Бақылау ұшу аппараттарындағы қашықтан акустикалық құрылғылардың қолданылу тәжірибесі

Әртүрлі салалардағы БАҰ технологиясының терең енуіне байланысты жоғары бұрыштан көру мен икемді қозғалыс сипаттамалары қауіпсіздік бақылауы, тез жәрдем және мемлекеттік басқару сияқты жағдайларда маңызды қолдау ретінде пайда болды. Дегенмен, дәстүрлі БАҰ функциялары негізінен суреттерді жинау мен деректерді таратуға бағытталған және тиімді дыбыс арқылы өзара әрекеттесу мен шоғырландыру мүмкіндіктерінен айырылған. Бағытталған дыбыс беру мен қашықтан басқарудың негізгі артықшылықтарына сүйене отырып, қашықтан басқарылатын акустикалық құрылғылар БАҰ-мен «ауа-кеңістік-жер» бірлескен жүйесін құрайды, БАҰ-дың дыбыспен өзара әрекеттестіктегі кемшіліктерін тиімді түрде толықтырады және күрделі жағдайларда олардың қолданылу құнын одан әрі кеңейтеді.

І. БАҰ-ға бейімделген Қашықтан Басқарылатын Акустикалық Құрылғылардың Қолданылу Аясы

Қашықтан басқарылатын акустикалық құрылғылар мен БАҰ-ның үйлесімі әртүрлі салалардағы нақты операциялардың қиындықтарын шешуге бағытталған төмендегі төрт негізгі жағдайға дәл сәйкес келеді:

• Қоғамдық қауіпсіздік және бақылау сценарийлері: Масштабты іс-шаралар кезінде (мысалы, концерттер мен спорт ойындары) дыбыстық қашықтықтағы құрылғылармен жабдықталған БАҰ тәртіпті сақтау туралы хабарламаларды нақты уақыт режимінде таратады (мысалы, «Сақталыңыз, орын ауыстырмаңыз»). Қалалық қауіпсіздік патрульдері кезінде күмәнді адамдардың жиналуы немесе биік қашықтыққа лақтыру сияқты аномалиялық жағдайлар табылған кезде, олар бағытталған тәртіпте ескерту хабарламаларын шығара алады және орындағы жағдайды жергілікті басқару орталығымен синхрондайды. Әуежайлар мен теміржол желілері сияқты маңызды аймақтарда ұшақ алаңына заңсыз кіріп кету (мысалы, адамдар мен көліктер) сияқты мақсаттарға қарсы ауадағы ресімдеу жүргізілуі мүмкін.
• Төтенше жағдайларда құтқару: Орман өрті, су тасқыны және жер сілкінісі сияқты табиғи апаттар болғаннан кейін БҰҰ тез арада зілзала аймағына жетуі мүмкін. Қашықтан басқарылатын дыбыстық құрылғылар арқылы қауіп-қатердегі адамдарға құтқарылу бағытын хабарлай алады (мысалы: «Солтүстік-батыс бағытта жоғары жерге қозғалыңыз, құтқару тобы келді»), сондай-ақ қауіпсіздікті сақтау бойынша нұсқаулар береді. Теңізде құтқару жүргізген кезде судағы адамдарға орнын анықтау бойынша нұсқауларды хабарлайды (мысалы: «Жүзіп тұрыңыз, құтқару кемесі жақындап келеді»), сонымен қатар жергілікті топқа мақсаттың орнын нақтылауға көмектеседі. Таулы аймақтарда жоғалған адамдарды іздеген кезде жоғалған адам туралы хабарламаны үздіксіз қайталап беру арқылы ақпаратты тарату қамсыздандырылады.
• Экологиялық қорғаныс және жануарларды бақылау сценарийлері: Табиғи қорықтарда далаңға ұшатын аппараттар (БҰА) қашықтан акустикалық құрылғылармен жабдықталып, заңсыз аң аулайтындарға ескерту хабарларын тарату арқылы ауадан реттеу орнатуы мүмкін. Әуежайлар мен егістіктер сияқты аймақтарда олар жыртқыш құстардың даусын немесе белгілі бір жиіліктегі дыбыс толқындарын имитациялау арқылы экологиялық құстардан қорғау мақсатында пайдаланылуы мүмкін, бұл әуе қозғалысы кезінде құстармен соқтығысуды және егіндерге құстар зиянын болдырмауға көмектеседі. Жабайы табиғат миграциялық жолдарын бақылау кезінде адамдардың өмір сүру аймағына жақындап келе жатқан жануарларға ескерту дыбыстарын тарату арқылы адамдар мен жабайы табиғат арасындағы қақтығыстарды азайтуға болады.
• Мемлекеттік қызметтер мен жариялық сценарийлер: Қалалық эпидемияға қарсы шаралар мен су тасқынына қарсы күрес сияқты төтенше жағдайларда БАҰ құрылғыларын тасымалдай отырып, тұрғындар ауданында және көшелерде саяси хабарламаларды цикл бойынша таратуы мүмкін (мысалы, "Полимеразалық тізбекті реакцияны уақытылы тапсырыңыз және жеке қорғанысты қамтамасыз етіңіз"). Ауылдық аймақтарда олар ауылшаруашылық технологиялары бойынша нұсқаулықтар мен саяси түсіндірмелерді ауыл тұрғындарына жеткізе алады. Туристік нысандарда олар туристерге қауіпсіз саяхат туралы кеңестерді (мысалы, "Саяхат бағытынан ауытқымаңыз және сырғанаудан сақ болыңыз") және мәдениетті саяхат туралы шақыруларды таратады.

II. Негізгі Тапсырыс берушілердің Қажеттіліктері БАҰ Сценарийлерінде

БАҰ қолдану сценарийлерінде тартылған дыбыстық құрылғыларға деген тапсырыс берушілердің қажеттіліктері "жеңіл, жоғары өнімді және тұрақты" деген ұстанымдарға негізделеді және нақты төмендегідей көрініс табады:

• Жеңіл салмақты және төменгі жүктеме талаптары: БПЛА-лардың тиімді жүктемесі шектеулі (негізінен 1 - 5 килограмм). Сондықтан, акустикалық қашықтан басқарылатын құрылғылар кішігірім өлшемде және жеңіл салмақта болуы тиіс (әдетте 3 килограммен шектеледі). Олар БПЛА корпусына немесе орнату пластинасына интеграциялануы керек және ұшу шыдамдылығына (бір реттік ұшудың жарты сағаттан астам болуын қамтамасыз ету қажет) және БПЛА-ның басқару тұрақтылығына әсер етпеуі тиіс. Сонымен қатар, жабдықтың техникалық қызметін жеңілдету үшін тез ажыратып-орнату мүмкіндігін қамтамасыз ету керек.
• Ұзақ қашықтықта дәл дауыс берілу талаптары: БАҰ-ның жұмыс биіктігі көбінесе 50 - 100 метр. Сондықтан құрылғы жоғары биіктікте ұзақ қашықтықта дыбысты беруді қамтамасыз етуі тиіс. Кедергісіз жағдайдағы тиімді дыбыс берілу қашықтығы 1000 метрден кем болмауы керек, дауыс сигналы бұрмаланбауы және дыбыссыз болуы керек. Далада желді, жаңбырлы және шулы ортада болса да, жердегі персонал ақпаратты түсінікті естиді. Нақты мақсаттар үшін дыбыстың бағытталған берілу қабілеті болуы керек, бұл дыбыстың таралуынан басқа аймақтарға кедергі келтіруді болдырмау үшін қажет
• Басқару мен синхрондау талаптары: Бұл жерде беспилотты ауа кемісінің (БАК) пульті немесе жер бетіндегі басқару платформасы арқылы қашықтан басқару қолдау көрсетіледі, оған дыбыс деңгейін реттеу, алдын-ала жазылған дыбыстық хабарламаларды қайта ойнату және нақты уақыт режиміндегі дыбыс енгізу кіреді. Желдеткішке қосымша қолжетімділіксіз орнату жүргізуге болады. Сонымен қатар, ол БАК-тің GPS-пен орналасуы, жоғары сапалы камера және инфрақызыл сенсорымен байланысты болуы тиіс. Сенсор мақсатты нысан (мысалы, қысырып қалған адамдар немесе аномальды нысандар) анықтаған кезде автоматты түрде дыбыстық құрылғыны іске қосады.
• Қоршаған ортаға бейімделу және қауіпсіздік талаптары: БАҰ көбінесе күрделі ашық ауада жұмыс істейді. Сондықтан құрылғы суға, шаңға, желге төзімді болуы керек, сонымен қатар жоғары және төменгі температураға төзімділік қасиеттерін иемденуі, IP65 қорғаныс деңгейіне сәйкес келуі, -40°C-тан 60°C-қа дейінгі температуралық диапазонда және 6-дан төмен жел күшінде тұрақты жұмыс істеуі қажет. Сонымен қатар, төменгі энергия тұтыну сипаттамаларына ие болуы керек және жиі зарядтау нәтижесінде жұмыс үдерісіне әсер етпейтіндей етіп, БАҰ электрмен жабдықтау жүйесіне тікелей қосылуы мүмкін болуы тиіс. Дыбыс қарқындылығын бақылау тұрғысынан қоршаған ортаны қорғау стандарттарына сай болуы керек, адамдар мен жануарлардың есту қабілетіне зиян келтірмеуі қажет.

БАҰ-ға бейімделген акустикалық құрылғылардың негізгі сипаттамалары

БАҰ сценарийлерінің қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін акустикалық құрылғылар БАҰ-мен тиімді ынтымақтастықты қамтамасыз ету үшін мынадай мақсатты техникалық сипаттамаларға ие болуы керек:

• Өте жеңіл конструкция: Қорап жоғары беріктікке ие жеңіл материалдардан (мысалы, көміртегі талшықтары мен инженерлік пластмассалар) жасалған. Құрылғының жалпы көлемі 20 см × 20 см × 20 см шеңберінде ұсталады, ал салмағы 3 кг-нан аспайды. Сонымен қатар, әуе кемесінің аэродинамикалық өнімділігіне әсер етуді болдырмау үшін ұшақтың ұшқан кезде кедергісін азайту мақсатында құрылымдық орналасу оптимизацияланған. Кейбір құрылғылар модульді конструкцияға ие, компоненттер (қосымша аккумуляторлар мен бағытталған дыбыс беру модульдері сияқты) операциялық қажеттіліктерге қарай қосылып немесе алынып тасталуы мүмкін, бұл сәйкестендірудің бейімделу қабілетін арттырады.
• Жоғары дыбыс қысымы деңгейі мен кең жиілік диапазонының шығысы: Дыбыс қысымы деңгейінің шығысы 130 дБ - 150 дБ-ге жетеді, адам құлағының сезімтал жиілік диапазонын 200 Гц - 20000 Гц қамтиды, бұл дауыс сигналының анық естілуін қамтамасыз етеді. Ауадағы өшу құбылысын азайту үшін дыбыс толқынының таралу жолын оптимизациялау үшін кәсіби акустикалық алгоритм қолданылады. 50 метр биіктікте болса да, жердегі қызметкерлер дауыс ақпаратын анық қабылдай алады. Сонымен қатар, әртүрлі жағдайларға сәйкес келу үшін дыбыс қарқындылығын 10 деңгейден астам түрде реттеуге мүмкіндік береді.
• Төменгі қуатты тұтыну және көп деңгейлі қуатты реттеу: Төменгі қуатты чип пен энергияны үнемдеу схемасы қолданылады. Жұмыс істеу кезіндегі қуат тұтынуы 8 Вт-тан аспайды, ал дайындықтағы қуат тұтынуы 2 Вт-тан аспайды. Ол қосымша резервтік қорек көзінсіз басқарылатын ұшу аппаратының литий батареясымен тікелей жалғануы мүмкін. Кейбір құрылғыларда микроскопиялық резервтік батарея орнатылған, ол БҰА-ның қоректенуі үзілген кезде құрылғының 1 сағаттан аса үздіксіз жұмыс істеуін қамтамасыз етеді, негізгі ақпарат алмасудың үзілмеуін қамтамасыз етеді.
• Қолайсыз ортаға төзімділік: Қорап IP65 қорғаныс стандартына сәйкес келеді және жаңбырдың жуу әсері мен құмның түсуінен қорғайды. Сонымен қатар, желге төзімді (6-шы деңгейден төменгі жел күшінде тұрақты жұмыс істей алады) және жоғары/төмен температураға төзімді (-40°C-тан 60°C-қа дейінгі температура диапазонында қалыпты жұмыс істей алады). Ішкі тізбек электромагниттік бұзуға қарсы дизайнмен жасалған, БАҰ-ның байланыс модулі мен қозғалтқышы шығаратын электромагниттік сигналдардан әсер алуын болдырмау үшін және дыбыстың тұрақты берілуін қамтамасыз ету үшін.

IV. Басқа жабдықтармен акустикалық қашықтықтағы құрылғылардың интеграциялық шешімдері

БАҰ жүйесінде акустикалық қашықтықтағы құрылғылар «сезу – шешім қабылдау – орындау» бірлескен жүйесін құру үшін әртүрлі жабдықтармен интеграциялануы керек. Нақты интеграциялық шешімдер мынадай:

• Қабылдау құрылғыларымен интеграция: Ол БАҰ-ның жоғары анықтықтағы камера, инфрақызыл жылу бейнеге, лазерлік радармен байланысты. Камера «адамдардың жинақталуы» мен «бейсаналы кіру» сияқты аномальді жағдайларды немесе инфрақызыл жылу бейнегі тасаланған аймақта өмір белгілерін анықтаған кезде осы дыбысты (мысалы, «Жинақталуға тыйым салынады, әбден шығыңыз» және «Сізді құтқару қызметкерлері тапты, тыныш болыңыз») автоматты түрде қосатын акустикалық құрылғыны іске қосады. Лазерлік радар мақсатқа дейінгі қашықтықты дәл өлшей алады және мақсат аймағындағы дыбыстың анық естілуін қамтамасыз ету үшін құрылғының дыбыс қарқындылығын автоматты түрде реттеуге көмектеседі.
• Байланыс жабдықтарымен интеграция: Бұл ҰАҰ-ның 4G/5G байланыс модуліне немесе серіктас байланыс модуліне қосылып, аса ұзақ қашықтықтан басқаруды іске асырады. ҰАҰ жедел желілік сигналдары жоқ (таулы аймақтар мен мұхиттар сияқты) алыстағы аймақтарда жұмыс істеген кезде жердегі қызметкерлер серіктас байланыс арнасы арқылы дыбыстық құрылғыға командалар жібереді (мысалы, жұмыс режимін ауыстыру немесе алдын-ала жасалған дыбысты жаңарту). Құрылғы жұмыс күйін (мысалы, қуаты, дыбыс деңгейі, қате ақпараты) нақты уақыт режимінде жердегі басқару платформасына жіберіп отырады, осылайша алыстан бақылау мен қателерді жоюды жеңілдетеді.
• Позициялау және бағдарлау жабдықтарымен интеграция: БАҰ-ның GPS/Бэйдоу позициялау жүйесімен бірге қолдану кезінде БАҰ белгіленген сезімтал аймаққа (мысалы, мектептер мен ауруханалар аумағының үстіндегі әуе кеңістігі) енгенде дыбыс құрылғысы түршіліктің алдын алу үшін автоматты түрде төменгі деңгейдегі дауыс режиміне ауысады. Егер БАҰ ұшу маршруттан ауытқыса (мысалы, желдің әсерінен спасение аймағынан тыс орынға ығысу), құрылғы тез арада позицияның қалыпсыздығы туралы хабарлама қосып, жергілікті платформаға тревожный сигнал жібереді, операторға маршрутты түзетуіне көмектеседі.
• Ескерту жарығы құрылғысымен интеграция: Бұл ҰБС-ның LED ескерту жарығы мен стробоскоптық шамымен байланысып, «дыбыс пен жарықтың синхрондануы» эффектін береді. Акустикалық құрылғы ескерту режимін іске қосқан кезде, ескерту шамы да синхронды түрде қосылады (мысалы, қызыл стробоскоптық жарық). Көру мен естудің екі түрлі стимулдауы арқылы мақсатқа ескерту әсері күшейеді. Мысалы, түнгі құтқару операцияларында «дыбыс пен жарықтың синхрондануы» қиын жағдайдағы адамдарға ҰБС-ның орнын тез табуға көмектесіп, құтқару тиімділігін арттырады.

V. Акустикалық құрылғылар мен ҰБС-ның үйлесімінің негізгі артықшылықтары

Дәстүрлі жергілікті акустикалық құрылғылармен немесе жеке ұшатын ҰБС-пен салыстырғанда, акустикалық құрылғылар мен ҰБС-ның үйлесімі көптеген жағынан белгілі бір артықшылықтарға ие:

• Операциялық ауқымды және тиімділікті кеңейту: БАҰ үлкен ауданды тез жауып алуы мүмкін (жеке операцияда 10 шаршы километрден астам аудан қамтылады). Қашықтан акустикалық құрылғылармен бірге пайдаланылғанда, ақпарат беру тиімділігі жерде адамның колонка арқылы хабар таратуына қарағанда 5 - 10 есе жоғары. Мысалы, 5 шаршы километрлік тұрғын ауданда эпидемияға қарсы шаралар туралы хабар тарату кезінде БАҰ мен құрылғылардың көмегімен толық ауданды 1 сағат ішінде қамтуға болады, ал адамның жаяу таратуына 1 - 2 күн қажет.
• Операция қауіпсіздігін арттыру: Қауіпті жағдайларда (мысалы, өрт орындары мен улы газдың шығу аймақтары) БАҰ адамдардың жоғары қауіпті аймаққа кіруін алмастыра алады. Нақты дыбыстық құрылғылар жердегі қызметкерлердің қауіпті ортаға жақындамай-ақ ақпарат беруін және қорқыту шараларын жүргізуін мүмкіндік етеді, бұл қызметкерлердің зардап шегу қаупін едәуір төмендетеді. Мысалы, химиялық зауытта болған жарылыс оқиғасында БАҰ эвакуация нұсқаулықтарын тарату үшін орынға құрылғылармен бірге келеді, бұл құтқарушы қызметкерлердің улану қаупінен сақтайды.

Нақты операцияны іске асыру: Бағытталған дыбыс беру технологиясы мен БАҰ-дың дәл орналасу мүмкіндігі арқылы дыбыс мақсатты аймаққа дәл жеткізіледі, дыбыстың таралуынан туындайтын ресурстардың шығыны мен қоршаған ортаға әсерін болдырмауға мүмкіндік береді. Мысалы, әуежайды құстардан қорғау сценарийінде БАҰ құстарды қорқыту үшін дыбыстық толқындарды есептелген жол аймағына дәл жеткізеді және тұрғын үй аймақтарына әсер етпейді.

• Операциялық шығындарды азайту: Бір UAV және онымен бірге қашықтықтан жұмыс істейтін дыбыстық құрылғы 3 - 5 жергілікті қызметкердің жұмысын алмастыра алады. Сонымен қатар, UAV-дың бір ұшуына кететін шығын (электр энергиясы, техникалық қызмет көрсету) адам еңбегіне кететін шығыннан төмен. Ұзақ мерзімді пайдалану еңбекке және уақытқа кететін шығындарды едәуір азайтады. Мысалы, қалалық қауіпсіздік патрульдерінде бір UAV 3 - 4 көшенің патрульдеу қажеттілігін қамти алады және қолжазбамен жүргізілетін патрульге қарағанда шығындар 40% - дан астам азаяды.

VI. UAV-лардағы қашықтықтан басқарылатын дыбыстық құрылғылардың қолданылу мысалдары

1-мысал: Әуежайлардағы UAV құстарды қорқыту және қашықтықтан басқарылатын дыбыстық құрылғылардың бірлескен қолданылуы

Халықаралық әуежай 10 өнеркәсіптік деңгейдегі пилотсыз ұшу аппараттарын (ПҰА) енгізді, олардың әрқайсысы акустикалық құрылғымен, жоғары сапалы камера мен GPS-байланыстыру жүйесімен жабдықталған. Күнделікті жұмыс барысында ПҰА-лар алдын ала белгіленген маршруттар бойынша әуежайдың ұшып келу-ұшып кету жолақтары мен тұрақтарының айналасын шолып өтеді. Камера құстардың жиналуын анықтаған кезде, акустикалық құрылғы автоматты түрде бағытталған режимге ауысады да, қармағаш құстардың дыбысын (мысалы, бүркіттің дауысын) симуляциялап шығарады. Сонымен қатар, нақты жиіліктегі ультрадыбыстық толқындармен бірге қосылып, экологиялық құстардан қорғау іске асырылады. Егер құстар уақытылы кетпесе, құрылғы жергілікті платформа арқылы дыбыстың қарқындылығын және түрін алыстан реттеп, одан әрі құстарды қорқытып отырады. Сонымен қатар, ұшақтардың көтерілуі мен қонуының ең жоғары кезеңінде ПҰА-лар ұшып келу-ұшып кету жолағының 50 метр биіктігінде сырғанау режимінде ұшып, «Әуежайдың тазартылған аймағында пилотсыз ұшу аппараттарының болуына тыйым салынады» деген ескерту хабарын айналадағы аймаққа таратады, бұл заңсыз ПҰА-лардың енуін болдырмауға көмектеседі. Бұл жоспар енгізілгеннен кейін әуежайдағы құспен соқтығысу оқиғаларының саны 90% -ға дейін азайды, ал құстардан қорғау шығындары дәстүрлі жергілікті құстардан қорғау құрылғыларымен салыстырғанда 60% -ға дейін төмендеді.

2-ші жағдай: Орман өртін сөндіру үшін БАҰ мен қашықтан басқарылатын дыбыстық құрылғылардың практикалық қолданылуы

Таулы аймақтағы орман өртін сөндіру кезінде құтқару тобы 5 құтқару БАҰ-ын пайдаланды. Әрбір БАҰ-ға дыбыстық қашықтан басқару құрылғысы, инфрақызыл жылулық бейнеге және серіктас байланыс модуліне ие болды. БАҰ-лар ауадан өрт жағдайын тез бақылады. Инфрақызыл жылулық бейнеге өрт орнының шетінде қапаланған адамдарды тапқан кезде, дереу дыбыстық қашықтан басқару құрылғысы іске қосылып, «Жақындағы батыс-солтүстік бағытта отсыз аймаққа жылжыңыз, құтқару тобы сол аймақта уақытша тұрғын үйді дайындады» деген дауыстық нұсқау осы аймаққа таратылды. Сонымен қатар, құрылғы серіктас байланыс желісі арқылы қапаланған адамдардың орналасу орны туралы ақпаратты жердегі басқару орталығына жіберді және құтқару тобының құтқару маршрутын әзірлеуіне көмектесті. Өрт тез таралатын аймақтарда БАҰ-лар от сызығының алдында 1 километр алға ұшып, «Өрт ХХ аймағына жақындап келеді, ескерту: алдын ала белгіленген маршрут бойынша дереу эвакуацияланыңыз» деген ескерту хабарын маңайындағы ауылдарға таратып, ауыл тұрғындарының алдын ала эвакуациялануына көмектесті. Осы құтқару шарасында дыбыстық қашықтан басқару құрылғысы мен БАҰ-ның үйлесімі 3 сағат ішінде құтқару тобының 12 қапаланған адамды табуына көмектесті және бірде-бір адам жоғалмады. Ақпарат беру тиімділігі дәстүрлі жер бетіндегі хабар таратудың тиімділігінен 8 есе жоғары болды.