输电杆塔鸟类智能感知与驱除研究与应用

王健权

【关键词】红外智能探测 多波段超声波驱鸟 智能控制系统

本文研究的超声波驱鸟是一种新型的超低功耗超声波系统，系统发出的超声波能刺激鸟类的神经系统，使鸟类自动远离超声波覆盖的范围，以保护电力设备。具有安装方便、不受时间和环境限制、覆盖面积广泛等优点，可作用于多种种类的鸟。

1研究背景

目前国内外在驱鸟技术方面，常用的技术有声音驱鸟、驱鸟刺驱鸟和风力驱动防鸟器等，具体技术如下。

1.1声音驱鸟。声音驱鸟是在输电线路的安全位置安装风铃、定向声波、超声波等声音驱鸟设备，迫使鸟类远离输电线路的驱鸟方法。风铃、定向声波具有成本低，操作简单的优点;但存在有效范围小，技术含量低，鸟类容易产生适应性等不足。

1.2驱鸟刺驱鸟。驱鸟刺由钢丝、钢丝槽和U 型环底座三部分組成，将钢丝分别插入U型环上方钢槽底部，产品呈刺状散开。驱鸟刺具有弹性，易弯曲，适合不同形状的表面;且有不同的颜色可选择，不会破坏保护物的美观。驱鸟刺用于防止鸟在输电线路停留或筑巢，保护其表面免受鸟粪污染，驱鸟效果好，持久，安装简单，费用低，但覆盖面低。

1.3风力驱动防鸟器。以风力为动力源，在风轮上加装反光镜片，使风轮在做反复运动时利用光学反射原理在驱鸟器区域内形成一个散光区，（但只有在黎明或黄昏的时候，那时光线比较暗，闪光才能起到最大作用），使鸟类惧光不敢靠近筑巢、栖息，具有安装方便，费用低，持久的优势，但受时间限制，且覆盖面积低。

以上技术都存在各种不足。在输电线路的安全位置安装风铃、定向声波等声音驱鸟设备，有效范围小，鸟类容易产生适应性;利用驱鸟刺驱鸟、风力驱动防鸟器等都存在覆盖面低的问题。

2研究目的和意义

2.1研究目的

2.1.1研究鸟类自身释放红外波长的范围，探寻适合高压输电线路环境下的鸟类探测红外传感器，提出一种基于红外探测的鸟类智能检测方案，实现对输电线路区域的鸟类智能探测。

2.1.2研究能够干扰、刺激和破坏鸟类神经系统、生理系统的超声波范围，提出并实现一种多波段超声驱鸟策略。此策略可以克服鸟类具有适应单一超声波波段的情况，确保系统能够长时间具备驱鸟功能。

2.1.3设计驱鸟装置控制系统，该控制系统能够实现对鸟类红外探测传感器信号的采集、分析与控制，当鸟类红外智能探测传感器探测到有鸟类进入高压输电线路区域时，能够自动启动多波段超声驱鸟电路，发射多波段超声波，实现对鸟类的驱赶。

2.2研究意义

本文提出一种输电线路超声波驱鸟技术，该技术利用红外探测技术自动探测输电杆塔周围是否存在鸟类，当有鸟类存在的情况下，通过超声波发生器向架空线路周围发射多波段的超声，从而消除因鸟类在线路周围筑巢、排泄而引起的线路故障。具有很好的经济效益和社会效益。

3理论基础

红外探测技术在现代科技、国防和工农业等领域获得了广泛的应用。红外传感系统是以红外线为介质的测量系统，一个典型的传感器系统各部分的实体分别是：

（1） 待测目标（2） 大气衰减（3） 光学接收器（4） 辐射调制器（5） 红外探测器（红外系统的核心）（6） 探测器制冷器（7）信号处理系统（8） 显示设备

依照上面的流程，红外系统就可以完成相应的物理量的测量。红外系统的核心是红外探测器，按其工作原理可分为热探测器和光子探测器两大类。

热探测器是利用辐射热效应，使探测元件接收到辐射能后引起温度升高，进而使探测器中依赖于温度的性能发生变化。检测其中某一性能的变化，便可探测出辐射。多数情况下是通过热电变化来探测辐射的。当元件接收辐射，引起非电量的物理变化时，可以通过适当的变换后测量相应的电量变化。本文所述的红外探测部分可采用热探测器，通过观测、记录在输电杆塔附近鸟类发出的特定波段的红外线，设计专有的红外热探测器，实现对鸟类的勘测。

超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，有两种形式：横向振荡（ 横波） 及纵向振荡（ 纵波）。在工业中应用主要采用纵向振荡。超声波可以在气体、液体及固体中传播，但传播速度不同。另外，它也有折射和反射现象，并且在传播过程中有衰减。利用超声波的特性，可做成各种超声传感器，配上不同的电路，制成各种超声波驱鸟器。超声波驱鸟正是利用一种超声波脉冲干扰刺激和破坏鸟类神经系统、生理系统，使其生理紊乱以达到驱鸟、灭鸟的目的。超声波驱鸟采用的超声波具有不能穿透障碍物、方向性强、衰减快等的特性，所以通常使用较大功率的驱鸟器。超声波通过无数次的反射方式进行传播，形成超声波防护网覆盖整个驱鸟空间，以达到最佳驱除的效果。采用发射多波段超声波驱鸟可克服以往鸟类可能会对单一波段的超声波产生适应性的不足，达到持续驱鸟的目的。

相关研究结果证明：在一定的空间有一定“供养量”，杀死一只鸟类，就会多生一只鸟类，因此“驱鸟”比“杀鸟”更具有积极意义。

4研究内容与实施方案

4.1研究内容

4.1.1鸟类红外自动探测研究。研究鸟类自身释放红外波长的范围，探寻适合高压输电线路环境下的鸟类探测红外传感器;根据鸟类红外探测传感器的工作原理，设计鸟类红外探测电路，实现对探测信号的获取、滤波和放大，为后续的信号处理和分析提供支撑。

4.1.2多波段超声驱鸟技术研究。研究能够干扰、刺激和破坏鸟类神经系统、生理系统的超声波范围，选择适合高压输电线路环境下的驱鸟超声波发射探头;为克服鸟类具有适应单一超声波波段的情况，提出一种多波段超声驱鸟策略，确保系统能够长时间具备驱鸟功能;根据驱鸟超声波传探头的工作原理，设计驱鸟超声波发射电路，实现对驱鸟超声波发射探头信号的传输和放大。

4.1.3驱鸟装置控制系统研究。要实现鸟类红外自动探测和多波段超声驱鸟，需要设计功能强大的驱鸟装置控制系统。该控制系统能够实现对鸟类红外探测传感器信号的采集、分析与控制，当鸟类红外自动探测传感器探测到有鸟类进入高压输电线路区域时，能够自动启动多波段超声驱鸟电路，发射多波段超声波，实现对鸟类的驱赶。

4.2实施方案

整体实施方案如图1所示。

4.2.1鸟类红外自动探测研究

（a）根据鸟类的生物学特性，研究鸟类自身释放的红外波长范围;

（b）根据鸟类自身释放的红外波长范围，探寻适合高压输电线路环境下的鸟类探测红外传感器;

（c）根据鸟类红外探测传感器的工作原理，设计鸟类红外探测电路;

（d）对获得的探测信号进行滤波和放大。

4.2.2 多波段超声驱鸟技术研究

（a）研究驱鸟超声波的发射范围，选择适合高压输电线路环境下的驱鸟超声波发射探头;

（b）提出并实现一种多波段超声驱鸟方法，确保系统能够长时间具备驱鸟功能;

（c）根据驱鸟超声波传感器的工作原理，设计驱鸟超声波发射电路。

4.2.3 驱鸟装置控制系统研究

（a）设计驱鸟装置控制系统的整体方案，实现鸟类红外自动探测和多波段超声驱鸟;

（b）驱鸟装置控制系统的编程实现。

5经济效益和社会效益

当今社会处于高速发展的时期，工业化程度越来越高，工业用地越来越多而使得鸟类的栖息地越来越少。鸟儿没有足够的栖息地只能改变自己的生活习性，即将鸟巢筑在输电线路的杆塔上，因而使得鸟儿在输电杆塔的附近活动也更加频繁。接踵而来的各种鸟粪类、鸟巢类、鸟体短接类、鸟啄食复合绝缘子类等问题造成的鸟害导致输电杆塔附近出现各种类似导致绝缘子闪络、线路跳闸等问题，尤其超高压远距离大容量输送线路的鸟害事故引起的跳闸，更是严重的影响电网的安全运行。而且越是发达的地区，工业化程度就越高，输电杆塔越密集，鸟类在此筑巢的概率越大，活动范围也越大。由此产生的对电网的危害也越大。

近年来发生的许多大型的停电、跳闸等电力事故，有好多都是由于鸟类在输电杆塔附近频繁活动导致的。由于鸟类在输电杆塔附近活动频繁导致的输电线路的事故不仅影响了人民的正常生活、生产秩序，而且还会给国家和人民造成巨大的经济损失。电力系统对线路上鸟害防护工作的重视程度逐年提高。国家电网公司下发了许多文件都对防鸟害工作提出了明确的要求，明确指出要在鸟害多发地段采取防鸟措施。由此也产生了许多防鸟、驱鸟的方法。为了保护生物的多样性，体现人与自然和谐相处的思想，本文提出这种输电杆塔多波段超声波驱鸟技术，可通过红外探测技术自动探测输电线路周围是否存在鸟类，当有鸟类存在的情况下，通过超声波发生器向架空线路周围发射多波段的超声波，将鸟类驱散而非杀死。从而消除因鸟类在线路周围筑巢、排泄而引起的线路故障。此技术成本低，自动化程度高，可大大降低对输电杆塔的维护成本，具有很好的经济效益和社会效益。

6创新点

6.1提出一种基于红外探测的鸟类智能检测方案，实現对输电线路区域的鸟类智能探测。

6.2提出并实现一种多波段超声驱鸟策略，此策略可以克服鸟类具有适应单一超声波波段的情况，确保系统能够长时间具备驱鸟功能。

6.3采用多波段超声波驱鸟策略不会对鸟类产生伤害，保护了生物的多样性，体现了人与自然和谐相处的思想。

6.4此项目成本低，自动化程度高，可大大降低对输电杆塔的维护成本。

7结束语

本文提出一种采用多波段超声驱鸟的技术，该技术利用红外探测技术自动探测输电线路周围是否存在鸟类，当有鸟类存在的情况下，通过超声波发生器向输电杆塔周围发射多波段的超声，从而驱散鸟类。该技术可以克服当今驱鸟技术的不足，安装方便，不受时间和环境限制，其覆盖面积广泛且不伤害鸟类。由上述分析可知，此技术具有很好的经济效益和社会效益。