無人機在民航鳥擊防范中的應用

(中國民航大學機場學院　天津　300300)

前言

民航運輸蓬勃發(fā)展，由此帶來的民航飛行器與鳥類爭奪空域資源問題日益嚴重，尤其是在飛機進近著陸、起飛過程中飛鳥與航空器相撞或被吸入發(fā)動機，導致航空器損壞，以致航班延誤、迫降甚至嚴重事故。而且現(xiàn)在客機向著發(fā)動機高涵道比和寬體式客機方向發(fā)展，發(fā)動機進氣口更大，更容易發(fā)生鳥擊，鳥擊引起的經(jīng)濟損失也將更大。

隨著無人機技術的成熟，把驅(qū)鳥設備安裝在無人機上，充分利用無人機操作靈活、可達高度高等特點，與傳統(tǒng)驅(qū)鳥技術形成互補，形成全方位、立體式的驅(qū)鳥方式。機場結(jié)合自身情況，建立無人機驅(qū)鳥系統(tǒng)，可大大降低鳥擊的事故率。

一、鳥擊的危害

鳥類活動性強，且存在規(guī)模性的遷徙行為。從1912年第一例鳥擊事故導致飛行員喪生至今，鳥類與飛行器的沖突一直沒有很好地解決。歷史上因為鳥擊導致的機毀人亡的慘劇不勝枚舉。

我國因鳥擊導致的空難也很多，據(jù)中國民用航空局機場司發(fā)布的報告，中國2015年統(tǒng)計到鳥擊3816起，構成事故征候185起，數(shù)量維持在一個較高的水平，造成經(jīng)濟損失約11963.2萬元人民幣。根據(jù)海因里奇法則，一件重大災難的背后，平均有29件次輕度災害，300次有驚無險的經(jīng)歷，考慮到鳥擊數(shù)量的增長，推測未來一段時間內(nèi)因鳥擊發(fā)生重大災難的可能性很高，所以防范鳥擊刻不容緩。

二、無人機驅(qū)鳥方式分析

(一)鳥類習性與無人機驅(qū)鳥機理

鳥的種類很多，多有群居特性，高低空都有分布，機場周邊的水、草等對鳥形成吸引，容易在機場周邊筑巢。鳥類活動隨時間、季節(jié)而變，跟鳥類繁殖和食物資源有關。4、5月份機場周邊的早春植物種子成熟，食物資源豐富，吸引鳥類到飛行區(qū)，導致鳥擊事件頻繁。8、9月份白天幼鳥活動頻繁，幼鳥缺乏對飛行器威脅的認識和缺少成功躲避飛行器的經(jīng)驗，容易闖入飛行區(qū)與飛機相撞。處在鳥類遷徙路線上的機場，也會在特定月份出現(xiàn)不同的鳥類。

鳥類非常聰明，容易對機場某些地面驅(qū)鳥設備形成習慣，忽略其存在，所以驅(qū)鳥方式不能過于單一。鳥類像人類一樣會對同伴的哀鳴聲和天敵的叫聲產(chǎn)生一種恐懼心理，會感到痛苦和驚慌，并且會形成條件反射，自動逃離這個危險的環(huán)境。

(二)無人機驅(qū)鳥方式

傳統(tǒng)驅(qū)鳥方式主要集中在地面，在應對鳥群時反映較慢，且移動不靈活，無法隨時監(jiān)控鳥群。例如，1997年9月22日下午3時許，北京首都國際機場東跑道的上空聚集了1000多只大雁和烏鴉，并在盤旋嬉戲。經(jīng)過駐場部隊2個多小時的鳴槍驅(qū)趕，鳥群才飛走。造成當日16個航班被迫延誤，2000多名旅客無奈滯留。無人機則可以離開地面達到飛行高度，可對鳥群實施定向驅(qū)趕，并能夠隨鳥群移動，確保鳥群遠離機場凈空區(qū)。

國內(nèi)在2000年開始用無人機執(zhí)行驅(qū)鳥任務，但是技術不成熟，應用并不廣泛，現(xiàn)在無人機技術已相當成熟，常見的有4軸無人機。目前在民用方面應用于航拍、農(nóng)業(yè)、植保、微型自拍、快遞運輸、災難救援、觀察野生動物、監(jiān)控傳染病、測繪、新聞報道、電力巡檢、救災、影視拍攝等等領域。無人機可按照機場空域通過遙控或預編程方式進行固定航線的巡邏飛行，或者由車載計算機完全地或間歇地自主地操作，將便攜的驅(qū)鳥設備安裝在無人機上，包括音頻、激光、驅(qū)鳥彈等。

為了達到良好的驅(qū)鳥效果，使鳥類對無人機產(chǎn)生一種恐懼的條件反射，達到自動遠離無人機的效果，可以使用超聲波驅(qū)鳥器配合語音驅(qū)鳥器，發(fā)送超聲波，播放猛禽的叫聲或同類的哀鳴聲。超聲波可以對距離無人機半徑15米內(nèi)的鳥產(chǎn)生生理上的傷害，但又不會致命，再加上聲音對鳥類心理的恐懼影響，能有效驅(qū)趕機場空域內(nèi)的鳥類。因為靠人力無法做到長時間、大范圍地監(jiān)控鳥情，應用無人機起飛迅速、反應靈活的特點，不僅可以對機場圍界內(nèi)的鳥情進行監(jiān)控還可以越過機場圍界，實時傳回視頻資料。

三、無人機驅(qū)鳥的實現(xiàn)

在機場建立無人機驅(qū)鳥系統(tǒng)，選取適當類型的無人機進行改造，要求有較高的載重能力，并有較長的工作時間，工作任務的高度約在200-300米，有良好的穩(wěn)定性和通信能力，裝備有自駕儀，具備驅(qū)鳥任務規(guī)劃所要求的自主飛行控制技術。因為一般的超聲波驅(qū)鳥設備重量在5-50kg之間，重量越重，功率越大，驅(qū)鳥效果越好，所以要對高功率的超聲波驅(qū)鳥設備進行減重處理，使之適于在無人機上工作。

機場要有地面保障部門，提供無人機維修保養(yǎng)的保障。對相關人員進行無人機駕駛的培訓，并有工作站供他們操作，有設備記錄驅(qū)鳥的操作記錄。無人機驅(qū)鳥系統(tǒng)組成圖如下：

圖一　無人機驅(qū)鳥系統(tǒng)組成圖

因為長時間不間斷的驅(qū)鳥工作非常重要，而長時間操作無人機勢必會引起人員疲勞，容易導致操作失誤，所以需要自主飛行的任務規(guī)劃來代替手動飛行，以減輕勞動強度。無人機驅(qū)鳥工作流程是：起飛前檢查、起飛、按路線巡邏、地面站監(jiān)控鳥情、發(fā)現(xiàn)并處置鳥情、降落回場、設備保養(yǎng)、反饋并修改路線等。

四、結(jié)論

無人機驅(qū)鳥有很多優(yōu)勢，驅(qū)鳥范圍填補了傳統(tǒng)驅(qū)鳥的漏洞，范圍更廣、高度更高；無人機工作時處于移動狀態(tài)，為人操作時的飛行路線符合邏輯，且驅(qū)鳥意圖明顯，使鳥類感覺到受到威脅，避免了傳統(tǒng)驅(qū)鳥設備呆板的原地工作，對鳥類形成天敵效應；勞動強度低，驅(qū)鳥反應快等。但是與傳統(tǒng)驅(qū)鳥方式相比，它的成本更高，維護操作復雜，有一定危險性，不排除驅(qū)鳥過程中意外發(fā)生。

總之，無人機驅(qū)鳥是未來的一種發(fā)展方向，雖然無人機黑飛使航班迫降，給民航業(yè)造成損失，但是利用其優(yōu)點，同樣可以造福中國民航事業(yè)。