CN112806348A - 一种驱鸟系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种驱鸟系统，包括底座和设于底座上端的支撑筒，所述支撑筒远离底座的一端连接有托板，所述托板的上端面连接有仿生模型，所述仿生模型上安装有摄像头、激光器、红外探测器和超声波脉冲发生器，所述支撑筒内安装有与仿生模型连接的控制单元，所述控制单元包括目标确认模块、数据通信处理模块和数据处理模块；本发明提供的驱鸟系统，通过控制单元对飞行物的判断，设置仿生模型，仿生模型可沿着滑轨滑动，模拟飞禽，通过红外探测和多普勒雷达探测拾音器探测判断是否有鸟类靠近，综合声光和超声波脉冲，利用强光驱赶鸟类，具有四方向的超声波发生器，利用超声波驱赶鸟类。
Description
技术领域
本发明属于鸟类驱赶设备技术领域，具体涉及一种驱鸟系统。
背景技术
目前，为了方便管理果园，经常在果园里布置电线，但随着人类对自然生态环境保护意识的加强，鸟类的繁衍数量逐渐增多，活动范围日趋扩大，许多鸟类在输电线路杆塔上筑巢繁殖，给果园输电线路的安全运行造成了极大危害。输电线路鸟害事故的发生，会造成线路单相接地短路、闪络等故障，以及使绝缘子绝缘性能下降，严重的还会造成输电线路的非计划停运。这些已成为影响电力安全生产的重要因素，线路可靠安全运行受到严重的威胁，防止鸟害的问题日益重要。
发明内容
本发明的目的是为了解决背景技术中所提出的问题，而提供一种驱鸟系统，通过控制单元对飞行物的判断，设置仿生模型，仿生模型可沿着滑轨滑动，模拟飞禽，通过红外探测和多普勒雷达探测拾音器探测判断是否有鸟类靠近，综合声光和超声波脉冲，利用强光驱赶鸟类，具有四方向的超声波发生器，利用超声波驱赶鸟类。
本发明的目的是这样实现的：
一种驱鸟系统，包括底座和设于底座上端的支撑筒，所述支撑筒远离底座的一端连接有托板，所述托板的上端面连接有仿生模型，所述仿生模型上安装有摄像头、激光器、红外探测器和超声波脉冲发生器，所述支撑筒内安装有与仿生模型连接的控制单元，所述控制单元包括：
目标确认模块，对红外探测器和摄像头捕捉到的图像进行识别与确认，判断目标类型；
数据通信处理模块，在摄像头、激光器、红外探测器和超声波脉冲发生器之间通过以太网、采用udp进行通讯，与信号发生器采用定时器卡进行通信，负责各个部件之间的数据收发，并依据对应的通信协议完成数据解析，供需要接收的设备获取相关数据；
数据处理模块，包括坐标系转换和驱鸟策略制定。
优选的，所述控制单元还包括设于支撑筒上的控制箱，所述控制箱的面板上设有多普勒雷达探测器，所述控制箱上的外表面安装有用于收集光能的太阳能板，所述控制箱的内部设有用于储存太阳能板收集的光能的锂电池，所述无线通信模块的天线外延于控制箱的外面板上。
优选的，所述支撑筒顶端的外缘与托板的底部抵接，所述支撑筒内部设有用于改变托板竖直方向高度的升降组件，所述升降组件包括设于底座内的驱动电机、设于支撑筒内且与驱动电机输出轴连接的螺杆，所述螺杆远离驱动电机的一端通过导程块固定连接至托板的底部。
优选的，所述托板的上表面设有环形滑轨，所述仿生模型通过滚轮滑动连接滑轨，所述滚轮内设有由控制单元控制的私服电机。
优选的，所述坐标系转换包括摄像头、激光器、红外探测器和超声波脉冲发生器之间的坐标转换。
优选的，所述驱鸟策略制定包括如下步骤：
S1、使用摄像头、红外探测器和多普勒雷达对设定范围内的可疑目标进行搜寻，若机场空域范围内的可疑目标点迹或航迹数小于m个，则将可疑目标的点迹或航迹逐一发送给控制单元，控制单元以自动方式对目标进行跟踪并将仿生模型的实时架位信息反馈给激光器和超声波脉冲发生器，当目标被识别为鸟类目标时，则用激光器和超声波脉冲发生器对目标进行驱赶，直至雷达上不再有可疑目标点迹或航迹为止。
S2、若设定范围内的可疑目标点迹或航迹数不小于m个，则确定所有目标所在的区域，使用仿生模型内设定的模拟大型动物的发声进行驱赶，驱赶后等待t秒；
S3、继续查看雷达提供的可疑点迹或航迹数目，若小于m个，则执行步骤S1；
S4、使用当前目标所在区域的更高等级的驱离强度，同时使用激光器和超声波脉冲发生器对该区域进行打击，打击后等待t秒，执行步骤S3。
优选的，所述超声波脉冲发生器的频率为20-80khz。
优选的，所述激光器采用功率为50MW、波段为532nm的绿光，所述激光器的光束发散角为0.3mrad，所述激光器由步进电机驱动，所述激光器的能量密度为5-10MW/cm2。
优选的，所述的红外探测器和摄像头对目标确认的过程中，控制单元的目标确认模块通过摄像头对目标物进行录像，并将录像的视频分解为多个单帧图像，通过对每帧图像像素求和后取平均值获得背景像素，具体的背景像素的平均值A的算法如下：
A(x，y)＝∑n (i-1)·Si(x，y)/N，
其中N表示采集时间内得到的图像帧数，(x，y)表示像素点，具有减少图像噪点的优势。
优选的，所述摄像头将采集的彩色图像转换为灰度图像输出，输出的灰度图像的对应像素的值W为：
W＝0.287R+0.605G+0.115B，
其中R、G、B依次为彩色图像中各组成像素矢量的三基色(红色、绿色、蓝色)分量的值。
优选的，结合目标物的颜色、形状、轨迹及速度特征，由特征粒子的分布结合轨迹和速度特点来快速区分目标物类型，
优选的，对于目标物的轨迹特征，以运动目标中心点代表运动目标的位置，定义目标中心点(a，b)为跟踪位置，则有对目标物的跟踪轨迹T为：
T＝{(a1，b1),(a2，b2),…,(an，bn)}；
跟踪轨迹T的轨迹点映射于极坐标系上为一组曲线，将曲线重合最为密集的位置设为轨迹直线L，则有跟踪轨迹T与轨迹直线L之间距离的轨迹特征TL满足：TL＝∑Ln。
优选的，目标物的速度用单位时间内轨迹的长度来表示，则有速度特征TL：
TL＝{[(a1-a2)1/2+(b1-b2)1/2]1/2,…,[(an-1-an)1/2+(bn-1-bn)1/2]1/2}；
目标物速度的最大变化量ΔTL＝TLmax-TLmin，当ΔTL小于某个预设值时，轨迹的速度变化量小，判断为飞行速度稳定，否则为飞行速度急剧变化。
优选的，设定目标物的颜色粒子为GC，形状粒子为Gp，控制单元内设定一个判断值G，则有
1)当GC＞4/5G时，判断目标物为鸟类，当Gp＞4/5G时，判断目标物为无人机，GC＜4/5G且Gp＜4/5G时，判断目标物为气球；
2)当TL大于预设值T1且ΔTL大于预设值T2时，判断目标物为鸟类；
3)根据目标物和控制单元的模板库之间的匹配度，若匹配度小于预设值T3时为鸟类，否则为其他。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明提供的一种驱鸟系统，通过控制单元对飞行物的判断，设置仿生模型，仿生模型可沿着滑轨滑动，模拟飞禽，通过红外探测和多普勒雷达探测拾音器探测判断是否有鸟类靠近，综合声光和超声波脉冲，利用强光驱赶鸟类，具有四方向的超声波发生器，利用超声波驱赶鸟类。
2、本发明提供的一种驱鸟系统，在背景相对静止无变化的前提下将背景提取出来，并作为初始化信息进行比对删除，将拍摄的视频分解为连续帧图像输入，通过去掉每帧图像中的活动物体输出静止的背景图像，背景像素出现的频率越高，背景的真实性越高，将拍摄到的彩色图像转化为黑白图像。在仅具备灰度的图像上进行采点分析，减小提取背景的难度。
3、本发明提供的一种驱鸟系统，由颜色和形状特征粒子的分布来快速区分鸟类和其他飞行物，根据鸟类和其他飞行物的飞行轨迹及速度的区别，提取各自的轨迹和速度特征，通过轨迹和速度特征进一步进行区分，针对无法正确区分的飞禽和其他飞行物，则由识别模块进行区分，提高了算法速度，避免复杂的目标识别。
附图说明
图1是本发明一种驱鸟系统结构示意图。
图2是本发明一种驱鸟系统仿生模型示意图。
图3是本发明一种驱鸟系统支撑筒示意图。
图4是本发明一种驱鸟系统供能箱控制箱示意图。
图5是本发明一种驱鸟系统激光器工作原理图。
图6是本发明一种驱鸟系统工作流程图。
图中：1、底座；2、支撑筒；3、控制箱；4、托板；5、环形滑轨；6、仿生模型；7、滚轮；8、扬声器；9、摄像头；10、激光器；11、太阳能板；12、多普勒雷达探测器；13、驱动电机；14、螺杆；15、导程块；16、红外探测器；17、超声波脉冲发生器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
结合图1-4，一种驱鸟系统，包括底座1和设于底座1上端的支撑筒2，所述支撑筒2远离底座1的一端连接有托板4，所述托板4的上端面连接有仿生模型6，所述托板4的上表面设有环形滑轨5，所述仿生模型6通过滚轮7滑动连接环形滑轨5，所述滚轮7内设有由控制单元控制的伺服电机，所述仿生模型6上安装有摄像头9、激光器10、红外探测器16和超声波脉冲发生器17，所述支撑筒2内安装有与仿生模型6连接的控制单元。
所述控制单元还包括设于支撑筒2上的控制箱3，所述控制箱3的面板上设有多普勒雷达探测器12，所述控制箱3上的外表面安装有用于收集光能的太阳能板11，所述控制箱3的内部设有用于储存太阳能板11收集的光能的锂电池，所述无线通信模块的天线外延于控制箱3的外面板上。
所述支撑筒2顶端的外缘与托板4的底部抵接，所述支撑筒2内部设有用于改变托板4竖直方向高度的升降组件，所述升降组件包括设于底座1内的驱动电机13、设于支撑筒2内且与驱动电机13输出轴连接的螺杆14，所述螺杆14远离驱动电机13的一端通过导程块15固定连接至托板4的底部。
通过摄像头、红外探测器和多普勒雷达探测器判断是否有鸟禽靠近，当控制单元判断有鸟类靠近时，驱动升降组件的驱动电机和仿生模型上的伺服电机，仿生模型沿环形滑轨和竖直方向同时运动，模拟飞禽惊吓鸟类，根据控制单元对鸟类的判断，启动激光器和超声波脉冲发生器驱赶区域范围内的鸟类。
实施例2
在实施例1的基础上，结合图4和图5，所述支撑筒2内安装有与仿生模型6连接的控制单元，所述控制单元包括：目标确认模块，对红外探测器16和摄像头9捕捉到的图像进行识别与确认，判断目标类型，分为飞鸟、气球及无人机等；数据通信模块，在摄像头9、激光器10、红外探测器16和超声波脉冲发生器17之间通过以太网、采用udp进行通讯，与信号发生器采用定时器卡进行通信，负责各个部件之间的数据收发，并依据对应的通信协议完成数据解析，供需要接收的设备获取相关数据；数据处理模块，包括坐标系转换和驱鸟策略制定。
还包括有人机交互模块，用于显示低慢小目标雷达捕捉到的目标的点迹与航迹信息、显示控制单元获取的跟踪画面、显示驱鸟设备的工作状态、显示驱鸟策略提示框等信息，还可以输入控制指令、校正量等参数信息，是驱鸟工作人员与系统进行交互的部分，并且能够辅助工作人员分析决策与下达控制指令。
其中所述驱鸟策略制定包括如下步骤：
S1、使用摄像头9、红外探测器16和多普勒雷达探测器12对设定范围内的可疑目标进行搜寻，若机场空域范围内的可疑目标点迹或航迹数小于m个，则将可疑目标的点迹或航迹逐一发送给控制单元，控制单元以自动方式对目标进行跟踪并将仿生模型6的实时架位信息反馈给激光器10和超声波脉冲发生器17，当目标被识别为鸟类目标时，则用激光器10和超声波脉冲发生器17对目标进行驱赶，直至雷达上不再有可疑目标点迹或航迹为止。
S2、若设定范围内的可疑目标点迹或航迹数不小于m个，则确定所有目标所在的区域，使用仿生模型6内设定的模拟大型动物的发声进行驱赶，驱赶后等待t秒；
S3、继续查看雷达提供的可疑点迹或航迹数目，若小于m个，则执行步骤S1；
S4、使用当前目标所在区域的更高等级的驱离强度，同时使用激光器10和超声波脉冲发生器17对该区域进行打击，打击后等待t秒，执行步骤S3
控制单元的单片机控制模块控制激光器步进电机转动以带动激光器发射激光并跟随仿生模型旋转进行扫描式激光驱鸟，控制器通过对语音模块输入端高低电平的调节，结合定时器中断程序，控制语音模块在15～30s随机时间间隔内通过扬声器随机播放恐鸟语音，避免语音过于密集引起鸟类适应，并由功率放大模块和扬声器将声音放大至110db，利用鸟类对驱鸟语音产生恐惧感的特性，驱赶鸟类并避免鸟类适应性。
采用红外和多普勒雷达探测鸟类的靠近，通过检测有一定温度生物体发出的红外线，然后通过分析对红外线分析判断生物体的方位，对红外探测到的鸟使用间歇性灯光、发射超声、声音干扰进行驱赶，并根据反馈智能改变超声工作频率，直至驱鸟成功，红外探测器采用IRM38B红外传感器，将锁相环音频解码器LM567产生的低频方波振荡信号经晶体管调制到由定时器NE555产生的载波上，一旦有鸟飞过，红外接收头就会解调由鸟的身体发射过来的红外线，并将解调信号送入LM567内部比较其频率和相位。此时，锁相环音频解码器的输出引脚将信号送给控制单元的单片机，令超声波脉冲发生器产生高频超声波，达到驱鸟目的。
超声波脉冲发生器，频率在20-80khz范围内的超声波时鸟类敏感区域，也就是该频段的声音鸟类可以明显识别，利用这一点可以减少鸟类在周围活动，超声波的衰减比较快，只能在小范围内形成超声波干扰，对附近的人体没有影响。
当装置开机以后，系统程序初始化，太阳能电路开始工作，将太阳能转换为电能为整个系统提供电源，并将多余的能量储存起来以待晚间光照不足时使用，红外探测电路与多普勒雷达电路在单片机的设置下处于待机状态，一旦某一方检测到有飞鸟飞过，则将信号传送给单片机，单片机收到信号以后驱动激光器和超声波驱鸟电路发射高频超声波，驱赶区域范围内的鸟类。
实施例3
RGB模型是用的R红色、G绿色、B蓝色三色的光来互相配比表示定量的颜色，这种表示方法几把上可以看成三维的空间直角坐标系，不同的颜色均可以用这个坐标系中的点来表示。鸟类目标的图像识别主要针对飞鸟、无人机、气球这三种目标。
红外探测器和摄像头对目标确认的过程中，控制单元的目标确认模块通过摄像头对目标物进行录像，并将录像的视频分解为多个单帧图像，通过对每帧图像像素求和后取平均值获得背景像素，具体的背景像素的平均值A的算法如下：A(x，y)＝∑n (i-1)·Si(x，y)/N，其中N表示采集时间内得到的图像帧数，(x，y)表示像素点，具有减少图像噪点的优势。
所述摄像头将采集的彩色图像转换为灰度图像输出，输出的灰度图像的对应像素的值W为：W＝0.287R+0.605G+0.115B，其中R、G、B依次为彩色图像中各组成像素矢量的三基色(红色、绿色、蓝色)分量的值，在背景相对静止无变化的前提下将背景提取出来，并作为初始化信息进行比对删除，将拍摄的视频分解为连续帧图像输入，通过去掉每帧图像中的活动物体输出静止的背景图像，背景像素出现的频率越高，背景的真实性越高，将拍摄到的彩色图像转化为黑白图像。在仅具备灰度的图像上进行采点分析，减小提取背景的难度。
对于目标物的轨迹特征，以运动目标中心点代表运动目标的位置，定义目标中心点(a，b)为跟踪位置，则有对目标物的跟踪轨迹T为：T＝{(a1，b1),(a2，b2),…,(an，bn)}；跟踪轨迹T的轨迹点映射于极坐标系上为一组曲线，将曲线重合最为密集的位置设为轨迹直线L，则有跟踪轨迹T与轨迹直线L之间距离的轨迹特征TL满足：TL＝∑Ln。
目标物的速度用单位时间内轨迹的长度来表示，则有速度特征TL：
TL＝{[(a1-a2)1/2+(b1-b2)1/2]1/2,…,[(an-1-an)1/2+(bn-1-bn)1/2]1/2}；
目标物速度的最大变化量ΔTL＝TLmax-TLmin，当ΔTL小于某个预设值时，轨迹的速度变化量小，判断为飞行速度稳定，否则为飞行速度急剧变化。
设定目标物的颜色粒子为GC，形状粒子为Gp，控制单元内设定一个判断值G，则有：
1)当GC＞4/5G时，判断目标物为鸟类，当Gp＞4/5G时，判断目标物为无人机，GC＜4/5G且Gp＜4/5G时，判断目标物为气球；
2)当TL大于预设值T1且ΔTL大于预设值T2时，判断目标物为鸟类；
3)根据目标物和控制单元的模板库之间的匹配度，若匹配度小于预设值T3时为鸟类，否则为其他。
结合目标物的颜色、形状、轨迹及速度特征，由特征粒子的分布结合轨迹和速度特点来快速区分目标物类型，由颜色和形状特征粒子的分布来快速区分鸟类和其他飞行物，根据鸟类和其他飞行物的飞行轨迹及速度的区别，提取各自的轨迹和速度特征，通过轨迹和速度特征进一步进行区分，针对无法正确区分的飞禽和其他飞行物，则由识别模块进行区分，提高了算法速度，避免复杂的目标识别。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的保护范围内所做的任何修改，等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种驱鸟系统，其特征在于：包括底座(1)和设于底座(1)上端的支撑筒(2)，所述支撑筒(2)远离底座(1)的一端连接有托板(4)，所述托板(4)的上端面连接有仿生模型(6)，所述仿生模型(6)上安装有摄像头(9)、激光器(10)、红外探测器(16)和超声波脉冲发生器(17)，所述支撑筒(2)内安装有与仿生模型(6)连接的控制单元，所述控制单元包括：
目标确认模块，对红外探测器(16)和摄像头(9)捕捉到的图像进行识别与确认，判断目标类型；
数据通信模块，在摄像头(9)、激光器(10)、红外探测器(16)和超声波脉冲发生器(17)之间通过以太网、采用udp进行通讯，与信号发生器采用定时器卡进行通信，负责各个部件之间的数据收发，并依据对应的通信协议完成数据解析，供需要接收的设备获取相关数据；
数据处理模块，包括坐标系转换和驱鸟策略制定。
2.根据权利要求1所述的一种驱鸟系统，其特征在于：所述控制单元还包括设于支撑筒(2)上的控制箱(3)，所述控制箱(3)的面板上设有多普勒雷达探测器探测器(12)，所述控制箱(3)上的外表面安装有用于收集光能的太阳能板(11)，所述控制箱(3)的内部设有用于储存太阳能板(11)收集的光能的锂电池，所述无线通信模块的天线外延于控制箱(3)的外面板上。
3.根据权利要求1所述的一种驱鸟系统，其特征在于：所述支撑筒(2)顶端的外缘与托板(4)的底部抵接，所述支撑筒(2)内部设有用于改变托板(4)竖直方向高度的升降组件，所述升降组件包括设于底座(1)内的驱动电机(13)、设于支撑筒(2)内且与驱动电机(13)输出轴连接的螺杆(14)，所述螺杆(14)远离驱动电机(13)的一端通过导程块(15)固定连接至托板(4)的底部。
4.根据权利要求1所述的一种驱鸟系统，其特征在于：所述托板(4)的上表面设有环形滑轨(5)，所述仿生模型(6)通过滚轮(7)滑动连接环形滑轨(5)，所述滚轮(7)内设有由控制单元控制的伺服电机。
5.根据权利要求1所述的一种驱鸟系统，其特征在于：所述坐标系转换包括摄像头(9)、激光器(10)、红外探测器(16)和超声波脉冲发生器(17)之间的坐标转换。
6.根据权利要求1所述的一种驱鸟系统，其特征在于：所述驱鸟策略制定包括如下步骤：
S1、使用摄像头(9)、红外探测器(16)和多普勒雷达探测器(12)对设定范围内的可疑目标进行搜寻，若机场空域范围内的可疑目标点迹或航迹数小于m个，则将可疑目标的点迹或航迹逐一发送给控制单元，控制单元以自动方式对目标进行跟踪并将仿生模型(6)的实时架位信息反馈给激光器(10)和超声波脉冲发生器(17)，当目标被识别为鸟类目标时，则用激光器(10)和超声波脉冲发生器(17)对目标进行驱赶，直至雷达上不再有可疑目标点迹或航迹为止。
S2、若设定范围内的可疑目标点迹或航迹数不小于m个，则确定所有目标所在的区域，使用仿生模型(6)内设定的模拟大型动物的发声进行驱赶，驱赶后等待t秒；
S3、继续查看雷达提供的可疑点迹或航迹数目，若小于m个，则执行步骤S1；
S4、使用当前目标所在区域的更高等级的驱离强度，同时使用激光器(10)和超声波脉冲发生器(17)对该区域进行打击，打击后等待t秒，执行步骤S3。
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