有關(guān)小型無人機(jī)在機(jī)場驅(qū)鳥的研究

徐沛峣　朱晨曦　徐艷楠

【摘? 要】對于傳統(tǒng)驅(qū)鳥方式，不少的機(jī)場已經(jīng)不能滿足，技術(shù)的發(fā)展以及每一次鳥擊事故的慘痛后果也要求機(jī)場的凈空保護(hù)做到極致，因此，論文從當(dāng)下熱門的無人機(jī)角度出發(fā)來提高機(jī)場的驅(qū)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(guān)鍵詞】無人機(jī);驅(qū)鳥;產(chǎn)品設(shè)計

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

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

1 引言

在高速運行的飛機(jī)前，各種微小的物體都會有相當(dāng)大的相對速度，這也就使得機(jī)場有了專業(yè)的凈空管理要求，而近幾年內(nèi)，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(jī)場凈空的最大阻礙。

現(xiàn)階段的較為成熟的驅(qū)鳥方式主要集中在人工驅(qū)鳥，即駕車巡視并且用車載空氣炮、燈光等設(shè)施進(jìn)行驅(qū)逐，或者是直接架設(shè)驅(qū)鳥設(shè)備在機(jī)場四周，屬于定點型。而近幾年還衍生出了生物驅(qū)鳥方式，其中以國外的驅(qū)鳥犬以及中國高原機(jī)場的驅(qū)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(qū)鳥設(shè)備會受到天氣和地形的干擾，而生物驅(qū)鳥也不能保證該生物是否會成為新的機(jī)場凈空障礙，因此，無人機(jī)以其智能、可操控、適應(yīng)性強(qiáng)并且所耗投資較小、后續(xù)養(yǎng)護(hù)方便等優(yōu)點進(jìn)入驅(qū)鳥研究中。

該款小型無人機(jī)則是權(quán)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(qū)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(shù)問題也給出了方向引導(dǎo)或者是解答。

2 驅(qū)鳥設(shè)備選擇

2.1 無人機(jī)選擇

現(xiàn)階段，市場上大部分流通的是用于航拍無人機(jī)，主要以便攜和輕質(zhì)的4軸機(jī)為主，主要設(shè)備僅為機(jī)載GPS和小型攝像頭，在機(jī)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(jī)場用無人機(jī)則需要更大的穩(wěn)定性和機(jī)動性，同時為了協(xié)助凈空保護(hù)，也要對無人機(jī)適航能力做出調(diào)整。并且，因為要外加載設(shè)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(jī)（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(zhuǎn)向和急停的能力，其三正轉(zhuǎn)和三反轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計配備自動平衡系統(tǒng)后可以自動調(diào)節(jié)每個螺旋槳上的轉(zhuǎn)速直接控制升力和扭矩，使得6軸無人機(jī)可以更好地提供穩(wěn)定的工作動態(tài)，也使得適應(yīng)在機(jī)場這種需要高精密工作的地方。而為了進(jìn)一步降低其維護(hù)成本，該無人機(jī)采用可反復(fù)充電的鋰電池以減少日常更換電池的耗資，同時在機(jī)身頂部配置一塊太陽能電池板作為多設(shè)備接入帶來的能耗的補償。

2.2 聲波設(shè)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(chǎn)生了一定的習(xí)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(qū)鳥方式效率下降。因此，應(yīng)該采用更加有刺激性的超聲波驅(qū)逐。鳥類對于超聲波比較敏感，能夠在復(fù)雜的環(huán)境中準(zhǔn)確判斷聲音的來源，鳥類的聽覺在200～9000Hz，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人類的聽覺范圍，而利用超聲波驅(qū)鳥器進(jìn)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(qū)鳥不會對人體產(chǎn)生不利影響。超聲波驅(qū)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(jìn)行干擾和刺激，讓鳥類產(chǎn)生躁動、恐慌不安、食欲不振等生理反應(yīng)，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?xí)榇に劳觯@就達(dá)到了驅(qū)鳥的目的。并且在機(jī)場本身就有凈空保護(hù)的基礎(chǔ)下，聲波可以傳遞得更遠(yuǎn)，進(jìn)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(shè)備

同時在LED技術(shù)普及的情況下也可以做出小的爆閃燈珠裝載在無人機(jī)上，其質(zhì)量和能耗都很小，不會影響無人機(jī)的正常飛行。而現(xiàn)階段大部分燈光驅(qū)鳥使用的是刺激的方法，所以在這里機(jī)載LED可以同時考慮變換自身顏色以調(diào)節(jié)到鳥類的警戒色，相對于人類的視錐細(xì)胞只對綠、藍(lán)、黃三種顏色敏感，而鳥類比人類多出紫色視錐細(xì)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(yuǎn)高于人。現(xiàn)階段最普遍的驅(qū)鳥色就是紅和藍(lán)。

2.4 化學(xué)試劑

對于某些特殊的機(jī)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(chǎn)生草籽昆蟲吸引鳥類捕食的，也可以用無人機(jī)攜帶驅(qū)鳥的信息激素噴灑并定期監(jiān)察。現(xiàn)在存在的藥劑的有效成分有鄰氨基甲酸甲酯，這種化學(xué)試劑均可對鳥類的眼睛和鼻道產(chǎn)生影響，但不會危及鳥類生命，從而達(dá)到驅(qū)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(qū)逐。

3 驅(qū)鳥方式的實現(xiàn)

現(xiàn)階段的GPS地域劃分技術(shù)已經(jīng)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(jī)誤入機(jī)場跑道凈空區(qū)，而云臺可以規(guī)劃路徑進(jìn)行定點定時的巡邏，在此基礎(chǔ)上還可以加入自主驅(qū)逐能力以提高驅(qū)逐效率[1]，如小型海事雷達(dá)，雖然熱傳感設(shè)備可以將體型縮小到更低并且價格也優(yōu)于海事雷達(dá)，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(shè)鳥類是直線尾隨無人機(jī)，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(dá)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(dá)代表有ADI雷達(dá)的24GHz硅基毫米波雷達(dá)，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(shè)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(jī)反應(yīng)，但是當(dāng)飛鳥跨入驅(qū)鳥邊界，無人機(jī)雷達(dá)可快速捕捉到鳥類并鎖定，并且根據(jù)計算模塊預(yù)測鳥的運動軌跡進(jìn)行迎面驅(qū)逐，在驅(qū)逐鳥類直到無人機(jī)到達(dá)驅(qū)鳥邊界后，無人機(jī)停止驅(qū)鳥并且返回?zé)o人機(jī)巡邏區(qū)域按既定的路線驅(qū)鳥。如果有飛鳥繞過無人機(jī)成功突破至跑道凈空區(qū)，那么無人機(jī)在巡邏邊界線停止追趕并發(fā)出警報以通知相關(guān)工作人員處理。

4 結(jié)語

自主無人機(jī)驅(qū)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(jī)的模組在提供驅(qū)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(jìn)行近距離視察，這樣可以從更多角度觀察機(jī)場運行情況。另外，由于無人機(jī)優(yōu)越的機(jī)動性，未來在搭載更多模組后甚至有可能實現(xiàn)在內(nèi)場和外場通過無人機(jī)引導(dǎo)車輛的行進(jìn)方向，以及對行人的安檢和調(diào)查工作，這樣可以大幅度減少人力的使用。但是無人機(jī)驅(qū)鳥是否會對當(dāng)?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(qū)鳥因素的影響，需要實地考察后處理解決。

【參考文獻(xiàn)】

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

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