王健權

【關鍵詞】紅外智能探測 多波段超聲波驅鳥 智能控制系統(tǒng)

本文研究的超聲波驅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)，使鳥類自動遠離超聲波覆蓋的范圍，以保護電力設備。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，可作用于多種種類的鳥。

1研究背景

目前國內外在驅鳥技術方面，常用的技術有聲音驅鳥、驅鳥刺驅鳥和風力驅動防鳥器等，具體技術如下。

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

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

1.3風力驅動防鳥器。以風力為動力源，在風輪上加裝反光鏡片，使風輪在做反復運動時利用光學反射原理在驅鳥器區(qū)域內形成一個散光區(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，費用低，持久的優(yōu)勢，但受時間限制，且覆蓋面積低。

以上技術都存在各種不足。在輸電線路的安全位置安裝風鈴、定向聲波等聲音驅鳥設備，有效范圍小，鳥類容易產(chǎn)生適應性;利用驅鳥刺驅鳥、風力驅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，提出并實現(xiàn)一種多波段超聲驅鳥策略。此策略可以克服鳥類具有適應單一超聲波波段的情況，確保系統(tǒng)能夠長時間具備驅鳥功能。

2.1.3設計驅鳥裝置控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)能夠實現(xiàn)對鳥類紅外探測傳感器信號的采集、分析與控制，當鳥類紅外智能探測傳感器探測到有鳥類進入高壓輸電線路區(qū)域時，能夠自動啟動多波段超聲驅鳥電路，發(fā)射多波段超聲波，實現(xiàn)對鳥類的驅趕。

2.2研究意義

本文提出一種輸電線路超聲波驅鳥技術，該技術利用紅外探測技術自動探測輸電桿塔周圍是否存在鳥類，當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)濟效益和社會效益。

3理論基礎

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

（1） 待測目標（2） 大氣衰減（3） 光學接收器（4） 輻射調制器（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） 顯示設備

依照上面的流程，紅外系統(tǒng)就可以完成相應的物理量的測量。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，使探測元件接收到輻射能后引起溫度升高，進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。當元件接收輻射，引起非電量的物理變化時，可以通過適當?shù)淖儞Q后測量相應的電量變化。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，設計專有的紅外熱探測器，實現(xiàn)對鳥類的勘測。

超聲波是一種在彈性介質中的機械振蕩，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，制成各種超聲波驅鳥器。超聲波驅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)，使其生理紊亂以達到驅鳥、滅鳥的目的。超聲波驅鳥采用的超聲波具有不能穿透障礙物、方向性強、衰減快等的特性，所以通常使用較大功率的驅鳥器。超聲波通過無數(shù)次的反射方式進行傳播，形成超聲波防護網(wǎng)覆蓋整個驅鳥空間，以達到最佳驅除的效果。采用發(fā)射多波段超聲波驅鳥可克服以往鳥類可能會對單一波段的超聲波產(chǎn)生適應性的不足，達到持續(xù)驅鳥的目的。

相關研究結果證明：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“驅鳥”比“殺鳥”更具有積極意義。

4研究內容與實施方案

4.1研究內容

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，設計鳥類紅外探測電路，實現(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多波段超聲驅鳥技術研究。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)境下的驅鳥超聲波發(fā)射探頭;為克服鳥類具有適應單一超聲波波段的情況，提出一種多波段超聲驅鳥策略，確保系統(tǒng)能夠長時間具備驅鳥功能;根據(jù)驅鳥超聲波傳探頭的工作原理，設計驅鳥超聲波發(fā)射電路，實現(xiàn)對驅鳥超聲波發(fā)射探頭信號的傳輸和放大。

4.1.3驅鳥裝置控制系統(tǒng)研究。要實現(xiàn)鳥類紅外自動探測和多波段超聲驅鳥，需要設計功能強大的驅鳥裝置控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)能夠實現(xiàn)對鳥類紅外探測傳感器信號的采集、分析與控制，當鳥類紅外自動探測傳感器探測到有鳥類進入高壓輸電線路區(qū)域時，能夠自動啟動多波段超聲驅鳥電路，發(fā)射多波段超聲波，實現(xiàn)對鳥類的驅趕。

4.2實施方案

整體實施方案如圖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，設計鳥類紅外探測電路;

（d）對獲得的探測信號進行濾波和放大。

4.2.2 多波段超聲驅鳥技術研究

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

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

（c）根據(jù)驅鳥超聲波傳感器的工作原理，設計驅鳥超聲波發(fā)射電路。

4.2.3 驅鳥裝置控制系統(tǒng)研究

（a）設計驅鳥裝置控制系統(tǒng)的整體方案，實現(xiàn)鳥類紅外自動探測和多波段超聲驅鳥;

（b）驅鳥裝置控制系統(tǒng)的編程實現(xiàn)。

5經(jīng)濟效益和社會效益

當今社會處于高速發(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、鳥啄食復合絕緣子類等問題造成的鳥害導致輸電桿塔附近出現(xiàn)各種類似導致絕緣子閃絡、線路跳閘等問題，尤其超高壓遠距離大容量輸送線路的鳥害事故引起的跳閘，更是嚴重的影響電網(wǎng)的安全運行。而且越是發(fā)達的地區(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致的。由于鳥類在輸電桿塔附近活動頻繁導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)濟損失。電力系統(tǒng)對線路上鳥害防護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、驅鳥的方法。為了保護生物的多樣性，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鳥技術，可通過紅外探測技術自動探測輸電線路周圍是否存在鳥類，當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。此技術成本低，自動化程度高，可大大降低對輸電桿塔的維護成本，具有很好的經(jīng)濟效益和社會效益。

6創(chuàng)新點

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

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

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

6.4此項目成本低，自動化程度高，可大大降低對輸電桿塔的維護成本。

7結束語

本文提出一種采用多波段超聲驅鳥的技術，該技術利用紅外探測技術自動探測輸電線路周圍是否存在鳥類，當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，從而驅散鳥類。該技術可以克服當今驅鳥技術的不足，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，此技術具有很好的經(jīng)濟效益和社會效益。