王曉偉+李偉+王琦

摘 要：通過對機(jī)場驅(qū)鳥任務(wù)的研究分析發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有驅(qū)鳥工具難以達(dá)到高空和圍欄外。通過將智能小型無人機(jī)系統(tǒng)和現(xiàn)有的超聲波驅(qū)鳥技術(shù)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)驅(qū)鳥方式，彌補(bǔ)現(xiàn)有驅(qū)鳥設(shè)備的不足，減少驅(qū)鳥盲點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：小型無人機(jī)；超聲波驅(qū)鳥；無人機(jī)驅(qū)鳥

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.252

鳥撞作為一種多發(fā)性、危險(xiǎn)性事件，不僅造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，而且嚴(yán)重地干擾了民航航線的正常飛行。據(jù)統(tǒng)計(jì)，80%以上的鳥撞事故發(fā)生在飛機(jī)起飛、著陸和低空、超低空飛行階段。一旦發(fā)生鳥撞，輕則造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，重則機(jī)毀人亡。

傳統(tǒng)的地面驅(qū)鳥設(shè)備有效工作高度為80m。飛機(jī)在起飛、著陸、低空飛行階段多處于200m的進(jìn)場高度層。因此，在80m以上、200m以下的高度層內(nèi)，以及機(jī)場圍欄外的區(qū)域，傳統(tǒng)地面驅(qū)鳥設(shè)備無法有效驅(qū)除鳥類。市場迫切需要一種新的驅(qū)鳥工具來滿足機(jī)場試飛的要求。

運(yùn)用無人機(jī)開展驅(qū)鳥活動(dòng)，可有效減少空中驅(qū)鳥盲區(qū)，進(jìn)而可有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)地面驅(qū)鳥設(shè)備的不足，成為一種強(qiáng)有力的新興驅(qū)鳥手段。隨著無人機(jī)系統(tǒng)在智能化、可靠性上的提升，將智能無人機(jī)與傳統(tǒng)驅(qū)鳥手段相結(jié)合對機(jī)場低空領(lǐng)域?qū)嵤?qū)鳥活動(dòng)，將擴(kuò)展驅(qū)鳥空間，減少驅(qū)鳥盲點(diǎn)，為低空驅(qū)鳥這一難題的解決提供一條有效路徑。

1 驅(qū)鳥方式分析

國外用無人機(jī)執(zhí)行驅(qū)鳥任務(wù)開始于1980年，主要應(yīng)用于機(jī)場區(qū)域，經(jīng)過驗(yàn)證，逐步應(yīng)用于農(nóng)田、林地、漁場區(qū)域。傳統(tǒng)的驅(qū)鳥方法主要集中于地面，而無人機(jī)驅(qū)鳥則是在一定的飛行高度上，經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)，該方法用于驅(qū)除機(jī)場區(qū)域上空的鳥類十分奏效。至今，該方法仍在一些軍民用機(jī)場應(yīng)用，如美國密蘇里州的惠特曼空軍基地。該基地將無人機(jī)作為驅(qū)除大型鳥類和猛禽的主要方法，輔助保障機(jī)場凈空條件。國內(nèi)用無人機(jī)執(zhí)行驅(qū)鳥任務(wù)起始于2000年前后，至今應(yīng)用并不廣泛，主要在少數(shù)軍用機(jī)場使用。在相關(guān)的應(yīng)用研究方面，哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中科院沈陽自動(dòng)化研究所走在前列。

無人機(jī)可按照機(jī)場空域要求通過遙控或預(yù)編程方式進(jìn)行固定航線的巡邏飛行，機(jī)載的便攜式驅(qū)鳥設(shè)備將在指定區(qū)域進(jìn)行執(zhí)行相關(guān)驅(qū)趕操作，驅(qū)趕手段可包括音頻、激光、驅(qū)鳥彈等。由于無人機(jī)平臺具備機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、范圍廣、效率高、快速響應(yīng)，平衡相矛盾。

超聲波驅(qū)鳥器會對鳥類身體造成一定的影響，令其產(chǎn)生不舒服、惡心等反應(yīng)，但并不致命。配合語音驅(qū)鳥器，長期使用，可令鳥類對語音驅(qū)鳥器產(chǎn)生條件反射，對語音驅(qū)鳥器產(chǎn)生恐懼，從而達(dá)到驅(qū)鳥效果。超聲波驅(qū)鳥器作用半徑一般在15米左右，因此需要趨近鳥類才能產(chǎn)生效果。

本文將目標(biāo)定位為飛機(jī)快速機(jī)動(dòng)跟蹤鳥群，通過超聲波等方式對鳥類造成非致命傷害，同時(shí)語音器形成條件反射，以此實(shí)現(xiàn)驅(qū)鳥目的。

2 無人機(jī)驅(qū)鳥方式的實(shí)現(xiàn)

無人機(jī)驅(qū)鳥空中試驗(yàn)是將超聲波和語音喇叭通過線纜連接，安裝在機(jī)翼下方，在飛行過程中開啟并尋找鳥群。系統(tǒng)主要包括無人機(jī)平臺，地面站，機(jī)載驅(qū)鳥器等。

用于驅(qū)鳥任務(wù)的無人機(jī)在執(zhí)行任務(wù)時(shí)飛行高度大約200-300米，要求飛行穩(wěn)定，失速性好，操控性強(qiáng)，通信能力強(qiáng)，飛機(jī)重量小、成本低、機(jī)動(dòng)靈活，裝備有自駕儀，具備驅(qū)鳥任務(wù)規(guī)劃所要求的自主飛行控制技術(shù)。

小型無人機(jī)載重僅有5kg左右，而常見的超聲波驅(qū)鳥設(shè)備重量都在5kg-50kg之間，重量較小的驅(qū)鳥設(shè)備功率都比較低，因此需要對高功率的驅(qū)鳥設(shè)備進(jìn)行改裝減重，適用于無人機(jī)上。

鳥類活動(dòng)范圍大，活動(dòng)不規(guī)律，要求的操作時(shí)間長，因此需要自主飛行的任務(wù)規(guī)劃來代替手動(dòng)飛行，減輕操作手的勞動(dòng)強(qiáng)度，增加飛行穩(wěn)定性，并隨時(shí)通過自駕儀切換或地面站操作即時(shí)控制無人機(jī)的作業(yè)區(qū)域。

無人機(jī)驅(qū)鳥的工作流程是：

3 驅(qū)鳥效果試驗(yàn)

在空中試驗(yàn)中飛機(jī)快速機(jī)動(dòng)跟蹤鳥群，爆鳴發(fā)生器聲音對鳥類形成直接聽覺刺激，無人機(jī)形成視覺刺激，再通過超聲波等方式對鳥類造成非致命傷害，形成條件反射的要求，驅(qū)鳥效果比較明顯，遠(yuǎn)比地面驅(qū)鳥車效果好，且驅(qū)鳥范圍更大，能夠直接驅(qū)趕圍欄外起降航線上的鳥群。

鳥情監(jiān)控可以通過無人機(jī)攜帶的圖傳相機(jī)直接監(jiān)視，效果遠(yuǎn)比地面人員監(jiān)控更簡便和清晰，大大降低了觀察員的勞動(dòng)強(qiáng)度。無人機(jī)驅(qū)鳥區(qū)域并不固定，一旦發(fā)現(xiàn)鳥類趨近，可以通過自駕儀及時(shí)修改航線規(guī)劃，使無人機(jī)及時(shí)驅(qū)趕鳥群。

表一是兩種驅(qū)鳥方式的綜合對比結(jié)果。

4 結(jié)論

本文形成了一套完整的空中無人機(jī)驅(qū)鳥的理論方案，即飛機(jī)快速機(jī)動(dòng)跟蹤鳥群，通過超聲波等方式對鳥類造成非致命傷害，同時(shí)語音器形成條件反射，以此實(shí)現(xiàn)驅(qū)鳥目的。并通過空中試驗(yàn)完成了初步驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了驅(qū)鳥無人機(jī)自主巡航飛行和地面站即時(shí)控制無人機(jī)飛行。

后續(xù)研究方向是采用垂直起降固定翼，減少場地限制和降低操作難度，增加緊急驅(qū)鳥應(yīng)變能力。