Anwendungspraxis von akustischen Ferngeräten auf unbemannten Fahrzeugen

Mit der rasanten Entwicklung der Technologie für unbemannte Fahrzeuge erweitern sich ihre Anwendungsszenarien ständig und reichen von Inspektionen in geschlossenen Parks bis hin zu Transporten auf offenen Straßen, von der Notfallrettung bis zur Sicherheitspatrouille. Unbemannte Fahrzeuge verfügen jedoch nicht über die Echtzeit-Kommunikations- und Abschreckungsfähigkeiten menschlicher Fahrer, wodurch sie in komplexen Umgebungen anfälliger für Sicherheitsrisiken sind. Aufgrund ihrer Kernvorteile wie präzise Schallübertragung und flexible Fernsteuerung ferngesteuerte akustische Geräte sind zu einer Schlüsselkomponente geworden, um diesen Mangel bei unbemannten Fahrzeugen auszugleichen, und bieten eine starke Unterstützung für den sicheren Betrieb unbemannter Fahrzeuge in verschiedenen Szenarien.

I. Anwendungsszenarien von Ferngesteuerte akustische Geräte Angepasst an unbemannte Fahrzeuge

Die Anwendungsszenarien von Fernakustikgeräten an unbemannten Fahrzeugen konzentrieren sich hauptsächlich auf Bereiche, die Kommunikation, Warnung und Abschreckung erfordern, und umfassen folgende Kerneinsatzszenarien:

• Szenarien für Park- und Werksinspektionen: Wenn unbemannte Fahrzeuge in Industrieparks, Logistikparks und großen Fabriken Inspektionsaufgaben durchführen, müssen sie Personal warnen, das den Bereich unbefugt betritt, sowie Fahrzeuge, die ordnungswidrig geparkt sind. Gleichzeitig müssen sie Arbeitsankündigungen und Sicherheitshinweise an das Personal im Park übermitteln.
• Szenarien für Notfallrettung: Nach Katastrophen wie Erdbeben und Überschwemmungen müssen unbemannte Fahrzeuge, wenn sie in Gebiete mit verschütteten Personen zur Erkundung eindringen, mittels Schallsignalen Kontakt zu den Eingeschlossenen aufnehmen, um deren Standort und körperlichen Zustand zu bestätigen, und gleichzeitig den Fortschritt der Rettungsmaßnahmen sowie Anweisungen zur Fluchtübermittlung liefern. Am Ort eines Waldbrandes können unbemannte Fahrzeuge ferngesteuerte akustische Geräte nutzen, um die umliegenden Anwohner oder Mitarbeiter vor dem Feuer zu warnen und Evakuierungswege bekanntzugeben.
• Sicherheits- und Grenzpatrouillenszenarien: Wenn unbemannte Sicherheitsfahrzeuge in Bereichen wie Flughäfen, Bahnstrecken und Grenzgebieten patrouillieren, müssen sie verdächtige Personen und illegale Eindringlinge durch die gerichtete Ausgabe von Warnhinweisen abschrecken. Gleichzeitig müssen sie die aktuelle Lage an das hinterlegene Kommandozentrum übermitteln, um bei der Erstellung von Einsatzplänen zu unterstützen.

II. Kernkundenbedürfnisse in Szenarien mit unbemannten Fahrzeugen

Bei der Anwendung von unbemannten Fahrzeugen drehen sich die Kundenanforderungen an ferngesteuerte akustische Geräte um die drei Kernelemente „Sicherheit, Effizienz und Präzision“, die sich wie folgt konkretisieren:

• Echtzeit-Kommunikationsbedarf: Die Ausrüstung muss in der Lage sein, eine verzögerungsfreie und klare Sprachübertragung über weite Entfernungen zu gewährleisten, um sicherzustellen, dass der Informationsaustausch zwischen dem unbemannten Fahrzeug und den umgebenden Personen ohne Verzögerung und Verzerrung erfolgt. Insbesondere in lauten Umgebungen (wie z. B. Baustellen in Parks oder städtischen Verkehrskreuzungen) muss das Audiosignal die Umgebungsgeräusche durchdringen können, sodass der Empfänger die Informationen genau erfassen kann.
• Präzise Abschreckungsanforderungen: Für verdächtige Ziele oder gefährliche Verhaltensweisen muss die Ausrüstung in der Lage sein, gezielt Schall abzustrahlen, um Störungen durch Schallverbreitung in nicht betroffene Bereiche zu vermeiden. Gleichzeitig sollte die Schallintensität justierbar sein, um eine wirksame Abschreckung zu erreichen, ohne bei Personen bleibende Hörschäden zu verursachen.
• Fernsteuerung und Koordination: Es unterstützt die Fernbedienung über das Steuerungssystem des unbemannten Fahrzeugs oder die hintere Steuerplattform, einschließlich Lautstärkeanpassung, Arbeitsmoduswechsel und vorgefertigtes Sprachspiel. Für die Einstellung ist kein manueller Ansatz zum unbemannten Fahrzeug erforderlich. Gleichzeitig muss sie mit der Wahrnehmungsgeräte des unbemannten Fahrzeugs, wie Radar und Kameras, koordinieren. Wenn die Wahrnehmungsgeräte eine abnormale Situation erkennen, lösen sie automatisch die Akustikanlage an.
• Umweltanpassungsfähigkeit: Unbemannte Fahrzeuge werden meistens im Freien betrieben, daher muss die Ausrüstung rauen Umgebungen wie hoher Temperatur, niedriger Temperatur, Regen und Sandstaub standhalten. Es sollte einen stabilen Betrieb ohne Fehlschaltvorgang unter Temperaturen von - 40°C bis 60°C, starkem Regen (Schutzniveau IP65) und Sandsturm gewährleisten.

III. Die Kernmerkmale von Fernschallgeräten, die für unbemannte Fahrzeuge geeignet sind

Um den Anforderungen von unbemannten Fahrzeugszenarien gerecht zu werden, müssen Fernschallgeräte folgende Zielmerkmale aufweisen:

• Miniaturisierte und leichte Ausführung: Die Größe der Ausrüstung sollte dem Anbaufläche des unbemannten Fahrzeugs angepasst werden und kann auf dem Dach, an der Seite der Karosserie und an anderen Stellen des unbemannten Fahrzeugs eingebaut werden. Das Gewicht sollte auf 3 kg begrenzt werden, um eine Erhöhung der Belastung des unbemannten Fahrzeugs und eine Beeinträchtigung der Akkulaufzeit und Fahrstabilität zu vermeiden. Gleichzeitig wird eine modulare Struktur eingeführt, um die mechanische Verbindung, den Abbau und die Wartung mit dem unbemannten Fahrzeug zu erleichtern.
• Flexible Umschaltung zwischen Richt- und Rundstrahlgeräten: Es unterstützt die Umschaltung zwischen Richtgeräten (mit einem Schallabdeckungswinkel von 30°) und Rundstrahlgeräten (360° Schallabdeckung). Richtgeräte werden zur gezielten Warnung oder Abschreckung bestimmter Ziele eingesetzt, während der Rundstrahlmodus verwendet wird, um Broadcast-Informationen in einem großflächigen Bereich um das Gerät herum zu übertragen. Die Umschaltung zwischen den beiden Gerätemodi kann über Fernbefehle schnell abgeschlossen werden, wobei die Reaktionszeit auf Millisekunden genau gesteuert wird.
• Breites Frequenzband und hohe Schalldruckpegel-Ausgabe: Es deckt den für das menschliche Ohr empfindlichen Frequenzbereich von 200 Hz – 20000 Hz ab, um sicherzustellen, dass das Sprachsignal klar erkennbar ist. Der Schalldruckpegel kann 130 dB – 150 dB erreichen, und die effektive Übertragungsdistanz in einer ungehinderten Umgebung beträgt mindestens 800 Meter, was die Kommunikations- und Abschreckungsanforderungen von unbemannten Fahrzeugen in mittleren und langen Distanzszenarien erfüllt.
• Mehrfache Stromversorgungsanpassung und geringer Energieverbrauch: Es unterstützt die Anbindung an das Bordnetz des unbemannten Fahrzeugs und verfügt gleichzeitig über eine integrierte Lithium-Ersatzbatterie. Falls die Bordstromversorgung ausfällt, kann die Ersatzbatterie den kontinuierlichen Betrieb des Geräts für mehr als 4 Stunden aufrechterhalten. Im Standby-Modus liegt der Energieverbrauch des Geräts unter 5 W, wodurch die Belastung für die Batterielebensdauer des unbemannten Fahrzeugs reduziert wird.
• IP65-Schutz und Störfestigkeit: Das Gehäuse verfügt über eine wasserdichte und staubgeschützte Konstruktion, die der IP65-Schutznorm entspricht und somit im Dauerregen und bei sandigem Staubwetter normal funktionieren kann. Die interne Schaltung weist eine elektromagnetische Störfestigkeit auf, um Beeinträchtigungen durch elektromagnetische Signale von Radar-, Kommunikationsgeräten und anderen Komponenten des unbemannten Fahrzeugs zu vermeiden und eine stabile Schallübertragung sicherzustellen.

IV. Integrationslösungen von ferngesteuerten akustischen Geräten mit anderer Ausrüstung

Im System des unbemannten Fahrzeugs arbeiten akustische Ferngeräte nicht eigenständig, sondern sind mit einer Vielzahl von Geräten integriert, um ein koordiniertes System zu bilden. Zu den gängigen Integrationslösungen gehören:

• Integration mit Wahrnehmungsausrüstung: Sie wird mit dem Laserradar, Millimeterwellenradar, Hochauflösende Kamera und Infrarot-Wärmebildkamera des unbemannten Fahrzeugs verknüpft. Wenn das Radar oder die Kamera Fußgänger und Hindernisse vor dem Fahrzeug erkennt oder abnormale Ereignisse wie „Person betritt Sperrzone“ und „Fahrzeug fährt rückwärts“ identifiziert, sendet es automatisch ein Auslösesignal an die entfernte akustische Einrichtung. Die Einrichtung spielt automatisch die entsprechende Ansage entsprechend der Art des Ereignisses ab (z. B. „Vor Ihnen befinden sich Fußgänger, bitte achten Sie darauf, langsamer zu fahren“ und „Dies ist eine Sperrzone, bitte verlassen Sie umgehend“). Gleichzeitig wird die Information über das abnormale Ereignis an das hinterlegene Kommandozentrum übertragen.
• Integration mit Kommunikationsgeräten: Es wird mit dem 4G/5G-Kommunikationsmodul oder Satellitenkommunikationsmodul des unbemannten Fahrzeugs verbunden, um die Steuerung über sehr große Entfernungen zu ermöglichen. Wenn das unbemannte Fahrzeug Aufgaben in abgelegenen Gebieten ohne öffentliches Netzsignal (wie an Grenzen oder in Bergregionen) ausführt, können die hinteren Kommando-Mitarbeiter Befehle über die Satellitenverbindung an die akustische Vorrichtung senden, um die Schallparameter anzupassen oder den Betriebsmodus zu wechseln. Gleichzeitig kann die Vorrichtung den Arbeitsstatus (wie Batterieladung, aktuelle Lautstärke und Fehlerinformationen) in Echtzeit an die Kommandoplattform zurückübertragen, um eine Fernüberwachung zu ermöglichen.
• Integration mit Warneinrichtungen: Sie wird mit der LED-Warnleuchte und Blitzlicht des unbemannten Fahrzeugs verbunden, um einen „Licht- und Ton-Koordinations“-Warneffekt zu erzeugen. Wenn die akustische Einrichtung in den Warnmodus wechselt, wird die Warnleuchte synchron eingeschaltet. Durch die doppelte Stimulation von Sehen und Hören wird die Aufmerksamkeit der Umstehenden verstärkt. Beispielsweise werden beim Abbiegen des unbemannten Fahrzeugs „Blinker + Sprachansage“ gleichzeitig ausgelöst, wodurch Fußgänger die Fahrabsicht des Fahrzeugs leichter wahrnehmen können.
• Integration mit Positionierungs- und Navigationseinrichtungen: In Kombination mit dem GPS/Beidou-Positionierungssystem des unbemannten Fahrzeugs wechselt das akustische Gerät automatisch in den „Niedriglautstärkemodus“, wenn das Fahrzeug einen voreingestellten Bereich betritt (z. B. Umgebung von Schulen und Krankenhäusern), um Störungen durch laute Geräusche in sensiblen Bereichen zu vermeiden. Wenn das unbemannte Fahrzeug von der geplanten Route abweicht und einen gefährlichen Bereich betritt (z. B. Baustelle oder überflutete Zone), gibt das Gerät automatisch eine Warnansage aus, um die Umstehenden vor Gefahr zu warnen, und sendet gleichzeitig ein Positionsabweichungs-Alarmsignal an das Kommandozentrum.

V. Kernvorteile der Kombination von ferngesteuerten akustischen Geräten und unbemannten Fahrzeugen

Im Vergleich zur traditionellen manuellen Bedienung oder zu eigenständigen akustischen Geräten können die Kombination aus ferngesteuerten akustischen Geräten und unbemannten Fahrzeugen in vielen Aspekten Vorteile bieten:

• Verbesserte Sicherheit und Zuverlässigkeit: In Gefahrensituationen (wie Katastrophengebieten und Grenzkonfliktregionen) ist kein manuelles Vorgehen mehr erforderlich, um Kommunikations- und Abschreckungsaufgaben durchzuführen. Dies reduziert das Risiko von Personenschäden. Gleichzeitig ermöglicht die Verbindung zwischen dem Gerät und dem Wahrnehmungssystem des unbemannten Fahrzeugs eine schnelle Reaktion auf Ausnahmesituationen und vermeidet Sicherheitsvorfälle durch Verzögerungen bei manuellen Reaktionen. Beispielsweise fährt das unbemannte Fahrzeug an einem Brandort mit dem akustischen Gerät bis an den Rand des Brandherds vor. Die Einsatzleitung kann dann über das Gerät in einem sicheren Bereich mit den Eingeschlossenen kommunizieren, ohne dass Feuerwehrleute sich in Gefahr begeben müssen, tief in das Feuer vorzudringen.
• Erweiterung des Einsatzbereichs und der Effizienz: Unbemannte Fahrzeuge können über einen langen Zeitraum kontinuierlich fahren (mit einer Akkulaufzeit von 8 bis 12 Stunden). In Kombination mit akustischen Ferngeräten können sie eine größere Fläche abdecken, um Aufgaben auszuführen. Im Vergleich zur manuellen Streife zu Fuß oder zu fest installierten akustischen Geräten erhöht sich die Betriebseffizienz um das 3- bis 5-fache. Beispielsweise kann in einem 50 Quadratkilometer großen Industriepark das unbemannte Fahrzeug in Kombination mit dem akustischen Gerät die vollflächige Inspektion und Zustellung von Sicherheitshinweisen innerhalb von 4 Stunden abschließen, während die manuelle Inspektion 2 bis 3 Tage benötigt.
• Reduzierung der Betriebskosten: Es verringert die Abhängigkeit von Arbeitskräften. Ein unbemanntes Fahrzeug kann die Arbeitslast von 2 bis 3 Inspektionspersonal ersetzen, und ein langfristiger Betrieb kann die Personalkosten erheblich senken. Gleichzeitig führen die modulare Konstruktion und die energieeffizienten Eigenschaften der ferngesteuerten akustischen Vorrichtung zu geringen Wartungskosten und einer langen Nutzungsdauer (bis zu mehr als 5 Jahren bei normalem Gebrauch), was die gesamten Betriebskosten weiter reduziert.
• Präzises und intelligentes Management realisieren: Durch die Verknüpfung mit dem Steuersystem und der Befehlsplattform des unbemannten Fahrzeugs können die Betriebsdaten des akustischen Geräts (wie Nutzungsdauer, Auslösezahlen und Abdeckungsbereich) statistisch ausgewertet werden, um die Optimierung der Inspektionsroute und der Aufgabenplanung des unbemannten Fahrzeugs zu unterstützen. Beispielsweise kann durch die Datenanalyse erkannt werden, dass der Vorfall „unbefugter Personenzutritt in einen Bereich“ in einer bestimmten Region besonders häufig auftritt. Daraufhin kann die Patrouillenhäufigkeit des unbemannten Fahrzeugs in diesem Bereich angepasst und der Warnhinweis des akustischen Geräts optimiert werden, um die Warnwirkung zu verbessern.

VI. Anwendungsbeispiele von Fernakustikgeräten an unbemannten Fahrzeugen

Fallbeispiel: Praktische Anwendung von Rettungs-Notfall-Drohnen und Fernakustikgeräten

Bei einer Berg-Rettungsaktion nach einem Erdbeben setzte das Rettungsteam 3 Notfall-Rettungs-Drohnen ein. Die Drohnen waren mit ferngesteuerten akustischen Geräten, Infrarot-Wärmebildkameras und Satellitenkommunikationsmodulen ausgestattet und drangen in das Gebiet der Katastrophe vor, wo die Straßen unterbrochen waren. Als die Drohnen durch die Trümmer fuhren, entdeckte die Wärmebildkamera Anzeichen von Leben unter den Trümmern. Sofort wurde das akustische Gerät aktiviert und die Stimmaufnahme „Bitte bleiben Sie ruhig, die Rettungskräfte nähern sich, geben Sie bitte einen Laut von sich, um Ihre Position zu signalisieren“ in diesem Bereich abgespielt. Gleichzeitig passten die Rettungskräfte über die Satellitenverbindung die Lautstärke des Geräts aus der Ferne an, um sicherzustellen, dass der Schall bis zum Grund der Trümmer vordrang, ohne die Personen durch zu hohe Lautstärke zu verletzen. Als die Eingeschlossenen durch Klopfen auf ein Metallrohr reagierten, erfasste das Mikrofon der Drohne das akustische Signal und unterstützte mithilfe der Richtwirkung des akustischen Geräts die genaue Lokalisierung der betroffenen Personen, wodurch eine präzise Orientierung für die anschließende Rettung gegeben war. Bei dieser Rettungsaktion gelang es durch die Kombination aus ferngesteuertem akustischem Gerät und Drohne, innerhalb von 2 Stunden 3 eingeschlossene Personen zu finden. Dies steigerte die Effizienz deutlich im Vergleich zur traditionellen manuellen Suche und verhinderte gleichzeitig das Risiko, dass Rettungskräfte in instabile Trümmerzonen eindringen mussten.