Aplikační praxe dálkových akustických zařízení na bezpilotních vozidlech

S rychlým rozvojem technologie bezpilotních vozidel se jejich aplikační scénáře neustále rozšiřují a zahrnují oblasti od inspekce v uzavřených parcích po dopravu na otevřených cestách, od nouzového zásahu po bezpečnostní hlídkování. Bezpilotní vozidla však postrádají schopnosti lidských řidičů komunikovat v reálném čase a vyvíjet odradující účinek, což je v komplexních prostředích činí náchylnými k bezpečnostním rizikům. S ohledem na své klíčové výhody přesného přenosu zvuku a flexibilního dálkového ovládání, dálková akustická zařízení se stala klíčovou součástí pro eliminaci této nevýhody bezpilotních vozidel a poskytují silnou podporu bezpečnému provozu bezpilotních vozidel v různých scénářích.

I. Aplikační scénáře Dálková akustická zařízení Přizpůsobené bezpilotním vozidlům

Aplikační scénáře dálkových akustických zařízení na bezpilotních vozidlech se zaměřují hlavně na oblasti vyžadující komunikaci, varování a odstrašování a zahrnují následující klíčové scénáře:

• Scénáře inspekce v parcích a továrnách: Když bezpilotní vozidla provádějí kontrolní úkoly v průmyslových parcích, logistických centrech a velkých továrnách, musí upozorňovat na neoprávněné osoby vstupující do prostoru a na vozidla parkovaná v rozporu s předpisy. Zároveň je třeba doručovat pracovní oznámení a připomínky týkající se bezpečnosti zaměstnancům v areálu.
• Scénáře nouzového záchranného zásahu: Po katastrofách, jako jsou zemětřesení a povodně, když bezpilotní vozidla vstupují do oblastí, kde jsou lidé uvězněni, a provádějí průzkumné úkoly, musí navázat kontakt se zachycenými osobami prostřednictvím zvuku, aby potvrdily jejich polohu a fyzický stav, a zároveň jim předat informace o průběhu záchrany a pokyny k evakuaci. Na místě lesního požáru mohou bezpilotní vozidla využívat dálková akustická zařízení k vyhlášení výstrahy před požárem a oznámení evakuačních tras obyvatelům nebo zaměstnancům v okolí.
• Scénáře zabezpečení a pohraniční hlídky: Když bezpilotní vozidla provádějí hlídkování v oblastech, jako jsou letiště, železniční tratě a hraniční oblasti, musí odrazovat podezřelé osoby a cíle neoprávněného vniknutí tím, že směrově vydávají varovné informace. Zároveň je nutné přenášet informace o místní situaci do velitelského střediska, aby bylo možné podpořit tvorbu operačních plánů.

II. Klíčové potřeby zákazníků ve scénářích bezpilotních vozidel

V aplikacích bezpilotních vozidel se potřeby zákazníků ohledně dálkových akustických zařízení soustřeďují kolem tří klíčových hledisek „bezpečnost, efektivita a přesnost“, a to konkrétně následovně:

• Potřeby reálného přenosu komunikace: Zařízení musí umožňovat dalekohosový a jasný přenos hlasu, aby byla zajištěna bezprodlená a nedeformovaná výměna informací mezi neosobním vozidlem a okolními osobami. Zejména v hlučných prostředích (např. staveništích v parcích nebo městských křižovatkách) musí zvukový signál pronikat skrze okolní hluk, aby příjemce přesně získal požadované informace.
• Potřeby přesného odstrašování: U zařízení se vyžaduje schopnost směrového vysílání zvuku u podezřelých cílů či nebezpečného chování, aby nedocházelo k rozptylování zvuku do nepříslušných oblastí. Zároveň musí být možné upravit intenzitu zvuku tak, aby bylo dosaženo účinného odstrašujícího efektu, aniž by docházelo k trvalému poškození sluchu osob.
• Potřeby dálkového ovládání a koordinace: Podporuje dálkové ovládání prostřednictvím řídicího systému bezpilotního vozidla nebo pozadujiící příkazové platformy, včetně regulace hlasitosti, přepínání pracovních režimů a přehrávání předem nahraných hlasových zpráv. Nastavení nevyžaduje fyzický přístup k bezpilotnímu vozidlu. Současně musí být zařízení schopno koordinace s senzory bezpilotního vozidla, jako jsou radar a kamery. Pokud senzory detekují mimořádnou situaci, akustické zařízení se automaticky spustí.
• Požadavky na přizpůsobení prostředí: Bezpilotní vozidla většinou pracují venku, proto musí být zařízení odolné vůči nepříznivým podmínkám, jako je vysoká či nízká teplota, déšť a prach. Musí zajistit stabilní provoz bez poruch nebo výpadků v rozmezí teplot od -40 °C do 60 °C, při silném dešti (ochrana IP65) a v případě písečné bouře.

III. Klíčové vlastnosti dálkových akustických zařízení přizpůsobených pro bezpilotní vozidla

Aby byly splněny potřeby scénářů bezpilotních vozidel, musí mít vzdálená akustická zařízení následující cílené vlastnosti:

• Miniaturizovaný a lehký design: Velikost zařízení by měla odpovídat instalačnímu prostoru bezpilotního vozidla a mělo by být možné jej integrovat na střechu, bok nebo jiné pozice na těle vozidla. Hmotnost by měla být omezena na 3 kilogramy, aby nedocházelo ke zvýšení zatížení bezpilotního vozidla a neovlivňovala se tak jeho životnost baterie a jízdní stabilita. Současně je použita modulární konstrukce, která usnadňuje mechanické připojení, demontáž a údržbu s bezpilotním vozidlem.
• Průběžné přepínání mezi směrovými a nesměrovými zařízeními: Podporuje přepínání mezi směrovými zařízeními (se úhlem pokrytí zvuku 30°) a nesměrovými zařízeními (360° pokrytí zvuku). Směrová zařízení jsou určena pro přesné varování nebo odradování konkrétních cílů, zatímco režim nesměrových zařízení slouží k šíření hlasových informací do širokého okolí. Přepnutí mezi oběma režimy lze rychle dokončit prostřednictvím dálkových příkazů a doba odezvy je řízena na milisekundové úrovni.
• Široké frekvenční pásmo a vysoký výstup hladiny zvukového tlaku: Pokrývá frekvenční pásmo citlivé pro lidské ucho 200 Hz – 20 000 Hz, čímž zajišťuje jasnou rozlišitelnost hlasového signálu. Výstup hladiny zvukového tlaku může dosáhnout 130 dB – 150 dB a efektivní vzdálenost přenosu ve volném prostoru je nejméně 800 metrů, což splňuje komunikační a odstrašovací potřeby bezpilotních vozidel ve středních a dlouhých vzdálenostech.
• Vícezdrojová adaptace napájení a nízká spotřeba energie: Podporuje připojení k palubnímu elektrickému systému bezpilotního vozidla a zároveň disponuje vestavěnou záložní lithiovou baterií. V případě výpadku palubního napájení může záložní baterie zajistit nepřetržitý provoz zařízení déle než 4 hodiny. Ve stand-by režimu je spotřeba zařízení nižší než 5 W, čímž se snižuje dopad na životnost baterie bezpilotního vozidla.
• Ochrana IP65 a odolnost proti interferencím: Skříň má vodotěsný a prachotěsný design, který splňuje ochrannou úroveň IP65 a umožňuje normální provoz při silném dešti nebo v prašném prostředí. Vnitřní obvod je vybaven elektromagnetickou odolností proti interferencím, aby se zabránilo vlivu elektromagnetických signálů generovaných radarem, komunikačním zařízením a dalšími součástmi bezpilotního vozidla a zajistila se stabilní přenos zvuku.

IV. Integrační řešení dálkových akustických zařízení s jiným vybavením

V systému bezpilotního vozidla dálková akustická zařízení nepracují samostatně, ale jsou integrována s různými zařízeními a tvoří tak koordinovaný systém. Mezi běžná integrační řešení patří:

• Integrace s vybavením pro vnímání: Je propojeno s laserovým radarem, milimetrovým vlnovým radarem, vysokorychlostní kamerou a infračerveným termálním zobrazovacím zařízením bezpilotního vozidla. Když radar nebo kamera detekují chodce a překážky vpředu nebo identifikují abnormální události, jako je „vstup osoby do zakázané oblasti“ a „vozidlo jedoucí zpět“, automaticky odesílají spouštěcí signál na dálkové akustické zařízení. Zařízení automaticky přehraje odpovídající hlasovou zprávu podle typu události (např. „Vpředu jsou chodci, prosím, zpomalte“ a „Toto je uzavřená oblast, okamžitě ji opusťte“). Zároveň se informace o abnormální události synchronizuje do centrály pozadu.
• Integrace s komunikačním zařízením: Je připojeno k 4G/5G komunikačnímu modulu nebo satelitnímu komunikačnímu modulu bezpilotního vozidla, čímž umožňuje ovládání na velmi dlouhé vzdálenosti. Když bezpilotní vozidlo plní úkoly v oblastech bez signálu veřejné sítě (např. na hranicích nebo v horských oblastech), mohou zadávat příkazy do akustického zařízení personál v zadním velitelském středisku prostřednictvím satelitního spojení, aby upravili zvukové parametry nebo přepnuli pracovní režim. Současně zařízení může v reálném čase přenášet informace o svojem stavu (např. stav baterie, aktuální hlasitost a chybové hlášení) zpět na velitelskou platformu, což usnadňuje dálkové monitorování.
• Integrace s výstražným světelným zařízením: Je propojena s LED výstražným světlem a blikajícím světlem bezpilotního vozidla, čímž vytváří efekt výstrahy „synchronizace zvuku a světla“. Když akustické zařízení spustí výstražný režim, výstražné světlo se synchronně zapne. Dvojitou stimulací zraku a sluchu se posiluje upozornění pro okolní osoby. Například při otáčení bezpilotního vozidla se synchronně aktivuje „směrové světlo + hlasová výzva“, díky čemuž mohou chodci snadněji vnímat jízdní úmysl vozidla.
• Integrace s vybavením pro polohování a navigaci: V kombinaci se systémem GPS/Beidou vozidla bez řidiče, když vozidlo vjede do přednastavené oblasti (např. kolem škol a nemocnic), akustické zařízení automaticky přepne do „režimu nízké hlasitosti“, aby nedošlo k rušení citlivých oblastí zvukem s vysokou hladinou decibelů. Když vozidlo bez řidiče odbočí od plánované trasy a vjede do nebezpečné oblasti (např. stavební úsek nebo zaplavená oblast), zařízení automaticky přehraje varovný hlas, který upozorní okolní lidi, aby se vzdálili, a současně odešle poplach o poruše polohy do velícího střediska.

V. Klíčové výhody kombinace dálkových akustických zařízení a vozidel bez řidiče

Ve srovnání s tradiční ruční obsluhou nebo samostatnými akustickými zařízeními může kombinace dálkových akustických zařízení a vozidel bez řidiče projevit výhody v mnoha ohledech:

• Zlepšení bezpečnosti a spolehlivosti: Není nutné ručně vstupovat do nebezpečných situací (např. katastrofálních míst nebo oblastí hranicních konfliktů) pro dokončení komunikačních a odstrašujících úkolů, což snižuje riziko ztráty životů personálu. Současně umožňuje propojení zařízení s percepčním systémem nepilotovaného vozidla rychle reagovat na abnormální situace a předcházet bezpečnostním nehodám způsobeným zpožděnou ruční reakcí. Například na místě požáru dopraví nepilotované vozidlo akustické zařízení na okraj ohně a velící personál komunikuje prostřednictvím zařízení s uvězněnými osobami v bezpečné oblasti, aniž by hasiči museli riskovat své životy tím, že by pronikali hlouběji do ohně.
• Rozšíření pracovního rozsahu a efektivity: Nevídaná vozidla mohou jezdit nepřetržitě po dlouhou dobu (s výdrží baterie 8–12 hodin). V kombinaci s dálkovými akustickými zařízeními mohou pokrýt širší oblast pro plnění úkolů. Ve srovnání s ruční chůzí při inspekci nebo pevnými akustickými zařízeními se pracovní efektivita zvýší 3 až 5krát. Například v průmyslovém parku o rozloze 50 čtverečních kilometrů dokáže neosázené vozidlo ve spojení s akustickým zařízením dokončit kontrolu celé plochy a doručení bezpečnostních upozornění během 4 hodin, zatímco manuální kontrola trvá 2 až 3 dny.
• Snížení provozních nákladů: Sníží závislost na pracovní síle. Jedno nepilotované vozidlo může nahradit pracovní výkon 2 až 3 kontrolorů, přičemž dlouhodobý provoz výrazně snižuje náklady na pracovní sílu. Zároveň modulární konstrukce a nízká spotřeba dálkového akustického zařízení vedou k nízkým nákladům na údržbu a dlouhé životnosti (při běžném použití až více než 5 let), což dále snižuje celkové provozní výdaje.
• Realizujte přesný a inteligentní management: Prostřednictvím propojení se systémem řízení a příkazovou platformou bezpilotního vozidla lze statisticky analyzovat pracovní data akustického zařízení (např. doba použití, počet spuštění a pokrytá plocha), čímž se podpoří optimalizace trasy inspekce a plánování úkolů bezpilotního vozidla. Například podle analýzy dat bylo zjištěno, že v určité oblasti často dochází k událostem „neoprávněného vstupu osob do prostoru“. V takovém případě lze upravit frekvenci průjezdu bezpilotního vozidla v této oblasti a optimalizovat obsah varovného hlasu akustického zařízení za účelem zlepšení efektu výstrahy.

VI. Případy použití dálkových akustických zařízení na bezpilotních vozidlech

Případ: Praktické využití bezpilotních vozidel pro záchranné operace a dálkových akustických zařízení

Při záchranné operaci po zemětřesení v horách nasadily záchranné týmy 3 nouzové záchranné bezpilotní vozidla. Ta byla vybavena dálkovými akustickými zařízeními, infračervenými termokamerami a satelitními komunikačními moduly a vstoupila do oblasti katastrofy, kde byly přerušeny silnice. Když bezpilotní vozidla projížděla trosky, infračervená termokamera zaznamenala známky života pod troskami. Akustické zařízení bylo okamžitě aktivováno a v dané oblasti se ozval hlas: „Zůstaňte prosím klidní, záchranný personál se blíží, udělejte nějaký zvuk, abyste označili svou polohu.“ Zároveň záchranáři dálkově upravovali hlasitost zařízení prostřednictvím satelitního spojení, aby bylo zajištěno, že zvuk dosáhne až na dno troskek, aniž by způsobil úraz osob kvůli nadměrné hlasitosti. Když uvěznění lidé reagovali klepáním na kovovou rouru, mikrofon bezpilotního vozidla zachytil zvukový signál a ve spojení s směrovou funkcí akustického zařízení pomohl určit polohu uvězněných osob, čímž poskytl přesné pokyny pro následnou záchrannou akci. Během této záchrany kombinace dálkového akustického zařízení a bezpilotního vozidla pomohla záchrannému týmu najít během 2 hodin 3 uvězněné osoby, což výrazně zvýšilo efektivitu ve srovnání s tradiční manuální prohlídkou, a zároveň eliminovalo riziko vstupu záchranného personálu do nestabilních troskek.