研制智能激光驱鸟装置

1、研制智能激光驱鸟装置摘要：近年来，随着人类活动范围的不断扩大，适合鸟类生活、栖息、繁衍的自然环境大幅度减少。在此情况下，大量鸟类开始在机场、输电铁塔、变电站、高压塔杆等地生活、栖息、筑巢和繁衍，造成了以航空、电力为代表的各行业极大的安全隐患和损失，如 19952005 年鸟撞事件造成的航空事故超过 6 万例， 仅美国民航方面因鸟撞造成的直接经济损失每年就超过 600 万美元。本文分析了鸟类危害的成因，并分析了激光驱鸟的原理，最后介绍了研制的一种可自动进行鸟类活动监控与驱赶的新型激光驱鸟装置。关键词：智能；激光驱鸟；驱鸟装置引言美国 IEEE（电气电子工程师协会）1990 年的调查报告显示，输电

2、线路的故障近 25%与鸟有关。皖南地区属亚热带季风气候，气候温暖，雨水充沛，湖泊众多，鸟类品种和数量繁多。近年来，随着输电线路的不断增多和生态环境的逐步改善，鸟类活动对输电线路的危害呈上升趋势，由此造成的损失也越来越大，因此总结输电线路附近鸟类的活动规律和积极开展鸟害防治工作对输电线路的安全运行有着十分重要的意义。鸟害成因分析第一，体型较大的鸟类或鸟类争斗时飞行在导线间可能造成相间短路或者单相接地故障。第二，鸟类在繁殖季节喜欢在铁塔上筑巢，其筑巢材料有树枝、枯藤、废棉线，甚至还有铁丝。这些材料下落可能短接几片瓷瓶，从而引起线路跳闸。第三，鸟粪污染绝缘子串，在空气潮湿、大雾时，易发生闪络；鸟粪沿

3、绝缘子串下流时容易造成单相接地，或者鸟粪随风吹向带电体造成空气间隙击穿，引起故障。第四，鸟啄复合绝缘子使端部芯棒大面积暴露而导致端部密封破坏，甚至导致掉串。第五，鸟巢吸引蛇类或其他以鸟为食的动物爬上杆塔、设备，形成以导线经蛇体、猫等构成接地回路，当猛禽（乌鸦、老鹰等）在导线上方的横担部位食用小动物时，被食用的小动物的肠子等内脏流出，全部或部分短接线路绝缘子，形成单相接地或两项短路，造成设备故障。第六，鸟落在杆塔横担或在杆塔附近飞翔时，其排泄物呈流体状并且部分桥接了导体与杆塔之间的绝缘而导致闪络。鸟害造成闪络多数沿绝缘子串，约占 75%；沿空气闪络约占 25%。沿绝缘子串闪络是由于鸟类粪便顺着绝

4、缘子串造成的单相接地，沿空气闪络多数是由于风吹鸟粪，使鸟粪对横担与带电体放电闪络。另外，当鸟粪积累到一定数量后， 在潮湿的情况下也会发生闪络。鸟害故障具有继发性，某处故障会在同一天或者相隔几天再次甚至是多次发生。激光驱鸟原理有一种改进型的驱鸟设备是激光驱鸟器，这是近年来新设计的一种驱鸟方法， 其原理就是利用鸟类对波长为 532 纳米的绿光极为的敏感，通过激光器发出这个波长的绿光，从而达到驱鸟的效果。激光驱鸟法是一种较为智能化的驱鸟设备， 能够利用太阳能电池板对其进行供电，需要安装在整个电力设备最高的地方，并 且一个电力设备仅仅需要一个激光驱鸟器就够了。其能够对鸟类进行监测，当发 现有鸟类落在电

5、力设备上时，就会启动激光设备，通过扩等设备将激光扩散成覆 盖范围较大的光束，然后对鸟类落在的地方进行扫描，对鸟类进行刺激，达到驱 鸟的目的。装置还可以去根据天气等外部状况自行去调节输出的功率和进行扫描 的时间等。设备主要由 5 个方面构成，其一就是激光发射装置，激光发射装置就是发射波长为 532nm 的绿光的设备，主要由激光器和光学扩束模块组成，需要人们去定期地进行保养，确保设备能够长期稳定地发射出固定的光源。其二是扫描部分，扫描装置就是负责让激光能够对变电站全部区域进行扫描的设备，主要由俯仰电机、方位电机和控制电路组成，控制电路能够控制激光扫描的方位，并且还对电机起到一个保护的作用。其三是显

6、示控制器，显示控制器能够将激光驱鸟器中各种主要的参数进行显示，并且还能够发出一些警告信号，方便人们对整个设备进行监测和控制。其四是电源，为激光驱鸟器提供稳定的电源，保证其能够正常工作。其五是光感控制部分，能够对外部的信息进行采集，根据实际的情况去进行分析，得到应当要输出的激光功率，从而调整激光发射器需要发射激光的功率等。利用这样的设备，能够对变电站周围区域不断地进行扫描，使扫描到的区域不能够有鸟类进行活动，长时间作用下将会迫使附近的鸟类寻找其他的栖息地，可以说是能够从根本上减少鸟害的发生。智能激光驱鸟装置的设计与研制功能要求装置具备以下主要功能特性：（1）自动或手动扫描杆塔横担区域。装置可 按

7、照已设定的速度、路径、扫描方式每隔一段时间扫描杆塔横担区域，也可通过 后台设备重新设置或控制此装置进行扫描，扫描速度和扫描区域，仅需点击鼠标 即可完成操作，实现驱鸟工作的简便化、动态化和具体化，从而使鸟类难以适应。（2）二自由度旋转云台。由 2 个受脉冲宽度调制信号的模拟舵机和与之配套的铝合金材料支架组合而成。将其安装在底座上，并与全景成像装置连接。旋转云台的安装采用杯式轴承作为输出轴，可以减小摩擦力，提高云台的稳定性和耐用性。每个舵机的旋转范围为-9090，上层舵机支撑激光器，在控制处理平台的PWM（脉冲宽度调制）控制下，调整激光器的照射角度，支撑激光器完成水平方向 180 范围、垂直方向

8、180 范围上半球空间的旋转。（3）鸟类活动监控探测与驱赶一体化。可选用设备的拍摄单元进行鸟情探测，实现鸟类活动监控探测与驱赶一体化。设备组成装置分为扫描单元、感应单元、拍摄单元、激光发射单元、无线通讯单元、综合控制单元、远程控制单元及供电单元共 8 个部分。扫描单元是设备的运动机构，用于执行综合控制单元或远程控制单元的指令，实现激光束俯仰、方位扫描。该单元主要由俯仰电机及其驱动控制电路、方位电机及其驱动控制电路以及传动 结构组成。感应单元、拍摄单元、自适应光控单元、激光发射单元、无线通讯单 元、综合控制单元均固定在扫描单元上。感应单元主要用于发现扫描范围内活动 的鸟类。拍摄单元选用自动控制日

9、夜型光学红外摄像头，可满足全天候拍摄需求。激光发射单元选用激光波长 532nm、光斑直径不小于 18mm 的绿色激光发射器。无线通讯单元主要用于综合控制单元发射或接收信号。综合控制单元，用于采集 其他各单元状态信息，并根据远程控制单元的指令控制各单元协调工作。远程控 制单元由计算机和控制软件组成，通过串口或网络接口完成扫描单元、拍摄单元、激光发射单元的控制。供电单元由太阳能发电装置及蓄电池等组成，太阳能发电 装置将太阳能转换为电能存储在蓄电瓶中，交流逆变电路将蓄电瓶直流电转换为 交流电，给装置供电。工作流程装置启动后，供电单元向设备供电，扫描单元按照既定路线进行扫描，感应单元发现鸟类活动后向综

10、合控制单元发送信号，综合控制单元启动无线通讯单元，启动拍摄单元进行拍摄，启动激光发射单元进行驱鸟；当感应单元在一个扫描周期内未发现鸟类活动后，向综合控制单元发送信号，综合控制单元关闭无线通讯单元、拍摄单元和激光发射单元。结束语通过现场试用，该智能激光驱鸟器可以有效的进行鸟类习性监控，并在必要的时候进行驱鸟，其具备以下三个优点：（1）可以对输电杆塔上的鸟类活动进行不间断的监控，便于输电运行人员对输电杆塔上鸟类活动进行分析和研究，不断改进防鸟方法；（2）可以有效的将鸟类驱离，既不会对鸟类造成伤害，又不会让鸟类产生适应性；（3）该驱鸟器安装在塔身，不影响检修人员塔上作业， 也不会对检修人员健康产生任何影响。参考文献：1熊晶.激光驱鸟专利技术现状分析J.黑龙江电力，2016，v.38；No.21401：53-55+60. 2梁桂新，翁钰荃，陈建泉.变电站多功能激光式全方位智能驱鸟装置的设计J.机电信息，2016，No.49836：