新型驅(qū)鳥裝置的設(shè)計(jì)方案

黃雙得

(云南電網(wǎng)公司昆明供電局，昆明 650011)

0 前言

許多鳥在輸電線路桿塔活動(dòng)從而引起線路跳閘［1］，歇息時(shí)大量排放糞便，會(huì)污染絕緣子，降低絕緣子串外絕緣強(qiáng)度，在空氣潮濕、大霧天氣時(shí)容易發(fā)生閃絡(luò)。某些鳥體形較大，翅膀展開以后更大，在線路附近飛行時(shí)，可能造成相間短路或單相接地故障。當(dāng)前，輸電線路鳥害故障已經(jīng)是一種常見的故障類型。以下介紹一套防鳥害系統(tǒng)。

1 設(shè)計(jì)方案

裝置分為2 個(gè)部分，一個(gè)部分是安裝在桿塔上的的鳥類活動(dòng)采集和驅(qū)趕裝置，另外一部分是數(shù)據(jù)處理分析軟件。

對(duì)安裝在桿塔上的鳥類活動(dòng)信息采集裝置，由于其兼有驅(qū)鳥的功能，采用以多普勒雷達(dá)探測(cè)為主，聲音探測(cè)為輔的鳥類探測(cè)方法。以聲、光、電相結(jié)合的方式進(jìn)行驅(qū)鳥。并利用現(xiàn)代2G 通信技術(shù)對(duì)鳥類活動(dòng)情況數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。

對(duì)于數(shù)據(jù)處理分析軟件部分，利用現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫技術(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)。對(duì)數(shù)據(jù)按不同時(shí)間段 (年、月、周、日)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，把分析結(jié)果以圖標(biāo)的形式提供給相關(guān)工作人員，用來輔助制定防鳥措施。

裝置主要分成4 個(gè)模塊:智能芯片模塊，鳥類探測(cè)模塊，鳥類驅(qū)趕模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊。

整個(gè)裝置在智能芯片的驅(qū)動(dòng)下，以多普勒雷達(dá)檢測(cè)的方式為主要探測(cè)手段，以聲音檢測(cè)為輔助探測(cè)手段。對(duì)探測(cè)到鳥類活動(dòng)情況進(jìn)行記錄并利用2G 通信技術(shù)進(jìn)行傳輸，同時(shí)利用聲、光、電相結(jié)合的方式對(duì)靠近的鳥類進(jìn)行驅(qū)趕。

2 裝置的工作原理

2.1 鳥類探測(cè)模塊

鳥類探測(cè)模塊以多普勒雷達(dá)為主，聲音探測(cè)為輔，對(duì)鳥類的活動(dòng)進(jìn)行探測(cè)。

多普勒雷達(dá)是應(yīng)用電磁波的多普勒效應(yīng)進(jìn)行工作的雷達(dá)設(shè)備，其工作原理是以多普勒效應(yīng)為基礎(chǔ)，將微波收、發(fā)設(shè)備相結(jié)合形成探測(cè)器［3］。微波的波長約在1 mm～1 000 mm 之間，因此這種微波極易被反射。微波信號(hào)遇到動(dòng)態(tài)的物體反射后會(huì)發(fā)生多普勒效應(yīng)，即經(jīng)反射后的微波信號(hào)與發(fā)射波信號(hào)的頻率會(huì)發(fā)生微小的偏離，此時(shí)被認(rèn)為有物體闖入雷達(dá)探測(cè)區(qū)域。

考慮到不同鳥類體型的大小、生活習(xí)性也會(huì)不同，以及輸電桿塔的基本構(gòu)造，再依據(jù)實(shí)地考察的結(jié)果，此裝置中的多普勒雷達(dá)模塊至少需要達(dá)到15～30 米的檢測(cè)半徑，才能實(shí)現(xiàn)全方位檢測(cè)輸電桿塔。目前通過改進(jìn)相關(guān)技術(shù)，已經(jīng)研制出有效的檢測(cè)半徑為15 米(0.1 m2的物體以1 m/s的速度移動(dòng))，并有希望通過更深入的的技術(shù)改進(jìn)爭(zhēng)取達(dá)到20 米到30 米的檢測(cè)半徑。

聲音探測(cè)主要通過鳥類的叫聲和在塔上落腳時(shí)與桿塔接觸時(shí)發(fā)出的聲音來判斷其飛來的方向是否對(duì)輸電線路造成影響。聲音探測(cè)主要針對(duì)雷達(dá)檢測(cè)的盲區(qū)或在雷達(dá)探測(cè)范圍內(nèi)，但可能對(duì)輸電線路不會(huì)造成影響的鳥類的識(shí)別。通過2 組拾音器收集聲音并進(jìn)行識(shí)別，判斷出鳥類靠近桿塔的具體方向，輔助雷達(dá)探測(cè)鳥類的活動(dòng)。

2.2 鳥類驅(qū)趕模塊

鳥類驅(qū)趕模塊主要以發(fā)出超聲波、高仿真的老鷹、獵槍聲和發(fā)出強(qiáng)頻閃光作為鳥類驅(qū)散手段。

2.3 數(shù)據(jù)傳輸模塊

在驅(qū)鳥的同時(shí)需要把鳥類活動(dòng)的數(shù)據(jù)傳回中央數(shù)據(jù)庫，可以選擇的方案有2G/3G/4G 通信技術(shù)，考慮到電力桿塔主要安裝在野外，當(dāng)前的3G/4G 網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍有限，同時(shí)每次需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量非常小，在1k 以內(nèi)，2G 網(wǎng)絡(luò)25k 的理論帶寬已經(jīng)能夠很好的支撐系統(tǒng)運(yùn)行。并且2G運(yùn)用的時(shí)間長，技術(shù)成熟，網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣，所以選用2G 通信技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸。

2.4 智能芯片模塊

智能芯片通過接收雷達(dá)傳輸?shù)男盘?hào)判斷出是否有鳥類在活動(dòng)，并記錄下鳥類的活動(dòng)次數(shù)。同時(shí)利用傳輸模塊把活動(dòng)情況傳回中央數(shù)據(jù)庫，當(dāng)在一定的時(shí)間內(nèi)，多次檢測(cè)到鳥類活動(dòng)，就改變超聲波頻率，然后再次記錄鳥類的活動(dòng)次數(shù)。通過若干次的改變頻率，以及分析每個(gè)頻率所對(duì)應(yīng)的鳥類活動(dòng)的次數(shù)可以逐漸選出最適合驅(qū)趕鳥的超聲波頻率來進(jìn)行驅(qū)鳥。

3 數(shù)據(jù)分析處理軟件

整個(gè)軟件采用linux 平臺(tái)，利用現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫技術(shù)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)從不同的維度進(jìn)行分析，以報(bào)表的形式提供給相關(guān)人員作為參考。

3.1 按時(shí)間段分析

鳥類活動(dòng)引起電力設(shè)備故障和時(shí)間有很大關(guān)系。從歷年來看，鳥類種群整體的擴(kuò)大或者縮小和電力設(shè)備鳥害故障的頻率有關(guān)系［4］。需要從不同的時(shí)間段(年、月、周、日)對(duì)鳥類的活動(dòng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，在歷史數(shù)據(jù)足夠多的情況下，甚至可以預(yù)測(cè)未來的鳥害情況，提前進(jìn)行有針對(duì)性的預(yù)防，在某個(gè)時(shí)間段如果鳥類活動(dòng)超過預(yù)定閥值，就認(rèn)為附近可能有鳥害正在形成，就需要提醒人工干預(yù)。

3.2 按地域分析

由于不同的鳥類都有不同的生活習(xí)性和環(huán)境要求這就形成了鳥害故障的區(qū)域分布性，每個(gè)鳥類探測(cè)裝置在安裝的時(shí)候就已經(jīng)確定了坐標(biāo)，同時(shí)周圍的地形地貌也就確定了。再結(jié)合現(xiàn)有的GIS 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，可以對(duì)不同地域的鳥類活動(dòng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

3.3 歷史數(shù)據(jù)分析

統(tǒng)計(jì)歷年鳥類活動(dòng)數(shù)據(jù)，可以間接得出整個(gè)地區(qū)鳥類種群數(shù)目的整體情況，有針對(duì)性的做出防鳥害措施。

4 結(jié)束語

本文介紹了一種新型驅(qū)鳥裝置，該裝置通過多種對(duì)鳥類活動(dòng)信息的收集，能夠更大范圍檢測(cè)到的鳥類活動(dòng)，更清楚的了解鳥類在輸電線路附近的活動(dòng)信息，為驅(qū)鳥工作建立了更加有力的基礎(chǔ)信息。從而有效的防止了因?yàn)轼B類的活動(dòng)而導(dǎo)致的輸電線路故障的發(fā)生。

［1］約翰－馬敬能 卡倫－菲利普斯.中國鳥類野外手冊(cè).湖南教育出版社，2000.

［2］李虹.高壓輸電線路鳥害特點(diǎn)及防治措施分析，2008.

［3］李功新.輸電線路驅(qū)鳥器的研制，2006.