Anvendelsespraksis for fjernbetjente akustiske enheder på UAV'er

Med den dybdegående implementering af UAV-teknologi inden for forskellige områder er dets karakteristika højt placeret perspektiv og fleksibel mobilitet blevet vigtige støtter i scenarier såsom sikkerhedsovervågning, nødredning og offentlig administration. Imidlertid fokuserer de traditionelle funktioner af UAV'er hovedsageligt på billedoptagelse og datatransmission, og mangler effektive lydinteraktions- og afskrækkelsesfunktioner. Ved at udnytte kerdefordelene ved retningsbestemt lydtransmission og fjernbetjening danner fjernakustiske enheder et samarbejdende system mellem luft, rum og jord sammen med UAV'er, hvilket effektivt kompenserer for UAV'ers mangel på lydinteraktion og yderligere udvider deres anvendelsesværdi i komplekse scenarier.

I. Anvendelsesscenarier for Fjernakustiske Enheder Tilpasset UAV'er

Kombinationen af fjernakustiske enheder og UAV'er matcher præcist følgende fire kerneområder og løser praktiske operationelle udfordringer inden for forskellige felter:

• Offentlig sikkerhed og sikkerhedsovervågningsscenarier: Ved store arrangementer (såsom koncerter og sportshændelser) kan droner udstyret med fjernbetjente akustiske enheder udsende bekendtgørelser til vedligeholdelse af orden i realtid (f.eks. "Venligst overhold den lokale orden og undgå klynge"), og under byens sikkerhedspatruljer kan de udsende advarselstoner målrettet, når der opdages unormale situationer såsom samling af mistænksomme personer eller kast fra højde, samt synkronisere aktuelle begivenheder til det jordbaserede kommandocenter. I nøgleområder såsom lufthavne og jernbanespor kan de foretage luftbåren afskrækkelse mod ulovlige indtrængen (f.eks. personer eller køretøjer, der trænger ind på rullebanen).
• Nødredningsscenarier: Efter katastrofer som skovbrande, oversvømmelser og jordskælv, kan UAV'er hurtigt nå til det ramte område. Gennem fjernakustiske enheder kan de sende redningsruter til de fanget mennesker (såsom "Bare gå til højlandet i sydøstlig retning, og redningsgruppen er ankommet"), og give viden om sikker risikoforhindring. I sø- og redningsarbejde kan de afspille positioneringsposter til de mennesker, der falder i vandet (såsom "Bliv ved med at flyde, og redningsskibet nærmer sig"), og samtidig hjælpe jordholdet med at låse målpositionen. Ved eftersøgning og redning af personer, der er forsvundet i bjergområder, kan de spille meldinger om savnede personer i en loop for at udvide informationsdækningen.
• Ekologisk beskyttelse og dyrekontrol: I naturreservater kan UAV'er med fjernstyrede akustiske enheder udsende advarselsstemmer til ulovlige krybskytter for at udgøre en luftfortrængende kraft. I områder som f.eks. lufthavne og landbrugsarealer kan de simulere lydene fra naturlige fjender (såsom rovfugles råb) eller specifikke frekvenslydbølger for at opnå økologisk fugleafvisning, undgå kollisioner mellem fugle og fly og skade på afgrøder af fugle. Ved overvågning af vilde dyrs migrationsruter kan de afspille advarselslyd til dyr, der nærmer sig områder med menneskelig aktivitet, for at mindske konflikter mellem mennesker og vilde dyr.
• Offentlige tjenester og informationsformål: Ved nødoplysning som byens epidemibekæmpelse og oversvømmelsesforebyggelse kan droner udstyres med udstyr til at udsende politikmeddelelser løbende i boligkvarterer og gader (f.eks. "Udfør PCR-testen rettidigt og sikr din personlige beskyttelse"). I landdistrikterne kan de formidle vejledning i landbrugsteknologi og fortolkning af politik til bønder. Ved turistattraktioner kan de udsende sikkerhedsråd til rejsende (f.eks. "Følg den fastlagte rute og vær opmærksom på glat føre") samt opfordringer til høfligt og ansvarligt adfærd under rejser.

II. Kernekundens behov i Drone-scenarier

I anvendelser af droner handler kundernes behov for fjernlydudstyr omkring "letvægt, høj ydeevne og stabilitet", hvilket konkret viser sig på følgende måde:

• Letvægt og lav belastningskrav: Den effektive last for UAV'er er begrænset (typisk 1–5 kilogram). Derfor skal fjernstyrede akustiske enheder være små i størrelse og lette i vægt (normalt under 3 kilogram). De kan integreres på UAV-karossen eller monteringsbeslaget, uden at påvirke flyvetiden (der skal sikre en enkelt flyvning på over en halv time) og styrestabiliteten for UAV'en. Samtidig understøtter de hurtig adskillelse og installation for at lette vedligeholdelse af udstyret.
• Krav til lydoverførsel over lange afstande: Driftshøjden for UAV'er er typisk 50-100 meter. Derfor skal enheden kunne transmittere lyd over lange afstande i en højhavsomgivelse. Den effektive rækkevidde for lydoverførsel i en ublokeret situation skal være mindst 1.000 meter, og lydsignalet må ikke have forvrængning eller støj. Selv under blæsende, regnfulde og støjende forhold skal personale på jorden tydeligt kunne modtage informationen. For specifikke mål skal det være muligt at udsende lyd rettet mod et bestemt område for at undgå, at lyddiffusion forstyrrer uvedkommende områder.
• Fjernstyring og koordineringskrav: Det understøtter fjernbetjening via UAV-fjernbetjening eller jordbaseret kommandoplatform, herunder lydstyrkejustering, forhåndsindspillede lydafspilninger og realtidslydinput. Der kræves ikke manuel adgang til UAV'en for at foretage indstillinger. Samtidig skal det kobles til UAV's GPS-positionering, højopløselig kamera og infrarødsensor. Når sensoren registrerer et mål (f.eks. personer i nød eller unormale mål), aktiveres den akustiske enhed automatisk.
• Miljømæssig tilpasningsevne og sikkerhedskrav: UAV'er opererer hovedsageligt i komplekse udendørs miljøer. Derfor skal enheden have vandtæt, støvtæt, vindtæt samt høj- og lavtemperaturbestandige egenskaber, opfylde beskyttelsesniveauet IP65 og kunne fungere stabilt i et temperaturområde fra -40°C til 60°C og ved vindstyrke under 6. Samtidig skal den have lavt strømforbrug og kan direkte tilsluttes UAV's strømforsyningssystem for at undgå påvirkning af driften pga. hyppig opladning. Vedrørende styring af lydintensitet skal den overholde miljøstandarder for at undgå høreskader hos personer og dyr.

III. Kerneegenskaber for fjernlydanordninger tilpasset UAV'er

For at opfylde behovene i UAV-scenarier skal fjernlydanordninger have følgende målrettede tekniske egenskaber for at sikre effektiv samarbejdsevne med UAV'er:

• Ekstra letvægtsdesign: Kabinen er fremstillet af højstyrke lette materialer (som f.eks. kulfiber og tekniske kunststoffer). Den samlede størrelse på enheden er begrænset til maksimalt 20 cm × 20 cm × 20 cm, og vægten overstiger ikke 3 kg. Samtidig er den strukturelle layout optimeret for at reducere flyvemodstand og undgå at påvirke UAV's aerodynamiske ydeevne. Nogle enheder anvender et modulbaseret design, hvor komponenter (såsom ekstra batterier og retningsbestemte lydtransmissionsmoduler) kan tilføjes eller fjernes efter behov, hvilket øger tilpasningsmulighederne.
• Højt lydtrykniveau og bred frekvensbånd output: Lydtrykniveauet kan nå op til 130 dB – 150 dB og dække det menneskelige øres følsomme frekvensområde på 200 Hz – 20000 Hz, så talesignalet er tydeligt hørbart. En professionel akustisk algoritme anvendes til at optimere lydbølgens transmissionssti og reducere luftdæmpning. Selv i en højde på 50 meter kan personale på jorden stadig tydeligt modtage taleinformationen. Samtidig understøttes der mere end 10 niveauer for lydstyrkejustering for at tilpasse sig behovene i forskellige scenarier.
• Lavt strømforbrug og multi-strømtilpasning: Der anvendes en lavenergichip og en energibesparende kredsløbsdesign. Driftsstrømforbruget er under 8 W, og standby-strømforbruget er under 2 W. Det kan tilsluttes UAV's lithiumbatteri strømforsyningssystem direkte uden ekstra reservebatteri. Nogle enheder har et indbygget mikro reservebatteri, der kan opretholde enhedens kontinuerlige drift i over 1 time, når UAV's strømforsyning afbrydes, og derved sikre, at transmissionen af nøgleoplysninger ikke afbrydes.
• Stærk miljømæssig tilpasningsevne: Kabinen opfylder beskyttelsesstandarden IP65 og kan modstå vand fra regn og indtrængen af støv og sand. Samtidig har den vindmodstand (kan fungere stabilt under vindstyrke under niveau 6) samt modstand mod høje og lave temperaturer (kan fungere normalt i et temperaturområde fra -40°C til 60°C). Den interne kreds har en anti-elektromagnetisk interferens-design for at undgå påvirkning fra elektromagnetiske signaler fra UAV-kommunikationsmodulet og motoren og sikre stabil lydoverførsel.

IV. Integrationsløsninger for fjernbetjente akustiske enheder med andet udstyr

I UAV-systemet skal fjernlydanordninger integreres med forskellige typer udstyr for at danne et samarbejdende system af "opfattelse – beslutning – udførelse". De specifikke integrationsløsninger er som følger:

• Integration med perceptionsudstyr: Det er forbundet til UAV's højopløselige kamera, infrarødt varmebilledeapparat og laserradar. Når kameraet registrerer unormale situationer såsom "personale samlet" og "ulovlig indtrængen", eller når det infrarøde varmebilledeapparat registrerer tegn på liv i katastrofeområdet, aktiveres den fjernstyrede akustiske enhed automatisk for at afspille den relevante stemme (f.eks. "Samling her er forbudt, forlad området øjeblikkeligt" og "Redningspersonale har fundet dig, bliv venligst rolig"). Laserradaren kan nøjagtigt måle afstanden til målet og hjælpe enheden med automatisk at justere lydstyrken, så lyden i målområdet er tydeligt hørbar.
• Integration med kommunikationsudstyr: Det er forbundet til UAV's 4G/5G-kommunikationsmodul eller satellitkommunikationsmodul for at realisere ekstremt langtrækkende kontrol. Når UAV'en opererer i fjernliggende områder uden offentlige netværkssignaler (såsom bjergområder og oceaner), kan jordbaserede personale sende kommandoer (såsom skift af arbejdsmode og opdatering af forudindstillede lyde) til det akustiske udstyr via satellitforbindelsen. Udstyret kan overføre arbejdsstatus (såsom strøm, lydstyrke og fejlinformation) tilbage til den jordbaserede kommandoplatform i realtid for at lette fjernovervågning og fejlfinding.
• Integration med positionerings- og navigationsudstyr: Kombineret med UAV's GPS/Beidou-positioneringssystem, skifter den fjernstyrede akustiske enhed automatisk til lavlydtilstand, når UAV'en træder ind i et forudindstillet følsomt område (som luftrummet over skoler og hospitaler), for at undgå støjforurening. Når UAV'en afviger fra flightruten (f.eks. på grund af vindpåvirkning, der fører til afvigelse fra redningsområdet), afspiller enheden straks en advarsel om positionsafvigelse og sender en alarm til jordplatformen for at hjælpe operatøren med at justere ruten.
• Integration med advarsellysudstyr: Det er koblet til UAV's LED-advarsellys og blitzlys for at skabe en "lyd-og-lys-koordinering". Når det fjernstyrede akustiske enhed aktiveres i advarselsmodus, tændes advarsellyset samtidigt (f.eks. et rødt blitzlys). Gennem dobbelt stimulation af syn og hørelse forbedres advarselseffekten over for målet. For eksempel kan "lyd-og-lys-koordinering" under natredning hjælpe personer i nød med hurtigt at lokalisere UAV's position og derved øge redningseffektiviteten.

V. Kernefordele ved kombinationen af fjernstyrede akustiske enheder og UAV'er

I forhold til traditionelle jordbaserede akustiske enheder eller UAV'er, der opererer alene, kan kombinationen af fjernstyrede akustiske enheder og UAV'er udvise betydelige fordele på mange områder:

• Udvid rækkevidde og effektivitet: UAV'er kan hurtigt dække et stort område (én enkelt operation kan dække over 10 kvadratkilometer). Kombineret med fjernakustiske enheder er effektiviteten af informationsformidling 5-10 gange højere end ved manuel udsendelse fra jorden. For eksempel kan UAV'er i kombination med enheder fuldt dække et 5 kvadratkilometer stort samfund inden for 1 time, når det manuelt ville tage 1-2 dage.
• Forbedr operationssikkerheden: I farlige situationer (såsom brandsteder og områder med utætning af giftige gasser) kan UAV'er afløse personale ved at trænge ind i højrisikoområder for at udføre opgaver. Fjernstyrede lydenheder giver jordbaseret personale mulighed for at fuldføre informationsudveksling og skræmmevirkning uden at nærme sig farlige miljøer, hvilket markant reducerer risikoen for personskader. For eksempel kan UAV'er under en eksplosion på et kemisk anlæg bære udstyr ind til ulykkesstedet for at sende evakueringsinstruktioner via højttaler, hvorved risikoen for forgiftning af redningspersonale undgås.

Opnå præcis betjening: Gennem UAV'ers retningsbestemte lydtransmissionsteknologi og nøjagtig positionsevne kan lyd præcist overføres til målområdet, hvilket undgår ressource-slid og miljøpåvirkning forårsaget af lyddiffusion. For eksempel kan UAV'er i scenarier med fugleforfrygtelse på lufthavne nøjagtigt dække rulbanens område med fugleforfrygtelseslydbølger, uden at påvirke de omkringliggende beboelsesområder.

• Reducer driftsomkostninger: Én UAV kombineret med en fjernlydenhed kan erstatte arbejdsbyrden for 3 - 5 jordbaserede medarbejdere. Desuden er omkostningerne ved en enkelt flyvning (elafgift, vedligeholdelsesomkostninger) for UAV'en lavere end lønomkostningerne. Langvarig drift kan markant reducere investeringer i arbejdskraft og tid. For eksempel kan én UAV dække patruljebehovet for 3 - 4 gader ved bysikkerhedspatruljer, og omkostningerne reduceres med over 40 % i forhold til manuelle patruljer.

VI. Anvendelseseksempler på fjernlydenheder på UAV'er

Tilfælde 1: Fælles anvendelse af UAV-fugleforfrygtelse og fjernlydenheder på lufthavne

En international lufthavn introducerede 10 industrielle UAV'er, hver udstyret med en fjernstyret akustisk enhed samt en højopløselig kamera og et GPS-positioneringssystem. Under daglige operationer patruljerer UAV'erne rundt omkring lufthavnens rulbaner og parkeringspladser efter forudindstillede ruter. Når kameraet identificerer en samling af fugle, skifter den fjernstyrede akustiske enhed automatisk til retningsbestemt tilstand og afspiller lyden af simulerede rovfugle (såsom ørnekalder). Samtidig kombineres dette med specifikke frekvenser af ultralydbølger for at opnå økologisk fugleforjagtelse. Hvis fuglene ikke forlader området i tide, kan enheden eksternt justere lydstyrken og -typen via jordplatformen for at fortsætte forjagelsen. Desuden kan UAV'erne under spidsbelastningen af afgang og landing flyve i 50 meters højde over rulbanen og udsende advarslens stemme: "Uautonome luftfartøjer er forbudt i lufthavnens frizoner" til omkringliggende områder for at forhindre ulovlige UAV'er i at trænge ind. Efter gennemførelsen af dette system er antallet af fugleslag-uheld ved lufthavnen faldet med 90 %, og omkostningerne til fugleforjagtelse er reduceret med 60 % i forhold til traditionel jordbaseret fugleforjagelsesudstyr.

Sag 2: Praktisk anvendelse af UAV'er til redning ved skovbrande og fjernlyd-anordninger

Ved en redningsaktion for en skovbrand i et bjergområde satte redningsteamet 5 redningsdroner i brug. Hver drone var udstyret med en fjernstyret lydenhed, en infrarød varmebilledeoptager og en satellitkommunikationsmodul. Dronerne undersøgte brandens omfang hurtigt fra luften. Da den infrarøde varmebilledeoptager registrerede personer fanget ved brandens rand, aktiverede man straks den fjernstyrede lydenhed, som afsendte stemmebeskeden: »Bevæg jer mod ildfrie område i nordvestlig retning, hvor redningsteamet har oprettet en midlertidig ly for jer« til dette område. Samtidig sendte enheden lokationen af de fastsiddende personer til jordbaserede kommandocenter via satellitforbindelsen for at hjælpe redningsteamet med at udarbejde redningsruten. I områder, hvor ilden spredte sig hurtigt, kunne dronerne patruljere 1 kilometer foran brandfronten og udsende advarsel: »Branden er ved at sprede sig til området XX, forlad området straks efter den fastsatte rute« til de omkringliggende landsbyer, så borgere kunne evakuere i god tid. I denne redningsaktion hjalp kombinationen af den fjernstyrede lydenhed og droner redningsteamet med at finde 12 fastsiddende personer inden for 3 timer uden nogen kvæstelser. Effektiviteten af informationsformidling var 8 gange højere end ved traditionel jordbaseret udsendelse.