变电站智能型激光驱鸟装置的研究

沈琼妹，吴碧海，王建勇，赵晓燕

（广东电网有限责任公司珠海供电局，广东珠海，519000）

0 引言

农场、果园、风力发电厂、军民用机场等一切防止有害鸟类侵入而危害到自己劳动成果或设备安全的手段都叫驱鸟。随着国内外生态环境的改善，人们保护鸟类意识的提高，鸟类越来越多，这给世界航空、电力、农业带来了一定的难题。鸟类在电力设备上筑窝等活动会带来很多潜在的安全隐患，如果鸟类的粪便，或筑窝所用树枝、枯藤甚至是铁丝等材料掉落在线路、运行设备上，极易引起短路或其他故障。[1]近年来，鸟类在变电站范围内活动对变电运行设备的危害日益突出，各地电网已发生多起因鸟害导致的设备跳闸或临停事件。为了保护航空安全、农场主的财产、电力安全等，人们采取了各种各样的驱鸟措施，如驱鸟稻草人、充气人、炮竹弹、爆音驱鸟、煤气炮、驱鸟剂、驱鸟枪、驱鸟猎鹰、驱鸟车、探鸟雷达等。这些手段在应用初期效果明显，但随着时间延长，鸟类逐渐适应了这种环境，驱鸟效果渐渐降低，直到无驱鸟效果。[2]

本文主要提出一种智能激光型驱鸟装置，结合鸟类生活习性和生理构造，运用激光和仿生综合驱鸟，达到长期、便捷驱鸟的目的，保护变电站运行设备，减少鸟害。

1 传统驱鸟装置特点

1.1 驱鸟剂

驱鸟剂通常是散发清香气体的药剂，它会释放一种影响禽鸟中枢神经系统的气味，鸟类闻后会立即飞走，不再停留。[3]一般来说，驱鸟剂并不会对鸟类产生伤害。这类药剂在使用时，先按比例用水稀释，再喷涂于防鸟区域的物体表面上，以此产生作用。但遇上下雨天时，附着在防鸟区域物体表面上的驱鸟剂会随着冲淡甚至洗刷掉，驱鸟效果基本没有。在雾气大的天气，驱鸟剂的效果也会大大折扣。驱鸟剂一般药效7天左右，需要人工定期喷洒驱鸟剂，费时费力。且驱鸟剂对地区的天气条件要求较高，只适合空气干燥地区。总的来说，驱鸟剂适用范围较窄，受限性大。

1.2 智能语音驱鸟器

智能语音驱鸟器的作用原理就是：采用高端电子技术，结合仿生及声音学原理，插语音芯片播放鸟类害怕的声音达到驱赶鸟类目的。智能语音驱鸟器虽然应用起来比驱鸟剂受限的范围少，不依赖天气，但鸟类听觉敏锐，长期播放同一个语音并不能达到驱赶鸟类的效果。同时对音响喇叭要求较高，音源的选择上也需要经过很多研究、试验来加以佐证。音源选择错误，更是可能弄巧成拙，驱鸟反而变招鸟。而且，因为声音种类有限，智能语音驱鸟器一般只用在短期驱赶鸟类上。

1.3 超声波驱鸟器

超声波驱鸟器，顾名思义，就是根据鸟类听觉范围大于人类听觉范围，利用一种强大的高功率超声波脉冲对鸟类听觉系统进行有效的干扰和刺激，使其无法忍受，从而达到将鸟类驱除出超声波作用范围的目的。但超声波不能穿透障碍物、方向性强、传播距离短、衰减快等的特点，所以作用面积一般很小。想作用于诸如变电站这种范围较大的地方，需要多个超声波驱鸟器，费用较高。

1.4 风力驱鸟器

利用微风驱动，让几个深色盘片移动旋转，达到恐吓鸟儿的目的，有的在移动点增加反光片。[4]风力驱鸟器对于环境的要求较高，依赖环境的风速，风速的大小都会影响风力驱鸟器的作用效果，风速大盘片转得太快会降低效果，风速小时转动慢驱鸟效果又不佳。所以风力驱鸟器一般用于空旷且风速均匀的地方，才可以起到最大的效果。

风力驱鸟器自带旋转功能，一般需要停电、高处安装，其器械在室外自然环境的风吹、日晒、雨淋等恶劣天气作用下，老化明显，长期运行时可靠性较低，维护、更换不便捷。而且，鸟类对于风力驱鸟器反光片的光线有一定的适应性，导致长期驱鸟效果不佳。[5]

1.5 驱鸟鹰

驱鸟鹰的作用原理是：结合仿生设计学和动物心理学而制作的“敌意鹰眼”可以让害鸟产生强烈的恐惧感，避而远之，达到驱鸟目的，使用时不能被遮挡，可用于空旷的农业果园、林地、农田，由于驱鸟鹰容易产生适应性，所以需要经常更换位置和“敌意鹰眼”样式，对驱鸟工作产生一定的难度。而且，现有技术下，驱鸟鹰的驱鸟作用面积小，对环境要求高，不适用于长期驱鸟。

2 智能型激光驱鸟装置

2.1 原理介绍

该智能型激光驱鸟装置是一种可调节速度的智能驱鸟器，其运动包括水平运动速度和垂直运动速度，其中水平运动通过云台提供，垂直运动通过摆动机构和云台周期运动提供。通过多种模式自动调节云台速度和摆动机构速度，提高激光照在鸟上的时间，以提高更好的驱鸟效果，如图1所示。

系统框图如图2所示。

图2 系统框图

为了实现上述目的，智能激光驱鸟器外形（图3），主要包括：云台、激光发射单元、云台安装板。云台安装在云台安装板上；激光发射单元安装在云台内部，激光发射单元发出激光光束，并通过云台动作进行扫描。

云台实现水平方向运动和垂直方向运动，内部通过步进电机驱动实现。当外围传感器检测到鸟时,控制器MCU降低云台水平电机速度，加快摆动机构运动速度，实现最大范围内驱鸟面积，以达到驱鸟效果（图1所示）。当鸟被驱赶后，传感器未检测到鸟，MCU控制器回复正常速度模式。

传感器检测系统主要包括：微波红外检测传感器，温度传感器。微波红外传感器是利用多普勒效应原理设计的移动物体探测器，它以非接触方式探测物体的位置是否发生移动，继而用于判断周围是否存在移动的鸟类，当鸟类进入传感器区域时自动触发云台和摆动机构工作。温度传感器用于监控激光发射单元的工作温度，当工作温度大于设定的工作温度时自动开启风扇，为激光发射单元通风降温。

激光驱鸟器包括：激光发射单元、云台和云台安装板。其中激光发射单元设置在云台内；激光发射单元包括：激光源、步进电机、摆动机构和护罩底板，激光源发出激光光束，激光扫描光束从激光发射单元射出进行扫描。

激光发射单元包括（如图4）：激光源、步进电机、摆动机构和护罩底板。图4示出了图3的智能激光驱鸟器的激光发射单元的内部结构示意图。根据本发明的激光驱鸟器的机械系统主要包括一台步进电机和相关的摆动机构，步进电机转动带动摆动机构，进一步使得激光源上下5°摆动，提供光源的垂直方向运动。

图3 智能激光驱鸟器外形

图4 激光发射单元

激光源为532nm的半导体激发固态绿色激光发射器，激光源通过摆动机构和云台的运动，使得激光路径呈波浪状，这样的激光扫描光束看起来就像一根绿色棒子。鸟类不能分辨这根绿色的虚实，因此当激光扫描光束扫射鸟类时，鸟类误以为是绿色棒子，以达到驱赶鸟的目的。

据研究，在电力设备场所，鸟儿筑巢一般选择设备间隙有洞的地方，如道闸槽钢的间隙处，滤波器、电抗下方或间隔中间主变周边的绝缘罩管。鸟粪、散落树枝附着在瓷瓶上容易造成短路。激光驱鸟器发射的激光扫描光束通过云台转动和步进电机带动摆动这种扫描模式，能大大减少鸟类对电力设备造成的潜在危害性。

该装置的研制统筹考虑不停电安装维护的便捷性、激光驱鸟的稳定性、激光覆盖区域的可控性以及装置使用的安全性。据此，该智能驱鸟装置具备以下功能。

表1 智能驱鸟装置功能

2.2 智能型激光驱鸟装置特点

①覆盖范围广：全自动全空域覆盖，也可根据实际情况设定。该激光驱鸟装置配备高智能自动运转云台，具备水平巡航，垂直巡航和水平加垂直巡航模式，同时兼具巡航扫描和寻迹扫描两种模式，巡航模式：可按设定的水平起始位、终止位进行扫描，达到终止位时，追至角度下降5°，往复工作；寻迹模式：可设置起始位、终止时候的行径轨迹，模拟设置时候的行走路线，进行循迹扫描。覆盖范围广，路线变化多，鸟类无法产生适应性，久而久之，使得鸟类最终远离电力设备，从根本上预防并杜绝鸟危害的事故发生。

②效果持久：驱鸟效果远优于现在的其他类型的驱鸟设备，且不伤害鸟类。鸟类对激光束不能产生适应性，作业人员可随时远程更改激光束的扫描速度、角度及激光功率，让鸟类防不胜防，不留任何产生适应性的机会，驱鸟效果持久。且自动激光驱鸟器不受时间限制，可以24小时不间断的运转，也可以根据鸟类生活习性进行定时运转。该设备的防护等级为户外级，在雷雨、大雾、下雪、台风等极端恶劣的天气条件下，皆可全天候7*24小时不间断地运转。从而满足全天候驱鸟的要求，效果持久。

③安全性佳：对人或鸟无任何伤害、辐射和副作用，激光驱鸟器能确保在任何时候都能安全运行。大型自动激光驱鸟器发出的激光束的等级是二级激光，对人类眼睛100%无害。激光束可直射人的皮肤，不对皮肤造成伤害。驱鸟人员应避免眼睛直视激光束，但直视激光束不对眼睛造成损伤。

④驱鸟效果更佳：众多驱鸟方式中，刺激鸟类视觉的办法是最有效的驱鸟方式。本装置采用采用鸟类最敏感的绿色激光，激光波长520-532nm，更加有效地达到驱鸟的目的。步进电机驱动摆动机构，使得激光器具有5°的上下摆动效果，云台结合摆动机构，激光扫描光束，高智能自动运转，防护轨迹模式丰富，驱鸟效果好。

3 结束语

为加强变电站设备防鸟害管理，减少因鸟害导致设备非计划停运，杜绝因鸟害导致设备跳闸，保障电网安全稳定运行，现研发一款智能驱鸟装置，该装置采用激光、仿生结合的方式进行区域性驱鸟，通过现场勘察合理布局，能对区域全空域覆盖性保护，以预防和降低鸟害发生的概率，全面保障电网设备安全。

该针对变电站防范鸟害的新型智能驱鸟装置，采用激光、仿生相结合方式进行驱鸟。根据鸟类眼部的结构特征，可知鸟类眼部对绿色520-532nm的光束最为敏感，故采用绿色激光作为主光源，同时配合设备摆动机构进行模拟人在使用激光对鸟进行驱赶的一个运动，结合仿生和激光进行综合驱鸟。该装置可根据电脑程序控制激光束的扫描速度、角度及激光功率，对鸟类不会造成任何伤害，而且长期使用也不会造成鸟类的适应性。

变电站驱鸟工作是一项长期的工作，需要对鸟类的生活习性和生理构造进行深入了解，不断地丰富、完善驱鸟器的功能，提高驱鸟工作的便捷性和长期运行的可靠性。[6]