基于超声波技术的驱鸟设备研究与实践.pdf

刘慧君，司马芊，李程亮等：基于超声波技术的驱鸟设备研究与实践1 研究背景据不完全统计，我国每年有将近98%的果园都会受到鸟雀的危害，果实产量损失高达30%以上，给果农造成大的经济损失，尤其是在鸟类的繁衍期，鸟类啄食水果使果农不堪受扰。鸟类对农业生产的危害日趋严重，导致农产品产量和质量下降，造成巨大经济损失。农业生产中的传统驱鸟手段是利用巨大声响或视觉效果使鸟类受到惊吓来驱鸟，如敲锣、放炮、装稻草人等，这些方法由于具有单一性，驱鸟效果不佳。近年来，国外专家研究基于鸟类生活习性的防护技术，主要针对鸟类的听觉、视觉、嗅觉，并开发出一系列驱鸟产品，如超声波驱鸟器、激光驱鸟器、无公害化学驱鸟剂等。这些产品在国外应用初期都取得比较好的效果，但都面临鸟类适应性的问题，引进国内使用效果不佳，尤其以天敌鸣声为声音资料的驱鸟设备，由于种间差异性和地域差异性，国外鸟种的天敌鸣叫不一定适用于国内鸟种。此外，国外设备价格昂贵，难被国内用户接受。针对以上难题，需要研究低成本、抗适应性、适用于我国鸟种的驱鸟器。2 现有驱鸟技术及其特点分析2 2.1 1 现有驱鸟技术现有的驱鸟技术多种多样，主要包括形状驱赶法、声光驱赶法、味道驱鸟法、颜色驱鸟法、防护网驱鸟法等。形状驱赶法：最常见的就是稻草人驱鸟。稻草人一直站在那里不动，初见时对鸟儿有些威慑力，但时间久了，鸟儿识破了它的“假把戏”，也就容易失去作用。声光驱赶法：这是近两年驱鸟的主流。通过录音设备在田间播放驱赶鸟类的吼声，或者其它鸟类惧怕的声音，确实能起到一部分效果。甚至还有农户用碎玻璃制成风铃，挂在田间叮当作响，对鸟类的驱赶也有一定作用。但是，这种声音对于人类来说可能比较烦扰。基于超声波技术的驱鸟设备研究与实践基于超声波技术的驱鸟设备研究与实践（湖南生物机电职业技术学院湖南，长沙410127）【摘要】针对农田、果园鸟害日趋严重以及传统驱鸟手段效果有限的现状，提出了采用红外线感应探测鸟存在和超声波驱赶来改进当前驱鸟方法的新思路。基于此，设计了一种新型智能驱鸟设备，包括防护箱主体，箱体内装有红外感应器、控制器、超声波发射器和闪爆灯，将超声波、音频和闪光三种方式组合驱鸟。同时，箱体顶部设有太阳能板，底部放置有蓄电池，可全天候为驱鸟装置提供电源，节能环保，较好的解决了现有驱鸟设备受恶劣环境影响较大、驱鸟效果不持久、进行驱鸟较为麻烦等问题。【关键词】红外线感应；超声波发射器；组合驱鸟中图分类号：Q681文献识别码：A文章编号：2096-1073（2024）02-0107-110刘慧君，司马芊，李程亮，卢慧婷LIUHuijun,SIMAQian,LIChengliang,LUHuitingAbstract In view of the increasingly serious bird damage in farmland and orchard and the limited effect of traditional birdflooding methods,a new idea of detecting the existence of birds and ultrasonic driving to improve the current bird floodingmethod is proposed.Based on this,a new type of intelligent bird repellent device has been designed,including a protective boxbody,which is equipped with infrared sensors,controllers,ultrasonic emitters,and flashing lights inside the box.Thecombination of ultrasonic,audio,and flashing methods is used to repel birds.At the same time,there is a solar panel on the topof the box and a battery placed at the bottom,which can provide power for the bird repellent device 24/7,saving energy andenvironmental protection.This effectively solves the problem of existing bird repellent devices being greatly affected by harshenvironments,and the bird repellent effect is not long-lasting,making it difficult to carry out bird repellent.Key words infrared sensing;ultrasonic transmitter;combined bird repellent（Hunan Bioelectromechanical Vocational and Technical CollegeChangsha,Hunan410127)Research and Practice of Bird Repellent Equipment based on UltrasonicResearch and Practice of Bird Repellent Equipment based on UltrasonicTechnologyTechnology收稿日期：2023-12-01基金项目：湖南生物机电职院大学生科技创新项目（项目编号：23YXS11）作者简介：刘慧君（1980.08-），女，湖南长沙人，副教授，研究方向：创新创业教育教学。107现代农业研究Modern Agriculture Research第29卷味道驱鸟法：如今市场上销售的一些驱鸟剂，如肉桂酰胺、樟脑油等多种成分，以及彼此之间的混配。驱鸟剂对鸟类安全，只驱鸟又不会对鸟类造成伤害，一时也成为驱鸟市场上的宠儿。但是这种方法的持效期太短，为解决这个问题，只能加大驱鸟剂的浓度和使用量，而这些又造成了成本的大大增加。颜色驱鸟法：很多鸟类都惧怕红色，特别对于播到田间的种子，通过用种衣剂包衣的方式（大部分种衣剂警戒色为红色），来达到减少鸟害的问题。防护网驱鸟法：其实，这称不上驱鸟，而是防鸟，虽然被动，但是有效。如今一些经济价值比较高的瓜果蔬菜，种植户一般会选择防护网保护庄稼的办法，虽然成本较高，但一劳永逸，省去很多琐碎的工作。总的来说，现有的驱鸟技术种类繁多，特点各异，但都有一定的适用范围和局限性。在使用时需要根据实际情况选择合适的驱鸟技术，以达到最佳的驱鸟效果。2 2.2 2 目前国内驱鸟设备存在的主要问题目前国内驱鸟设备由于缺乏行业引导产品结构单一等多种原因，导致规划重复、总体布局不合理等重大问题，整个行业利润率较低。国内自动驱鸟设备行业普遍存在“小、散、乱”的问题，规模以上企业在全国自动驱鸟设备行业中的市场份额不足10%，产业集中度较低。自动驱鸟设备行业企业间同质竞争现象严重，产品结构单一，产品附加值仍有较大的发展空间。驱鸟设备的质量和效果参差不齐。有些设备可能存在故障多、无风天气失去驱鸟效果等问题，例如风动式驱鸟器在使用一段时间后，部分装置配件可能出现锈蚀、风化脱落、破损等现象，从而影响驱鸟效果。有些驱鸟设备在长期使用后会出现故障或效果下降的问题，例如电子驱鸟器在使用一段时间后可能会出现声音不响或驱鸟效果不佳的情况。目前驱鸟多以物理手段为主，存在时效性不长，驱鸟范围小，对人力资源要求高的缺点。驱鸟设备的适用性和针对性不强。一些设备可能无法有效防止鸟类在线路杆塔危险部位筑巢、休息等现象，例如超声波驱鸟器虽然可以驱赶鸟类，但可能无法针对不同种类的鸟类进行有效的驱赶。一些新型的驱鸟设备价格较高，可能会增加农业生产的成本。此外国内对驱鸟技术设备的研究和开发还比较薄弱，缺乏专业的科研机构和人才，这也限制了国内驱鸟技术设备的进步和发展。因此，针对这些问题，需要加强驱鸟设备的研究和开发，提高驱鸟设备的质量和效果，同时降低生产成本，提高其适用性和普及率。3 基于电子技术的驱鸟新方法基于电子技术的驱鸟新方法主要有声音驱鸟器、超声波驱鸟器和激光驱鸟器。声音驱鸟器：利用人和鸟类都能听到的声音，如鸟类天敌或猛禽的叫声等，对鸟类进行惊吓，从而达到驱鸟的目的。超声波驱鸟器：采用的是物理驱鸟法，利用超声波驱赶鸟类，超声波具有不能穿透障碍物、方向性强、衰减快等的特性，所以使用较大功率的驱鸟器通过超声波无数次的反射方式进行传播，形成超声波防护网覆盖整个驱鸟空间。激光驱鸟器：目前常见激光驱鸟器都使用绿激光对鸟类进行炫目以达到驱赶的目的。激光驱鸟器发射出来的是532 纳米波长的高亮光束，能瞬间对鸟类的眼睛产生短暂眩晕和失盲的效果，致使其感受到强烈的刺激，从而逃离。对鸟类只是暂时性的刺激，不会对鸟类造成永久性伤害，而且大部分鸟类对激光不会有适应性。这种驱鸟方式十分适用于使用激光扫射的方式对聚集性鸟类进行驱赶。其缺点在于长时间进行激光扫射，属于盲目式半主动性驱鸟方式，有效工作时间远小于实际工作时间，造成大量的功率损失。4 基于超声波设备的驱鸟设备研究本研究涉及一种智能驱鸟设备，属于驱鸟设备技术领域，解决了现有驱鸟设备受风力环境影响较大且使用驱鸟剂进行驱鸟较为麻烦的问题。图图1 1智能驱鸟设备的三维效果图智能驱鸟设备的三维效果图图图2 2 智能驱鸟设备的正视图智能驱鸟设备的正视图108刘慧君，司马芊，李程亮等：基于超声波技术的驱鸟设备研究与实践图图3 3智能驱鸟设备的结构示意图智能驱鸟设备的结构示意图图图4 4智能驱鸟设备中滑动架的结构示意图智能驱鸟设备中滑动架的结构示意图如图1图4所示（1防护箱、2固定板、3主太阳能板、4 连接轴、5 附属太阳能板、6 承接架、7 电动伸缩杆、8 滑动块、9 红外感应器、10 支撑板、11 蓄电池、12 控制器、13超声波发射器、14 闪爆灯、15 散热风扇、16 防雨罩、17 滑动架），本研究涉及的这种智能驱鸟设备，包括防护箱主体，防护箱的两侧靠近底部边缘处有固定板，防护箱的顶部中间位置固定安装有主太阳能板，防护箱的两侧靠近顶部边缘处固定安装有连接轴，两侧连接轴的相背一侧均旋转连接有附属太阳能板，防护箱的两侧靠近底部边缘处均固定安装有承接架，两侧承接架的内壁旋转连接有电动伸缩杆，两侧电动伸缩杆的顶部均旋转连接有滑动块，防护箱的两侧靠近的顶部边缘处均固定安装有红外感应器，防护箱的内壁中间位置固定安装有支撑板，支撑板的顶部中间位置固定安装有蓄电池，蓄电池的顶部中间位置固定安装有控制器，防护箱的内壁两侧底部靠近中间位置均固定安装有超声波发射器，防护箱的内壁靠近超声波发射器的两侧均固定安装有闪爆灯，防护箱的内壁两侧中间位置均固定安装有散热风扇。防护箱的内壁两侧中间位置开设有与散热风扇相适配的通风孔，且通风孔内部固定安装有防尘网，防护箱的两侧均固定安装有防雨罩。两侧附属太阳能板的底部均固定安装有滑动架，滑动架的底部开设有与滑动块相适配的滑动槽，且滑动块与滑动架的内壁滑动连接。两侧固定板的顶部靠近中间位置两侧均开设有腰型孔。两侧防护箱的顶部中间位置开设有与主太阳能板相适配的安装孔，且安装孔内壁与主太阳能板固定连接，主太阳能板和两侧附属太阳能板通过导线与蓄电池电性连接。支撑板的底部中间位置开设有通线孔，且蓄电池通过通线孔通过电线与超声波发射器和闪爆灯电性连接。右侧防护箱的两侧开设有与超声波发射器和闪爆灯相适配的安置孔，且安置孔内壁与超声波发射器和闪爆灯固定连接。附属太阳能板通过连接轴与防护箱的外壁旋转连接。本设备的具体工作原理及使用方法为：启动两侧电动伸缩杆伸长可带动滑动块在滑动架的内部滑动，使得电动伸缩杆能够在承接架的内部旋转并带动附属太阳能板在连接轴的两侧旋转，使得电动伸缩杆能够带动附属太阳能板开启和闭合，使得在无强风时附属太阳能板可开启提高太阳能发电效率，在地区发生强风时可通过控制台发射信号至控制器处控制两侧附属太阳能板收纳，蓄电池可为设备的内部进行供电，在红外感应器检测到鸟类停留可控制超声波发射器发射驱鸟超声波，并控制闪爆灯闪烁对鸟类进行驱逐，散热风扇启动即可对防护箱内部的设备进行降温，防护箱的两侧设置的防雨罩能够防止雨水从通风孔进入箱体内。5 结束语鸟是青山绿水中的重要一员，人们也都非常喜爱，只能通过驱赶来消除它们给人类带来的危害。本文提出了采用红外线感应探测鸟存在和超声波驱赶来改进当前驱鸟方法的新思路。（1）将超声波、音频和闪光三种方式组合驱鸟，能够扩大驱鸟种类，极大降低鸟类对单一驱赶方式的适应性。（2）供电方式利用太阳能电池给蓄电池充电，可全天候为驱鸟装置提供电源。保证了驱鸟装置连续工作的可靠性，又大幅度减少了设备维护工作。109现代农业研究Modern Agriculture Research第29卷（3）利用探测传感器控制驱赶信号及控制器电源的通断，避免连续的驱鸟信号污染环境，进一步减小鸟类对驱鸟信号的适应性。同时大大降低了驱鸟设备的电能消耗，有利于延长设备寿命。与目前市面上的驱鸟设备对比，我们的设备目前已经获得国家知识产权局授予的实用新型专利两项，正在申请发明专利两项，已经受到了使用农户的一致好评。设备安装简便，安装地点灵活方便，装置拆卸方便；抗高低温，系统自身能在低温条件工作；循环的供电方式，蓄电池供电和太阳能充电；自由更换频率，解决鸟禽对超声波的适应性问题；价格实惠、性价比更高、使用寿命更长，较好地解决了现有驱鸟设备受恶劣环境影响较大、驱鸟效果不持久，进行驱鸟较为麻烦的问题。参考文献参考文献：1 赵晨.电力线路驱鸟器带电安装工具的设计与开发D.郑州：郑州大学，2016.2 杨敏祥.华北电网鸟害成因及等级区划方法研究D.北京：华北电力大学（北京），2011.3 许焱，李景霞，李晋城.防鸟刺在输电线路上的应用J.科技视界，2014（13）：289-289.4 Steiger S S，Fidler A E，Valcu M，et al.Avian Olfactory Receptor Gene Repertoires:Evidence for a Well-developed Sense ofSmell in BirdsJ.Proceedings Biological Sciences，2008，275（1649）：2309-2317.5 聂兴成，张荣浩，王爱玉，等.杆塔智能超声波驱鸟系统设计J.电工电气，2015（10）：21-23.6 田治富，叶明树，胡庆，等.智能超声波驱鸟装置的设计与实现J.电力电子技术，2011，45（4）：106-108.7 本刊编辑.驱鸟方法综述J.西北园艺：果树专刊，2013（5）：4-5.8 刘玮，廉振民，王文强.中国鸟类研究现状与展望J.延安大学学报：自然科学版，2008，27（4）：77-81.9 曹永兴，丁登伟.智能识别和主动驱赶的防鸟害装置研究J.四川电力技术，2013，36（6）：78-8010 伟利国，张小超，范智，等.声场聚焦在数字语音驱鸟器阵列中的应用J.应用声学，2010，29（4）：252-255（责任编辑：赫亮）110