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

毛海诺

内蒙古自治区民航机场集团有限责任公司呼和浩特分公司 内蒙呼和浩特010010

摘要：鸟撞作为一种多发的危险事件，不仅造成巨大的经济损失和人员伤亡，还严重干扰了民航航线的正常飞行。据统计，80%以上的鸟撞事故发生在飞机起飞、降落和低空、超低空飞行过程中。一旦发生鸟击，会造成一定的经济损失，甚至飞机坠毁，人员死亡。传统地面驱鸟设备的有效工作高度为80m。在起飞、着陆和低空飞行过程中，飞机大部分处于200米的进近高度。因此，传统的地面驱鸟设备无法有效驱赶80m以上、200m以下高度层以及机场围栏外区域的鸟类。市场迫切需要一种新的驱鸟工具来满足机场试飞的要求。利用无人机驱鸟可以有效减少空中驱鸟盲区，从而有效弥补传统地面驱鸟设备的不足，成为一种强有力的驱鸟新手段。随着无人机系统智能化和可靠性的提高，将智能无人机与传统驱鸟手段相结合，在机场低空区域开展驱鸟活动，将扩大驱鸟空间，减少驱鸟盲区，为解决低空驱鸟难问题提供有效路径。

关键词：无人机；驱鸟；产品设计；

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， 从当下热门的无人机角度出发来提高机场的驱鸟效率。

一、驱鸟方式分析

国外用无人机执行驱鸟任务开始于1980年，主要应用于机场区域，经过验证，逐步应用于农田、林地、渔场区域。传统的驱鸟方法主要集中于地面，而无人机驱鸟则是在一定的飞行高度上，经过实践检验，该方法用于驱除机场区域上空的鸟类十分奏效。至今，该方法仍在一些军民用机场应用，如美国密苏里州的惠特曼空军基地。该基地将无人机作为驱除大型鸟类和猛禽的主要方法，辅助保障机场净空条件。国内用无人机执行驱鸟任务起始于2000年前后，至今应用并不广泛，主要在少数军用机场使用。在相关的应用研究方面，哈尔滨工业大学、中科院沈阳自动化研究所走在前列。无人机可按照机场空域要求通过遥控或预编程方式进行固定航线的巡逻飞行，机载的便携式驱鸟设备将在指定区域进行执行相关驱赶操作，驱赶手段可包括音频、激光、驱鸟弹等。由于无人机平台具备机动性强、范围广、效率高、快速响应，平衡相矛盾。超声波驱鸟器会对鸟类身体造成一定的影响，令其产生不舒服、恶心等反应，但并不致命。配合语音驱鸟器，长期使用，可令鸟类对语音驱鸟器产生条件反射，对语音驱鸟器产生恐惧，从而达到驱鸟效果。超声波驱鸟器作用半径一般在15米左右，因此需要趋近鸟类才能产生效果。将目标定位为飞机快速机动跟踪鸟群，通过超声波等方式对鸟类造成非致命伤害，同时语音器形成条件反射，以此实现驱鸟目的。

二、驱鸟设备选择

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，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.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。

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。

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驱逐。

5.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，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，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。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。

总之，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。

参考文献：

[1]曹登伟.小型无人机在机场驱鸟的研究.2019.

[2]刘庆菊,浅谈有关小型无人机在机场驱鸟的研究.2021.