無人機(jī)在民航鳥擊防范中的應(yīng)用

(中國(guó)民航大學(xué)機(jī)場(chǎng)學(xué)院　天津　300300)

前言

民航運(yùn)輸蓬勃發(fā)展，由此帶來的民航飛行器與鳥類爭(zhēng)奪空域資源問題日益嚴(yán)重，尤其是在飛機(jī)進(jìn)近著陸、起飛過程中飛鳥與航空器相撞或被吸入發(fā)動(dòng)機(jī)，導(dǎo)致航空器損壞，以致航班延誤、迫降甚至嚴(yán)重事故。而且現(xiàn)在客機(jī)向著發(fā)動(dòng)機(jī)高涵道比和寬體式客機(jī)方向發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口更大，更容易發(fā)生鳥擊，鳥擊引起的經(jīng)濟(jì)損失也將更大。

隨著無人機(jī)技術(shù)的成熟，把驅(qū)鳥設(shè)備安裝在無人機(jī)上，充分利用無人機(jī)操作靈活、可達(dá)高度高等特點(diǎn)，與傳統(tǒng)驅(qū)鳥技術(shù)形成互補(bǔ)，形成全方位、立體式的驅(qū)鳥方式。機(jī)場(chǎng)結(jié)合自身情況，建立無人機(jī)驅(qū)鳥系統(tǒng)，可大大降低鳥擊的事故率。

一、鳥擊的危害

鳥類活動(dòng)性強(qiáng)，且存在規(guī)模性的遷徙行為。從1912年第一例鳥擊事故導(dǎo)致飛行員喪生至今，鳥類與飛行器的沖突一直沒有很好地解決。歷史上因?yàn)轼B擊導(dǎo)致的機(jī)毀人亡的慘劇不勝枚舉。

我國(guó)因鳥擊導(dǎo)致的空難也很多，據(jù)中國(guó)民用航空局機(jī)場(chǎng)司發(fā)布的報(bào)告，中國(guó)2015年統(tǒng)計(jì)到鳥擊3816起，構(gòu)成事故征候185起，數(shù)量維持在一個(gè)較高的水平，造成經(jīng)濟(jì)損失約11963.2萬元人民幣。根據(jù)海因里奇法則，一件重大災(zāi)難的背后，平均有29件次輕度災(zāi)害，300次有驚無險(xiǎn)的經(jīng)歷，考慮到鳥擊數(shù)量的增長(zhǎng)，推測(cè)未來一段時(shí)間內(nèi)因鳥擊發(fā)生重大災(zāi)難的可能性很高，所以防范鳥擊刻不容緩。

二、無人機(jī)驅(qū)鳥方式分析

(一)鳥類習(xí)性與無人機(jī)驅(qū)鳥機(jī)理

鳥的種類很多，多有群居特性，高低空都有分布，機(jī)場(chǎng)周邊的水、草等對(duì)鳥形成吸引，容易在機(jī)場(chǎng)周邊筑巢。鳥類活動(dòng)隨時(shí)間、季節(jié)而變，跟鳥類繁殖和食物資源有關(guān)。4、5月份機(jī)場(chǎng)周邊的早春植物種子成熟，食物資源豐富，吸引鳥類到飛行區(qū)，導(dǎo)致鳥擊事件頻繁。8、9月份白天幼鳥活動(dòng)頻繁，幼鳥缺乏對(duì)飛行器威脅的認(rèn)識(shí)和缺少成功躲避飛行器的經(jīng)驗(yàn)，容易闖入飛行區(qū)與飛機(jī)相撞。處在鳥類遷徙路線上的機(jī)場(chǎng)，也會(huì)在特定月份出現(xiàn)不同的鳥類。

鳥類非常聰明，容易對(duì)機(jī)場(chǎng)某些地面驅(qū)鳥設(shè)備形成習(xí)慣，忽略其存在，所以驅(qū)鳥方式不能過于單一。鳥類像人類一樣會(huì)對(duì)同伴的哀鳴聲和天敵的叫聲產(chǎn)生一種恐懼心理，會(huì)感到痛苦和驚慌，并且會(huì)形成條件反射，自動(dòng)逃離這個(gè)危險(xiǎn)的環(huán)境。

(二)無人機(jī)驅(qū)鳥方式

傳統(tǒng)驅(qū)鳥方式主要集中在地面，在應(yīng)對(duì)鳥群時(shí)反映較慢，且移動(dòng)不靈活，無法隨時(shí)監(jiān)控鳥群。例如，1997年9月22日下午3時(shí)許，北京首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)東跑道的上空聚集了1000多只大雁和烏鴉，并在盤旋嬉戲。經(jīng)過駐場(chǎng)部隊(duì)2個(gè)多小時(shí)的鳴槍驅(qū)趕，鳥群才飛走。造成當(dāng)日16個(gè)航班被迫延誤，2000多名旅客無奈滯留。無人機(jī)則可以離開地面達(dá)到飛行高度，可對(duì)鳥群實(shí)施定向驅(qū)趕，并能夠隨鳥群移動(dòng)，確保鳥群遠(yuǎn)離機(jī)場(chǎng)凈空區(qū)。

國(guó)內(nèi)在2000年開始用無人機(jī)執(zhí)行驅(qū)鳥任務(wù)，但是技術(shù)不成熟，應(yīng)用并不廣泛，現(xiàn)在無人機(jī)技術(shù)已相當(dāng)成熟，常見的有4軸無人機(jī)。目前在民用方面應(yīng)用于航拍、農(nóng)業(yè)、植保、微型自拍、快遞運(yùn)輸、災(zāi)難救援、觀察野生動(dòng)物、監(jiān)控傳染病、測(cè)繪、新聞報(bào)道、電力巡檢、救災(zāi)、影視拍攝等等領(lǐng)域。無人機(jī)可按照機(jī)場(chǎng)空域通過遙控或預(yù)編程方式進(jìn)行固定航線的巡邏飛行，或者由車載計(jì)算機(jī)完全地或間歇地自主地操作，將便攜的驅(qū)鳥設(shè)備安裝在無人機(jī)上，包括音頻、激光、驅(qū)鳥彈等。

為了達(dá)到良好的驅(qū)鳥效果，使鳥類對(duì)無人機(jī)產(chǎn)生一種恐懼的條件反射，達(dá)到自動(dòng)遠(yuǎn)離無人機(jī)的效果，可以使用超聲波驅(qū)鳥器配合語音驅(qū)鳥器，發(fā)送超聲波，播放猛禽的叫聲或同類的哀鳴聲。超聲波可以對(duì)距離無人機(jī)半徑15米內(nèi)的鳥產(chǎn)生生理上的傷害，但又不會(huì)致命，再加上聲音對(duì)鳥類心理的恐懼影響，能有效驅(qū)趕機(jī)場(chǎng)空域內(nèi)的鳥類。因?yàn)榭咳肆o法做到長(zhǎng)時(shí)間、大范圍地監(jiān)控鳥情，應(yīng)用無人機(jī)起飛迅速、反應(yīng)靈活的特點(diǎn)，不僅可以對(duì)機(jī)場(chǎng)圍界內(nèi)的鳥情進(jìn)行監(jiān)控還可以越過機(jī)場(chǎng)圍界，實(shí)時(shí)傳回視頻資料。

三、無人機(jī)驅(qū)鳥的實(shí)現(xiàn)

在機(jī)場(chǎng)建立無人機(jī)驅(qū)鳥系統(tǒng)，選取適當(dāng)類型的無人機(jī)進(jìn)行改造，要求有較高的載重能力，并有較長(zhǎng)的工作時(shí)間，工作任務(wù)的高度約在200-300米，有良好的穩(wěn)定性和通信能力，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)。因?yàn)橐话愕某暡?qū)鳥設(shè)備重量在5-50kg之間，重量越重，功率越大，驅(qū)鳥效果越好，所以要對(duì)高功率的超聲波驅(qū)鳥設(shè)備進(jìn)行減重處理，使之適于在無人機(jī)上工作。

機(jī)場(chǎng)要有地面保障部門，提供無人機(jī)維修保養(yǎng)的保障。對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行無人機(jī)駕駛的培訓(xùn)，并有工作站供他們操作，有設(shè)備記錄驅(qū)鳥的操作記錄。無人機(jī)驅(qū)鳥系統(tǒng)組成圖如下：

圖一　無人機(jī)驅(qū)鳥系統(tǒng)組成圖

因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間不間斷的驅(qū)鳥工作非常重要，而長(zhǎng)時(shí)間操作無人機(jī)勢(shì)必會(huì)引起人員疲勞，容易導(dǎo)致操作失誤，所以需要自主飛行的任務(wù)規(guī)劃來代替手動(dòng)飛行，以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。無人機(jī)驅(qū)鳥工作流程是：起飛前檢查、起飛、按路線巡邏、地面站監(jiān)控鳥情、發(fā)現(xiàn)并處置鳥情、降落回場(chǎng)、設(shè)備保養(yǎng)、反饋并修改路線等。

四、結(jié)論

無人機(jī)驅(qū)鳥有很多優(yōu)勢(shì)，驅(qū)鳥范圍填補(bǔ)了傳統(tǒng)驅(qū)鳥的漏洞，范圍更廣、高度更高；無人機(jī)工作時(shí)處于移動(dòng)狀態(tài)，為人操作時(shí)的飛行路線符合邏輯，且驅(qū)鳥意圖明顯，使鳥類感覺到受到威脅，避免了傳統(tǒng)驅(qū)鳥設(shè)備呆板的原地工作，對(duì)鳥類形成天敵效應(yīng)；勞動(dòng)強(qiáng)度低，驅(qū)鳥反應(yīng)快等。但是與傳統(tǒng)驅(qū)鳥方式相比，它的成本更高，維護(hù)操作復(fù)雜，有一定危險(xiǎn)性，不排除驅(qū)鳥過程中意外發(fā)生。

總之，無人機(jī)驅(qū)鳥是未來的一種發(fā)展方向，雖然無人機(jī)黑飛使航班迫降，給民航業(yè)造成損失，但是利用其優(yōu)點(diǎn)，同樣可以造福中國(guó)民航事業(yè)。