小型無人機在機場驅鳥工作中的應用

王曉偉+李偉+王琦

摘 要：通過對機場驅鳥任務的研究分析發(fā)現，現有驅鳥工具難以達到高空和圍欄外。通過將智能小型無人機系統(tǒng)和現有的超聲波驅鳥技術有機結合，實現無人機驅鳥方式，彌補現有驅鳥設備的不足，減少驅鳥盲點。

關鍵詞：小型無人機；超聲波驅鳥；無人機驅鳥

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

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

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

運用無人機開展驅鳥活動，可有效減少空中驅鳥盲區(qū)，進而可有效彌補傳統(tǒng)地面驅鳥設備的不足，成為一種強有力的新興驅鳥手段。隨著無人機系統(tǒng)在智能化、可靠性上的提升，將智能無人機與傳統(tǒng)驅鳥手段相結合對機場低空領域實施驅鳥活動，將擴展驅鳥空間，減少驅鳥盲點，為低空驅鳥這一難題的解決提供一條有效路徑。

1 驅鳥方式分析

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

無人機可按照機場空域要求通過遙控或預編程方式進行固定航線的巡邏飛行，機載的便攜式驅鳥設備將在指定區(qū)域進行執(zhí)行相關驅趕操作，驅趕手段可包括音頻、激光、驅鳥彈等。由于無人機平臺具備機動性強、范圍廣、效率高、快速響應，平衡相矛盾。

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

本文將目標定位為飛機快速機動跟蹤鳥群，通過超聲波等方式對鳥類造成非致命傷害，同時語音器形成條件反射，以此實現驅鳥目的。

2 無人機驅鳥方式的實現

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

用于驅鳥任務的無人機在執(zhí)行任務時飛行高度大約200-300米，要求飛行穩(wěn)定，失速性好，操控性強，通信能力強，飛機重量小、成本低、機動靈活，裝備有自駕儀，具備驅鳥任務規(guī)劃所要求的自主飛行控制技術。

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

鳥類活動范圍大，活動不規(guī)律，要求的操作時間長，因此需要自主飛行的任務規(guī)劃來代替手動飛行，減輕操作手的勞動強度，增加飛行穩(wěn)定性，并隨時通過自駕儀切換或地面站操作即時控制無人機的作業(yè)區(qū)域。

無人機驅鳥的工作流程是：

3 驅鳥效果試驗

在空中試驗中飛機快速機動跟蹤鳥群，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，驅鳥效果比較明顯，遠比地面驅鳥車效果好，且驅鳥范圍更大，能夠直接驅趕圍欄外起降航線上的鳥群。

鳥情監(jiān)控可以通過無人機攜帶的圖傳相機直接監(jiān)視，效果遠比地面人員監(jiān)控更簡便和清晰，大大降低了觀察員的勞動強度。無人機驅鳥區(qū)域并不固定，一旦發(fā)現鳥類趨近，可以通過自駕儀及時修改航線規(guī)劃，使無人機及時驅趕鳥群。

表一是兩種驅鳥方式的綜合對比結果。

4 結論

本文形成了一套完整的空中無人機驅鳥的理論方案，即飛機快速機動跟蹤鳥群，通過超聲波等方式對鳥類造成非致命傷害，同時語音器形成條件反射，以此實現驅鳥目的。并通過空中試驗完成了初步驗證，實現了驅鳥無人機自主巡航飛行和地面站即時控制無人機飛行。

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，增加緊急驅鳥應變能力。