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有关小型无人机在机场驱鸟的研究

background 有关小型无人机在机场驱鸟的研究 有关小型无人机在机场驱鸟的研究

徐沛峣 朱晨曦 徐艳楠

有关小型无人机在机场驱鸟的研究
有关小型无人机在机场驱鸟的研究

【摘  要】对于传统驱鸟方式,不少的机场已经不能满足,技术的发展以及每一次鸟击事故的惨痛后果也要求机场的净空保护做到极致,因此,论文从当下热门的无人机角度出发来提高机场的驱鸟效率。

【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.

【關键词】无人机;驱鸟;产品设计

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

【中图分类号】V328.3                               【文献标志码】A                                   【文章编号】1673-1069(2020)03-0186-02

1 引言

在高速运行的飞机前,各种微小的物体都会有相当大的相对速度,这也就使得机场有了专业的净空管理要求,而近几年内,在清除了所有人为的飞行障碍后,自然生物的不定期“入侵”成为了机场净空的最大阻碍。

现阶段的较为成熟的驱鸟方式主要集中在人工驱鸟,即驾车巡视并且用车载空气炮、灯光等设施进行驱逐,或者是直接架设驱鸟设备在机场四周,属于定点型。而近几年还衍生出了生物驱鸟方式,其中以国外的驱鸟犬以及中国高原机场的驱鸟猎鹰为主。

然而这些方式却往往会受到地形和空间的限制,普通的地面驱鸟设备会受到天气和地形的干扰,而生物驱鸟也不能保证该生物是否会成为新的机场净空障碍,因此,无人机以其智能、可操控、适应性强并且所耗投资较小、后续养护方便等优点进入驱鸟研究中。

该款小型无人机则是权衡各方面的利弊做到物尽其用,不出现性能过剩问题,并且在考虑到实际驱鸟中存在的种种弊端而做出以下选择,同时对于一些常见的技术问题也给出了方向引导或者是解答。

驱鸟设备选择

2 驱鸟设备选择

2.1 无人机选择

现阶段,市场上大部分流通的是用于航拍无人机,主要以便携和轻质的4轴机为主,主要设备仅为机载GPS和小型摄像头,在机动性和稳定性方面随着价格的变化也有了较大的改变,而对于机场用无人机则需要更大的稳定性和机动性,同时为了协助净空保护,也要对无人机适航能力做出调整。并且,因为要外加载设备,也要有足够的升力和平衡能力。因此,在均衡各项利弊后,以及考虑性能过剩处理,最终选为6轴无人机(见图1),6轴意味着更高的稳定性并且在两发失效的情况下仍然可以正常飞行,并且6轴也提高了转向和急停的能力,其三正转和三反转的结构设计配备自动平衡系统后可以自动调节每个螺旋桨上的转速直接控制升力和扭矩,使得6轴无人机可以更好地提供稳定的工作动态,也使得适应在机场这种需要高精密工作的地方。而为了进一步降低其维护成本,该无人机采用可反复充电的锂电池以减少日常更换电池的耗资,同时在机身顶部配置一块太阳能电池板作为多设备接入带来的能耗的补偿。

2.2 声波设备

由于部分鸟类居住在人的活动聚集地处,使得鸟类对于噪音和灯光的干扰和刺激产生了一定的习惯,所以近两年来,出现了传统的空气炮、灯光和稻草人彩带等驱鸟方式效率下降。因此,应该采用更加有刺激性的超声波驱逐。鸟类对于超声波比较敏感,能够在复杂的环境中准确判断声音的来源,鸟类的听觉在200~9000Hz,远远超出了人类的听觉范围,而利用超声波驱鸟器进行超声波输出的声音频率在22~55kHz,人类对于20kHz以上频段的声音是无法接收的,且利用这种范围的超声波驱鸟不会对人体产生不利影响。超声波驱鸟的原理就是利用高功率的超声波脉冲对鸟类听觉系统进行干扰和刺激,让鸟类产生躁动、恐慌不安、食欲不振等生理反应,很多鸟类在接收到这些不舒服的超声波信号时,会及时撤离,有的甚至会抽搐死亡,这就达到了驱鸟的目的。并且在机场本身就有净空保护的基础下,声波可以传递得更远,进行更大面积的清除。而且声波不易受到自然因素的干扰,也可以在特殊天气下稳定工作。

2.3 灯光设备

同时在LED技术普及的情况下也可以做出小的爆闪灯珠装载在无人机上,其质量和能耗都很小,不会影响无人机的正常飞行。而现阶段大部分灯光驱鸟使用的是刺激的方法,所以在这里机载LED可以同时考虑变换自身颜色以调节到鸟类的警戒色,相对于人类的视锥细胞只对绿、蓝、黄三种颜色敏感,而鸟类比人类多出紫色视锥细胞,有四色视觉,大部分的鸟类甚至可以看到5个光谱带。因此,鸟类对于颜色的敏感性远高于人。现阶段最普遍的驱鸟色就是红和蓝。

2.4 化学试剂

对于某些特殊的机场周边地区,由于地形限制无法快速用车辆深入,并且绿化工作难免在夏秋季会产生草籽昆虫吸引鸟类捕食的,也可以用无人机携带驱鸟的信息激素喷洒并定期监察。现在存在的药剂的有效成分有邻氨基甲酸甲酯,这种化学试剂均可对鸟类的眼睛和鼻道产生影响,但不会危及鸟类生命,从而达到驱鸟的目的。这里采用了人与自然和谐共处的思想,在不伤害野生动物以及破坏生态平衡的前提下用最大可能性驅逐。

驱鸟方式的实现

3 驱鸟方式的实现

现阶段的GPS地域划分技术已经较为成熟,可以在卫星云图上划分可飞区域限制,这就有效防范了无人机误入机场跑道净空区,而云台可以规划路径进行定点定时的巡逻,在此基础上还可以加入自主驱逐能力以提高驱逐效率[1],如小型海事雷达,虽然热传感设备可以将体型缩小到更低并且价格也优于海事雷达,但是部分热传感必须在物体做切割运动时才能侦察到物体,假设鸟类是直线尾随无人机,则热传感器有可能检测不到[2],因此,选择以电磁波为主要探查手段的雷达再好不过,可以清楚地测出鸟群所在方位以及单个鸟的动向。这种雷达代表有ADI雷达的24GHz硅基毫米波雷达,以小尺寸低成本低功耗,可适用于物理检测、跟踪和安全控制。流程设想图如图2所示。

在无影响区域,即使有飞鸟也不会引起无人机反应,但是当飞鸟跨入驱鸟边界,无人机雷达可快速捕捉到鸟类并锁定,并且根据计算模块预测鸟的运动轨迹进行迎面驱逐,在驱逐鸟类直到无人机到达驱鸟边界后,无人机停止驱鸟并且返回无人机巡逻区域按既定的路线驱鸟。如果有飞鸟绕过无人机成功突破至跑道净空区,那么无人机在巡逻边界线停止追赶并发出警报以通知相关工作人员处理。

4 结语

自主无人机驱鸟可以大大降低人工成本并且提高管理效率,在无视地形的三维运动模式下甚至可以减少部分建筑的修筑必要,同时无人机的模组在提供驱鸟的功能外还可以成为塔台管制的眼,在某些想不到的死角位置,可以由塔台人员操控进行近距离视察,这样可以从更多角度观察机场运行情况。另外,由于无人机优越的机动性,未来在搭载更多模组后甚至有可能实现在内场和外场通过无人机引导车辆的行进方向,以及对行人的安检和调查工作,这样可以大幅度减少人力的使用。但是无人机驱鸟是否会对当地生态造成某种损坏,如候鸟迁徙栖息地是否会受到驱鸟因素的影响,需要实地考察后处理解决。

【参考文献】

【1】曹永兴,丁登伟.智能识别和主动驱赶的防鸟害装置研究[J].四川电力技术,2013,36(06):78-80.

【2】刘元林,梅晨,唐庆菊,等.红外热成像检测技术研究现状及发展趋势[J].机械设计与制造,2015(06):260-262+266.

有关小型无人机在机场驱鸟的研究认证作者,无人机行业知名站长,知乎无人机专栏创作者。
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