Applicazione Pratica dei Dispositivi Acustici a Distanza su UAV

Con la penetrazione approfondita della tecnologia UAV in vari settori, le sue caratteristiche di prospettiva dall'alto e mobilità flessibile sono diventate supporti fondamentali in scenari come il monitoraggio della sicurezza, il soccorso d'emergenza e la gestione pubblica. Tuttavia, le funzioni tradizionali dei UAV si concentrano principalmente sulla raccolta di immagini e sulla trasmissione di dati, risultando carenti in termini di interazione vocale ed efficacia dissuasiva. Sfruttando i vantaggi principali della trasmissione sonora direzionale e del controllo a distanza, i dispositivi acustici a lungo raggio formano insieme ai UAV un sistema collaborativo "aereo-spaziale-terrestre", compensando efficacemente la mancanza di interazione sonora dei droni e ampliandone ulteriormente il valore applicativo in scenari complessi.

I. Scenari applicativi dei Dispositivi acustici a lungo raggio adattati ai UAV

La combinazione di dispositivi acustici a lungo raggio e UAV corrisponde precisamente ai seguenti quattro scenari principali, risolvendo punti critici operativi concreti in diversi settori:

• Scenari di sicurezza pubblica e di monitoraggio della sicurezza: sul luogo di grandi eventi (come concerti e eventi sportivi), i droni dotati di dispositivi acustici remoti possono trasmettere in tempo reale avvisi per il mantenimento dell'ordine (come "Per favore rispettate l'ordine sul posto e non affollatevi"). Durante i pattugliamenti di sicurezza urbani, quando si verificano situazioni anormali come la raccolta di personale sospetto e la parabola ad alta quota, possono emettere voci di avvertimento in modo direzionale e sincronizzare la dinamica sul posto con il centro di comando a terra. In aree chiave come aeroporti e linee ferroviarie, possono effettuare deterrenti aerei contro obiettivi di intrusione illegale (come personale e veicoli che entrano in pista).
• Scenari di soccorso d'emergenza: Dopo disastri come incendi boschivi, inondazioni e terremoti, i droni possono raggiungere rapidamente le aree colpite. Attraverso dispositivi acustici a distanza, possono trasmettere percorsi di salvataggio alle persone intrappolate (ad esempio "Recatevi nella zona elevata a sud-est, il team di soccorso è arrivato") e diffondere informazioni su come evitare i pericoli in sicurezza. Nel soccorso marittimo, possono inviare messaggi di posizionamento alle persone cadute in acqua (ad esempio "Rimanete a galla, la nave di soccorso si sta avvicinando") e al contempo assistere le squadre a terra nel localizzare la posizione del bersaglio. Nelle ricerche di persone scomparse in zone montuose, possono trasmettere ripetutamente avvisi di persona dispersa per ampliare la copertura informativa.
• Scenari di protezione ecologica e controllo degli animali: nelle riserve naturali, i droni dotati di dispositivi acustici a distanza possono trasmettere voci di avvertimento ai bracconieri abusivi, creando un deterrente aereo. In aree come aeroporti e terreni agricoli, possono simulare i suoni di predatori naturali (ad esempio i richiami di uccelli rapaci) o onde sonore a frequenze specifiche per ottenere un allontanamento ecologico degli uccelli, evitando collisioni tra volatili e aeromobili e danni alle colture causati dagli uccelli. Nel monitoraggio delle rotte di migrazione della fauna selvatica, possono riprodurre suoni di avvertimento per gli animali che si avvicinano a zone con attività umane, riducendo così i conflitti tra esseri umani e fauna selvatica.
• Servizi pubblici e scenari di comunicazione: In situazioni di emergenza come la prevenzione epidemica urbana e il controllo delle inondazioni, i droni possono trasportare dispositivi per trasmettere ripetutamente avvisi normativi nelle comunità e nelle strade (ad esempio "Si prega di completare tempestivamente il test degli acidi nucleici e adottare adeguate misure di protezione personale"). Nelle zone rurali, possono fornire ai villaggi indicazioni sulle tecnologie agricole e l'interpretazione delle politiche. Nei luoghi turistici, possono trasmettere consigli sulla sicurezza ai visitatori (ad esempio "Si prega di non allontanarsi dal percorso prestabilito e fare attenzione alle superfici scivolose") e promuovere comportamenti corretti durante il viaggio.

II. Esigenze principali dei clienti in Scenari UAV

Negli scenari applicativi dei droni, le esigenze dei clienti riguardo ai dispositivi acustici a distanza ruotano intorno ai concetti di "leggerezza, alta efficienza e stabilità", manifestandosi in particolare nei seguenti modi:

• Leggero e con requisiti di carico ridotti: Il carico effettivo dei droni è limitato (principalmente 1 - 5 chilogrammi). Pertanto, i dispositivi acustici a distanza devono essere di piccole dimensioni e leggeri (solitamente entro i 3 chilogrammi). Devono poter essere integrati sul telaio del drone o sul supporto di montaggio senza compromettere l'autonomia di volo (che deve garantire un volo continuo di oltre mezz'ora) e la stabilità di controllo del drone. Allo stesso tempo, devono supportare il montaggio e lo smontaggio rapido per facilitare la manutenzione dell'equipaggiamento.
• Requisiti di trasmissione del suono a lunga distanza chiara: L'altezza operativa dei droni è per lo più compresa tra 50 e 100 metri. Pertanto, il dispositivo deve essere in grado di garantire una trasmissione del suono a lunga distanza in un ambiente ad alta quota. La distanza efficace di trasmissione del suono in uno scenario privo di ostacoli non deve essere inferiore a 1.000 metri, e il segnale vocale non deve presentare distorsioni né rumore. Anche in condizioni di vento, pioggia e ambienti rumorosi, il personale a terra deve poter ricevere chiaramente le informazioni. Per obiettivi specifici, è richiesta la capacità di trasmissione sonora direzionale, al fine di evitare la diffusione del suono che possa interferire con aree non interessate.
• Requisiti di controllo e coordinamento remoto: supporta il funzionamento da remoto tramite il telecomando del drone o la piattaforma di comando a terra, inclusi la regolazione del volume, la riproduzione di messaggi vocali preimpostati e l'inserimento vocale in tempo reale. Non è necessario avvicinarsi manualmente al drone per le impostazioni. Allo stesso tempo, deve essere collegato al sistema di posizionamento GPS del drone, alla fotocamera ad alta definizione e al sensore a infrarossi. Quando il sensore rileva un obiettivo (ad esempio persone intrappolate o obiettivi anomali), attiva automaticamente il dispositivo acustico.
• Requisiti di adattabilità ambientale e sicurezza: i droni operano principalmente in ambienti esterni complessi. Pertanto, il dispositivo deve essere impermeabile, a prova di polvere, resistente al vento e alle temperature elevate e basse, soddisfare il livello di protezione IP65 ed essere in grado di funzionare stabilmente in un intervallo di temperatura da -40 °C a 60 °C e con forza del vento inferiore al livello 6. Allo stesso tempo, deve presentare caratteristiche a basso consumo energetico ed essere direttamente collegabile al sistema di alimentazione del drone, evitando così interruzioni operative dovute a ricariche frequenti. Per quanto riguarda il controllo dell'intensità sonora, è richiesto il rispetto degli standard ambientali per evitare danni all'udito di persone e animali.

III. Caratteristiche principali dei dispositivi acustici a distanza adattati ai droni

Per soddisfare le esigenze degli scenari con droni, i dispositivi acustici a distanza devono possedere le seguenti caratteristiche tecniche specifiche, al fine di garantire una collaborazione efficiente con i droni:

• Design ultra-leggero: L'involucro è realizzato in materiali leggeri ad alta resistenza (come fibra di carbonio e plastiche tecniche). Il volume complessivo del dispositivo è contenuto entro 20 cm × 20 cm × 20 cm e il peso non supera i 3 kg. Allo stesso tempo, la disposizione strutturale è ottimizzata per ridurre la resistenza al volo ed evitare di compromettere le prestazioni aerodinamiche del UAV. Alcuni dispositivi adottano un design modulare, grazie al quale componenti (come batterie aggiuntive e moduli di trasmissione sonora direzionale) possono essere aggiunti o rimossi in base alle esigenze operative, migliorando così l'adattabilità del sistema.
• Elevato livello di pressione sonora e banda di frequenza ampia: il livello di pressione sonora può raggiungere 130 dB - 150 dB, coprendo la banda di frequenza sensibile all'orecchio umano da 200 Hz a 20000 Hz, garantendo che il segnale vocale sia chiaramente distinguibile. Viene utilizzato un algoritmo acustico professionale per ottimizzare il percorso di trasmissione dell'onda sonora e ridurre l'attenuazione nell'aria. Anche a un'altitudine di 50 metri, il personale a terra riesce comunque a ricevere chiaramente le informazioni vocali. Inoltre, supporta più di 10 livelli di regolazione dell'intensità del suono, adattandosi alle esigenze di diversi scenari.
• Basso consumo energetico e adattamento multi-alimentazione: viene adottato un chip a basso consumo e un design del circuito risparmio energetico. Il consumo in funzionamento è inferiore a 8 W, mentre il consumo in standby è inferiore a 2 W. Può essere collegato direttamente al sistema di alimentazione della batteria al litio del drone senza necessità di un'alimentazione ausiliaria aggiuntiva. Alcuni dispositivi sono dotati di una micro batteria di backup integrata, che può mantenere il funzionamento continuo del dispositivo per oltre 1 ora in caso di interruzione dell'alimentazione del drone, garantendo che la trasmissione delle informazioni essenziali non venga interrotta.
• Elevata adattabilità ambientale: l'involucro soddisfa lo standard di protezione IP65 ed è in grado di resistere al lavaggio causato dalla pioggia e all'ingresso di polvere e sabbia. Allo stesso tempo, presenta resistenza al vento (può funzionare stabilmente con forza del vento inferiore al livello 6) e resistenza a temperature elevate e basse (può funzionare normalmente in un intervallo di temperatura compreso tra -40°C e 60°C). Il circuito interno adotta un design anti-interferenza elettromagnetica per evitare influenze dai segnali elettromagnetici generati dal modulo di comunicazione e dal motore del drone, garantendo una trasmissione audio stabile.

IV. Soluzioni di integrazione di dispositivi acustici remoti con altre apparecchiature

Nel sistema UAV, i dispositivi acustici remoti devono essere integrati con una varietà di apparecchiature per formare un sistema collaborativo "percezione - decisione - esecuzione". Le specifiche soluzioni di integrazione sono le seguenti:

• Integrazione con l'equipaggiamento di percezione: è collegato alla fotocamera ad alta definizione del drone, all'imager termico a infrarossi e al radar laser. Quando la fotocamera rileva situazioni anomale come "assembramenti di persone" e "intrusione illegale", oppure quando l'imager termico a infrarossi individua segni di vita nella zona colpita dal disastro, attiva automaticamente il dispositivo acustico remoto per riprodurre il messaggio vocale corrispondente (ad esempio "È vietato assembrarsi, si prega di evacuare immediatamente" e "Il personale di soccorso vi ha trovati, si prega di rimanere calmi"). Il radar laser può misurare con precisione la distanza del bersaglio e assistere il dispositivo nell'aggiustare automaticamente l'intensità del suono, garantendo che l'audio nell'area target sia chiaramente distinguibile.
• Integrazione con l'equipaggiamento di comunicazione: è collegato al modulo di comunicazione 4G/5G del drone o al modulo di comunicazione satellitare per consentire il controllo a distanza estrema. Quando il drone opera in aree remote prive di segnale di rete pubblica (come zone montuose e oceani), il personale a terra può inviare comandi (ad esempio, cambiare la modalità operativa o aggiornare il messaggio vocale preimpostato) al dispositivo acustico attraverso il collegamento satellitare. Il dispositivo può trasmettere in tempo reale lo stato di funzionamento (ad esempio, livello della batteria, volume e informazioni sugli errori) alla piattaforma di comando a terra, facilitando il monitoraggio remoto e la risoluzione dei guasti.
• Integrazione con apparecchiature di posizionamento e navigazione: abbinata al sistema di posizionamento GPS/Beidou del drone, quando il drone entra in un'area sensibile preimpostata (ad esempio lo spazio aereo sopra scuole e ospedali), il dispositivo acustico remoto passa automaticamente alla modalità a volume ridotto per evitare disturbi acustici. Quando il drone si discosta dal percorso operativo (ad esempio a causa del vento che lo allontana dall'area di soccorso), il dispositivo riproduce immediatamente un avviso di anomalia di posizione e invia un allarme alla piattaforma a terra per assistere l'operatore nella correzione del percorso.
• Integrazione con l'equipaggiamento a luce di avvertimento: è collegato alla luce LED di avvertimento e alla luce stroboscopica del drone per creare un effetto di "coordinamento audio-luminoso". Quando il dispositivo acustico a distanza attiva la modalità di avviso, la luce di segnalazione si accende in modo sincrono (ad esempio, una luce stroboscopica rossa). Attraverso la doppia stimolazione visiva e uditiva, l'effetto di avvertimento sul bersaglio viene potenziato. Ad esempio, nel soccorso notturno, il "coordinamento audio-luminoso" può aiutare le persone intrappolate a individuare rapidamente la posizione del drone, migliorando l'efficienza delle operazioni di salvataggio.

V. Vantaggi principali della combinazione tra dispositivi acustici remoti e droni

Rispetto ai tradizionali dispositivi acustici a terra o ai droni che operano singolarmente, la combinazione di dispositivi acustici remoti e droni offre significativi vantaggi in molti aspetti:

• Ampliare la gamma operativa e l'efficienza: i droni possono coprire rapidamente un'ampia area (una singola operazione può coprire più di 10 chilometri quadrati). Combinati con dispositivi acustici a distanza, l'efficienza di trasmissione delle informazioni è da 5 a 10 volte superiore rispetto alla diffusione manuale a terra. Ad esempio, nella divulgazione sulle misure di prevenzione delle epidemie in una comunità di 5 chilometri quadrati, i droni abbinati a tali dispositivi possono completare la copertura totale dell'area entro 1 ora, mentre la divulgazione manuale a piedi richiede da 1 a 2 giorni.
• Migliora la sicurezza operativa: in scenari pericolosi (come siti di incendio o aree con perdite di gas tossici), i droni possono sostituire il personale entrando in zone ad alto rischio per effettuare operazioni. I dispositivi acustici remoti permettono al personale a terra di completare la trasmissione di informazioni e svolgere azioni dissuasive senza avvicinarsi a ambienti pericolosi, riducendo notevolmente il rischio di vittime. Ad esempio, in caso di esplosione in un impianto chimico, i droni trasportano dispositivi per entrare nella scena e trasmettere istruzioni di evacuazione, evitando il rischio di intossicazione per il personale di soccorso.

Consente operazioni precise: grazie alla tecnologia di trasmissione sonora direzionale e alla capacità di posizionamento preciso dei droni, il suono può essere trasmesso con precisione nell'area target, evitando sprechi di risorse e interferenze ambientali causati dalla diffusione del suono. Ad esempio, nello scenario di allontanamento degli uccelli dagli aeroporti, i droni possono coprire con precisione l'area della pista con onde sonore dissuasive senza influenzare le zone residenziali circostanti.

• Riduci i costi operativi: un solo UAV abbinato a un dispositivo acustico remoto può sostituire il lavoro di 3-5 addetti a terra. Inoltre, il costo singolo di un volo (costo elettricità, manutenzione) dell'UAV è inferiore al costo del lavoro umano. Un'operazione a lungo termine può ridurre significativamente l'investimento in manodopera e tempo. Ad esempio, nei pattugliamenti di sicurezza urbana, un singolo UAV può coprire le esigenze di pattugliamento di 3-4 strade, con una riduzione dei costi superiore al 40% rispetto ai pattugliamenti manuali.

VI. Casi di applicazione dei dispositivi acustici remoti su UAV

Caso 1: Applicazione collaborativa di UAV dissuasori di uccelli e dispositivi acustici remoti negli aeroporti

Un aeroporto internazionale ha introdotto 10 UAV di grado industriale, ciascuno dotato di un dispositivo acustico remoto, nonché di una telecamera ad alta definizione e di un sistema di posizionamento GPS. Durante le operazioni quotidiane, gli UAV sorvegliano le piste e i piazzali dell'aeroporto seguendo percorsi preimpostati. Quando la telecamera rileva un assembramento di uccelli, il dispositivo acustico remoto passa automaticamente alla modalità direzionale e riproduce il suono di rapaci simulati (ad esempio il richiamo degli aquili). Allo stesso tempo, in combinazione con onde ultrasoniche a frequenza specifica, si ottiene un allontanamento ecologico degli uccelli. Se gli uccelli non si allontanano tempestivamente, il dispositivo può regolare a distanza intensità e tipo di suono attraverso la piattaforma a terra per proseguire l'allontanamento. Inoltre, durante i periodi di punta di decollo e atterraggio degli aeromobili, gli UAV possono volare a un'altitudine di 50 metri sopra la pista e trasmettere alle aree circostanti il messaggio vocale di avvertimento "È vietato l'uso di aeromobili senza pilota nell'area di sgombro dell'aeroporto", al fine di impedire intrusioni illegali di altri UAV. Dopo l'attuazione di questo sistema, il numero di incidenti dovuti a impatti con volatili è diminuito del 90% e i costi di allontanamento degli uccelli si sono ridotti del 60% rispetto agli equipaggiamenti tradizionali di dissuasione a terra.

Caso 2: Applicazione pratica di droni per il soccorso in caso di incendi boschivi e dispositivi acustici a distanza

Durante un intervento di soccorso per un incendio boschivo in una zona montuosa, la squadra di soccorso ha impiegato 5 UAV da soccorso. Ogni UAV era dotato di un dispositivo acustico a distanza, un termocamera a infrarossi e un modulo di comunicazione satellitare. Gli UAV hanno rapidamente effettuato un rilevamento aereo della situazione dell'incendio. Quando il termocamera a infrarossi ha individuato delle persone intrappolate sul bordo della zona incendiata, il dispositivo acustico a distanza è stato immediatamente attivato e ha trasmesso il messaggio vocale "Si prega di spostarsi verso l'area libera dal fuoco in direzione nord-ovest, dove la squadra di soccorso ha allestito un rifugio temporaneo" verso quella zona. Allo stesso tempo, il dispositivo ha inviato al centro di comando a terra le coordinate delle persone intrappolate tramite collegamento satellitare, aiutando così la squadra di soccorso a definire il percorso di intervento. Nelle aree in cui l'incendio si propagava rapidamente, gli UAV potevano sorvolare fino a 1 chilometro avanti rispetto alla linea del fuoco e trasmettere informazioni di allerta precoce come "L'incendio sta per raggiungere la zona XX, si prega di evacuare immediatamente seguendo il percorso prestabilito" ai villaggi circostanti, consentendo agli abitanti di evacuare in anticipo. In questo intervento, la combinazione del dispositivo acustico a distanza con gli UAV ha permesso alla squadra di soccorso di localizzare 12 persone intrappolate entro 3 ore, senza alcuna vittima. L'efficienza nella trasmissione delle informazioni è risultata 8 volte superiore rispetto alla tradizionale diffusione vocale da terra.