با نفوذ عمیقتر فناوری وسایل پرنده بدون سرنشین (UAV) در حوزههای مختلف، ویژگیهای دید از ارتفاع بالا و تحرک انعطافپذیر آن به پشتوانههای مهمی در سناریوهایی مانند نظارت امنیتی، نجات اضطراری و مدیریت عمومی تبدیل شدهاند. با این حال، عملکردهای سنتی پهپادها عمدتاً بر جمعآوری تصاویر و انتقال داده متمرکز است و فاقد قابلیتهای تعامل صوتی و بازدارندگی کارآمد هستند. با بهرهگیری از مزایای اصلی انتقال صدا در جهت خاص و کنترل از راه دور، دستگاههای صوتی دوربرد همراه با پهپادها یک سیستم همکارانه «هوا-فضا-زمین» را تشکیل میدهند که بهطور مؤثری کمبود تعامل صوتی پهپادها را جبران کرده و ارزش کاربردی آنها را در سناریوهای پیچیده بیشتر گسترش میدهد.
الف. سناریوهای کاربردی دستگاههای صوتی دوربرد سازگار با پهپادها
ترکیب دستگاههای صوتی دوربرد و پهپادها بهصورت دقیق با چهار سناریوی اصلی زیر همخوانی دارد و درد عملیاتی عملیات واقعی را در حوزههای مختلف حل میکند:
- سناریوهای امنیت عمومی و نظارت امنیتی: در صحنه رویدادهای بزرگمقیاس (مانند کنسرتها و مسابقات ورزشی)، پهپادهای مجهز به دستگاههای صوتی از راه دور میتوانند اطلاعیههای لازم برای حفظ نظم را بهصورت زنده پخش کنند (مانند "لطفاً به نظم محلی پایبند باشید و تجمع نکنید"). در هنگام گشتهای امنیتی شهری، هنگام مشاهده شرایط غیرعادی مانند تجمع افراد مشکوک یا پرتاب اشیاء از ارتفاع، میتوانند بهصورت جهتدار هشدارهای صوتی صادر کنند و وضعیت لحظهای محل را به مرکز فرماندهی زمینی منتقل نمایند. در مناطق حساس مانند فرودگاهها و خطوط راهآهن، میتوانند نسبت به اهداف نفوذ غیرمجاز (مانند افراد یا وسایل نقلیهای که به باند نفوذ میکنند) بازدارندگی هوایی اعمال کنند.
- سناریوهای نجات اضطراری: پس از وقوع بلایایی مانند آتشسوزی جنگل، سیل و زلزله، وسایل پرنده بدون سرنشین (پهپادها) میتوانند به سرعت به منطقه حادثه برسند. با استفاده از دستگاههای صوتی از راه دور، میتوانند مسیرهای نجات را برای افراد گرفتار اطلاعرسانی کنند (مانند «لطفاً به سمت ارتفاعات در جهت جنوب شرقی حرکت کنید، تیم نجات رسیده است») و دانش لازم درباره روشهای ایمن پرهیز از خطر را منتقل نمایند. در عملیات جستجو و نجات دریایی، میتوانند پیامهای موقعیتیابی را برای افراد سقوطکرده در آب پخش کنند (مانند «در حال شنا باقی بمانید، کشتی نجات در راه است») و همزمان به تیم زمینی کمک کنند تا محل دقیق هدف را شناسایی کنند. در جستجوی افراد گمشده در مناطق کوهستانی، میتوانند اطلاعیههای یافتن فرد گمشده را به صورت مداوم پخش کنند تا پوشش اطلاعاتی گسترش یابد.
- سناریوهای حفاظت اکولوژیکی و کنترل حیوانات: در مناطق حفاظتشده، وسایل پرنده بدون سرنشین (UAV) مجهز به دستگاههای صوتی از راه دور میتوانند صدای هشدار را به شکارچیان غیرقانونی پخش کنند تا بازدارندگی هوایی ایجاد شود. در مناطقی مانند فرودگاهها و زمینهای کشاورزی، میتوانند صدای دشمنان طبیعی (مانند فریاد پرندگان شکارچی) یا امواج صوتی با فرکانس خاصی را شبیهسازی کنند تا بتوانند از نظر اکولوژیکی پرندگان را دفع کنند و برخورد پرندگان با هواپیماها و آسیب به محصولات کشاورزی توسط پرندگان را جلوگیری نمایند. در نظارت بر مسیرهای مهاجرت حیات وحش، میتوانند صداهای هشدار را برای حیواناتی که به مناطق فعالیت انسان نزدیک میشوند پخش کنند تا تعارضات بین انسان و حیات وحش کاهش یابد.
- سرویسهای عمومی و سناریوهای تبلیغاتی: در شرایط اضطراری مانند پیشگیری از همهگیری شهری و کنترل سیل، پهپادها میتوانند با حمل تجهیزات، اطلاعیههای سیاستی را به صورت مداوم در محلهها و خیابانها پخش کنند (مانند "لطفاً به موقع تست اسید نوکلئیک را انجام دهید و اقدامات حفاظت فردی را رعایت کنید"). در مناطق روستایی، میتوانند راهنماییهای فناوری کشاورزی و تفسیر سیاستها را به روستاییان منتقل کنند. در مکانهای دیدنی، میتوانند نکات ایمنی سفر را به گردشگران اطلاع رسانی کنند (مانند "لطفاً از مسیر سفر منحرف نشوید و به لغزش توجه کنید") و فراخوانهای سفر تمدنی را اعلام کنند.
II. نیازهای اصلی مشتری در سناریوهای پهپاد
در سناریوهای کاربردی پهپاد، نیازهای مشتریان نسبت به دستگاههای صوتی از راه دور حول محور "سبکوزن، کارآمد و پایدار" است که به طور خاص به شرح زیر نمایان میشود:
- سبکوزن و نیازمندی به بار کم: بار مؤثر پهپادها محدود است (عمدتاً ۱ تا ۵ کیلوگرم). بنابراین، دستگاههای صوتی از راه دور باید از نظر اندازه کوچک و از نظر وزن سبک باشند (معمولاً در حدود ۳ کیلوگرم کنترل میشوند). این دستگاهها باید بتوانند روی بدنه پهپاد یا نگهدارنده نصب شوند بدون آنکه بر دوام پرواز (که نیازمند تضمین پرواز تکی بیش از نیم ساعت است) و پایداری کنترل پهپاد تأثیر بگذارند. همچنین، قابلیت جداسازی و نصب سریع را داشته باشند تا تعمیر و نگهداری تجهیزات تسهیل شود.
- نیازمندیهای انتقال صدا با کیفیت در مسافت طولانی: ارتفاع عملیاتی وسایل پرنده بدون سرنشین (UAV) عمدتاً بین ۵۰ تا ۱۰۰ متر است. بنابراین دستگاه باید قادر به انتقال صدا در محیطهای مرتفع و در مسافتهای طولانی باشد. فاصله مؤثر انتقال صدا در شرایط بدون مانع کمتر از ۱۰۰۰ متر نباشد و سیگنال صوتی فاقد اعوجاج و نویز باشد. حتی در شرایط بادی، بارانی و پرسر و صدا نیز پرسنل زمینی بتوانند اطلاعات را به وضوح دریافت کنند. برای اهداف خاص، لازم است قابلیت انتقال جهتدار صدا وجود داشته باشد تا از پراکندگی صدا و ایجاد اختلال در مناطق غیرمرتبط جلوگیری شود.
- نیازمندیهای کنترل و هماهنگی از راه دور: این سیستم از طریق کنترلکننده دوربرد پهپاد یا پلتفرم فرمان زمینی قابل عملیات از راه دور است، از جمله تنظیم صدا، پخش صداهای از پیش تعریف شده و ورودی صوتی به صورت زنده. برای تنظیمات نیازی به نزدیک شدن دستی به پهپاد نیست. در عین حال، باید با سیستم موقعیتیابی GPS پهپاد، دوربین با وضوح بالا و سنسور مادون قرمز آن پیوند برقرار کند. هنگامی که سنسور هدفی (مانند افراد گرفتار شده یا اهداف غیرعادی) را تشخیص دهد، بهصورت خودکار دستگاه صوتی را فعال میکند.
- سازگاری محیطی و الزامات ایمنی: بیشتر پهپادها در محیطهای خارجی پیچیده کار میکنند. بنابراین دستگاه باید قابلیتهای ضد آب، ضد گرد و غبار، مقاوم در برابر باد و مقاوم در برابر دمای بالا و پایین را داشته باشد، به سطح حفاظت IP65 برسد و بتواند در محدوده دمایی 40- درجه سانتیگراد تا 60+ درجه سانتیگراد و در شرایط باد تا سطح 6 بهصورت پایدار کار کند. همزمان، الزام به داشتن ویژگی مصرف انرژی پایین وجود دارد و باید بتواند مستقیماً به سیستم برقی پهپاد متصل شود تا از شارژ مکرر جلوگیری شود و عملکرد تحت تأثیر قرار نگیرد. در زمینه کنترل شدت صوت، الزام به رعایت استانداردهای محیطزیستی وجود دارد تا از آسیب شنوایی به افراد و حیوانات جلوگیری شود.
III. ویژگیهای اصلی دستگاههای صوتی از راه دور سازگار با پهپادها
برای پاسخگویی به نیازهای سناریوهای پهپادی، دستگاههای صوتی از راه دور باید دارای ویژگیهای فنی هدفمند زیر باشند تا اطمینان از همکاری کارآمد با پهپادها فراهم شود:
- طراحی فوقالعاده سبک: پوسته از مواد سبک و با استحکام بالا (مانند الیاف کربنی و پلاستیکهای مهندسی) ساخته شده است. حجم کلی دستگاه در حدود 20 سانتیمتر × 20 سانتیمتر × 20 سانتیمتر کنترل میشود و وزن آن از 3 کیلوگرم بیشتر نمیشود. همزمان، چیدمان ساختاری بهینهسازی شده تا مقاومت در پرواز کاهش یابد و عملکرد آیرودینامیکی UAV را تحت تأثیر قرار ندهد. برخی از دستگاهها از طراحی ماژولار بهره میبرند و قطعات (مانند باتریهای اضافی و ماژولهای انتقال صدا جهتدار) بسته به نیاز عملیاتی قابل افزودن یا حذف هستند که انطباقپذیری دستگاه را افزایش میدهد.
- سطح فشار صوتی بالا و خروجی باند فرکانسی وسیع: سطح فشار صوتی خروجی میتواند به ۱۳۰ دسیبل تا ۱۵۰ دسیبل برسد و باند فرکانس حساس گوش انسان را در محدوده ۲۰۰ هرتز تا ۲۰۰۰۰ هرتز پوشش دهد تا سیگنال صوتی به وضوح قابل تشخیص باشد. از یک الگوریتم آکوستیک حرفهای برای بهینهسازی مسیر انتقال موج صوتی و کاهش تضعیف در هوا استفاده میشود. حتی در ارتفاع ۵۰ متری نیز، پرسنل زمینی همچنان میتوانند اطلاعات صوتی را به وضوح دریافت کنند. همچنین این سیستم از بیش از ۱۰ سطح تنظیم شدت صوت پشتیبانی میکند تا با نیازهای سناریوهای مختلف سازگار شود.
- مصرف انرژی پایین و سازگاری با چندین نوع منبع تغذیه: از یک تراشه کممصرف و طراحی مدار صرفهجویی در انرژی استفاده شده است. مصرف توان در حالت کار کمتر از ۸ وات و در حالت آمادهباش کمتر از ۲ وات است. این دستگاه میتواند مستقیماً به سیستم برقی باتری لیتیومی وسیله نقلیه هوایی بدون نیاز به منبع تغذیه پشتیبان متصل شود. برخی از دستگاهها دارای یک باتری پشتیبان کوچک داخلی هستند که در صورت قطع برق وسیله نقلیه هوایی، میتوانند عملکرد مداوم دستگاه را برای بیش از ۱ ساعت حفظ کنند و انتقال اطلاعات مهم را بدون وقفه نگه دارند.
- سازگاری قوی با محیط زیست: پوسته استاندارد حفاظت IP65 را رعایت میکند و میتواند در برابر شستشوی ناشی از باران و نفوذ گرد و غبار مقاومت کند. همچنین دارای مقاومت در برابر باد (قابلیت کار پایدار در شرایط باد با سرعت کمتر از سطح ۶) و مقاومت در برابر دماهای بالا و پایین (قابلیت کار عادی در محدوده دمایی ۴۰- تا ۶۰+ درجه سانتیگراد) است. مدار داخلی دارای طراحی ضد تداخل الکترومغناطیسی است تا از تحت تأثیر قرار گرفتن سیگنالهای الکترومغناطیسی ایجاد شده توسط ماژول ارتباطی و موتور پهپاد جلوگیری کند و انتقال صدا را پایدار نگه دارد.
چهارم. راهحلهای یکپارچهسازی دستگاههای صوتی از راه دور با سایر تجهیزات
در سیستم پهپاد، دستگاههای صوتی از راه دور باید با انواع تجهیزات یکپارچه شوند تا یک سیستم همکاری «ادراک – تصمیمگیری – اجرا» ایجاد شود. راهحلهای یکپارچهسازی به شرح زیر است:
- ادغام با تجهیزات حسگری: این سیستم با دوربین با وضوح بالا، تصویربردار حرارتی مادون قرمز و رادار لیزری هواپیمای بدون سرنشین (UAV) پیوند خورده است. هنگامی که دوربین موقعیتهای غیرعادی مانند «تجمع افراد» و «ورود غیرمجاز» را شناسایی میکند یا تصویربردار حرارتی مادون قرمز نشانههایی از حیات در منطقه حادثه را تشخیص میدهد، بهصورت خودکار دستگاه صوتی از راه دور را فعال میکند تا پیام مربوطه را پخش کند (مانند «تجمع در اینجا ممنوع است، لطفاً بلافاصله محل را ترک کنید» و «کارکنان نجات شما را پیدا کردهاند، لطفاً آرام باشید»). رادار لیزری میتواند فاصله هدف را بهدقت اندازهگیری کند و به دستگاه کمک کند تا شدت صوت را بهصورت خودکار تنظیم کند تا صدا در منطقه هدف بهوضوح قابل تشخیص باشد.
- ادغام با تجهیزات ارتباطی: این دستگاه به ماژول ارتباطی 4G/5G پهپاد یا ماژول ارتباط ماهوارهای متصل میشود تا کنترل بسیار طولانیالمسافت را ممکن سازد. هنگامی که پهپاد در مناطق دورافتاده بدون سیگنال شبکه عمومی (مانند مناطق کوهستانی و اقیانوسها) کار میکند، پرسنل زمینی میتوانند دستورات (مانند تغییر حالت کاری و بهروزرسانی صداهای از پیش ساخته شده) را از طریق ارتباط ماهوارهای به دستگاه صوتی ارسال کنند. این دستگاه قادر است وضعیت کاری خود (مانند سطح باتری، سطح صدا و اطلاعات خطا) را بهصورت بلادرنگ به پلتفرم فرماندهی زمینی ارسال کند تا نظارت از راه دور و عیبیابی امکانپذیر شود.
- ادغام با تجهیزات موقعیتیابی و ناوبری: همراه با سیستم موقعیتیابی GPS/بیدو در دрон، هنگامی که درون وارد منطقه حساس از پیش تعیینشدهای میشود (مانند فضای هوایی بالای مدارس و بیمارستانها)، دستگاه صوتی از راه دور بهطور خودکار به حالت ولوم پایین تغییر میکند تا از ایجاد سر و صدای آزاردهنده جلوگیری شود. هنگامی که درون از مسیر عملیاتی منحرف میشود (برای مثال به علت نیروی باد از منطقه نجات دور شود)، دستگاه بلافاصله پیام هشدار عدم انطباق موقعیت را پخش میکند و هشداری به پلتفرم زمینی ارسال میکند تا به اپراتور در تنظیم مجدد مسیر کمک کند.
- ادغام با تجهیزات چراغ هشدار: این سیستم با چراغ هشدار LED و چراغ استروب پهپاد به صورت هماهنگ متصل شده و اثر «هماهنگی صوتی-نوری» ایجاد میکند. هنگامی که دستگاه صوتی از راه دور وارد حالت هشدار میشود، چراغ هشدار نیز به طور همزمان روشن میشود (برای مثال چراغ استروب قرمز). این تحریک دوگانهٔ بصری و شنوایی، اثر هشدار را بر روی هدف تقویت میکند. به عنوان مثال، در عملیات نجات در شب، «هماهنگی صوتی-نوری» به افراد گرفتار کمک میکند تا به سرعت موقعیت پهپاد را تشخیص داده و کارایی عملیات نجات افزایش یابد.
۵. مزایای اصلی ترکیب دستگاههای صوتی از راه دور و پهپادها
در مقایسه با دستگاههای صوتی زمینی سنتی یا پهپادهایی که به تنهایی عمل میکنند، ترکیب دستگاههای صوتی از راه دور و پهپادها در بسیاری از جنبهها مزایای قابل توجهی دارند:
- گسترش دامنه عملیات و افزایش کارایی: پهپادها میتوانند به سرعت مناطق وسیعی را پوشش دهند (یک عملیات تکی میتواند بیش از ۱۰ کیلومتر مربع را شامل شود). با ت kếtیب دستگاههای صوتی از راه دور، کارایی انتقال اطلاعات ۵ تا ۱۰ برابر بالاتر از پخش دستی از طریق زمین است. به عنوان مثال، در اطلاعرسانی پیشگیری از بیماری همهگیر در یک جامعه ۵ کیلومتر مربعی، پهپادهای مجهز به این دستگاهها میتوانند در عرض ۱ ساعت پوشش کامل منطقه را انجام دهند، در حالی که اطلاعرسانی دستی با پیادهروی به مدت ۱ تا ۲ روز طول میکشد.
- بهبود ایمنی عملیات: در شرایط خطرناک (مانند محل آتشسوزی و مناطق نشت گاز سمی)، وسایل پرنده بدون سرنشین (UAV) میتوانند به جای افراد وارد مناطق پرخطر شده و عملیات را انجام دهند. دستگاههای صوتی از راه دور به افراد مستقر در زمین اجازه میدهند تا انتقال اطلاعات و بازدارندگی را بدون نزدیک شدن به محیطهای خطرناک انجام دهند و این امر بهطور قابل توجهی خطر آسیبدیدگی یا تلفات انسانی را کاهش میدهد. به عنوان مثال، در حادثه انفجار یک کارخانه شیمیایی، وسایل پرنده بدون سرنشین دستورالعملهای تخلیه را از طریق بلندگو به صحنه منتقل میکنند و از این طریق خطر مسمومیت تیمهای نجات را از بین میبرند.
اجرای عملیات دقیق: با استفاده از فناوری انتقال جهتدار صوت و قابلیت موقعیتیابی دقیق وسایل پرنده بدون سرنشین (UAV)، صوت میتواند بهصورت دقیق به منطقه هدف منتقل شود و از هدررفت منابع و ایجاد اختلال محیطی ناشی از پراکندگی صوت جلوگیری میشود. به عنوان مثال، در سناریوی طرد پرندگان از فرودگاه، وسایل پرنده بدون سرنشین میتوانند با ارسال امواج صوتی طردکننده پرندگان بهصورت دقیق منطقه باند فرودگاه را پوشش دهند، بدون اینکه بر مناطق مسکونی اطراف تأثیری بگذارند.
- کاهش هزینههای عملیاتی: یک وسیله نقلیه هوایی بدون سرنشین (UAV) همراه با یک دستگاه صوتی از راه دور میتواند حجم کار ۳ تا ۵ کارمند زمینی را جایگزین کند. علاوه بر این، هزینه هر پرواز (هزینه برق، نگهداری) در UAV از هزینه نیروی انسانی پایینتر است. عملیات بلندمدت میتواند سرمایهگذاری در زمینه نیروی کار و زمان را بهطور قابل توجهی کاهش دهد. به عنوان مثال، در گشتهای امنیتی شهری، یک UAV میتواند نیازهای گشت در ۳ تا ۴ خیابان را پوشش دهد و هزینهها نسبت به گشتهای دستی بیش از ۴۰٪ کاهش یابد.
ششم. موارد کاربرد دستگاههای صوتی از راه دور بر روی وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین
مورد ۱: کاربرد همکارانه دستگاههای صوتی از راه دور و UAV در دفع پرندگان در فرودگاهها
یک فرودگاه بینالمللی، ۱۰ دستگاه وسیله پرنده بدون سرنشین صنعتی را معرفی کرد که هر کدام مجهز به یک دستگاه صوتی از راه دور، یک دوربین با کیفیت بالا و یک سیستم موقعیتیابی GPS بودند. در طول عملیات روزانه، این وسایل پرنده بدون سرنشین مطابق مسیرهای از پیش تعیینشده، در اطراف باندهای پرواز و توقفگاههای فرودگاه گشتزنی میکردند. هنگامی که دوربین تجمع پرندگان را شناسایی میکرد، دستگاه صوتی از راه دور بهصورت خودکار به حالت جهتدار تغییر میکرد و صدای شبیهسازیشده پرندگان شکارچی (مانند فریاد عقاب) را پخش میکرد. همزمان، با ترکیب امواج التراسونیک با فرکانس خاص، طرد پرندگان بهروش اکولوژیکی انجام میشد. در صورتی که پرندگان بهموقع منطقه را ترک نمیکردند، امکان تنظیم از راه دور شدت و نوع صدا از طریق پلتفرم زمینی وجود داشت تا طرد ادامه یابد. علاوه بر این، در دورههای اوج پرواز و فرود هواپیماها، وسایل پرنده بدون سرنشین میتوانستند در ارتفاع ۵۰ متری بالای باند پرواز سرعت بگیرند و پیام هشدار «استفاده از وسایل پرنده بدون سرنشین در منطقه تمیزسازی فرودگاه ممنوع است» را به مناطق اطراف پخش کنند تا از ورود غیرمجاز وسایل پرنده بدون سرنشین جلوگیری شود. پس از اجرای این راهکار، تعداد حوادث برخورد با پرندگان در فرودگاه ۹۰ درصد کاهش یافت و هزینههای طرد پرندگان نسبت به تجهیزات سنتی زمینی ۶۰ درصد کاهش پیدا کرد.
مورد 2: کاربرد عملی پهپادهای اطفاء حریق جنگل و دستگاههای صوتی از راه دور
در یک عملیات نجات در آتشسوزی جنگل در منطقه کوهستانی، تیم نجات از ۵ پهپاد نجات استفاده کرد. هر پهپاد مجهز به یک دستگاه صوتی از راه دور، تصویربردار حرارتی مادون قرمز و یک ماژول ارتباطی ماهوارهای بود. پهپادها به سرعت وضعیت آتش را از هوایی بررسی کردند. هنگامی که تصویربردار حرارتی مادون قرمز افراد محبوسشده را در لبه محل آتش تشخیص داد، دستگاه صوتی از راه دور بلافاصله فعال شد و دستور صوتی «لطفاً به سمت منطقه بدون آتش در جهت شمال غربی حرکت کنید، تیم نجات در آن منطقه یک پناهگاه موقت ایجاد کرده است» را به این منطقه پخش کرد. همزمان، دستگاه اطلاعات موقعیت افراد محبوسشده را از طریق ارتباط ماهوارهای به مرکز فرماندهی زمینی ارسال کرد تا به تیم نجات در تدوین مسیر نجات کمک کند. در مناطقی که آتش به سرعت در حال گسترش بود، پهپادها میتوانستند ۱ کیلومتر جلوتر از خط آتش گشت بزنند و اطلاعیه هشدار اولیه «آتش به زودی به منطقه XX گسترش خواهد یافت، لطفاً فوراً طبق مسیر تعیینشده تخلیه شوید» را به روستاهای اطراف پخش کنند تا به روستاییان در تخلیه به موقع کمک کنند. در این عملیات نجات، ترکیب دستگاه صوتی از راه دور و پهپاد به تیم نجات کمک کرد تا در عرض ۳ ساعت ۱۲ نفر محبوسشده را پیدا کند و هیچ مصدومیتی رخ نداد. کارایی انتقال اطلاعات ۸ برابر بالاتر از روش سنتی پخش زمینی بود.
فهرست مطالب
- الف. سناریوهای کاربردی دستگاههای صوتی دوربرد سازگار با پهپادها
- II. نیازهای اصلی مشتری در سناریوهای پهپاد
- III. ویژگیهای اصلی دستگاههای صوتی از راه دور سازگار با پهپادها
- چهارم. راهحلهای یکپارچهسازی دستگاههای صوتی از راه دور با سایر تجهیزات
- ۵. مزایای اصلی ترکیب دستگاههای صوتی از راه دور و پهپادها
- ششم. موارد کاربرد دستگاههای صوتی از راه دور بر روی وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین
