人反潜机。而且无人机航程远,重量小,同样的油量可以完成更远距离的侦察,这也是在广阔的海面进行侦察的一大优势。

潜艇隐没在广阔的海洋中,很难通过卫星等手段发现,无人机利用低空飞行和先进的传感技术,能更好侦察潜艇位置;在抵近侦察、登陆渗透、定点清除等特种作战中,舰载无人机可为特种部队提供情报支持、目标指示、应急保障等服务;在岛礁巡逻方面,与巡逻艇和舰船相比,它的飞行速度更快,巡逻效率更高。随着高空长航时无人机的发展,将可能催生出可大大拓展舰队态势感知与预警探测能力的新舰载无人机。

四是;无人机群式作战,。群式作战是指一组具备部分自主能力的无人机实现无人机之间的实时数据通信、多机编队、协同作战,并在操作员的指引下完成渗透侦察、诱骗干扰、集群攻击等一系列作战任务。无人蜂群作战系统可以填补战术与战略之间的空白,以多元化投送方式快速投送到目标区域执行多样化军事任务,包括与其他武器平台进行协同攻击。

无人机群式作战可以拓宽特定应用的范围,飞行持续时间和最大有效载荷。例如,无人机群式作战时,一架无人驾驶飞机可能会用尽了电池,通过跨机互联,它可以及时分配另一架无人驾驶飞机接管其原先的任务。这样,无人机群飞行范围就可以轻易扩展到第一个无人驾驶飞机的范围之外,飞行超出控制信号范围或在飞行过程中损坏的无人机可以用其他无人机替代。在某些情况下,重量过大的有效载荷还可能分布在多架无人机上,超过了仅一架无人机的有效载荷。大量的无人机还可以用作传感器网络,当单独的无人机被用来跟踪监视多个人时,监控目标的行动轨迹分开时会导致无人机出现无法继续跟踪的问题。使用群体时,每架无人机都可以跟随一个人,而不必选择跟随谁。要克服的技术难题涉及这样一个事实,即除了与地面控制站进行通信外,蜂群中的无人机还必须彼此通信。

目前,美军正在加大力度推进无人机群式作战的相关技术研发。2020 年 1 月,美国戴内提克斯公司宣布,X-61A 小精灵无人机已于 2019 年 11 月完成首飞试验,由 C-130 运输机载飞并发射,作战完成后,再被空中回收。“小精灵”发射后,呈现蜂群状态,与其他有人平台协调作战,执行通信中继,配合战斗机执行超视距导弹打击;也可以搭载电子设备或者是反潜设备,执行电子对抗和反潜的作战任务。2020 年 10 月,项目开展了第 3 次飞行试验,使用了 3 架小精灵无人机,验证了自主编队飞行能力,但是 9 次空中对接尝试均告失败,3架无人机在飞行超过 2 小时后成功伞降着陆。在当前技术水平下,无人机空中回收的难度仍较大。但美国军方仍赋予该项目极大期望,认为其作战潜力较大,希望开展第四阶段的试验,聚焦作战能力验证,目前美国防部正与戴内提克斯公司进行第四阶段谈判。

无人僚机的概念由美军 2015 年首次提出,其后作为美军及其盟友为未来空中战场设想的重要发展方向。在传统战斗中,僚机要充当辅佐、掩护长机的作用,同样,在无人机伴飞有人机的这一作战模式中,无人机部署在战斗机前方约 100 公里处打头阵。有人战斗机则在飞往作战区域的途中保持无线电静默,仅接收由无人机、高空侦察机、侦察卫星发送的作战信息数据。到达攻击位置后,战斗机雷达开机,照射目标,指挥前方的无人机发射导弹,展开攻击。这种作战模式下,在无人机保障有人驾驶战斗机的安全的同时,无人机自主性不足的缺陷也得到了一定的弥补。无人僚机通过和战斗机组成空战系统,采取有利的战术配置和作战协同来抗击敌人,开启了一种高效可行的空战新样式。

同时,由于有人机速度较快,这种模式也对无人机的速度提出了更高的要求。这一作战系统具有多方面优势。首先,无人机在前排冲锋,承担了被击落的风险。在空战中,飞行员的伤亡是不可估量的损失。优秀战斗机飞行员的培养往往需要投入巨大的人力、物资、时间成本,而飞行员本身对战斗的经验、其本身的战斗机操作技能和战斗机相关知识、以至于积累的对所处作战环境等的知识都具有不可估量的价值,经验丰富的飞行员还能指导培养新一代飞行员,提供宝贵的知识。而无人僚机的掩护和辅助作用则极大保障了飞行员的安全,加上无人僚机成本相对低廉,可以将战斗的损失降到最低。其次,战斗机隐蔽接敌,提高了攻击的突然性。相较于有人机,无人机天生具备更强的隐蔽性。

有人机受限于结构与材料等多方面因素,往往隐身性有限,而无人机广泛采用复合材料和其他透波材料,机体外形尺寸小,发动机功率小,因此,雷达有效反射面积等各种信号特征较小,不易被敌方发现。敌方雷达探测到有人机较容易,而探测到无人僚机则较困难。在战斗中,敌方注意力容易集中于有人机,而在有人机接近的过程中,无人僚机早已可以出其不意加速接近并攻击敌方,极大提高了攻击效率。再次,打击源多样化,增加对方反导系统压力。在无人机和有人机都对敌方进行了攻击后,敌方反导系统必须针对多个对象进行防御。这一点有效地分散了敌方反导系统的攻击力,增加了敌方防御系统的压力。双重攻击下敌方往往更难防守,而导弹本身也更容易击中目标,提高了攻击方的效率。最后,缩短了无人机反应时间,因而能有效提升打击效率和生存能力。

由于传统的远程控制无人机在空战过程中由利用数据链的人类地面指挥仍会存在信号延迟,使无人机在作战中有一定反应延迟性,攻击命中率不如有人机。在与有人机伴飞的模式中,数据传输时间显著缩短,提高了无人机攻击的命中率,从而达到攻击有效性提高的效果,真正达到了“1+1>2”的配合。无人僚机通过和战斗机组成空战系统,采取有利的战术配置和作战协同来抗击敌人,这种尝试与创新,或将改写当下的空战规则。

美军一直积极投入无人僚机的研发。2019 年 7 月 美国 XQ-58″女武神”无人机近日在美国本土亚利桑那州的尤马空军基地进行了第二轮试飞,美军对外宣布称该次试验成功。而有其他相关消息表示,美军计划把 XQ-58 升级成为 F-35 战斗机的无人僚机。XQ-58″女武神”无人机采用涡扇发动机作为动力,以便与 F-35 战斗机的速度匹配,同时该机把进气道转移到飞机背部,以机身彻底屏蔽了进气道,从而显著减小雷达反射面积。XQ-58 无人机可携带各种制导武器,是 F-35 战斗机提升战斗力的有效补充。

 

XQ-58“女武神”无人机

 

此外,波音公司也称在为澳大利亚军方研制无人僚机。第一架波音公司“忠诚僚机”无人机于 2020 年 3月启动生产。2020 年 5 月,波音澳大利亚公司发布了显示详细信息的图像。波音空中力量组合系统原型机于2020 年 10 月在澳大利亚皇家空军基地安伯利进行低速滑行测试。波音空中力量组合系统后于 2020 年 12 月在一个未命名的偏远地点进行了高速滑行测试。2021 年,原型机首次进行试飞。该机目前仍在研发中。四是执行通信中继、空中加油等战略支援任务。无人机通信中继是指在两点之间,由于遮挡距离的存在,双方无法直接进行通信,便采用某些无人机在空中进行转接来实现跨视距的两点间通信。

空中加油是指利用无人机给有人机进行加油,美军现在正在测试的 MQ-25 无人机就是一种大型空中加油无人机,据在 2021 年 6 月的一次测试中,已成功实现无人机在空中给有人机加油,在航空史上尚属首次。类战略支援无人机的应用或将在未来给军队战斗力带来极大的提升。从时间上来看,十四五期间察打一体的高速隐身长航时无人机、伴飞僚机、单兵无人机、无人直升机以及中小型无人机将得到发展。

5-10 年后,攻击无人机、制空型无人机、加油无人机、大型货运无人机、临近空间无人机将成为发展的主流。据资料显示;美国的目标是在未来18-24个月内,于多个地区部署数千个“可消耗的独立系统。这是美国认为对付某大国是巨大的挑战。”

 

 

 

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10月6日,江苏省连云港市赣榆区公安局发布警情通报称:近日,我局接到群众报警称,赣榆区某酒店房间内发现疑似微型摄像头。接报警后,我局立即组织警力开展侦查,于10月5日晚将犯罪嫌疑人夏某某 (男,49岁,赣榆区人,无业) 抓获。目前,夏某某已被依法刑事拘留,案件正在进一步侦办中。

来源:平安赣榆、大皖新闻