יישום מעשי של התקני שמע מרוחקים בטלפטורים (UAVs)

עם החדירה העמוקה של טכנולוגיית UAV למגוון תחומים, מאפייניה של נקודת המבט מגובה גבוה והניידות הגמישה הפכו לתמיכה חשובה בתרחישים כגון ניטור אבטחה, הצלה דחופה וניהול ציבורי. עם זאת, הפונקציות המסורתיות של UAV מרכזות בעיקר על איסוף תמונות והעברת נתונים, וחסרות בהן יכולות אינטראקציה קולית ובידוד יעיל. בעזרת היתרונות המרכזיים של שידור קול כיווני ושליטה מרחוק, מכשירי שמע מרחוק יוצרים מערכת שיתופית של 'חלל-אוויר-קרקע' יחד עם UAV, ומשלימים בצורה יעילה את החוסר באינטראקציה קולית, וכן מרחיבים עוד יותר את ערך היישום שלהם בתרחישים מורכבים.

I. תרחישי יישום של התקני שמע מרחוק מתואמים ל-UAV

שילוב בין התקני שמע מרחוק לבין UAV מתאים בדיוק לארבעה תרחישים מרכזיים הבאים, כדי לפתור בעיות אמיתיות בתפעול בתחומים שונים:

• תרחישים של ביטחון ציבורי ומעקב: במקום אירועים масיביים (כגון הופעות קונצרטים ואירועי ספורט), ניתן לשדר באמצעות רחפנים מצוידים בהתקני שמע מרחוק הודעות לשמירה על הסדר בזמן אמת (למשל "אנא הקפידו על הסדר במקום, אין לצcrowd"). במהלך סיורים לביטחון עירוני, כאשר מתגלות מצבים חריגים כגון התכנסות של אנשים חשודים או זריקת עצמים מגובה, ניתן לפלוט קולות אזהרה בצורה מכוונת ולסנכרן את תנועות המקום עם מרכז הפיקוד הקרקעי. באזורים חיוניים כגון נמלי תעופה וקווי רכבת, ניתן לבצע דיכוי אווירי למטרות חדירה לא חוקית (כגון אנשים או כלי רכב המשחיתים למסלול)
• סצנריות הצלה דחופות: לאחר אסונות כגון שרפות יערות, שיטפונות ורעידות אדמה, ניתן להטיל טיסים ללא טייס במהירות לאזור הנפגע. באמצעות התקני שמע מרחוק, הם יכולים לשדר מסלולי הצלה לאנשים שנמצאים במלכוד (למשל "אנא התקרבו לאזורי גובה בכיוון דרום-מזרח, צוות ההצלה הגיע"), ולמסור ידע על מניעת סיכונים בצורה בטוחה. בחיפוש והצלה בים, הם יכולים לשדר הדרכות מיקום לאנשים שנפלו למים (למשל "הישארו אופפים, הספינה מגיעה") וכן לסייע לצוותים בקרקע בזיהוי מיקום המטרה. בחיפושים אחר אנשים אבודים באזורים הרריים, הם יכולים לשדר הודעות על נעדרים ברצף, כדי להרחיב את תיחום הפיזור של המידע.
• תרחישים של הגנת הסביבה ובקרת בעלי חיים: באזורי טבע, טיסנים ללא טייס (UAV) שצוידו בהתקני שמע מרחוק יכולים לשדר קולות אזהרה לציידים לא חוקיים כדי ליצור עיכוב מהאויר. באזורים כגון נמל תעופה ושדות חקלאיים, הם יכולים לדמות צלילים של אויבים טבעיים (כגון קריאות של עופות דורסים) או גלי קול בתדר מסוים כדי להשיג דחיית ציפורים אקולוגית, ולמנוע התנגשויות בין ציפורים לבין כלי טיס ונזק שמגרמות הציפורים ליבולים. במעקב אחר מסלולי נדידה של חיות בר, הם יכולים לנגן צלילי אזהרה לבעלי חיים המתקרבים לאזורים של פעילות אנושית, כדי להפחית את הסכסוכים בין בני אדם לחיות הבר.
• שירותי ציבור ותרחישים של פרסום ציבורי: בפרסום דחוף כגון מניעת מחלות ערים ומניעת שיטפונות, ניתן להשתמש בטלפטורים כדי לשדר הודעות מדיניות בשכונות וברחובות באופן מחזורי (למשל "נא להשלים את בדיקת החומצות הגופרתית בזמן ולדאוג להגנה אישית"). באזורי כפר, ניתן לספק הדרכה טכנולוגית חקלאית ופירוש מדיניות לתושבים. באתרי תיירות, ניתן לשדר עצות לבטיחות במהלך הטיול (למשל "נא לא לסוטות מנתיב הטיול ולשים לב למניעת החלקה") וمبادرות לנסיעות מتحضשות.

II. צרכי הלקוח המרכזיים ב תרחישי טלי"ם

בתרחישי יישום של טלי"ם, הצרכים של הלקוחות בהתקני שמע מרחוק מתרכזים סביב "קל משקל, יעילות גבוהה ויציבות", ובהתבטאותם הספציפית כדלקמן:

• משקל קל ודרישות עומס נמוכות: העומס האפקטיבי של כלי טיס ללא צוות (UAV) מוגבל (בעיקר 1 - 5 קילוגרמים). לכן, נדרש שההתקנים האקוסטיים המרחוקים יהיו קטנים בגדלם וקלים במשקלם (בדרך כלל עד 3 קילוגרמים). הם יכולים להיות משולבים בגוף ה-UAV אוบน רכיב ההרכבה, מבלי להשפיע על עמידות התעופה (שנדרשת להבטיח תעופה בלתי מתנהלת של יותר מחצי שעה) ועל יציבות הבקרה של ה-UAV. כמו כן, הם תומכים בהסרה והתקנה מהירה, כדי לאפשר שיקום ציוד.
• דרישות להעברת צליל ברור לאורך מרחקים ארוכים: גובה התפעול של כלי טיס ללא טייס הוא לרוב בין 50 ל-100 מטרים. לכן, יש צורך שההתקן יאפשר העברת צליל לאורך מרחקים במרחב בגובה רב. המרחק האפקטיבי להעברת הצליל במצב ללא מכשולים אינו פחות מ-1,000 מטרים, והאות הקולי חייב להיות ללא עיוותים וללא רעשים. גם בסביבות רועמות, גשומות ולחות, הצוות בקרקע מסוגל לקבל בבירור את המידע. ביחס ליעדים מסוימים, נדרש להיות בעל יכולת העברת קול מכוונת, כדי למנוע פיזור קול שמפריע לאזורים שאינם קשורים.
• דרישות שליטה והקואורדינציה מרחוק: נתמך בקרה מרחוק באמצעות שלט טיס של כלי טיס ללא טייס או פלטפורמת פיקוד קרקעית, כולל התאמת עוצמת שמע, ניגון קולי מוכן מראש, וקלט שמע בזמן אמת. אין צורך בגישה ידנית למכשיר לצורך הגדרות. כמו כן, יש לחבר את המערכת למדידת מיקום GPS של כלי הטיס беспilot, מצלמה בהגדרה גבוהה, וחיישן תת-אדום. כאשר החיישן זיהה יעד (כגון אנשים תחובים או יעדים חריגים), הוא מפעיל אוטומטית את ההתקן האקוסטי.
• דרישות התאמה סביבתית ובטיחות: רחפנים פועלים ברובם בסביבות חיצוניות מורכבות. לכן, נדרש שההתקן יהיה בעל יכולת עמידות בפני מים, אבק, רוח וטמפרטורות גבוהות ונמוכות, לעמוד ברמת הגנה IP65, ויעבוד בצורה יציבה בטווח טמפרטורות של -40° צלזיוס עד 60° צלזיוס ובzechויות רוח עד כוח 6. כמו כן, נדרש שיהיה לו תצרוכת חשמל נמוכה ויוכל להתחבר ישירות למערכת האספקה החשמלית של הרחפן, כדי להימנע מהשפעה על פעילות הרחפן עקב טעינה חוזרת תדירה. בשליטה על עוצמת הקול, נדרש לעמוד בתקני ההגנת הסביבה, כדי להימנע מפגיעה שמיעה אצל אנשים ובעלי חיים.

III. מאפיינים מרכזיים של התקני קול מרוחק המתאימים לרחפנים

כדי לענות על הצרכים של סצנריום רחפנים, יש להתקני קול מרוחק את המאפיינים הטכנולוגיים המכוונים הבאים, כדי להבטיח שיתוף פעולה יעיל עם רחפנים:

• עיצוב על - קל: הקליפה עשויה מחומרים קלי משקל בעלי חוזק גבוה (כגון סיבי פחמן ופלסטיק הנדסי). הנפח הכולל של המכשיר מוגבל בגודל 20 ס"מ × 20 ס"מ × 20 ס"מ, והמשקל אינו עולה על 3 ק"ג. במקביל, אופטימיזציה של תצורת המבנה מקטינה את התנגדות התעופה ומונעת השפעה על הביצועים האירודינמיים של ה-UAV. חלק מהמכשירים משתמשים בעיצוב מודולרי, ובהתאם לצורך המבצעי ניתן להוסיף או להוריד רכיבים (כגון סוללות נוספות ומודולי העברה כיוונית של קול), כדי לשפר את ההתאמה
• רמת לחץ שמע גבוהה ופלט של פס תדרים רחב: רמת לחץ השמע יכולה להגיע ל-130dB - 150dB, ומכסה את תחום התדרים האנושי-רגיש של 200Hz - 20000Hz, כדי להבטיח שהאות הקולי יהיה ברור וזיהוי. נעשה שימוש באלגוריתם אקוסטי מקצועי לאופטימיזציה של נתיב העברת גלי הקול, לצמצום דעיכת האוויר. גם בגובה של 50 מטר, הצוות בקרקע יכול עדיין לקבל בבירור את המידע הקולי. כמו כן, נתמך התאמה של עוצמת קול בשיותר מ-10 רמות, להתאמה לצורך של סצנות שונות.
• צריכת חשמל נמוכה והתאמה למספר מקורות חשמל: מותקן שבב בעל צריכה נמוכה ועיצוב מעגל חסכוני באנרגיה. צריכת החשמל בתפעול היא פחות מ-8 וואט, ובמצב המתנה - פחות מ-2 וואט. ניתן לחבר ישירות למערכת אספקת החשמל של הסוללה הליתיום של כלי טיס ללא טייס (UAV), ללא צורך בספק כוח גיבוי נוסף. בכמה מכשירים מותקנת סוללת גיבוי קטנה פנימית, המאפשרת המשך פעילות המכשיר יותר משעה אחת במקרה של הפסקת זרם מהמערכת, ומבטיחה שהעברת המידע החשוב לא תינתק.
• תאימות סביבתית חזקה: המעטפת עומדת בתקן ההגנה IP65 ויכולה לעמוד בשטיפת גשמים והפרשת אבק חול. כמו כן, היא עמידה ברוח (יכולה לפעול בצורה יציבה תחת כוח רוח מתחת לרמה 6) וכן עמידה בטמפרטורות גבוהות ונמוכות (יכולה לפעול באופן נורמלי בטווח טמפרטורות של -40° צלזיוס עד 60° צלזיוס). המעגל הפנימי מאמץ עיצוב עמיד בהפרעות אלקטרומגנטיות, כדי להימנע מהשפעת אותות אלקטרומגנטיים הנוצרים על ידי מודול התקשורת של הטיסה беспилוטית והמנוע, ולבטיח העברה יציבה של קול.

ד. פתרונות אינטגרציה של התקני שמע מרחוק עם ציוד אחר

במערכת הטיסה беспילוטית, יש לאפשר אינטגרציה של התקני שמע מרחוק עם מגוון ציוד, כדי ליצור מערכת שיתופית של "השראה – החלטה – יישום". פתרונות האינטגרציה הספציפיים הם כדלקמן:

• אינטגרציה עם ציוד תפיסתי: מתחבר למצלמה באיכות גבוהה, לצילום תרמי באינפרא אדום ולרדאר לייזר של ה-UAV. כאשר המצלמה מזהה מצבים חריגים כגון "התכנסות אנשים" ו"כניסה לא מורשית", או כאשר הצילום התרמי באינפרא אדום מאתר סימני חיים באזור הנפגע, מופעל אוטומטית התקן שמע מרחוק כדי להשמיע את ההודעה המתאימה (כגון "איסור התכנסות במקום זה, יש לפנות את האתר באופן מיידי" ו"צוות ההצלה איתר אתכם, נא לשמור על רוגע"). רדאר הלייזר מסוגל למדוד במדויק את המרחק ליעד ולסייע בהiệuוי האוטומטי של עוצמת הקול, כדי להבטיח שהקול באזור היעד יהיה ברור ומובן.
• אינטגרציה עם ציוד תקשורת: מתחבר למודול תקשורת 4G/5G של ה-UAV או למודול תקשורת לוויין כדי לאפשר שליטה בטווח ארוך במיוחד. כאשר ה-UAV פועל באזורים מרוחקים ללא אותות רשת ציבורית (כגון אזורים הרריים וימים), הצוות בקרקע יכול לשלוח פקודות (למשל, החלפת מצב עבודה ועדכון קול מראש) להתקן שמע דרך קישור לוויין. ההתקן יכול לשלוח את מצב העבודה (למשל, חשמל, עוצמת שמע, ומידע על תקלות) חזרה לפלטפורמת הפיקוד בקרקע בזמן אמת, כדי לאפשר ניטור מרחוק וTroubleshooting של תקלות.
• אינטגרציה עם ציוד מיקום ונavigate: בשילוב עם מערכת המיקום GPS/BeiDou של ה-UAV, כאשר הוא נכנס לאזור רגיש מוגדר מראש (כגון שמיים מעל בתי ספר ובתי חולים), ההתקן האקוסטי מרחוק מחליף באופן אוטומטי למצב עוצמת קול נמוכה כדי להימנע מהפרעות קול. כאשר ה-UAV סוטה מנתיב התפעול (למשל, בשל כוח הרוח שגורמת לו לסטות מאזור ההצלה), ההתקן משדר מיידית התראה על תקלה במיקום ושולח התראה לפלטפורמה בקרקע כדי לסייע למשתמש בתיקון הנתיב.
• שילוב עם ציוד אורות אזהרה: מותאם לאור אזהרה LED של הטיסן והאור הבזק כדי ליצור אפקט של "תיאום אור וצליל". כאשר ההתקן האקוסטי מרחוק מפעיל את מצב האזהרה, אורות האזהרה נדלקים באופן סינכרוני (למשל, אור בזק אדום). באמצעות עירור כפול של החישה והשמיעה, מתגבר אפקט האזהרה על היעד. לדוגמה, במצבי הצלה לילה, "תיאום אור וצליל" יכול לעזור לאנשים שנקלעו לסיבוך לאתר במהירות את מיקום הטיסן ולשפר את יעילות ההצלה.

ה. יתרונות מרכזיים של שילוב בין התקני אקוסטיקה מרחוק לטיסנים

בהשוואה להתקני אקוסטיקה קרקסיים מסורתיים או לטיסנים הפועלים באופן עצמאי, שילוב של התקני אקוסטיקה מרחוק עם טיסנים יכול להפגין יתרונות משמעותיים במגוון תחומים:

• הרחיב את טווח הפעולה והיעילות: UAVs יכול לכסות במהירות שטח גדול (פעולה אחת יכולה לכסות יותר מ - 10 קילומטרים רבועים). בשילוב עם מכשירים אקוסטיים מרוחקים, יעילות העברת המידע גבוהה פי 5 - 10 מאשר של שידור ידני קרקעי. לדוגמה, בפרסום של מניעת מגפות בקהילה של 5 ק"מ רבועים, UAVs משולבים עם מכשירים יכולים להשלים את כיסוי האזור המלא בתוך שעה אחת, בעוד פרסום ידני הליכה לוקח 1 - 2 ימים.
• שיפור ביטחון התפעול: בסצנריומים מסוכנים (כגון אתרי שריפה ואזורי דליפת גז רעיל), כלי טיס לא מאוישים יכולים להחליף אנשי צוות ולחדור לאזורי סיכון גבוה לביצוע פעולות. התקני שמע מרחוק מאפשרים לכוחות בקרקע לבצע העברת מידע ומניעת סיכונים מבלי להתקרב לסביבות מסוכנות, ובכך מקטינים בצורה ניכרת את הסיכון לפציעות בקרב האנשים. לדוגמה, בתאונה של פיצוץ במפעל כימי, כלי טיס לא מאוישים נושאים ציוד ונכנסים לזירה כדי לשדר הוראות פינוי, וכך מונעים את הסיכון להרעלות של צוותי ההצלה.

השגת תפעול מדויק: באמצעות טכנולוגיית שידור קול מכוון והיכולת למיקום מדויק של כלי טיס לא מאוישים, ניתן להעביר את הקול באופן מדויק לאזור היעד, ובכך להימנע מביזבוז משאבים והפרעות סביבתיות הנגרמות מדליפת קול. לדוגמה, במצב של דחיית עופות בשדה תעופה, כלי טיס לא מאוישים יכולים לכסות באופן מדויק את אזור המסלול עם גלי קול לדחיית עופות, מבלי להשפיע על אזורי המגורים הסמוכים.

• הפחתת עלותי תפעול: רחפן אחד בצירוף התקן אקוסטי מרחוק יכול להחליף את עומס העבודה של 3-5 עובדים בקרקע. יתר על כן, עלות טיסה אחת של הרחפן (חיוב חשמל, עלות תחזוקה) נמוכה יותר מהעלות התפעולית של כוח אדם. תפעול ארוך טווח יכול לצמצם משמעותית את ההשקעה בכוח אדם ובזמן. לדוגמה, בדרכים עירוניות לאכיפת ביטחון, רחפן אחד יכול לכסות את צורכי השמירה של 3-4 רחובות, והעלות מופחתת ב-40% בהשוואה לשמירות ידניות.

VI. מקרי שימוש בהתקנים אקוסטיים מרחוק על גבי רחפנים

מקרה 1: יישום שיתופי של רחפנים לדחיית ציפורים והתקן אקוסטי מרחוק בשדות תעופה

נמל תעופה בינלאומי הציג 10 כלי טיס ללא טייס (UAV) תעשייתיים, שכל אחד מהם צייד בהתקן אקוסטי מרחוק, מצלמה באיכות גבוהה ומערכת מיקום GPS. במהלך הפעילות היומית, כלי הטיס שטפים את מסלולי התעופה והמרחבים סביבם לפי מסלולים קבועים מראש. כאשר המצלמה מזהה קבוצה של עופות, ההתקן האקוסטי מרחוק מחליף באופן אוטומטי למצב כיווני ומשמיע צליל של עופות דורסים מדומים (כגון קריאת נשרים). במקביל, בשילוב עם גלי על-קצר בתדרים מסוימים, מושגת דרישה אקולוגית של עופות. אם העופות לא עוזבים בזמן, ניתן להתאים מרחוק את עוצמת הקול וסוגו באמצעות פלטפורמת הקרקע כדי להמשיך ולגרש אותם. בנוסף, במהלך התקופות שבהן יש שיא של תנועת מטוסים במסלול ההמראה והנחיתה, כלי הטיס יכולים לטוס בגובה 50 מטר מעל המסלול ולשדר קול הזהרה כמו "אסור להטיס כלי טיס ללא טייס באזור נמל התעופה" אל אזורי הסביבה, כדי למנוע חדירה של כלי טיס בלתי חוקיים. לאחר יישום התוכנית הזו, מספר התקריות של התנגשויות עם עופות בנמל התעופה ירד ב-90%, ומחירי הדרישה של עופות ירדו ב-60% בהשוואה לציוד הדרישה הקרקעי המסורתית.

מקרה 2: יישום מעשי של רחפנים להצלת שריפות יער ומכשירי שמע מרחוק

במאמץ הצלה משרפה ביער באזור הררי, הצוות להצלה השתמש בחמישה כלי טיס לא מאוישים (UAV) להצלה. כל UAV היה מצויד בהתקן קולי מרחוק, צילום תרמי באינפרא-אדום ומודול תקשורת לווייני. ה-UAV-ים סיקרו במהרה את מצב השריפה מהאוויר. כאשר המצלמה התרמית זיהתה אנשים חטופים בשפת אזור השריפה, ההתקן הקולי המרוחק הופעל מיידית והשמיע הוראת קול: "אנא עברו לאזור החופשי ממדורה בכיוון צפון-מערב, שם הצוות להצלה הקים מקלט זמני" לאזור זה. במקביל, ההתקן שלח באמצעות הקישור הלווייני את מידע המיקום של האנשים החטופים למרכז הפיקוד על הקרקע, כדי לסייע לצוות ההצלה בתכנון נתיבי ההצלה. באזורים שבהם השריפה התפשטה במהירות, ה-UAV-ים יכלו לטוס קילומטר אחד לפני קו האש ולשדר מידע אזהרה מראש אל הכפרים הסובבים: "השריפה עתידה להגיע לאזור XX, אנא פנו להפוגה באופן מיידי לפי הנתיב שנקבע מראש", ובכך סייעו לתושבים להפוג מראש. במבצע זה, שילוב ההתקן הקולי המרוחק עם ה-UAV אפשר לצוות ההצלה לאתר 12 אנשים חטופים תוך 3 שעות, ללא נפגעים. יעילות העברת המידע הייתה גבוהה פי 8 בהשוואה לשידורי רדיו מסורתיים מהשטח.