Toepassingspraktijk van Afstandseffectieve Akoestische Apparaten op Drones

Met de diepgaande penetratie van drone-technologie in diverse sectoren zijn de kenmerken van een hoogwaardig perspectief en flexibele mobiliteit belangrijke ondersteuningen geworden in scenario's zoals beveiligingsbewaking, noodhulp en openbaar bestuur. Echter, de traditionele functies van drones richten zich voornamelijk op beeldverzameling en datatransmissie, en beschikken zij over onvoldoende geluidsinteractie- en afschrikmogelijkheden. Door gebruik te maken van de kernvoordelen van gerichte geluidstransmissie en afstandsbediening, vormen afstandselektronische akoestische apparaten samen met drones een 'lucht-ruimte-grond'-gecoördineerd systeem, waarmee het tekort aan geluidsinteractie bij drones effectief wordt gecompenseerd en hun toepassingswaarde in complexe scenario's verder wordt uitgebreid.

I. Toepassingsscenario's van Afstandselektronische Akoestische Apparaten aangepast aan Drones

De combinatie van afstandselektronische akoestische apparaten en drones sluit nauwkeurig aan op de volgende vier kernscenario's om praktische operationele knelpunten in verschillende sectoren op te lossen:

• Toepassingen voor openbare veiligheid en beveiligingsmonitoring: Bij grootschalige evenementen (zoals concerten en sportevenementen) kunnen drones die zijn uitgerust met afstandseffectieve akoestische apparatuur in real-time aankondigingen uitzenden om de orde te handhaven (bijvoorbeeld "Houd u alstublieft aan de regels ter plaatse en dring niet op"), Tijdens stedelijke patrouilles kunnen zij gericht waarschuwingsgeluiden uitzenden wanneer afwijkende situaties worden gedetecteerd, zoals het verzamelen van verdachte personen of projectielen vanaf grote hoogte, en tegelijkertijd de situatie op het terrein synchroniseren met het grondcommandocentrum. In kritieke zones zoals vliegvelden en spoorlijnen kunnen zij luchtgedragen afschrikkingsmaatregelen nemen tegen illegale indringers (zoals personen of voertuigen die de startbaan betreden).
• Noodreddingssituaties: Na rampen zoals bosbranden, overstromingen en aardbevingen kunnen UAV's snel het getroffen gebied bereiken. Via afstandbediende akoestische apparaten kunnen zij reddingsroutes uitzenden naar de geholpenen (bijvoorbeeld "Gelieve naar het hoger gelegen terrein in zuidoostelijke richting te gaan, het reddingsteam is gearriveerd"), en kennis delen over veilige risicovermijding. Bij maritieme zoek- en reddingsacties kunnen zij positioneringssignalen uitzenden naar personen die in het water zijn gevallen (bijvoorbeeld "Blijf drijven, het reddingsschip nadert"), en tegelijkertijd het grondteam ondersteunen bij het lokaliseren van de positie. Bij het zoeken naar vermiste personen in bergachtige gebieden kunnen zij vermissingsmeldingen continu herhalen om de informatiedekking te vergroten.
• Ecologische bescherming en dierencontrole scenario's: In natuurgebieden kunnen UAV's uitgerust met afstandseffectieve akoestische apparaten waarschuwingsgeluiden uitzenden naar illegale stroper om luchtweerstand te vormen. In gebieden zoals vliegvelden en landbouwgronden kunnen zij de geluiden van natuurlijke vijanden (zoals het gekrijs van roofvogels) of specifieke frequentiegolven nabootsen om ecologische vogelverdrijving te realiseren, en zo botsingen tussen vogels en vliegtuigen en schade aan gewassen door vogels te voorkomen. Bij het monitoren van wilde dierenmigratieroutes kunnen zij waarschuwingssignalen afspelen voor dieren die menselijke activiteitsgebieden naderen, teneinde mens-wildlife conflicten te verminderen.
• Overheidsdiensten en publiciteitscampagnes: Bij noodsituaties zoals stedelijke epidemiepreventie en overstromingsbestrijding kunnen drones apparaten dragen om beleidsaankondigingen continu uit te zenden in woonwijken en straten (bijvoorbeeld: "Voltooi op tijd de nucleïnezuretest en zorg goed voor persoonlijke bescherming"). Op het platteland kunnen ze landbouwtechnische begeleiding en beleidsuitleg aan dorpsbewoners verstrekken. Op toeristische attracties kunnen ze veiligheidstips uitzenden naar toeristen (bijvoorbeeld: "Blijf op de aangegeven route en let op gladheid") en oproepen tot verantwoord reizen.

II. Kernbehoeften van klanten in Drone-scenario's

In drone-toepassingsscenario's draaien de behoeften van klanten aan afstandsgestuurde akoestische apparaten om "lichtgewicht, hoog rendement en stabiliteit", wat zich concreet manifesteert als volgt:

• De vereisten voor lichtgewicht en lage lading: de effectieve lading van UAV's is beperkt (meestal 1 - 5 kilogram). Daarom moeten afstandsbeluisterapparaten klein en licht van gewicht zijn (meestal binnen 3 kg). Ze kunnen worden geïntegreerd op de UAV-carrosserie of de montagebeugel zonder dat dit van invloed is op de vliegduur (die nodig is om een enkele vlucht van meer dan een half uur te garanderen) en de besturingsstabiliteit van de UAV. Tegelijkertijd ondersteunen ze een snelle demontage en installatie om het onderhoud van apparatuur te vergemakkelijken.
• Eisen voor heldere geluidsoverdracht op lange afstand: De operationele hoogte van drones ligt meestal tussen de 50 en 100 meter. Daarom moet het apparaat in staat zijn geluid op lange afstand te verzenden in een omgeving op grote hoogte. De effectieve reikwijdte van geluidsoverdracht in een onbelemmerd scenario bedraagt minimaal 1.000 meter, waarbij het spraaksignaal geen vervorming of ruis vertoont. Zelfs in winderige, regenachtige en lawaaierige omstandigheden kunnen personeelsleden op de grond de informatie duidelijk ontvangen. Voor specifieke doelen is het vereist dat het apparaat in staat is gericht geluid te produceren, om verspreiding van geluid te voorkomen die ongerelateerde gebieden zou kunnen verstoren.
• Vereisten voor afstandsbediening en coördinatie: Het ondersteunt bediening op afstand via de afstandsbediening van de drone of het grondcommandoplatform, inclusief volumeregeling, vooraf opgenomen geluidsweergave en geluidsinvoer in real-time. Er is geen handmatige benadering van de drone nodig voor instellingen. Tegelijkertijd moet het worden gekoppeld aan de GPS-positionering van de drone, de camera met hoge resolutie en de infraroodsensor. Wanneer de sensor een doel detecteert (zoals vermist personen of abnormale objecten), activeert het akoestische apparaat zich automatisch.
• Milieuaanpassingsvermogen en veiligheidseisen: UAV's opereren meestal in complexe buitenomgevingen. Daarom moet het apparaat waterdicht, stofdicht, winddicht en bestand zijn tegen hoge en lage temperaturen, voldoen aan de IP65-beschermingsgraad en stabiel kunnen werken in een temperatuurbereik van -40°C tot 60°C en bij windkracht onder de 6. Tegelijkertijd moet het apparaat energiezuinig zijn en rechtstreeks aangesloten kunnen worden op het voedingssysteem van de UAV, om te voorkomen dat de werking wordt beïnvloed door frequente oplaadbeurten. Wat betreft geluidsintensiteitscontrole, moet het voldoen aan milieunormen om gehoorbeschadiging bij personen en dieren te voorkomen.

III. Kernkenmerken van op UAV's aangepaste afstandsgeluidsapparaten

Om aan de behoeften van UAV-scenario's te voldoen, moeten afstandsgeluidsapparaten de volgende gerichte technische kenmerken hebben om efficiënte samenwerking met UAV's te garanderen:

• Ultra-lichtgewicht ontwerp: De behuizing is gemaakt van hoogwaardige, lichte materialen (zoals koolstofvezel en technische kunststoffen). Het totale volume van het apparaat wordt beperkt tot 20 cm × 20 cm × 20 cm, en het gewicht bedraagt niet meer dan 3 kg. Tegelijkertijd is de structurele indeling geoptimaliseerd om vliegweerstand te verminderen en negatieve invloed op de aerodynamische prestaties van de UAV te voorkomen. Sommige apparaten hebben een modulair ontwerp, waardoor componenten (zoals extra batterijen en gerichte geluidstransmissiemodules) kunnen worden toegevoegd of verwijderd op basis van operationele behoeften, wat de aanpasbaarheid verbetert.
• Hoge geluidsdrukniveau en breed frequentieband-uitgang: Het geluidsdrukniveau kan 130 dB - 150 dB bereiken, waardoor het gevoelige frequentiebereik van het menselijk oor van 200 Hz - 20000 Hz wordt gedekt, zodat het spraaksignaal duidelijk herkenbaar is. Er wordt gebruikgemaakt van een professioneel akoestisch algoritme om het geluidsgolftransmissiepad te optimaliseren en de luchtdemping te verminderen. Zelfs op een hoogte van 50 meter kunnen personeelsleden op de grond de spraakinformatie nog steeds duidelijk ontvangen. Tegelijkertijd ondersteunt het meer dan 10 niveaus van geluidsintensiteitsaanpassing om zich aan te passen aan de behoeften van verschillende scenario's.
• Laag stroomverbruik en meervoudige stroomaanpassing: Er wordt gebruikgemaakt van een laagvermogenchip en een energiebesparend circuitontwerp. Het werkvermogen is minder dan 8 W en het stand-by-vermogen is minder dan 2 W. Het kan rechtstreeks worden aangesloten op het lithiumbatterijvoedingssysteem van de drone, zonder extra back-upvoeding. Sommige apparaten beschikken over een ingebouwde micro back-upbatterij, die de continue werking van het apparaat meer dan 1 uur kan onderhouden wanneer de voeding van de drone uitvalt, zodat de overdracht van essentiële informatie niet wordt onderbroken.
• Sterke milieuaanpassingsvermogen: De behuizing voldoet aan de IP65-beschermingsnorm en kan bestand zijn tegen regen en invallen van stof. Tegelijkertijd beschikt hij over windweerstand (hij kan stabiel werken bij windkracht onder niveau 6) en weerstand tegen hoge en lage temperaturen (hij kan normaal functioneren in een temperatuurbereik van -40°C tot 60°C). De interne schakeling heeft een anti-elektromagnetische interferentie-ontwerp om te voorkomen dat deze wordt beïnvloed door elektromagnetische signalen van de UAV-communicatiemodule en de motor, en zorgt voor stabiele geluidsdoorgifte.

IV. Integratie-oplossingen van afstandseffectieve akoestische apparaten met andere apparatuur

In het UAV-systeem moeten afstandsgeluidsapparaten worden geïntegreerd met verschillende apparaten om zo een samenwerkend systeem van "waarneming - besluitvorming - uitvoering" te vormen. De specifieke integratie-oplossingen zijn als volgt:

• Integratie met waarnemingsapparatuur: Het is gekoppeld aan de hoogwaardige camera, infraroodwarmtebeeldcamera en laser radar van de UAV. Wanneer de camera abnormale situaties detecteert, zoals "personenverzameling" en "illegale indringing", of wanneer de infraroodwarmtebeeldcamera levenssignalen opvangt in het rampgebied, activeert het systeem automatisch het afstandseffectieve akoestische apparaat om de bijbehorende spraakboodschappen af te spelen (zoals "Het verzamelen hier is verboden, gelieve onmiddellijk te evacueren" en "De hulpverleners hebben u gevonden, blijf alstublieft kalm"). De laser radar kan de afstand tot het doel nauwkeurig meten en ondersteunt het apparaat bij het automatisch aanpassen van de geluidssterkte, zodat het geluid in het doelgebied duidelijk verstaanbaar is.
• Integratie met communicatieapparatuur: Het is verbonden met de 4G/5G-communicatiemodule of satellietcommunicatiemodule van de UAV om controle op zeer lange afstand mogelijk te maken. Wanneer de UAV in afgelegen gebieden zonder openbaar netwerksignaal werkt (zoals berggebieden en oceanen), kunnen personeelsleden op de grond commando's (zoals het wisselen van de werkmodus en het bijwerken van de vooraf gemaakte spraak) naar het akoestische apparaat verzenden via de satellietschakel. Het apparaat kan de werkstatus (zoals stroom, volume en foutinformatie) in real-time terugsturen naar het grondcommandoplatform, wat remote monitoring en foutopsporing vergemakkelijkt.
• Integratie met positionerings- en navigatieapparatuur: In combinatie met het GPS/Beidou-positioneringssysteem van de drone, schakelt het afstandsgestuurde akoestische apparaat automatisch over naar de laagvolume-modus wanneer de drone een vooraf ingesteld gevoelig gebied binnenkomt (zoals de luchtruim boven scholen en ziekenhuizen), om geluidsoverlast te voorkomen. Wanneer de drone van de operationele route afwijkt (bijvoorbeeld door windkracht die de drone uit de reddingszone duwt), speelt het apparaat direct een melding over positieafwijking af en stuurt een alarm naar het grondstation om de operator te ondersteunen bij het aanpassen van de route.
• Integratie met waarschuwingslichtapparatuur: Het is gekoppeld aan het LED-waarschuwingslicht en stroboscooplicht van de drone om een "geluid-en-licht-coördinatie"-effect te creëren. Wanneer het afstandsbediende akoestische apparaat de waarschuwingsmodus activeert, wordt het waarschuwingslicht synchroon ingeschakeld (bijvoorbeeld een rood stroboscooplicht). Door de dubbele stimulatie van zicht en gehoor, wordt het waarschuwings effect op het doelwit versterkt. Bijvoorbeeld bij nachtelijke reddingsacties kan "geluid-en-licht-coördinatie" helpen om snel de positie van de drone te lokaliseren en de reddingsefficiëntie te verbeteren.

V. Kernvoordelen van de combinatie van afstandsbediende akoestische apparaten en drones

In vergelijking met traditionele akoestische apparaten op de grond of drones die afzonderlijk opereren, kan de combinatie van afstandsbediende akoestische apparaten en drones aanzienlijke voordelen bieden op veel vlakken:

• Vergroot het operationele bereik en de efficiëntie: UAV's kunnen snel een groot gebied bestrijken (één operatie kan meer dan 10 vierkante kilometer omvatten). In combinatie met afstandseffecten akoestische apparaten is de informatieoverdrachtsnelheid 5 tot 10 keer hoger dan bij handmatige geluidsverspreiding op de grond. Bijvoorbeeld bij de voorlichting over infectiepreventie in een gemeenschap van 5 vierkante kilometer, kunnen UAV's in combinatie met apparaten de volledige dekking binnen 1 uur voltooien, terwijl handmatige voorlichting door lopend personeel 1 à 2 dagen duurt.
• Verbeterde bedrijfsveiligheid: In gevaarlijke situaties (zoals brandhaarden en gebieden met lekkage van giftige gassen) kunnen UAV's personeel vervangen door in te zetten in hoogrisicogebieden. Afstandbediende akoestische apparaten stellen grondpersoneel in staat om informatieoverdracht en afschrikmiddelen toe te passen zonder de gevaarlijke omgeving te hoeven naderen, waardoor het risico op lichamelijke letsel sterk wordt verlaagd. Bijvoorbeeld bij een explosie in een chemische fabriek kunnen UAV's apparatuur vervoeren om evacuatie-instructies uit te zenden, waardoor het risico op vergiftiging van hulpverleners wordt vermeden.

Realisatie van precisieoperaties: Door gebruik te maken van gerichte geluidstransmissietechnologie en de nauwkeurige positioneringsmogelijkheden van UAV's, kan geluid exact worden overgebracht naar het doelgebied, wat verspilling van middelen en milieu-overlast door geluidsdiffusie voorkomt. Bijvoorbeeld bij vogelafschrikking op vliegvelden kunnen UAV's het landingsbaangebied precies bestrijken met vogelafschrikkende geluidsgolven, zonder de omliggende woonwijken te beïnvloeden.

• Verminder de operationele kosten: één drone in combinatie met een afstandseffectief akoestisch apparaat kan het werk van 3 tot 5 medewerkers op de grond vervangen. Bovendien is de kosten van één vlucht (stroomkosten, onderhoudskosten) van de drone lager dan de arbeidskosten. Op lange termijn kan dit aanzienlijk de investeringen in personeel en tijd verlagen. Bijvoorbeeld bij stedelijke beveiligingspatrouilles kan één drone de patrouillebehoeften van 3 tot 4 straten dekken, wat leidt tot een kostenverlaging van meer dan 40% in vergelijking met handmatige patrouilles.

VI. Toepassingsvoorbeelden van Afstandseffectieve Akoestische Apparaten op Drones

Voorbeeld 1: Samenwerkende toepassing van vogelverdrijvende drones en afstandseffectieve akoestische apparaten op vliegvelden

Een internationale luchthaven introduceerde 10 industriële UAV's, elk uitgerust met een afstandsgestuurd akoestisch apparaat, evenals een hoogwaardige camera en een GPS-positioneringssysteem. Tijdens de dagelijkse operaties patrouilleren de UAV's volgens vooraf ingestelde routes rond de start- en landingsbanen en de parkeerplaatsen van de luchthaven. Wanneer de camera een ophoping van vogels detecteert, schakelt het afstandsgestuurde akoestische apparaat automatisch over naar de directionele modus en speelt het geluid af van gesimuleerde roofvogels (zoals de roep van adelaars). Tegelijkertijd wordt in combinatie met specifieke frequentie ultrageluidsgolven ecologische vogelverjaging bereikt. Als de vogels niet op tijd vertrekken, kan het apparaat via het grondstation op afstand de geluidsintensiteit en -soort aanpassen om de verjaging voort te zetten. Bovendien kunnen de UAV's tijdens piekperiodes van vluchtafvaart en landing op 50 meter hoogte boven de baan cirkelen en de waarschuwende boodschap "Vliegtuigloze luchtvaartuigen zijn verboden in het vrijgegeven gebied van de luchthaven" uitzenden naar de omliggende gebieden, om illegale UAV's te voorkomen. Na de implementatie van dit systeem daalde het aantal vogelaanvaringen op de luchthaven met 90%, en werden de kosten voor vogelverjaging met 60% verminderd ten opzichte van de traditionele grondgebonden vogelverjagingsapparatuur.

Case 2: Praktische toepassing van UAV's voor bosbrandredding en afstandbediende akoestische apparaten

Tijdens een bosbrandreddingsactie in een bergachtig gebied zette het reddingsteam 5 reddingsdrones (UAV's) in. Elke drone was uitgerust met een afstandsbediend akoestisch apparaat, een infrarood warmtebeeldcamera en een satellietcommunicatiemodule. De drones verkenden snel vanuit de lucht de brandtoestand. Toen de infraroodwarmtebeeldcamera gewonden ontdekte aan de rand van het brandgebied, werd het afstandsbediende akoestische apparaat onmiddellijk geactiveerd en speelde het de gesproken instructie af: "Gaat u alstublieft naar het vlambare gebied in noordwestelijke richting; het reddingsteam heeft daar een tijdelijke schuilplaats ingericht", gericht op dat gebied. Tegelijkertijd werd de locatie van de gewonden via de satellietverbinding doorgestuurd naar het commandocentrum op de grond, om het reddingsteam te helpen bij het bepalen van de reddingsroute. In gebieden waar de brand zich snel verspreidde, konden de drones tot één kilometer vóór de vuurlijn patrouilleren en waarschuwingsberichten uitzenden naar omliggende dorpen, zoals: "De brand zal binnenkort het gebied XX bereiken, evacueer onmiddellijk volgens de vooraf bepaalde route", zodat de dorpelingen op tijd konden evacueren. Tijdens deze reddingsoperatie hielp de combinatie van het afstandsbediende akoestische apparaat en de drones het reddingsteam om binnen 3 uur 12 gewonden te lokaliseren, zonder dat er slachtoffers vielen. De efficiëntie van informatieoverdracht was acht keer hoger dan bij traditionele, grondgebonden omroepsystemen.