有關小型無人機在機場驅鳥的研究

徐沛峣　朱晨曦　徐艷楠

【摘? 要】對于傳統(tǒng)驅鳥方式，不少的機場已經不能滿足，技術的發(fā)展以及每一次鳥擊事故的慘痛后果也要求機場的凈空保護做到極致，因此，論文從當下熱門的無人機角度出發(fā)來提高機場的驅鳥效率。

【Abstract】As for the traditional way of driving birds， many airports have been unable to meet the requirements. The development of technology and the tragic consequences of every bird strike accident also require the extreme clearance protection of airports. Therefore， this paper aims to improve the bird driving efficiency of airports from the perspective of the popular unmanned aerial vehicle.

【關鍵詞】無人機;驅鳥;產品設計

【Keywords】unmanned aerial vehicle; driving birds; product design

【中圖分類號】V328.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）03-0186-02

1 引言

在高速運行的飛機前，各種微小的物體都會有相當大的相對速度，這也就使得機場有了專業(yè)的凈空管理要求，而近幾年內，在清除了所有人為的飛行障礙后，自然生物的不定期“入侵”成為了機場凈空的最大阻礙。

現(xiàn)階段的較為成熟的驅鳥方式主要集中在人工驅鳥，即駕車巡視并且用車載空氣炮、燈光等設施進行驅逐，或者是直接架設驅鳥設備在機場四周，屬于定點型。而近幾年還衍生出了生物驅鳥方式，其中以國外的驅鳥犬以及中國高原機場的驅鳥獵鷹為主。

然而這些方式卻往往會受到地形和空間的限制，普通的地面驅鳥設備會受到天氣和地形的干擾，而生物驅鳥也不能保證該生物是否會成為新的機場凈空障礙，因此，無人機以其智能、可操控、適應性強并且所耗投資較小、后續(xù)養(yǎng)護方便等優(yōu)點進入驅鳥研究中。

該款小型無人機則是權衡各方面的利弊做到物盡其用，不出現(xiàn)性能過剩問題，并且在考慮到實際驅鳥中存在的種種弊端而做出以下選擇，同時對于一些常見的技術問題也給出了方向引導或者是解答。

2 驅鳥設備選擇

2.1 無人機選擇

現(xiàn)階段，市場上大部分流通的是用于航拍無人機，主要以便攜和輕質的4軸機為主，主要設備僅為機載GPS和小型攝像頭，在機動性和穩(wěn)定性方面隨著價格的變化也有了較大的改變，而對于機場用無人機則需要更大的穩(wěn)定性和機動性，同時為了協(xié)助凈空保護，也要對無人機適航能力做出調整。并且，因為要外加載設備，也要有足夠的升力和平衡能力。因此，在均衡各項利弊后，以及考慮性能過剩處理，最終選為6軸無人機（見圖1），6軸意味著更高的穩(wěn)定性并且在兩發(fā)失效的情況下仍然可以正常飛行，并且6軸也提高了轉向和急停的能力，其三正轉和三反轉的結構設計配備自動平衡系統(tǒng)后可以自動調節(jié)每個螺旋槳上的轉速直接控制升力和扭矩，使得6軸無人機可以更好地提供穩(wěn)定的工作動態(tài)，也使得適應在機場這種需要高精密工作的地方。而為了進一步降低其維護成本，該無人機采用可反復充電的鋰電池以減少日常更換電池的耗資，同時在機身頂部配置一塊太陽能電池板作為多設備接入帶來的能耗的補償。

2.2 聲波設備

由于部分鳥類居住在人的活動聚集地處，使得鳥類對于噪音和燈光的干擾和刺激產生了一定的習慣，所以近兩年來，出現(xiàn)了傳統(tǒng)的空氣炮、燈光和稻草人彩帶等驅鳥方式效率下降。因此，應該采用更加有刺激性的超聲波驅逐。鳥類對于超聲波比較敏感，能夠在復雜的環(huán)境中準確判斷聲音的來源，鳥類的聽覺在200～9000Hz，遠遠超出了人類的聽覺范圍，而利用超聲波驅鳥器進行超聲波輸出的聲音頻率在22～55kHz，人類對于20kHz以上頻段的聲音是無法接收的，且利用這種范圍的超聲波驅鳥不會對人體產生不利影響。超聲波驅鳥的原理就是利用高功率的超聲波脈沖對鳥類聽覺系統(tǒng)進行干擾和刺激，讓鳥類產生躁動、恐慌不安、食欲不振等生理反應，很多鳥類在接收到這些不舒服的超聲波信號時，會及時撤離，有的甚至會抽搐死亡，這就達到了驅鳥的目的。并且在機場本身就有凈空保護的基礎下，聲波可以傳遞得更遠，進行更大面積的清除。而且聲波不易受到自然因素的干擾，也可以在特殊天氣下穩(wěn)定工作。

2.3 燈光設備

同時在LED技術普及的情況下也可以做出小的爆閃燈珠裝載在無人機上，其質量和能耗都很小，不會影響無人機的正常飛行。而現(xiàn)階段大部分燈光驅鳥使用的是刺激的方法，所以在這里機載LED可以同時考慮變換自身顏色以調節(jié)到鳥類的警戒色，相對于人類的視錐細胞只對綠、藍、黃三種顏色敏感，而鳥類比人類多出紫色視錐細胞，有四色視覺，大部分的鳥類甚至可以看到5個光譜帶。因此，鳥類對于顏色的敏感性遠高于人?，F(xiàn)階段最普遍的驅鳥色就是紅和藍。

2.4 化學試劑

對于某些特殊的機場周邊地區(qū)，由于地形限制無法快速用車輛深入，并且綠化工作難免在夏秋季會產生草籽昆蟲吸引鳥類捕食的，也可以用無人機攜帶驅鳥的信息激素噴灑并定期監(jiān)察?，F(xiàn)在存在的藥劑的有效成分有鄰氨基甲酸甲酯，這種化學試劑均可對鳥類的眼睛和鼻道產生影響，但不會危及鳥類生命，從而達到驅鳥的目的。這里采用了人與自然和諧共處的思想，在不傷害野生動物以及破壞生態(tài)平衡的前提下用最大可能性驅逐。

3 驅鳥方式的實現(xiàn)

現(xiàn)階段的GPS地域劃分技術已經較為成熟，可以在衛(wèi)星云圖上劃分可飛區(qū)域限制，這就有效防范了無人機誤入機場跑道凈空區(qū)，而云臺可以規(guī)劃路徑進行定點定時的巡邏，在此基礎上還可以加入自主驅逐能力以提高驅逐效率[1]，如小型海事雷達，雖然熱傳感設備可以將體型縮小到更低并且價格也優(yōu)于海事雷達，但是部分熱傳感必須在物體做切割運動時才能偵察到物體，假設鳥類是直線尾隨無人機，則熱傳感器有可能檢測不到[2]，因此，選擇以電磁波為主要探查手段的雷達再好不過，可以清楚地測出鳥群所在方位以及單個鳥的動向。這種雷達代表有ADI雷達的24GHz硅基毫米波雷達，以小尺寸低成本低功耗，可適用于物理檢測、跟蹤和安全控制。流程設想圖如圖2所示。

在無影響區(qū)域，即使有飛鳥也不會引起無人機反應，但是當飛鳥跨入驅鳥邊界，無人機雷達可快速捕捉到鳥類并鎖定，并且根據計算模塊預測鳥的運動軌跡進行迎面驅逐，在驅逐鳥類直到無人機到達驅鳥邊界后，無人機停止驅鳥并且返回無人機巡邏區(qū)域按既定的路線驅鳥。如果有飛鳥繞過無人機成功突破至跑道凈空區(qū)，那么無人機在巡邏邊界線停止追趕并發(fā)出警報以通知相關工作人員處理。

4 結語

自主無人機驅鳥可以大大降低人工成本并且提高管理效率，在無視地形的三維運動模式下甚至可以減少部分建筑的修筑必要，同時無人機的模組在提供驅鳥的功能外還可以成為塔臺管制的眼，在某些想不到的死角位置，可以由塔臺人員操控進行近距離視察，這樣可以從更多角度觀察機場運行情況。另外，由于無人機優(yōu)越的機動性，未來在搭載更多模組后甚至有可能實現(xiàn)在內場和外場通過無人機引導車輛的行進方向，以及對行人的安檢和調查工作，這樣可以大幅度減少人力的使用。但是無人機驅鳥是否會對當?shù)厣鷳B(tài)造成某種損壞，如候鳥遷徙棲息地是否會受到驅鳥因素的影響，需要實地考察后處理解決。

【參考文獻】

【1】曹永興，丁登偉.智能識別和主動驅趕的防鳥害裝置研究[J].四川電力技術，2013，36（06）：78-80.

【2】劉元林，梅晨，唐慶菊，等.紅外熱成像檢測技術研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].機械設計與制造，2015（06）：260-262+266.