小型无人机在机场驱鸟工作中的应用

王晓伟+李伟+王琦

摘 要：通过对机场驱鸟任务的研究分析发现，现有驱鸟工具难以达到高空和围栏外。通过将智能小型无人机系统和现有的超声波驱鸟技术有机结合，实现无人机驱鸟方式，弥补现有驱鸟设备的不足，减少驱鸟盲点。

关键词：小型无人机；超声波驱鸟；无人机驱鸟

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

鸟撞作为一种多发性、危险性事件，不仅造成巨大的经济损失和人员伤亡，而且严重地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、着陆和低空、超低空飞行阶段。一旦发生鸟撞，轻则造成一定的经济损失，重则机毁人亡。

传统的地面驱鸟设备有效工作高度为80m。飞机在起飞、着陆、低空飞行阶段多处于200m的进场高度层。因此，在80m以上、200m以下的高度层内，以及机场围栏外的区域，传统地面驱鸟设备无法有效驱除鸟类。市场迫切需要一种新的驱鸟工具来满足机场试飞的要求。

运用无人机开展驱鸟活动，可有效减少空中驱鸟盲区，进而可有效弥补传统地面驱鸟设备的不足，成为一种强有力的新兴驱鸟手段。随着无人机系统在智能化、可靠性上的提升，将智能无人机与传统驱鸟手段相结合对机场低空领域实施驱鸟活动，将扩展驱鸟空间，减少驱鸟盲点，为低空驱鸟这一难题的解决提供一条有效路径。

1 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，可令鳥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。

本文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。

2 无人机驱鸟方式的实现

无人机驱鸟空中试验是将超声波和语音喇叭通过线缆连接，安装在机翼下方，在飞行过程中开启并寻找鸟群。系统主要包括无人机平台，地面站，机载驱鸟器等。

用于驱鸟任务的无人机在执行任务时飞行高度大约200-300米，要求飞行稳定，失速性好，操控性强，通信能力强，飞机重量小、成本低、机动灵活，装备有自驾仪，具备驱鸟任务规划所要求的自主飞行控制技术。

小型无人机载重仅有5kg左右，而常见的超声波驱鸟设备重量都在5kg-50kg之间，重量较小的驱鸟设备功率都比较低，因此需要对高功率的驱鸟设备进行改装减重，适用于无人机上。

鸟类活动范围大，活动不规律，要求的操作时间长，因此需要自主飞行的任务规划来代替手动飞行，减轻操作手的劳动强度，增加飞行稳定性，并随时通过自驾仪切换或地面站操作即时控制无人机的作业区域。

无人机驱鸟的工作流程是：

3 驱鸟效果试验

在空中试验中飞机快速机动跟踪鸟群，爆鸣发生器声音对鸟类形成直接听觉刺激，无人机形成视觉刺激，再通过超声波等方式对鸟类造成非致命伤害，形成条件反射的要求，驱鸟效果比较明显，远比地面驱鸟车效果好，且驱鸟范围更大，能够直接驱赶围栏外起降航线上的鸟群。

鸟情监控可以通过无人机携带的图传相机直接监视，效果远比地面人员监控更简便和清晰，大大降低了观察员的劳动强度。无人机驱鸟区域并不固定，一旦发现鸟类趋近，可以通过自驾仪及时修改航线规划，使无人机及时驱赶鸟群。

表一是两种驱鸟方式的综合对比结果。

4 结论

本文形成了一套完整的空中无人机驱鸟的理论方案，即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。并通过空中试验完成了初步验证，实现了驱鸟无人机自主巡航飞行和地面站即时控制无人机飞行。

后续研究方向是采用垂直起降固定翼，减少场地限制和降低操作难度，增加紧急驱鸟应变能力。