CN109430238B - 一种基于效能评估的机场驱鸟设备部署方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于效能评估的机场驱鸟设备部署方法，包括以下步骤：对机场区域建立空间坐标系；将机场区域划分为若干个区块；根据区域距离跑道的距离，初步分布驱鸟设备；获取每种驱鸟设备的最佳工作半径；将每个区块的上空划分为若干个工作区；根据驱鸟设备的最佳工作半径确定该种驱鸟设备在区块中的分布位置；根据共同工作的驱鸟设备的个数确定工作强度等级，从而完成驱鸟设备的部署。本发明通过多种驱鸟武器的协同工作，实现了机场重点空域的多重声波覆盖，大大地降低了鸟击的风险系数，且克服了传统随机驱鸟方式的短期内有效、长期则失效的问题，通过设置多个工作强度等级进行打击，实现了多种驱鸟设备的实时合理的优化组合。
Description
技术领域
本发明属于智能驱鸟领域，特别是一种基于效能评估的机场驱鸟设备部署方法。
背景技术
鸟撞是指高速运行在空中或者地面的飞机与空中的鸟类碰撞所造成的事故。鸟撞具有突发性和多变性的特点，由鸟撞造成的飞行事故不仅会带来经济损失，同时也会带来更大的生命安全隐患，时刻威胁着乘客和空勤人员的人身安全。由于鸟撞事故大多发生在属于低空域的起降阶段，所以机场低空域的驱鸟工作成为目前机场驱鸟的重要层面。目前机场的驱鸟方式尚停留在“传统”层面上，当发现可能马上来临的潜在危险鸟情时，地勤人员往往采取鸣枪示警、声音恐吓、气味驱赶等传统方式驱赶；而在平时，地勤人员则采用气味驱赶、阻断生态链、恶化本地生态等方法将鸟类逼走。一套对鸟类目标用雷达探测、光电确认、指挥并控制驱鸟设备昼夜进行自动驱鸟的系统显得尤为重要。为了抑制鸟类产生耐受性，显然机场现有的驱鸟设备的部署无法达到合理智能驱鸟的要求，需要对现有设备进行效能分析和对机场进行建模分析，关于如何对尽量少的设备进行部署从而达到对区域基本全覆盖的同时形成叠加声波对鸟类耐受性进行抑制的问题是一个需要解决的重要问题。
针对这一问题，林建等(2015)在《基于无线通信的机场智能驱鸟系统的研制》一文中对声驱炮的部署进行了研究，解决了驱鸟设备对区域基本全覆盖的问题，但是其声驱炮的种类单一，没有考虑到多设备协同工作以抑制鸟类耐受性的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于效能评估的机场驱鸟设备部署方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于效能评估的机场驱鸟设备部署方法，包括以下步骤：
步骤1、对机场区域建立空间坐标系，其中机场区域为机场跑道两侧的区域；
步骤2、以所述空间坐标系为基础，将机场区域划分为若干个区块；
步骤3、根据区块中区域距离跑道的距离，初步确定该区块中n种驱鸟设备的分布；
步骤4、通过鸟类听觉系统的声压级和某种驱鸟设备的声压级确定该种驱鸟设备的最佳工作半径；
步骤5、根据n种驱鸟设备的上升高度参数和其距离跑道的距离将每个区块的上空划分为若干个工作区；
步骤6、根据每种驱鸟设备的最佳工作半径确定该种驱鸟设备在区块中的分布位置；
步骤7、根据共同工作的驱鸟设备的个数确定工作强度等级，从而完成驱鸟设备的部署；其中驱鸟设备共同工作表示鸟的位置处于每个共同工作的驱鸟设备的最佳工作半径之内。
本发明与现有技术相比，其现有优点为：1)本发明根据设备的效能和鸟类听觉系统的声压级量化了设备的最佳工作半径，使设备发挥出最佳的效能，并为机场内设备的部署提供依据；2)本发明使用梯度式的设备部署方法，使重点区域设备密集，非重点区域设备相对稀疏，保证驱鸟效果优的同时也避免了资源的浪费；3)本发明根据共同工作的驱鸟设备的个数确定了多个工作强度等级，使用多个强度等级即多重声波叠加作用可以一定程度上解决鸟类的耐受性问题。
下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。
附图说明
图1为本发明基于效能评估的机场驱鸟设备部署方法的流程图。
图2为本发明机场区域建模示意图。
图3为本发明实施例中二踢脚炮在区块一的爆炸点坐标示意图。
图4为本发明实施例中钛雷炮在区块一的爆炸点坐标示意图。
图5为本发明实施例中煤气炮在区块一的爆炸点坐标示意图。
具体实施方式
结合图1，一种基于效能评估的机场驱鸟设备部署方法，包括以下步骤：
步骤1、对机场区域建立空间坐标系，其中机场区域为沿机场跑道两侧的区域，具体为：
结合图2，以机场跑道的中心为原点O，沿着跑道的方向为y轴，垂直于跑道的水平方向为x轴，垂直于跑道指向天空的方向为z轴。
步骤2、以空间坐标系为基础，将机场区域划分为若干个区块，具体为：
结合图2，以y轴为对称轴，在y轴两侧对称分布若干个区块。
步骤3、根据区块中区域距离跑道的距离，初步确定该区块中n种驱鸟设备的分布，具体为：
区块中距离跑道越近的区域内，驱鸟设备分布越密集；区块中距离跑道越远的区域内，驱鸟设备分布越稀疏。
步骤4、通过鸟类听觉系统的声压级和某种驱鸟设备的声压级确定该种驱鸟设备的最佳工作半径，具体为：
所用公式为：
Lp1＝Lp-20.*log10(r/10)-0.00925*r
式中，Lp1为鸟类听觉系统不能承受的临界声压级，该临界声压级为110dB量级时鸟类的驱离率达到99％以上；r为驱鸟设备的最佳工作半径，Lp驱鸟设备的声压级。
步骤5、根据n种驱鸟设备的上升高度参数和其距离跑道的距离将每个区块的上空划分为若干个工作区，具体为：
假设现有驱鸟设备有n＝3种，包括第一驱鸟设备D1、第二驱鸟设备D2、第三驱鸟设备D3，其上升高度参数分别为H1、H2、H3，将低于H1的区域记为低空，将[H1,H2)的区域记为中高空，将[H2,H3)区域记为高空；
针对低空，根据驱鸟设备距离跑道的距离自定义近区域范围[a1,a2)、中远区域范围[a2,a3)、远区域范围[a3,a4)；其中，
针对中高空，根据驱鸟设备距离跑道的距离自定义近区域范围[b1,b2)、远区域范围[b2,b3)；其中，
通过组合低空及其对应的近区域范围、中远区域范围、远区域范围，中高空及其对应的近区域范围、远区域范围，以及高空获得若干个工作区。
步骤6、根据每种驱鸟设备的最佳工作半径确定该种驱鸟设备在区块中的分布位置，具体为：
将每个区块划分为若干个正m边形；
根据每一种驱鸟设备的最佳工作半径，并结合矩形区域内正m边形外接圆的方法，确定每个驱鸟设备的位置即正m边形外接圆的圆心，从而对该种驱鸟设备完成部署；其中最佳工作半径为正m边形外接圆的半径。
步骤7、根据共同工作的驱鸟设备的个数确定工作强度等级，从而完成驱鸟设备的部署；其中驱鸟设备共同工作表示鸟的位置处于每个共同工作的驱鸟设备的最佳工作半径之内。其中根据共同工作的驱鸟设备的个数确定工作强度等级具体为：假设共同工作的驱鸟设备的个数为p，则其对应的工作强度为p级工作强度。
优选地，m＝4或6。
下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例
本实施例中选取了3种驱鸟设备，分别为二踢脚炮、钛雷炮、煤气炮。
结合图1，本发明一种基于效能评估的机场驱鸟设备部署方法，包括以下内容：
1、对机场区域建立空间坐标系如图2所示。
2、将机场区域划分为4个面积相同的区块如图2所示。
3、根据区块中区域距离跑道的距离，初步确定该区块中3种驱鸟设备的分布，其中距离跑道越近、高度越低的地方设备相对越密集。
4、通过鸟类听觉系统的声压级和某种驱鸟设备的声压级确定该种驱鸟设备的最佳工作半径。经过大量试验结果表明：当鸟类听觉系统的声压级达到110dB量级，对于我国常见鸟类的驱离率达到99％以上，对机场的二踢脚跑、钛雷炮和煤气炮最佳工作半径进行分析，所用公式为：
Lp1＝Lp-20.*log10(r/10)-0.00925*r
具体计算过程如下：
(1)二踢脚炮声压级大小为Lp＝130dB/10m，拟20℃，湿度60％，频率为2000Hz，计算可得大气吸收的衰减系数为0.00925dB/KM，可得声压级Lp1＝Lp-20.*log10(r/10)-0.00925*r。计算可以得出二踢脚跑的最佳工作半径为90m，炮弹的上升高度为30m。
(2)钛雷炮的声功率级大小为170dB/10m，Lp＝Lw-10log10(4πr2)，其中r为声源到测试点的距离，Lp＝139dB/10m，Lp1＝Lp-20.*log10(r/10)-0.00925*r，拟20℃，湿度60％，频率为2000Hz，计算可得大气吸收的衰减系数为0.00925dB/KM。计算可以得出钛镭跑的最佳工作半径为220m，炮弹的上升高度为130m。
(3)煤气炮声功率级大小为175dB/10m，Lp＝Lw-10log10(4πr2)，其中r为声源到测试点的距离，Lp＝144dB/10m，Lp1＝Lp-20.*log10(r/10)-0.00925*r拟20℃，湿度60％，频率为2000Hz，计算可得大气吸收的衰减系数为0.00925dB/KM。计算可以得出钛镭跑的最佳工作半径为340m，炮弹的上升高度为350m。
5、根据3种驱鸟设备的上升高度参数和其距离跑道的距离将每个区块的上空划分为五个工作区。对机场区域进行详细划分，飞机起降主跑道的长度为2.8km，宽度为80m，煤气炮的上升高度为350m，钛镭跑的上升高度为130m，二踢脚炮的上升高度为30m，将低于30m的区域记为低空，将[30m,130m)的区域记为中高空，将[130m,350m)区域记为高空。
针对低空，根据驱鸟设备距离跑道的距离自定义近区域范围为[40m,120m)、中远区域范围为[120m,200m)、远区域范围为[200m,300m)；
针对中高空，根据驱鸟设备距离跑道的距离自定义近区域范围为[40m,230m)、远区域范围为[230m,400m)；
通过组合低空及其对应的近区域范围、中远区域范围、远区域范围，中高空及其对应的近区域范围、远区域范围，以及高空获得六个工作区。六个工作区的详细位置如下(单位为m)：
I高空区：40≤x≤400 130≤z＜350
II中高空近区：40＜x≤230 30≤z＜130
III中高空远区：230＜x≤400 30≤z＜130
IV低空近区：40≤x≤120 0≤z＜30
V低空中远区：120＜x≤200 0≤z＜30
VI低空远区：200≤x≤300 0≤z＜30
6、根据每种驱鸟设备的最佳工作半径确定该种驱鸟设备在工作区中的分布位置，为达到全覆盖，应用矩形区域内正多边形外接圆的方法，按正六边形外接圆法部署二踢脚设备如图3所示，按正四边形外接圆法对中高空近区进行部署钛雷炮，钛雷炮部署如图4所示，按正四边形外接圆法部署煤气炮如图5所示。
7、依据现有部署，计算区域内共同工作的驱鸟设备的个数确定工作强度等级，工作强度等级数等于共同工作的驱鸟设备的个数，经过计算，共同工作的驱鸟设备最多为四个即最大工作强度为四级强度，详细结果如下：
I高空区：40≤x≤400 130≤z＜350
(1)0≤y＜340
需调用武器产生的爆炸点的坐标：一级强度：(40,340,350)
(2)340≤y≤1020
需调用武器产生的爆炸点的坐标：一级强度：(40,340,350)(40,1020,350)
(3)y＞1020
需调用武器产生的爆炸点的坐标：一级强度：(40,1020,350)
II中高空近区：40＜x≤230 30≤z＜130
(1)0≤y＜175
需调用武器产生的爆炸点的坐标：一级强度：(40,175,130)
(2)175≤y＜395
需调用武器产生的爆炸点的坐标：一级强度：(40,395,130)
二级强度：(40,395,130)(40,175,130)
三级强度：(40,395,130)(40,175,130)(230.53,505,130)
(3)395≤y＜615
需调用武器产生的爆炸点的坐标：一级强度：(40,615,130)
二级强度：(40,395,130)(40,615,130)
(4)615≤y＜835
需调用武器产生的爆炸点的坐标：一级强度：(40,835,130)
二级强度：(40,835,130)(40,615,130)
三级强度：(40,835,130)(40,615,130)(230.53,505,130)
四级强度：(40,835,130)(40,615,130)(230.53,505,220)(230.53,945,130)
(5)835≤y＜1055
需调用武器产生的爆炸点的坐标：一级强度：(40,1055,130)
二级强度：(40,1055,130)(40,835,130)
(6)1055≤y＜1275
需调用武器产生的爆炸点的坐标：一级强度：(40,1275,130)
二级强度：(40,1275,130)(40,1055,130)
三级强度：(40,1275,130)(40,1055,130)(230.53,945,130)
(7)1275≤y＜1400
需调用武器产生的爆炸点的坐标：一级强度：(40,1275,130)
III中高空远区：230＜x≤400 30≤z＜130
(1)0≤y＜505
需调用武器产生的爆炸点的坐标：一级强度：(230.53,505,130)
(2)505≤y＜945
需调用武器产生的爆炸点的坐标：一级强度：(230.53,505,130)
二级强度：(230.53,505,130)(230.53,945,130)
(3)945≤y＜1400
需调用武器产生的爆炸点的坐标：一级强度：(230.53，945，130)
IV低空近区：40≤x≤120 0≤z＜30
(1)0≤y＜74.83
需调用武器产生的爆炸点的坐标：一级强度：(40,74.83,30)
二级强度：(40,74.83,30)(40,175,130)
(2)74.83≤y＜344.83
需调用武器产生的爆炸点的坐标：一级强度：(40,344.83,30)
二级强度：(40,344.83,30)(40,74.83,30)
三级强度：(40,344.83，30)(40,74.83,30)(40,175，130)
四级强度：(40，344.83,30)(40,74.83,30)(40,175,130)(40,395,130)
(3)344.83≤y＜614.83
需调用武器产生的爆炸点的坐标：一级强度：(40,614.83,30)
二级强度：(40,344.83,30)(40,614.83,30)
三级强度：(40，344.83，30)(40，614.83,30)(40,395，130)
四级强度：(40，344.83,30)(40，614.83,30)(40,395,130)(40,615,130)
(4)614.83≤y＜884.83
需调用武器产生的爆炸点的坐标：一级强度：(40,884.83,30)
二级强度：(40,884.83,30)(40，614.83，30)
三级强度：(40,884.83，30)(40，614.83,30)(40,615,130)
四级强度：(40,884.83,30)(40,614.83,30)(40,615,130)(40,835,130)(5)884.83≤y＜1154.83
需调用武器产生的爆炸点的坐标：一级强度：(40,1154.83,30)
二级强度：(40,1154.83，30)(40,884.83,30)
三级强度：(40，1154.83,30)(40，884.83,30)(40，835，130)
四级强度：(40，1154.83,30)(40,884.83,30)(40，835，130)(40,1055,130)
(6)1154.83≤y＜1400
需调用武器产生的爆炸点的坐标：一级强度：(40,1154.83,30)
二级强度：(40,1154.83,30)(40,1055,130)
三级强度：(40,1154.83,30)(40，1055，130)(40，1275,130)
V低空中远区：120＜x≤200 0≤z＜30
(1)0≤y＜209.83
需调用武器产生的爆炸点的坐标：一级强度：(117.95,209.83,30)
二级强度：(117.95,209.83，30)(40，175，130)
(2)209.83≤y＜479.83
需调用武器产生的爆炸点的坐标：一级强度：(117.95,479.83,30)
二级强度：(117.95,479.83,30)(40,395,130)
(3)479.83≤y＜749.83
需调用武器产生的爆炸点的坐标：一级强度：(117.95，749.83，30)
二级强度：(117.95,749.83,30)(40,615,130)
(4)749.83≤y＜1019.83
需调用武器产生的爆炸点的坐标：一级强度：(117.95,1019.83,30)
二级强度：(117.95，1019.83,30)(40，835，130)
(5)1019.83≤y＜1400
需调用武器产生的爆炸点的坐标：一级强度：(117.95,1019.83,30)
二级强度：(117.95,1019.83,30)(40,1275,130)
VI低空远区：200≤x≤300 0≤z＜30
(1)0≤y＜74.83
需调用武器产生的爆炸点的坐标：一级强度：(195.9,74.83,30)
(2)74.83≤y＜344.83
需调用武器产生的爆炸点的坐标：一级强度：(195.9,344.83,30)
(3)344.83≤y＜614.83
需调用武器产生的爆炸点的坐标：一级强度：(195.9,614.83,30)
(4)614.83≤y＜884.83
需调用武器产生的爆炸点的坐标：一级强度：(195.9,884.83,30)
(5)884.83≤y＜1154.83
需调用武器产生的爆炸点的坐标：一级强度：(195.9,1154.83,30)
(6)1154.83≤y＜1400
需调用武器产生的爆炸点的坐标：一级强度：(195.9,1154.83,30)
本发明在平面区域围绕机场跑道将机场分为若干区块，在空间区域采用了在高度方向和平面距离方向上驱鸟方式复杂程度随梯度变化的三维梯度式的驱鸟系统模型，此模型将机场区域分成若干个区块，根据驱鸟设备的最佳工作半径确定了驱鸟设备在区块中的分布位置。通过多种驱鸟武器的协同工作，实现了机场重点空域的多重声波覆盖，大大地降低了鸟击的风险系数。本发明克服了传统随机驱鸟方式的短期内有效、长期则失效的问题，通过设置多个工作强度等级进行打击，实现了多种驱鸟设备的实时合理的优化组合。
Claims (8)
1.一种基于效能评估的机场驱鸟设备部署方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、对机场区域建立空间坐标系，其中机场区域为沿机场跑道两侧的区域；
步骤2、以所述空间坐标系为基础，将机场区域划分为若干个区块；
步骤3、根据区块中区域距离跑道的距离，初步确定该区块中n种驱鸟设备的分布；
步骤4、通过鸟类听觉系统的声压级和某种驱鸟设备的声压级确定该种驱鸟设备的最佳工作半径；
步骤5、根据n种驱鸟设备的上升高度参数和其距离跑道的距离将每个区块的上空划分为若干个工作区；具体为：
假设现有驱鸟设备有n＝3种，包括第一驱鸟设备D1、第二驱鸟设备D2、第三驱鸟设备D3，其上升高度参数分别为H1、H2、H3，将低于H1的区域记为低空，将[H1,H2)的区域记为中高空，将[H2,H3)区域记为高空；
针对所述低空，根据驱鸟设备距离跑道的距离自定义近区域范围[a1,a2)、中远区域范围[a2,a3)、远区域范围[a3,a4)；其中，
针对所述中高空，根据驱鸟设备距离跑道的距离自定义近区域范围[b1,b2)、远区域范围[b2,b3)；其中，
通过组合低空及其对应的近区域范围、中远区域范围、远区域范围，中高空及其对应的近区域范围、远区域范围，以及高空获得若干个工作区；
步骤6、根据每种驱鸟设备的最佳工作半径确定该种驱鸟设备在区块中的分布位置；具体为：
将每个区块划分为若干个正m边形；
根据每一种驱鸟设备的最佳工作半径，并结合矩形区域内正m边形外接圆的方法，确定每个驱鸟设备的位置即正m边形外接圆的圆心，从而对该种驱鸟设备完成部署；其中最佳工作半径为正m边形外接圆的半径；
步骤7、根据共同工作的驱鸟设备的个数确定工作强度等级，从而完成驱鸟设备的部署；其中驱鸟设备共同工作表示鸟的位置处于每个共同工作的驱鸟设备的最佳工作半径之内。
2.根据权利要求1所述的基于效能评估的机场驱鸟设备部署方法，其特征在于，步骤1所述对机场区域建立空间坐标系具体为：
以机场跑道的中心为原点O，沿着跑道的方向为y轴，垂直于跑道的水平方向为x轴，垂直于跑道指向天空的方向为z轴。
3.根据权利要求1或2所述的基于效能评估的机场驱鸟设备部署方法，其特征在于，步骤2所述以空间坐标系为基础，将机场区域划分为若干个区块，具体为：以y轴为对称轴，在y轴两侧对称分布若干个区块。
4.根据权利要求3所述的基于效能评估的机场驱鸟设备部署方法，其特征在于，步骤3所述根据区块中区域距离跑道的距离，确定该驱鸟单元中驱鸟设备的分布，具体为：
区块中距离跑道越近的区域内，驱鸟设备分布越密集；区块中距离跑道越远的区域内，驱鸟设备分布越稀疏。
5.根据权利要求1所述的基于效能评估的机场驱鸟设备部署方法，其特征在于，步骤4所述通过鸟类听觉系统的声压级和某种驱鸟设备的声压级确定该种驱鸟设备的最佳工作半径，所用公式为：
Lp1＝Lp-20.*log10(r/10)-0.00925*r
式中，Lp1为鸟类听觉系统不能承受的临界声压级，该临界声压级为110dB量级时鸟类的驱离率达到99％以上；r为驱鸟设备的最佳工作半径，Lp驱鸟设备的声压级。
6.根据权利要求1所述的基于效能评估的机场驱鸟设备部署方法，其特征在于，所述m＝4或6。
7.根据权利要求1所述的基于效能评估的机场驱鸟设备部署方法，其特征在于，步骤7所述根据共同工作的驱鸟设备的个数确定工作强度等级，从而完成驱鸟设备的部署具体为：假设共同工作的驱鸟设备的个数为p，则其对应的工作强度为p级工作强度。
8.基于权利要求1所述基于效能评估的机场驱鸟设备部署方法的驱鸟方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、通过实时探测设备采集并监控鸟的鸟的数量、鸟的位置即鸟所在的工作区；所述实时探测设备为雷达、光电跟踪仪；
步骤2、以鸟所在工作区的一级工作强度对鸟进行声音冲击；
步骤3、通过实时探测设备采集经过一级工作强度声音冲击后鸟的飞行航迹，
(1)若鸟仍在原工作区，则逐级增加工作强度继续对鸟进行声音冲击，直至鸟飞离该工作区，之后通过实时探测设备采集鸟的飞行航迹，并执行下述(2)或(3)；
(2)若鸟飞入其它工作区，则由该工作区的一级工作强度对鸟进行声音冲击，并重新执行步骤3；
(3)若鸟不在任意工作区内，则停止声音冲击，完成驱鸟过程。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811385873.3A CN109430238B (zh) | 2018-11-20 | 2018-11-20 | 一种基于效能评估的机场驱鸟设备部署方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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