Amalan Aplikasi Peranti Akustik Jauh pada UAV

Dengan penetrasi mendalam teknologi UAV dalam pelbagai bidang, ciri-ciri perspektif ketinggian tinggi dan mobiliti fleksibelnya telah menjadi sokongan penting dalam senario seperti pemantauan keselamatan, penyelamatan kecemasan, dan pengurusan awam. Walau bagaimanapun, fungsi tradisional UAV kebanyakannya menumpukan pada pengumpulan imej dan penghantaran data, dan mereka kurang mempunyai keupayaan interaksi bunyi dan penindasan yang efisien. Dengan mengandalkan kelebihan utama penghantaran bunyi berarah dan kawalan jarak jauh, peranti akustik jarak jauh membentuk sistem kolaboratif "udara-angkasa-darat" bersama UAV, secara berkesan mengatasi kekurangan interaksi bunyi UAV dan seterusnya memperluaskan nilai aplikasinya dalam senario kompleks.

I. Senario Aplikasi Peranti Akustik Jarak Jauh yang Disesuaikan dengan UAV

Gabungan peranti akustik jarak jauh dan UAV tepat sepadan dengan empat senario teras berikut untuk menyelesaikan masalah operasi praktikal dalam pelbagai bidang:

• Senario keselamatan awam dan pemantauan keselamatan: Di lokasi acara berskala besar (seperti konsert dan acara sukan), UAV yang dilengkapi peranti akustik jarak jauh boleh menyiarkan notis secara masa nyata untuk mengekalkan ketertiban (seperti "Sila patuhi peraturan di lokasi dan jangan berkerumun"). Semasa rondaan keselamatan bandar, apabila situasi tidak normal seperti perkumpulan personel mencurigakan atau objek parabola dari ketinggian dikesan, UAV ini boleh mengeluarkan amaran suara secara berarah serta menyegerakkan dinamik di lokasi kepada pusat arahan bumi. Di kawasan utama seperti lapangan terbang dan garisan keretapi, UAV ini boleh menjalankan penindasan udara terhadap sasaran pencerobohan haram (seperti individu atau kenderaan yang menceroboh landasan).
• Senario penyelamatan kecemasan: Selepas bencana seperti kebakaran hutan, banjir, dan gempa bumi berlaku, UAV boleh dengan cepat sampai ke kawasan yang dilanda bencana. Melalui peranti akustik jauh, mereka boleh menyiarkan laluan penyelamatan kepada orang yang terperangkap (seperti "Sila bergerak ke tanah tinggi ke arah tenggara, dan pasukan penyelamat telah tiba"), dan menyampaikan pengetahuan mengenai mengelakkan risiko yang selamat. Dalam carian dan penyelamatan maritim, mereka boleh memainkan arahan kedudukan kepada orang yang jatuh ke dalam air (seperti "Terus terapung, dan kapal penyelamat mendekat"), dan pada masa yang sama membantu pasukan darat dalam mengunci kedudukan sasaran. Dalam mencari dan menyelamatkan orang yang hilang di kawasan pergunungan, mereka boleh memainkan notis orang hilang dalam gelung untuk memperluaskan liputan maklumat.
• Skenario perlindungan ekologi dan kawalan haiwan: Di rizab alam, UAV yang dilengkapi dengan peranti akustik jauh dapat menyiarkan suara amaran kepada pemburu haram untuk membentuk penghalang udara. Di kawasan seperti lapangan terbang dan tanah pertanian, mereka boleh mensimulasikan bunyi musuh semula jadi (seperti panggilan burung pemangsa) atau gelombang bunyi frekuensi tertentu untuk mencapai penghalau burung ekologi, mengelakkan perlanggaran antara burung dan pesawat dan kerosakan tanaman oleh burung. Dalam memantau laluan penghijrahan hidupan liar, mereka boleh memainkan bunyi amaran kepada haiwan yang mendekati kawasan aktiviti manusia untuk mengurangkan konflik manusia dan hidupan liar.
• Situasi perkhidmatan awam dan kempen kesedaran: Dalam kempen kecemasan seperti pencegahan wabak bandar dan kawalan banjir, UAV boleh membawa peranti untuk menyiarkan notis dasar secara berulang di komuniti dan jalan raya (seperti "Sila lengkapkan ujian asid nukleik pada masanya dan lakukan perlindungan peribadi dengan baik"). Di kawasan luar bandar, mereka boleh menyampaikan panduan teknologi pertanian dan takrif dasar kepada penduduk kampung. Di tempat-tempat pelancongan, mereka boleh menyiarkan petua perjalanan selamat kepada pelancong (seperti "Sila jangan keluar dari laluan perjalanan dan berhati-hati terhadap gelinciran") serta inisiatif perjalanan beradab.

II. Kebutuhan Pelanggan Utama dalam Situasi UAV

Dalam senario aplikasi UAV, keperluan pelanggan terhadap peranti akustik jarak jauh berkisar kepada "ringan, cekap tinggi, dan stabil", yang secara khususnya ditunjukkan seperti berikut:

• Ringan dan keperluan beban rendah: Beban efektif UAV adalah terhad (kebanyakan 1 - 5 kilogram). Oleh itu, peranti akustik jarak jauh perlu bersaiz kecil dan ringan (biasanya dikawal dalam lingkungan 3 kilogram). Ia boleh diintegrasikan pada badan UAV atau pelapik pemasangan tanpa menjejaskan tempoh penerbangan (yang perlu memastikan penerbangan tunggal lebih daripada setengah jam) dan kestabilan kawalan UAV. Pada masa yang sama, ia menyokong pemasangan dan pelucutan pantas untuk memudahkan penyelenggaraan peralatan.
• Keperluan transmisi bunyi jarak jauh yang jelas: Ketinggian operasi UAV kebanyakannya berada pada 50 hingga 100 meter. Oleh itu, peranti dikehendaki mampu mencapai transmisi bunyi jarak jauh dalam persekitaran ketinggian tinggi. Jarak transmisi bunyi yang berkesan dalam senario tanpa halangan tidak kurang daripada 1,000 meter, dan isyarat suara tidak mengalami ubah bentuk atau hingar. Walaupun dalam persekitaran berangin, hujan, dan bising, kakitangan di darat masih boleh menerima maklumat dengan jelas. Bagi sasaran tertentu, dikehendaki mempunyai keupayaan transmisi bunyi terarah untuk mengelakkan penyebaran bunyi yang mengganggu kawasan yang tidak berkaitan.
• Keperluan kawalan jauh dan penyelarasan: Ia menyokong operasi jauh melalui pengawal UAV atau platform arahan darat, termasuk pelarasan volum, pemainan suara pra-dibuat, dan input suara masa nyata. Tiada keperluan untuk pendekatan manual kepada UAV bagi tujuan persediaan. Pada masa yang sama, ia perlu dipadankan dengan penentuan kedudukan GPS UAV, kamera definisi tinggi, dan sensor inframerah. Apabila sensor mengesan sasaran (seperti mangsa terperangkap dan sasaran tidak normal), ia secara automatik akan mencetuskan peranti akustik untuk berfungsi.
• Kebolehsesuaian persekitaran dan keperluan keselamatan: UAV kebanyakannya beroperasi dalam persekitaran luar yang kompleks. Oleh itu, peranti ini perlu mempunyai kemampuan kalis air, kalis habuk, kalis angin, serta rintangan terhadap suhu tinggi dan rendah, memenuhi tahap perlindungan IP65, dan mampu berfungsi dengan stabil dalam julat suhu -40°C hingga 60°C serta di bawah angin kuasa 6. Pada masa yang sama, peranti perlu mempunyai ciri penggunaan tenaga rendah dan boleh disambungkan terus ke sistem bekalan kuasa UAV untuk mengelakkan gangguan operasi akibat pengecasan kerap. Dari segi kawalan keamatan bunyi, peranti perlu mematuhi piawaian perlindungan alam sekitar bagi mengelakkan kerosakan pendengaran kepada personel dan haiwan.

III. Ciri Utama Peranti Akustik Jarak Jauh yang Disesuaikan dengan UAV

Untuk memenuhi keperluan senario UAV, peranti akustik jarak jauh perlu memiliki ciri teknikal tertentu berikut bagi memastikan kerjasama yang efisien dengan UAV:

• Reka bentuk ultra ringan: Perumah diperbuat daripada bahan ringan berkekuatan tinggi (seperti gentian karbon dan plastik kejuruteraan). Keseluruhan isi padu peranti dikawal dalam lingkungan 20cm×20cm×20cm, dengan berat tidak melebihi 3kg. Pada masa yang sama, susunan struktur dioptimumkan untuk mengurangkan rintangan penerbangan dan mengelakkan kesan terhadap prestasi aerodinamik UAV. Sesetengah peranti menggunakan reka bentuk modular, dengan komponen (seperti bateri tambahan dan modul penghantaran bunyi berarah) boleh ditambah atau dikurangkan mengikut keperluan operasi, meningkatkan keupayaan penyesuaian.
• Aras tekanan bunyi tinggi dan output jalur frekuensi luas: Output aras tekanan bunyi boleh mencapai 130dB - 150dB, merangkumi jalur frekuensi sensitif telinga manusia iaitu 200Hz - 20000Hz untuk memastikan isyarat suara dapat dikenal pasti dengan jelas. Algoritma akustik profesional digunakan untuk mengoptimumkan laluan penghantaran gelombang bunyi bagi mengurangkan pelemahan udara. Walaupun pada ketinggian 50 meter, kakitangan di bawah tetap boleh menerima maklumat suara dengan jelas. Pada masa yang sama, ia menyokong penyesuaian keamatan bunyi lebih daripada 10 tahap untuk menyesuaikan keperluan pelbagai situasi.
• Penggunaan kuasa rendah dan penyesuaian berbilang kuasa: Menggunakan cip kuasa rendah dan reka bentuk litar penjimatan tenaga. Penggunaan kuasa semasa beroperasi kurang daripada 8W, dan penggunaan kuasa dalam mod siap sedia kurang daripada 2W. Ia boleh disambungkan terus ke sistem bekalan kuasa bateri litium UAV tanpa memerlukan bekalan kuasa tambahan. Sesetengah peranti dilengkapi dengan bateri sandaran mikro yang boleh mengekalkan operasi peranti lebih daripada 1 jam apabila bekalan kuasa UAV terputus, memastikan penghantaran maklumat utama tidak terganggu.
• Kemampuan penyesuaian alam sekitar yang kuat: Perumah memenuhi piawaian perlindungan IP65 dan boleh menahan pencucian hujan serta kemasukan habuk pasir. Pada masa yang sama, ia mempunyai rintangan angin (boleh berfungsi dengan stabil di bawah daya angin tahap 6) dan rintangan suhu tinggi dan rendah (boleh berfungsi secara normal dalam julat suhu -40°C hingga 60°C). Litar dalaman menggunakan reka bentuk anti-gangguan elektromagnetik untuk mengelakkan kesan daripada isyarat elektromagnetik yang dihasilkan oleh modul komunikasi UAV dan motor, serta memastikan penghantaran bunyi yang stabil.

IV. Penyelesaian Integrasi Peranti Akustik Jarak Jauh dengan Peralatan Lain

Dalam sistem UAV, peranti akustik jarak jauh perlu diintegrasikan dengan pelbagai peralatan untuk membentuk sistem kolaboratif "persepsi - keputusan - pelaksanaan". Penyelesaian integrasi khusus adalah seperti berikut:

• Integrasi dengan peralatan persepsi: Ia dikaitkan dengan kamera definisi tinggi UAV, pengimej haba inframerah, dan radar laser. Apabila kamera mengenal pasti situasi tidak normal seperti "perhimpunan kakitangan" dan "pencerobohan haram", atau pengimej haba inframerah mengesan tanda-tanda kehidupan di kawasan bencana, ia secara automatik akan mencetuskan peranti akustik jauh untuk memainkan suara yang berkaitan (seperti "Perhimpunan di sini dilarang, sila beredar serta-merta" dan "Anggota penyelamat telah menemui anda, sila tenangkan diri"). Radar laser boleh mengukur jarak sasaran dengan tepat dan membantu peranti dalam melaras keamatan bunyi secara automatik bagi memastikan bunyi di kawasan sasaran dapat dibezakan dengan jelas.
• Integrasi dengan peralatan komunikasi: Ia disambungkan ke modul komunikasi 4G/5G UAV atau modul komunikasi satelit untuk merealisasikan kawalan jarak jauh yang sangat panjang. Apabila UAV beroperasi di kawasan terpencil tanpa isyarat rangkaian awam (seperti kawasan berbukit dan lautan), kakitangan bumi boleh menghantar arahan (seperti menukar mod operasi dan mengemaskini suara pra-terhasil) kepada peranti akustik melalui pautan satelit. Peranti tersebut boleh menghantar status operasi (seperti kuasa, volum, dan maklumat kegagalan) kembali ke platform arahan bumi secara masa nyata untuk memudahkan pemantauan jarak jauh dan penyelesaian masalah kegagalan.
• Integrasi dengan peralatan penentuan kedudukan dan navigasi: Digabungkan dengan sistem penentuan kedudukan GPS/Beidou UAV, apabila UAV memasuki kawasan sensitif praset (seperti ruang udara di atas sekolah dan hospital), peranti akustik jarak jauh secara automatik beralih ke mod kelantangan rendah untuk mengelakkan gangguan bunyi bising. Apabila UAV menyimpang daripada laluan operasi (seperti menyimpang daripada kawasan penyelamatan disebabkan oleh daya angin), peranti tersebut serta-merta memainkan petunjuk ketidaknormalan kedudukan dan menghantar amaran ke platform bumi untuk membantu operator menyesuaikan laluan.
• Integrasi dengan peralatan lampu amaran: Ia dikaitkan dengan lampu amaran LED dan lampu strobo UAV untuk membentuk kesan "koordinasi bunyi dan cahaya". Apabila peranti akustik jarak jauh memulakan mod amaran, lampu amaran dihidupkan secara serentak (seperti lampu strobo merah). Melalui rangsangan dwi deria penglihatan dan pendengaran, kesan amaran terhadap sasaran dipertingkatkan. Sebagai contoh, dalam operasi penyelamatan malam, "koordinasi bunyi dan cahaya" boleh membantu mangsa terperangkap mengenal pasti kedudukan UAV dengan cepat dan meningkatkan kecekapan operasi penyelamatan.

V. Kelebihan Utama Gabungan Peranti Akustik Jarak Jauh dan UAV

Berbanding peranti akustik berasaskan darat atau UAV yang beroperasi secara berasingan, gabungan peranti akustik jarak jauh dan UAV mampu memberikan kelebihan ketara dalam pelbagai aspek:

• Kembangkan julat operasi dan kecekapan: UAV boleh meliputi kawasan yang luas dengan cepat (satu operasi boleh merangkumi lebih daripada 10 kilometer persegi). Digabungkan dengan peranti akustik jauh, kecekapan pemindahan maklumat adalah 5 hingga 10 kali ganda lebih tinggi berbanding siaran manual di darat. Sebagai contoh, dalam kempen kesedaran pencegahan wabak di komuniti seluas 5 kilometer persegi, UAV yang digabungkan dengan peranti boleh menyelesaikan liputan seluruh kawasan dalam masa kurang daripada 1 jam, manakala kempen secara berjalan kaki mengambil masa 1 hingga 2 hari.
• Meningkatkan keselamatan operasi: Dalam situasi berbahaya (seperti tapak kebakaran dan kawasan kebocoran gas toksik), UAV boleh menggantikan kakitangan untuk memasuki kawasan berisiko tinggi bagi menjalankan operasi. Peranti akustik jarak jauh membolehkan kakitangan bumi menyelesaikan penghantaran maklumat dan pencegahan tanpa perlu mendekati persekitaran berbahaya, dengan ketara mengurangkan risiko kecederaan atau kematian kakitangan. Sebagai contoh, dalam kemalangan letupan kilang kimia, UAV membawa peranti memasuki lokasi untuk menyiarkan arahan evakuasi, mengelakkan risiko keracunan kepada pasukan penyelamat.

Merealisasikan operasi yang tepat: Melalui teknologi pemancaran bunyi berarah dan keupayaan penentuan kedudukan tepat oleh UAV, bunyi boleh dipancarkan secara tepat ke kawasan sasaran, mengelakkan pembaziran sumber dan gangguan alam sekitar yang disebabkan oleh pencaran bunyi. Sebagai contoh, dalam senario mengusir burung di lapangan terbang, UAV boleh meliputi kawasan landasan dengan gelombang bunyi pengusir burung secara tepat tanpa memberi kesan kepada kawasan perumahan sekitar.

• Mengurangkan kos operasi: Satu UAV yang digabungkan dengan peranti akustik jarak jauh boleh menggantikan beban kerja 3 hingga 5 kakitangan darat. Selain itu, kos satu penerbangan tunggal (yuran elektrik, yuran penyelenggaraan) UAV adalah lebih rendah berbanding kos buruh. Operasi jangka panjang boleh mengurangkan pelaburan dari segi tenaga kerja dan masa secara ketara. Sebagai contoh, dalam rondaan keselamatan bandar, satu UAV boleh merangkumi keperluan rondaan bagi 3 hingga 4 jalan, dan kos dikurangkan sebanyak lebih daripada 40% berbanding rondaan manual.

VI. Kes Penggunaan Peranti Akustik Jarak Jauh pada UAV

Kes 1: Aplikasi Kolaboratif UAV Penolak Burung dan Peranti Akustik Jarak Jauh di Lapangan Terbang

Sebuah lapangan terbang antarabangsa memperkenalkan 10 UAV gred perindustrian, setiap satu dilengkapi dengan peranti akustik jarak jauh, kamera definisi tinggi, dan sistem penentuan kedudukan GPS. Semasa operasi harian, UAV ini melakukan rondaan di sekitar landasan dan apron lapangan terbang mengikut laluan yang telah ditetapkan. Apabila kamera mengenal pasti kumpulan burung, peranti akustik jarak jauh secara automatik beralih ke mod berarah dan memainkan bunyi burung pemangsa simulasi (seperti panggilan helang). Pada masa yang sama, gabungan gelombang ultrasonik frekuensi tertentu digunakan untuk mencapai pengusiran burung secara ekologi. Jika burung tidak meninggalkan kawasan tersebut pada masa yang ditetapkan, peranti boleh melaras intensiti dan jenis bunyi secara jarak jauh menerusi platform darat untuk terus mengusir. Selain itu, semasa tempoh puncak lepas landas dan pendaratan kapal terbang, UAV boleh menerbangkan diri pada ketinggian 50 meter di atas landasan dan menyiarkan amaran suara "Kawasan larangan penerbangan kendaraan udara tanpa pemandu" kepada kawasan sekitar bagi mencegah kemasukan haram UAV. Selepas pelaksanaan skema ini, bilangan insiden perlanggaran burung di lapangan terbang berkurangan sebanyak 90%, manakala kos pengusiran burung berkurangan sebanyak 60% berbanding peralatan pengusiran burung berasaskan darat tradisional.

Kes 2: Aplikasi Praktikal UAV Penyelamat Kebakaran Hutan dan Peranti Akustik Jarak Jauh

Dalam operasi menyelamatkan dari kebakaran hutan di kawasan berbukit, pasukan penyelamat telah menggunakan 5 UAV penyelamat. Setiap UAV dilengkapi dengan peranti akustik jarak jauh, pengimej terma inframerah, dan modul komunikasi satelit. UAV tersebut dengan cepat mengintai situasi kebakaran dari udara. Apabila pengimej terma inframerah mengesan mangsa terperangkap di tepi kawasan kebakaran, peranti akustik jarak jauh segera diaktifkan dan memainkan arahan suara "Sila bergerak ke kawasan bebas api di arah barat laut, pasukan penyelamat telah menubuhkan tempat perlindungan sementara di kawasan tersebut" kepada kawasan itu. Pada masa yang sama, peranti tersebut menyegerakkan maklumat lokasi mangsa terperangkap ke pusat kawalan bumi melalui pautan satelit untuk membantu pasukan penyelamat merancang laluan penyelamatan. Di kawasan di mana api merebak dengan pantas, UAV boleh meneroka sejauh 1 kilometer di hadapan garis api dan menyiarkan maklumat amaran awal "Api akan segera merebak ke kawasan XX, sila evakuasi segera mengikut laluan yang telah ditetapkan" kepada desa-desa berdekatan bagi membantu penduduk setempat beredar lebih awal. Dalam operasi penyelamatan ini, gabungan peranti akustik jarak jauh dan UAV membantu pasukan penyelamat menemui 12 mangsa terperangkap dalam masa 3 jam tanpa sebarang korban. Kecekapan pemindahan maklumat adalah 8 kali ganda lebih tinggi berbanding siaran darat tradisional.