輸電桿塔鳥類智能感知與驅(qū)除研究與應(yīng)用

王健權(quán)

【關(guān)鍵詞】紅外智能探測 多波段超聲波驅(qū)鳥 智能控制系統(tǒng)

本文研究的超聲波驅(qū)鳥是一種新型的超低功耗超聲波系統(tǒng)，系統(tǒng)發(fā)出的超聲波能刺激鳥類的神經(jīng)系統(tǒng)，使鳥類自動遠(yuǎn)離超聲波覆蓋的范圍，以保護(hù)電力設(shè)備。具有安裝方便、不受時間和環(huán)境限制、覆蓋面積廣泛等優(yōu)點(diǎn)，可作用于多種種類的鳥。

1研究背景

目前國內(nèi)外在驅(qū)鳥技術(shù)方面，常用的技術(shù)有聲音驅(qū)鳥、驅(qū)鳥刺驅(qū)鳥和風(fēng)力驅(qū)動防鳥器等，具體技術(shù)如下。

1.1聲音驅(qū)鳥。聲音驅(qū)鳥是在輸電線路的安全位置安裝風(fēng)鈴、定向聲波、超聲波等聲音驅(qū)鳥設(shè)備，迫使鳥類遠(yuǎn)離輸電線路的驅(qū)鳥方法。風(fēng)鈴、定向聲波具有成本低，操作簡單的優(yōu)點(diǎn);但存在有效范圍小，技術(shù)含量低，鳥類容易產(chǎn)生適應(yīng)性等不足。

1.2驅(qū)鳥刺驅(qū)鳥。驅(qū)鳥刺由鋼絲、鋼絲槽和U 型環(huán)底座三部分組成，將鋼絲分別插入U(xiǎn)型環(huán)上方鋼槽底部，產(chǎn)品呈刺狀散開。驅(qū)鳥刺具有彈性，易彎曲，適合不同形狀的表面;且有不同的顏色可選擇，不會破壞保護(hù)物的美觀。驅(qū)鳥刺用于防止鳥在輸電線路停留或筑巢，保護(hù)其表面免受鳥糞污染，驅(qū)鳥效果好，持久，安裝簡單，費(fèi)用低，但覆蓋面低。

1.3風(fēng)力驅(qū)動防鳥器。以風(fēng)力為動力源，在風(fēng)輪上加裝反光鏡片，使風(fēng)輪在做反復(fù)運(yùn)動時利用光學(xué)反射原理在驅(qū)鳥器區(qū)域內(nèi)形成一個散光區(qū)，（但只有在黎明或黃昏的時候，那時光線比較暗，閃光才能起到最大作用），使鳥類懼光不敢靠近筑巢、棲息，具有安裝方便，費(fèi)用低，持久的優(yōu)勢，但受時間限制，且覆蓋面積低。

以上技術(shù)都存在各種不足。在輸電線路的安全位置安裝風(fēng)鈴、定向聲波等聲音驅(qū)鳥設(shè)備，有效范圍小，鳥類容易產(chǎn)生適應(yīng)性;利用驅(qū)鳥刺驅(qū)鳥、風(fēng)力驅(qū)動防鳥器等都存在覆蓋面低的問題。

2研究目的和意義

2.1研究目的

2.1.1研究鳥類自身釋放紅外波長的范圍，探尋適合高壓輸電線路環(huán)境下的鳥類探測紅外傳感器，提出一種基于紅外探測的鳥類智能檢測方案，實(shí)現(xiàn)對輸電線路區(qū)域的鳥類智能探測。

2.1.2研究能夠干擾、刺激和破壞鳥類神經(jīng)系統(tǒng)、生理系統(tǒng)的超聲波范圍，提出并實(shí)現(xiàn)一種多波段超聲驅(qū)鳥策略。此策略可以克服鳥類具有適應(yīng)單一超聲波波段的情況，確保系統(tǒng)能夠長時間具備驅(qū)鳥功能。

2.1.3設(shè)計(jì)驅(qū)鳥裝置控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對鳥類紅外探測傳感器信號的采集、分析與控制，當(dāng)鳥類紅外智能探測傳感器探測到有鳥類進(jìn)入高壓輸電線路區(qū)域時，能夠自動啟動多波段超聲驅(qū)鳥電路，發(fā)射多波段超聲波，實(shí)現(xiàn)對鳥類的驅(qū)趕。

2.2研究意義

本文提出一種輸電線路超聲波驅(qū)鳥技術(shù)，該技術(shù)利用紅外探測技術(shù)自動探測輸電桿塔周圍是否存在鳥類，當(dāng)有鳥類存在的情況下，通過超聲波發(fā)生器向架空線路周圍發(fā)射多波段的超聲，從而消除因鳥類在線路周圍筑巢、排泄而引起的線路故障。具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

3理論基礎(chǔ)

紅外探測技術(shù)在現(xiàn)代科技、國防和工農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。紅外傳感系統(tǒng)是以紅外線為介質(zhì)的測量系統(tǒng)，一個典型的傳感器系統(tǒng)各部分的實(shí)體分別是：

（1） 待測目標(biāo)（2） 大氣衰減（3） 光學(xué)接收器（4） 輻射調(diào)制器（5） 紅外探測器（紅外系統(tǒng)的核心）（6） 探測器制冷器（7）信號處理系統(tǒng)（8） 顯示設(shè)備

依照上面的流程，紅外系統(tǒng)就可以完成相應(yīng)的物理量的測量。紅外系統(tǒng)的核心是紅外探測器，按其工作原理可分為熱探測器和光子探測器兩大類。

熱探測器是利用輻射熱效應(yīng)，使探測元件接收到輻射能后引起溫度升高，進(jìn)而使探測器中依賴于溫度的性能發(fā)生變化。檢測其中某一性能的變化，便可探測出輻射。多數(shù)情況下是通過熱電變化來探測輻射的。當(dāng)元件接收輻射，引起非電量的物理變化時，可以通過適當(dāng)?shù)淖儞Q后測量相應(yīng)的電量變化。本文所述的紅外探測部分可采用熱探測器，通過觀測、記錄在輸電桿塔附近鳥類發(fā)出的特定波段的紅外線，設(shè)計(jì)專有的紅外熱探測器，實(shí)現(xiàn)對鳥類的勘測。

超聲波是一種在彈性介質(zhì)中的機(jī)械振蕩，有兩種形式：橫向振蕩（ 橫波） 及縱向振蕩（ 縱波）。在工業(yè)中應(yīng)用主要采用縱向振蕩。超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，但傳播速度不同。另外，它也有折射和反射現(xiàn)象，并且在傳播過程中有衰減。利用超聲波的特性，可做成各種超聲傳感器，配上不同的電路，制成各種超聲波驅(qū)鳥器。超聲波驅(qū)鳥正是利用一種超聲波脈沖干擾刺激和破壞鳥類神經(jīng)系統(tǒng)、生理系統(tǒng)，使其生理紊亂以達(dá)到驅(qū)鳥、滅鳥的目的。超聲波驅(qū)鳥采用的超聲波具有不能穿透障礙物、方向性強(qiáng)、衰減快等的特性，所以通常使用較大功率的驅(qū)鳥器。超聲波通過無數(shù)次的反射方式進(jìn)行傳播，形成超聲波防護(hù)網(wǎng)覆蓋整個驅(qū)鳥空間，以達(dá)到最佳驅(qū)除的效果。采用發(fā)射多波段超聲波驅(qū)鳥可克服以往鳥類可能會對單一波段的超聲波產(chǎn)生適應(yīng)性的不足，達(dá)到持續(xù)驅(qū)鳥的目的。

相關(guān)研究結(jié)果證明：在一定的空間有一定“供養(yǎng)量”，殺死一只鳥類，就會多生一只鳥類，因此“驅(qū)鳥”比“殺鳥”更具有積極意義。

4研究內(nèi)容與實(shí)施方案

4.1研究內(nèi)容

4.1.1鳥類紅外自動探測研究。研究鳥類自身釋放紅外波長的范圍，探尋適合高壓輸電線路環(huán)境下的鳥類探測紅外傳感器;根據(jù)鳥類紅外探測傳感器的工作原理，設(shè)計(jì)鳥類紅外探測電路，實(shí)現(xiàn)對探測信號的獲取、濾波和放大，為后續(xù)的信號處理和分析提供支撐。

4.1.2多波段超聲驅(qū)鳥技術(shù)研究。研究能夠干擾、刺激和破壞鳥類神經(jīng)系統(tǒng)、生理系統(tǒng)的超聲波范圍，選擇適合高壓輸電線路環(huán)境下的驅(qū)鳥超聲波發(fā)射探頭;為克服鳥類具有適應(yīng)單一超聲波波段的情況，提出一種多波段超聲驅(qū)鳥策略，確保系統(tǒng)能夠長時間具備驅(qū)鳥功能;根據(jù)驅(qū)鳥超聲波傳探頭的工作原理，設(shè)計(jì)驅(qū)鳥超聲波發(fā)射電路，實(shí)現(xiàn)對驅(qū)鳥超聲波發(fā)射探頭信號的傳輸和放大。

4.1.3驅(qū)鳥裝置控制系統(tǒng)研究。要實(shí)現(xiàn)鳥類紅外自動探測和多波段超聲驅(qū)鳥，需要設(shè)計(jì)功能強(qiáng)大的驅(qū)鳥裝置控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對鳥類紅外探測傳感器信號的采集、分析與控制，當(dāng)鳥類紅外自動探測傳感器探測到有鳥類進(jìn)入高壓輸電線路區(qū)域時，能夠自動啟動多波段超聲驅(qū)鳥電路，發(fā)射多波段超聲波，實(shí)現(xiàn)對鳥類的驅(qū)趕。

4.2實(shí)施方案

整體實(shí)施方案如圖1所示。

4.2.1鳥類紅外自動探測研究

（a）根據(jù)鳥類的生物學(xué)特性，研究鳥類自身釋放的紅外波長范圍;

（b）根據(jù)鳥類自身釋放的紅外波長范圍，探尋適合高壓輸電線路環(huán)境下的鳥類探測紅外傳感器;

（c）根據(jù)鳥類紅外探測傳感器的工作原理，設(shè)計(jì)鳥類紅外探測電路;

（d）對獲得的探測信號進(jìn)行濾波和放大。

4.2.2 多波段超聲驅(qū)鳥技術(shù)研究

（a）研究驅(qū)鳥超聲波的發(fā)射范圍，選擇適合高壓輸電線路環(huán)境下的驅(qū)鳥超聲波發(fā)射探頭;

（b）提出并實(shí)現(xiàn)一種多波段超聲驅(qū)鳥方法，確保系統(tǒng)能夠長時間具備驅(qū)鳥功能;

（c）根據(jù)驅(qū)鳥超聲波傳感器的工作原理，設(shè)計(jì)驅(qū)鳥超聲波發(fā)射電路。

4.2.3 驅(qū)鳥裝置控制系統(tǒng)研究

（a）設(shè)計(jì)驅(qū)鳥裝置控制系統(tǒng)的整體方案，實(shí)現(xiàn)鳥類紅外自動探測和多波段超聲驅(qū)鳥;

（b）驅(qū)鳥裝置控制系統(tǒng)的編程實(shí)現(xiàn)。

5經(jīng)濟(jì)效益和社會效益

當(dāng)今社會處于高速發(fā)展的時期，工業(yè)化程度越來越高，工業(yè)用地越來越多而使得鳥類的棲息地越來越少。鳥兒沒有足夠的棲息地只能改變自己的生活習(xí)性，即將鳥巢筑在輸電線路的桿塔上，因而使得鳥兒在輸電桿塔的附近活動也更加頻繁。接踵而來的各種鳥糞類、鳥巢類、鳥體短接類、鳥啄食復(fù)合絕緣子類等問題造成的鳥害導(dǎo)致輸電桿塔附近出現(xiàn)各種類似導(dǎo)致絕緣子閃絡(luò)、線路跳閘等問題，尤其超高壓遠(yuǎn)距離大容量輸送線路的鳥害事故引起的跳閘，更是嚴(yán)重的影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。而且越是發(fā)達(dá)的地區(qū)，工業(yè)化程度就越高，輸電桿塔越密集，鳥類在此筑巢的概率越大，活動范圍也越大。由此產(chǎn)生的對電網(wǎng)的危害也越大。

近年來發(fā)生的許多大型的停電、跳閘等電力事故，有好多都是由于鳥類在輸電桿塔附近頻繁活動導(dǎo)致的。由于鳥類在輸電桿塔附近活動頻繁導(dǎo)致的輸電線路的事故不僅影響了人民的正常生活、生產(chǎn)秩序，而且還會給國家和人民造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。電力系統(tǒng)對線路上鳥害防護(hù)工作的重視程度逐年提高。國家電網(wǎng)公司下發(fā)了許多文件都對防鳥害工作提出了明確的要求，明確指出要在鳥害多發(fā)地段采取防鳥措施。由此也產(chǎn)生了許多防鳥、驅(qū)鳥的方法。為了保護(hù)生物的多樣性，體現(xiàn)人與自然和諧相處的思想，本文提出這種輸電桿塔多波段超聲波驅(qū)鳥技術(shù)，可通過紅外探測技術(shù)自動探測輸電線路周圍是否存在鳥類，當(dāng)有鳥類存在的情況下，通過超聲波發(fā)生器向架空線路周圍發(fā)射多波段的超聲波，將鳥類驅(qū)散而非殺死。從而消除因鳥類在線路周圍筑巢、排泄而引起的線路故障。此技術(shù)成本低，自動化程度高，可大大降低對輸電桿塔的維護(hù)成本，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

6創(chuàng)新點(diǎn)

6.1提出一種基于紅外探測的鳥類智能檢測方案，實(shí)現(xiàn)對輸電線路區(qū)域的鳥類智能探測。

6.2提出并實(shí)現(xiàn)一種多波段超聲驅(qū)鳥策略，此策略可以克服鳥類具有適應(yīng)單一超聲波波段的情況，確保系統(tǒng)能夠長時間具備驅(qū)鳥功能。

6.3采用多波段超聲波驅(qū)鳥策略不會對鳥類產(chǎn)生傷害，保護(hù)了生物的多樣性，體現(xiàn)了人與自然和諧相處的思想。

6.4此項(xiàng)目成本低，自動化程度高，可大大降低對輸電桿塔的維護(hù)成本。

7結(jié)束語

本文提出一種采用多波段超聲驅(qū)鳥的技術(shù)，該技術(shù)利用紅外探測技術(shù)自動探測輸電線路周圍是否存在鳥類，當(dāng)有鳥類存在的情況下，通過超聲波發(fā)生器向輸電桿塔周圍發(fā)射多波段的超聲，從而驅(qū)散鳥類。該技術(shù)可以克服當(dāng)今驅(qū)鳥技術(shù)的不足，安裝方便，不受時間和環(huán)境限制，其覆蓋面積廣泛且不傷害鳥類。由上述分析可知，此技術(shù)具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。