CN102150653B - 移动式机场鸟情探测与定向驱鸟装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动式机场鸟情探测与定向驱鸟装置，该装置包括：光学探测仪器，探测飞鸟目标，以获取飞鸟目标图像和光学探测仪器的空间位置信息；信号处理仪器，接收飞鸟目标图像以及空间位置信息，并处理飞鸟目标图像以及空间位置信息，以获取位置信息编码；显示监控仪器，根据位置信息编码发出针对飞鸟目标的驱赶控制指令，同时显示飞鸟目标图像以及空间位置信息；强声发射仪器，执行针对飞鸟目标的驱赶控制指令，以输出放大后的驱鸟音频信号；电源装置，对信号处理仪器、显示监控仪器和强声发射仪器供电；移动平台，装载光学探测仪器、信号处理仪器、显示监控仪器、强声发射仪器以及电源装置。通过本发明，能够识别鸟的种类，进而达到远距离有效驱鸟的效果。

Description

移动式机场鸟情探测与定向驱鸟装置

技术领域

本发明涉及主动激光照明成像和声波定向发射领域，具体而言，涉及一种移动式机场鸟情探测及定向驱鸟装置。

背景技术

飞机与飞鸟在地面、空中相撞导致的事故称之为“鸟撞”事故。鸟撞作为一种多发性、危险性事件，不仅造成巨大的经济损失和人员伤亡，而且严重地干扰了部队正常训练、战备任务的完成和民航航线的正常飞行。据国际民航权威机构统计,近年来世界上共发生多起鸟撞引起的机毁人亡事件，每年民航飞机因鸟撞而毁坏发动机的直接损失就价值20多亿美元，由此造成的航班延误、取消、调机等间接损失更是直接损失的4～5倍。

随着人们保护环境、爱鸟、护鸟意识的增强，鸟类数量逐年增加，同时人类活动范围不断的扩大，使适合鸟类生活、栖息、繁衍的自然环境大幅度减少，机场便成为鸟类生活、栖息、繁衍的理想场所。世界上的鸟类有2000多种，我国境内的种类就达1244种。全世界能够引起鸟撞的鸟类有287种，我国分布143种。我国疆土辽阔，地理条件、留鸟、候鸟分布区别大，特别是空军机场分布广，机场使用时间不固定，大多数机场都建在比较偏僻的地方，这些地方恰恰是鸟类栖息、活动，候鸟迁徙经过的理想地带。这些特点要求针对不同地区鸟的种类、习性进行驱鸟。同时鸟类是人类的朋友，在生态平衡中有着重要作用，人类应该在不伤害或尽可能少伤害鸟类的前提下去解决机场鸟害，这无形中又对机场驱鸟对策的实施增加了难度。因此，防鸟撞事故的发生已是摆在中国民用航空和空军部队面前的重要安全问题。

现有相关技术所公开的机场驱鸟设备普遍采用红外和雷达进行探测，驱鸟设备将探测到的鸟类信息进行一系列的转换，从而驱动音频告警系统发出驱鸟声音，此类驱鸟设备的作用范围比较窄，为16m-20m，并且此类驱鸟设备无法识别鸟的种类，不能有针对地进行驱赶。

目前针对相关技术的机场驱鸟设备主要采用红外和雷达设备，导致机场驱鸟设备全天候使用普遍价格较高，且还面临探测设备分辨率和帧频低，很难识别鸟种类以及难以实现远距离驱鸟的问题，目前尚未提出有效的解决办法。

发明内容

针对相关技术的机场驱鸟设备主要采用红外和雷达设备，导致机场驱鸟设备全天候使用普遍价格较高，且还面临探测设备分辨率和帧频低，很难识别鸟种类以及难以实现远距离驱鸟的问题而提出本发明，为此，本发明的主要目的在于提供一种移动式机场鸟情探测与定向驱鸟装置，以解决上述问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种移动式机场鸟情探测与定向驱鸟装置，该装置包括如下：光学探测仪器，用于探测飞鸟目标，从而获取飞鸟目标图像和光学探测仪器的空间位置信息；信号处理仪器，用于接收飞鸟目标图像以及空间位置信息，并对飞鸟目标图像以及空间位置信息进行处理，以获取位置信息编码；显示监控仪器，用于根据位置信息编码发出针对飞鸟目标的驱赶控制指令，同时显示飞鸟目标图像以及空间位置信息；强声发射仪器，用于执行针对飞鸟目标的驱赶控制指令，以输出放大后的驱鸟音频信号；电源装置，用于对信号处理仪器、显示监控仪器和强声发射仪器供电；移动平台，用于装载光学探测仪器、信号处理仪器、显示监控仪器、强声发射仪器以及电源装置。

进一步地，光学探测仪器包括：激光器，用于产生第一激光；透镜组，用于接收第一激光，并将第一激光整形为第二激光；近红外相机，用于通过第二激光照明飞鸟目标，从而获取飞鸟目标图像；GPS，用于获取光学探测仪器的空间位置信息；电子罗盘，用于获取第二激光的方向信息；机械扫描装置，用于安装激光器、透镜组、近红外相机、GPS以及电子罗盘。

进一步地，第一激光波长为1.5μｍ-1.6μｍ。

进一步地，透镜组包括：凹透镜组，将第一激光变成发散光；凸透镜，将发散光变成平行光；光学组件，将平行光变成漫射光，漫射光作为第二激光。

进一步地，信号处理仪器包括：图像采集器，用于采集光学探测仪器发送的飞鸟目标图像；信号处理单元，与图像采集器连接，用于接收飞鸟目标图像，并根据飞鸟目标图像来确定飞鸟目标的种类，且与光学探测仪器中的GPS和电子罗盘连接，以获得空间位置信息；编码器，与信号处理单元连接，用于接收并编码空间位置信息，生成位置信息编码。

进一步地，显示监控仪器包括：视频显示器，用于接收并显示飞鸟目标图像以及空间位置信息；中央控制器，用于接收编码器发送的位置信息编码，并根据位置信息编码向强声发射仪器发出针对飞鸟目标的驱赶控制指令。

进一步地，强声发射仪器包括定向强声发射阵列和载重云台，载重云台根据中央控制器的驱赶控制指令对强声发射仪器进行方位以及俯仰角调整。其中定向强声发射阵列包括：音源供给电路模块，产生一个或多个驱鸟音频信号；音频处理电路模块，对第一驱鸟音频信号进行信号处理,以获取数字调制的音频数据流；功率处理电路模块，对数字调制的音频数据流作放大和滤波处理，并转换成放大后的驱鸟音频信号；扬声器阵列，用于输出放大后的驱鸟音频信号。

进一步地，驱赶控制指令包括方位角和俯仰角指令以及音频信号指令。

进一步地，载重云台根据方位角和俯仰角指令来调整强声发射仪器的方位角以及俯仰角；定向强声发射阵列根据音频信号指令来输出放大后的驱鸟音频信号。

进一步地，定向强声发射阵列输出的放大后的驱鸟音频信号声波波束角为±15°,声压级为160dB。

通过本发明，采用光学探测仪器，用于探测飞鸟目标，从而获取飞鸟目标图像以及光学探测仪器的空间位置信息；信号处理仪器，用于接收飞鸟目标图像以及光学探测仪器的空间位置信息，并对飞鸟目标图像以及光学探测仪器的空间位置信息进行处理；显示监控仪器，用于显示飞鸟目标图像，发出针对飞鸟目标的驱赶控制指令；强声发射仪器，用于执行针对飞鸟目标的驱赶控制指令，输出放大后的驱鸟音频信号；电源装置，用于对信号处理仪器、显示监控仪器和强声发射仪器供电并实现电源管理；移动平台，用于装载光学探测仪器、信号处理仪器、显示监控仪器、强声发射仪器以及电源装置。该装置将上述各组成部分的作用相结合，从而解决了相关技术的机场驱鸟设备主要采用红外和雷达设备，导致机场驱鸟设备全天候使用普遍价格较高，且还面临探测设备分辨率和帧频低，很难识别鸟种类以及难以实现远距离驱鸟的问题，进而达到远距离有效驱鸟的效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的移动式机场鸟情探测与定向驱鸟装置结构示意图；

图2是根据本发明实施例的光学探测仪器结构示意图；

图3是根据本发明实施例的透镜组结构示意图；

图4是根据本发明实施例的强声发射仪器结构示意图；

图5是根据本发明实施例的移动式机场鸟情探测与定向驱鸟装置工作原理示意图；

图6是根据本发明实施例的信号处理流程示意图；以及

图7是根据本发明实施例的载重云台工作流程示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1是根据本发明实施例的移动式机场鸟情探测与定向驱鸟装置结构示意图，该装置包括：光学探测仪器1，用于探测飞鸟目标，从而获取飞鸟目标图像和光学探测仪器1的空间位置信息；信号处理仪器4，用于接收飞鸟目标图像以及空间位置信息，并对飞鸟目标图像以及空间位置信息进行处理，以获取位置信息编码；显示监控仪器5，用于根据位置信息编码发出针对飞鸟目标的驱赶控制指令，同时显示飞鸟目标图像以及空间位置信息；强声发射仪器3，用于执行针对飞鸟目标的驱赶控制指令，以输出放大后的驱鸟音频信号；电源装置6，用于对信号处理仪器4、显示监控仪器5和强声发射仪器3供电；移动平台2，用于装载光学探测仪器1、信号处理仪器4、显示监控仪器5、强声发射仪器3以及电源装置6。

上述实施例中的电源装置6可以是蓄电池，也可以是小型内燃发电机，但不限于此两种，只要能达到供电的目的，其它等同方式均可适用在此发明中。通过上述实施方案，本发明能够解决现有相关技术的机场驱鸟设备主要采用红外和雷达设备，导致机场驱鸟设备全天候使用普遍价格较高，且还面临探测设备分辨率和帧频低，很难识别鸟种类以及难以实现远距离驱鸟的问题。下面结合附图来具体说明本发明的具体实施方式。

如图2，是根据本发明实施例的光学探测仪器结构示意图，该光学探测仪器1包括：激光器11，用于产生第一激光；透镜组12，用于接收第一激光，并将第一激光整形为第二激光；近红外相机13，用于通过第二激光照明飞鸟目标，从而获取飞鸟目标图像；GPS14，用于获取光学探测仪器1的空间位置信息；电子罗盘15，用于获取第二激光的方向信息；机械扫描装置16，用于安装激光器、透镜组、近红外相机、GPS以及电子罗盘。

如图3是根据本发明实施例的透镜组结构示意图。该透镜组12包括：凹透镜组121，将第一激光变成发散光；凸透镜122，将发散光变成平行光；光学组件123，将平行光变成漫射光，漫射光作为第二激光。如图3所示激光器11发出的激光束124经凹透镜组121变成一定锥角的发散光125，本发明的发散角半锥角优选为30°，发散光125经凸透镜122后形成一平行光126，该平行光126再经光学组件123变成漫射光127射向飞鸟目标，该漫射光优选为大出射半径的照明激光束。

优选地，在本发明的上述实施例中：光学探测仪器1的激光器11可以为窄脉冲固体激光器，近红外相机13可以为近红外CCD相机，该近红外CCD相机的分辨率优选为1400*1024像素，帧频优选为100帧/秒。其中，窄脉冲固体激光器可以为电光调Q激光器，输出的激光可以为波长是1.5μｍ-1.6μｍ的脉冲激光。窄脉冲固体激光器将激光电源提供的注入能量转换为人眼安全激光，该安全激光优选为1.5μｍ-1.6μｍ的脉冲激光，再将该安全激光通过透镜组转换成漫射光，漫射光经由发射系统射向飞鸟目标，飞鸟目标经漫射光照射，近红外CCD相机从而获得飞鸟目标图像，光学探测仪器1将飞鸟目标图像发给信号处理仪器4，信号处理仪器4对飞鸟目标图像进行处理。

优选地，机械扫描装置16为三维智能云台，承担激光器11对目标的照明、近红外相机13对目标搜索和探测功能，GPS14和电子罗盘15嵌在机械扫描装置16中，确定该光学探测仪器1本身的空间位置信息以及光学探测仪器1指向飞鸟目标时所发射的漫射光的方向信息。

如图4是根据本发明实施例的强声发射仪器结构示意图，该强声发射仪器3包括定向强声发射阵列31和载重云台32，载重云台32根据中央控制器52的驱赶控制指令对强声发射仪器3进行方位角以及俯仰角调整。其中定向强声发射阵列31包括：音源供给电路模块311，产生一个或多个驱鸟音频信号；音频处理电路模块312，对第一驱鸟音频信号进行信号处理,以获取数字调制的音频数据流；功率处理电路模块313，对数字调制的音频数据流作放大和滤波处理，并将处理后的数字调制的音频数据流转换成放大后的驱鸟音频信号；扬声器阵列314，用于输出放大后的驱鸟音频信号。

优选地，在本发明的上述实施例中，如图4所示，音源供给电路模块311可以为固定硬盘或MP3存储器，更优选地，该音源供给电路模块311能够存储19小时128kbps的驱鸟音频信号，该音频信号能够达到CD的音质。音源供给电路模块311的调试电路通过USB接口与便携电脑进行驱鸟音频信号的下载，该驱鸟音频信号包括鸟类天敌的声音、猛禽捕捉鸟类的惨叫声、鸟类被猎枪击中的哀鸣声和爆炸声等。驱鸟音频信号的更新、播放开始、停止和选择均可以由外置选择键控制操作。驱鸟音频信号由输出接口与音频处理电路模块312连接，音频处理电路模块312可以单独成为独立系统，也可以模块间级联，实现主从控制模式。驱鸟音频信号经过音频处理电路模块313的内置DSP编码后进行码型变换，得到数字调制的音频数据流，该数字调制的音频数据流经过小信号数字驱动电路送入开关功率放大电路进行功率放大，最后将放大后的数字调制的音频数据流通过滤波器，滤波器提取模拟的放大后的驱鸟音频信号，再将放大后的驱鸟音频信号传送给扬声器阵列314，强声发射仪器3可将放大后的驱鸟音频信号的声波波束控制在±15°范围内，对2000m范围内机场及周边鸟类目标实施驱赶。

图5是根据本发明实施例的移动式机场鸟情探测与定向驱鸟装置工作原理示意图。如图5所示，信号处理仪器4包括：图像采集器41，用于采集光学探测仪器1发送的飞鸟目标图像；信号处理单元42，与图像采集器41连接，用于接收飞鸟目标图像，并根据飞鸟目标图像来确定飞鸟目标的种类，且与光学探测仪器1中的GPS14和电子罗盘15连接，以获得空间位置信息；编码器43，与信号处理单元42连接，用于接收并编码空间位置信息，生成位置信息编码。

如图5所示，在本发明上述实施例中，显示监控仪器5包括：视频显示器51，用于接收并显示飞鸟目标图像以及空间位置信息；中央控制器52，用于接收编码器43发送的位置信息编码，并根据位置信息编码向强声发射仪器3发出针对飞鸟目标的驱赶控制指令。

图6是根据本发明实施例的信号处理流程示意图。如图6所示：信号处理仪器4在接收到光学探测仪器1中的近红外CCD相机传来的飞鸟目标图像后，首先获取飞鸟目标图像的自适应背景图像，进行图像预处理。在对图像进行分割后，启动目标检测与识别软件，对图像中的目标信息进行检测识别，确定飞鸟目标的种类后，根据图像中飞鸟目标的相对位置及光学探测仪器1的空间信息，确定飞鸟目标的空间信息和飞行轨迹。编码器43将光学探测仪器1的空位置信息以及包括飞鸟目标的位置、方向以及种类信息进行编码，生成位置信息编码，同时将位置信息编码发送到显示控制仪器5。显示控制仪器5包括视频显示器51以及中央控制器52，视频显示器51接收信号处理单元42发送的飞鸟目标图像，该视频显示器51具备视频显示叠加功能，可以将飞鸟目标经纬度、视场角位置等信息叠加到图像上。同时显示监控仪器5具有视频切换能力，可以根据显控设备控制近红外CCD相机的工作状态，实现对原始视频信号和处理后视频信号的切换处理。中央控制器52接收编码器43发送的位置信息编码，根据该位置信息编码发出针对飞鸟目标的驱赶控制指令，实现对载重云台32的转速、方位以及俯仰角度的精确控制以及驱动强声发射仪器3发出针对飞鸟目标的音频信号指令。

优选地，上述实施例中的驱赶包括方位角和俯仰角指令以及音频信号指令，其中：方位角以及俯仰角指令发送给载重云台，载重云台32进而实现对强声发射仪器3的方位角以及俯仰角调整；音频信号指令是依据不同的飞鸟目标的种类发出的，音频信号指令发送给定向强声发射阵列31，从而驱动定向强声发射阵列31输出放大后的驱鸟音频信号。该定向强声发射阵列31输出的放大后的驱鸟音频信号声波波束角为±15°，声压级可以达到160dB。

图7是根据本发明实施例的载重云台工作流程示意图。载重云台32在接收到中央控制器52的指令后，首先解码驱赶控制指令，将其转换为云台可识别的角度驱赶控制指令，再压入控制云台指令堆栈，检测自身运行状态并执行运行指令。根据显示控制仪器5发送的飞鸟目标的位置信息编码，进行方位以及俯仰角旋转。驱赶控制指令执行完后，丢弃堆栈中其他指令，结束运行并恢复到自由状态。

从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果：

针对现在技术的相关问题，本发明提供的移动式机场鸟情探测与定向驱鸟装置，解决了机场驱鸟设备主要采用红外和雷达设备，导致机场驱鸟设备全天候使用普遍价格较高，且还面临探测设备分辨率和帧频低，很难识别鸟种类以及难以实现远距离驱鸟的问题，从而能够识别鸟的种类，进而达到远距离有效驱鸟的效果。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种移动式机场鸟情探测与定向驱鸟装置，其特征在于，包括：

光学探测仪器(1)，用于探测飞鸟目标，从而获取飞鸟目标图像和所述光学探测仪器(1)的空间位置信息；

信号处理仪器(4)，用于接收所述飞鸟目标图像以及所述空间位置信息，并对所述飞鸟目标图像以及所述空间位置信息进行处理，以获取位置信息编码；

显示监控仪器(5)，用于根据所述位置信息编码发出针对所述飞鸟目标的驱赶控制指令，同时显示所述飞鸟目标图像以及所述空间位置信息；

强声发射仪器(3)，用于执行针对所述飞鸟目标的驱赶控制指令，以输出放大后的驱鸟音频信号；

电源装置(6)，用于对所述信号处理仪器(4)、所述显示监控仪器(5)和所述强声发射仪器(3)供电；

移动平台(2)，用于装载所述光学探测仪器(1)、所述信号处理仪器(4)、所述显示监控仪器(5)、所述强声发射仪器(3)以及所述电源装置(6)。

2.根据权利要求1所述的移动式机场鸟情探测与定向驱鸟装置，其特征在于，所述光学探测仪器(1)包括：

激光器(11)，用于产生第一激光；

透镜组(12)，用于接收所述第一激光，并将所述第一激光整形为第二激光；

近红外相机(13)，用于通过所述第二激光照明所述飞鸟目标，从而获取所述飞鸟目标图像；

GPS(14)，用于获取所述光学探测仪器(1)的空间位置信息；

电子罗盘(15)，用于获取所述第二激光的方向信息；

机械扫描装置(16)，用于安装所述激光器(11)、所述透镜组(12)、所述近红外相机(13)、所述GPS(14)以及所述电子罗盘(15)。

3.根据权利要求2所述的移动式机场鸟情探测与定向驱鸟装置，其特征在于，所述第一激光波长为1.5μｍ-1.6μｍ。

4.根据权利要求2所述的移动式机场鸟情探测与定向驱鸟装置，其特征在于，所述透镜组(12)包括：

凹透镜组(121)，将所述第一激光变成发散光；

凸透镜(122)，将所述发散光变成平行光；

光学组件(123)，将所述平行光变成漫射光，所述漫射光作为所述第二激光。

5.根据权利要求2所述的移动式机场鸟情探测与定向驱鸟装置，其特征在于，所述信号处理仪器(4)包括：

图像采集器(41)，用于采集所述光学探测仪器(1)发送的所述飞鸟目标图像；

信号处理单元(42)，与所述图像采集器(41)连接，用于接收所述飞鸟目标图像，并根据所述飞鸟目标图像来确定所述飞鸟目标的种类，且与所述光学探测仪器(1)中的GPS(14)和电子罗盘(15)连接，以获得所述空间位置信息；

编码器(43)，与所述信号处理单元(42)连接，用于接收并编码所述空间位置信息，生成所述位置信息编码。

6.根据权利要求5所述的移动式机场鸟情探测与定向驱鸟装置，其特征在于，显示监控仪器(5)包括：

视频显示器(51)，用于接收并显示所述飞鸟目标图像以及所述空间位置信息；

中央控制器(52)，用于接收所述编码器(43)发送的所述位置信息编码，并根据所述位置信息编码向所述强声发射仪器(3)发出针对所述飞鸟目标的所述驱赶控制指令。

7.根据权利要求1所述的移动式机场鸟情探测与定向驱鸟装置，其特征在于，所述强声发射仪器(3)包括定向强声发射阵列(31)和载重云台(32)，其中，载重云台(32)用于根据所述驱赶控制指令调整所述强声发射仪器(3)的方位角和俯仰角；定向强声发射阵列(31)包括：

音源供给电路模块(311)，产生一个或多个驱鸟音频信号；

音频处理电路模块(312)，对所述驱鸟音频信号进行信号处理,以获取数字调制的音频数据流；

功率处理电路模块(313)，对所述数字调制的音频数据流作放大和滤波处理，并转换成放大后的驱鸟音频信号；

扬声器阵列(314)，用于输出所述放大后的驱鸟音频信号。

8.根据权利要求7所述的移动式机场鸟情探测与定向驱鸟装置，其特征在于，所述驱赶控制指令包括方位角和俯仰角指令以及音频信号指令。

9.根据权利要求8所述的移动式机场鸟情探测与定向驱鸟装置，其特征在于，

所述载重云台(32)根据所述方位角和俯仰角指令来调整所述强声发射仪器(3)的方位角以及俯仰角；

所述定向强声发射阵列(31)根据所述音频信号指令来输出所述放大后的驱鸟音频信号。

10.根据权利要求9所述的移动式机场鸟情探测与定向驱鸟装置，其特征在于，所述定向强声发射阵列(31)输出的所述放大后的驱鸟音频信号声波波束角为±15°，声压级为160dB。