Anvendelsespraksis for fjernstyrte lydenheter på UAV-er

Med den dyptgående gjennomtrengningen av UAV-teknologi i ulike felt har dens egenskaper med høydeperspektiv og fleksibel mobilitet blitt viktige støtter i scenarier som sikkerhetsovervåkning, nødredning og offentlig forvaltning. Imidlertid fokuserer tradisjonelle funksjoner til UAV-er hovedsakelig på bildeinnsamling og datatransmisjon, og mangler effektive lydinteraksjons- og avskrekkelsesfunksjoner. Ved å utnytte de sentrale fordelene med retningsbestemt lydoverføring og fjernkontroll, danner fjernlysenheter et "luft-rom-jord" samarbeidssystem sammen med UAV-er, noe som effektivt kompenserer for UAV-ens svakheter når det gjelder lydinteraksjon og ytterligere utvider deres bruksverdi i komplekse scenarier.

I. Bruksscenarier for Fjernlysenheter tilpasset UAV-er

Kombinasjonen av fjernlysenheter og UAV-er passer nøyaktig til følgende fire kjerne-scenarier for å løse praktiske operasjonsutfordringer i ulike felt:

• Offentlig tryggleik og tilsynstiltak: På staden for store arrangement (slik som konsertar og sportsarrangement), kan UAV med fjernakustiske apparater kringføra meldingar for å halda orden i sanntid (slik som "Vær snill å overholde ordninga på staden og ikkje trøysta"). Under byvakter, når det finst uvanlege situasjonar som samling av mistenkeleg personell og parabolskast i høgd, kan dei gje ut advarslingsrøystar på ein retningsmessig måte og synkronisere dynamikken på staden med kommandosenteret på jorda. I nøkkelområde som flyplasser og jernbaneleiar kan dei utføra luft avskrekking mot illegale inntrengingsmål (som personell og kjøretøy som bryt inn i rullebana).
• Nøddrampssituasjoner: Etter katastrofer som skogbranner, flom og jordskjelv kan UAV-er raskt nå området som er rammet. Gjennom fjernstyrt lydutstyr kan de kringkaste redningsruter til personer som er fanget (for eksempel: "Beveg deg mot høyere terreng i sørøstlig retning, redningsteamet er her"); samt formidle kunnskap om sikker risikounngåelse. I maritim søk og redning kan de gi posisjonsvarsler til personer som er falt over bord (for eksempel: "Hold deg flytende, redningsskipet nærmer seg"), og samtidig hjelpe bakkelaget med å lokalisere målposisjonen. Ved søk etter savnede personer i fjellområder kan de spille savnetsmeldinger i loop for å utvide informasjonsdekningen.
• Økologisk beskyttelse og dyrekontroll-scenarier: I naturreservater kan droner utstyrt med fjernstyrte lydenheter kringkaste advarselshoder mot ulovlige vilttyvere for å skape luftbåren avskrekking. I områder som flyplasser og jordbruksområder kan de simulere lyder fra naturlige fiender (som rovfuglers kall) eller spesifikke frekvenslydbølger for å oppnå økologisk fugleforjagning, og dermed unngå kollisjoner mellom fugler og fly og skader på avlinger forårsaket av fugler. Ved overvåking av viltvandringsruter kan de spille av advarselstoner til dyr som nærmer seg områder med menneskelig aktivitet, for å redusere konflikter mellom mennesker og villdyr.
• Offentlige tjenester og offentlighets-scenarier: I nødsituasjoner som byomfattende smittevern og flomkontroll kan droner bære utstyr for å sende politikkvarslinger løpende i boligområder og på gater (for eksempel "Vennligst fullfør nukleinsyretesten i tide og sørge for personlig beskyttelse"). På landsbygda kan de formidle veiledning i landbruksteknologi og politisk informasjon til innbyggere. På turistattraksjoner kan de kringkaste sikkerhetsråd for reisende (for eksempel "Vennligst hold deg til reiseruten og vær oppmerksom på glatt føre") samt oppfordringer til hensiktsmessig atferd.

II. Kjernebehov for kunder i Drone-scenarier

I bruksområder for droner, handler kundenes behov knyttet til fjernlydutstyr om "lett vekt, høy effektivitet og stabilitet", noe som konkret vises gjennom følgende:

• Lettvekt og lav belastningskrav: Den effektive lasten til UAV-er er begrenset (vanligvis 1–5 kilogram). Derfor må fjernstyrte lydenheter være små og lette (vanligvis under 3 kilogram). De kan integreres på UAV-karosseriet eller festekonsollen uten å påvirke flyvningens varighet (som må sikre minst en halvtimes flyging per opplading) og kontrollstabilitet. Samtidig støtter de rask demontering og montering for å lette vedlikehold av utstyret.
• Krav til lydoverføring over lange avstander: Driftshøyden for UAV-er er gjerne 50–100 meter. Derfor må enheten kunne overføre lyd over lange avstander i høyde. Den effektive rekkevidden for lydoverføring i et åpent miljø skal være minst 1 000 meter, og talesignalet skal være uten forvrengning og støy. Selv under vind, regn og støyrike forhold, må personell på bakken tydelig motta informasjonen. For spesifikke mål må det finnes evne til retningsbestemt lydoverføring for å unngå at lyd sprer seg og forstyrrer irrelevante områder.
• Fjernstyring og koordineringskrav: Den støtter fjernbetjening via UAV-fjernkontroll eller bakkebasert kommandoplattform, inkludert volumjustering, avspilling av forhåndsinnspilte stemmer og sanntids stemmeinndata. Det er ikke nødvendig å nærme seg UAVen manuelt for å foreta innstillinger. Samtidig må den kobles til UAVens GPS-posisjonering, høyoppløselige kamera og infrarødsensor. Når sensoren oppdager et mål (for eksempel personer som er fanget eller unormale objekter), utløser den automatisk den akustiske enheten.
• Miljøtilpasning og sikkerhetskrav: UAV-er opererer for det meste i komplekse utendørs miljøer. Derfor må enheten ha vann- og støvtett, vindtett samt høy- og lavtemperaturbestandige egenskaper, oppfylle beskyttelsesnivå IP65 og kunne fungere stabilt i et temperaturområde fra -40 °C til 60 °C og ved vindstyrke under grad 6. Samtidig må den ha lavt strømforbruk og kan kobles direkte til UAV-strømforsyningssystemet for å unngå at driften påvirkes av hyppig opplading. Når det gjelder styring av lydintensitet, må den overholde miljøstandarder for å unngå hørselsskader hos personer og dyr.

III. Kjerneegenskaper for fjernlydenheter tilpasset UAV-er

For å oppfylle behovene i UAV-scenarier, må fjernlydenheter ha følgende målrettede tekniske egenskaper for å sikre effektiv samarbeid med UAV-er:

• Ekstra lett konstruksjon: Skallet er laget av høyfast, lette materialer (som karbonfiber og tekniske kunststoffer). Totalvolumet til enheten er begrenset til maksimalt 20 cm × 20 cm × 20 cm, og vekten overstiger ikke 3 kg. Samtidig er den strukturelle plasseringen optimalisert for å redusere flygmotstand og unngå innvirkning på UAVens aerodynamiske ytelse. Noen enheter har modulær design, og komponenter (som ekstra batterier og rettet lydoverføringsmoduler) kan legges til eller fjernes etter behov, noe som øker tilpasningsdyktigheten.
• Høy lydtrykksnivå og bred frekvensbåndutgang: Lydtrykksnivået kan nå opp til 130 dB – 150 dB og dekker det menneskelige ørets følsomme frekvensområde på 200 Hz – 20 000 Hz, slik at tale-signalet er tydelig forskjelligbart. En profesjonell akustisk algoritme brukes for å optimere lydbølgens transmisjonsbane og redusere luftdempning. Selv i en høyde på 50 meter kan personell på bakken fortsatt motta taleinformasjonen tydelig. Samtidig støtter den mer enn 10 nivåer for lydintensitetsjustering for å tilpasse seg behovene i ulike scenarier.
• Lavt strømforbruk og multi-strømtilpasning: En lavstrømschip og en energisparende kretsløpsdesign er benyttet. Driftsstrømforbruket er under 8 W, og standby-strømforbruket er under 2 W. Den kan kobles direkte til UAVs litiumbatteri-strømforsyningssystem uten ekstra reservestrømforsyning. Noen enheter har et innebygget mikro reservebatteri, som kan opprettholde enhetens kontinuerlige drift i mer enn 1 time når UAV-strømforsyningen avbrytes, og dermed sikre at overføring av nøkkelinformasjon ikke avbrytes.
• Sterk miljøtilpasningsevne: Skallet oppfyller IP65-beskyttelsesstandarden og kan motstå vann fra regn og inntrenging av sand og støv. Samtidig har det vindmotstand (det kan fungere stabilt under vindstyrke under nivå 6) og motstand mot høy og lav temperatur (det kan fungere normalt i et temperaturområde fra -40 °C til 60 °C). Den interne kretsen har en anti-elektromagnetisk forstyrrelsesdesign for å unngå påvirkning fra elektromagnetiske signaler generert av UAV-kommunikasjonsmodul og motor, og sikre stabil lydoverføring.

IV. Integrasjonsløsninger for fjernstyrt akustisk utstyr med annet utstyr

I UAV-systemet må fjernlydanordninger integreres med ulike typer utstyr for å danne et samarbeidende «oppfatning – beslutning – utførelse»-system. De spesifikke integrasjonsløsningene er som følger:

• Integrasjon med registreringsutstyr: Den er koblet til UAVens høyoppløselige kamera, infrarød varmebildekamera og laser radar. Når kameraet identifiserer unormale situasjoner som «samling av personer» og «ulovlig inntrenging», eller når det infrarøde varmebildekameraet oppdager tegn på liv i katastrofeområdet, utløser den automatisk en ekstern lydenhet som spiller av den aktuelle stemmen (for eksempel «Samling her er ikke tillatt, vennligst forlat området umiddelbart» og «Redningspersonell har funnet deg, vær rolig»). Laser radaren kan nøyaktig måle avstanden til målet og hjelpe enheten med automatisk justering av lydstyrken for å sikre at lyden i målområdet er tydelig hørbar.
• Integrasjon med kommunikasjonsutstyr: Den er koblet til UAVens 4G/5G-kommunikasjonsmodul eller satellittkommunikasjonsmodul for å realisere ekstra langdistansekontroll. Når UAVen opererer i avsidesliggende områder uten offentlige nettverkssignaler (som fjellområder og hav), kan bakkepersonell sende kommandoer (for eksempel bytte driftsmodus og oppdatere forhåndsinnspilt lyd) til lydenheten via satellittkoblingen. Enheten kan overføre driftstatus (for eksempel strøm, volum og feilinformasjon) tilbake til bakkekommandoplattformen i sanntid for å lette fjernovervåking og feilsøking.
• Integrasjon med posisjons- og navigasjonsutstyr: I kombinasjon med UAVens GPS/Beidou-posisjoneringssystem, når UAVen kommer inn i et forhåndsinnstilt følsomt område (som luftrommet over skoler og sykehus), bytter den eksterne lydenheten automatisk til lavlydmodus for å unngå støyforstyrrelser. Når UAVen avviker fra operasjonsruten (for eksempel på grunn av vindkraft som fører den ut av redningsområdet), spiller enheten umiddelbart av en advarsel om posisjonsavvik og sender en alarm til bakkenplattformen for å hjelpe operatøren med å justere ruten.
• Integrasjon med advarsellysutstyr: Den er koblet til UAVens LED-advarsellys og blitzlys for å skape en "lyd- og lyskoordinering". Når det fjernstyrede lydanordningen aktiverer advarselsmodus, slås advarsellyset på samtidig (for eksempel et rødt blitzlys). Gjennom dobbel stimulering av syn og hørsel forbedres advarselseffekten mot målet. For eksempel kan "lyd- og lyskoordinering" under nattredning hjelpe personer i nød med å raskt lokalisere UAVens posisjon og dermed øke redningseffektiviteten.

V. Kjernefordeler ved kombinasjonen av fjernstyrt lydutstyr og UAVer

Sammenlignet med tradisjonelle bakkebaserte lydanordninger eller UAVer som opererer alene, kan kombinasjonen av fjernstyrt lydutstyr og UAVer gi betydelige fordeler på mange områder:

• Utvid rekkevidde og effektivitet: UAV-er kan raskt dekke et stort område (én operasjon kan dekke over 10 kvadratkilometer). Kombinert med fjernakustiske enheter er effekten av informasjonsformidling 5–10 ganger høyere enn manuell annonsering fra bakken. For eksempel, ved informasjon om smittevernforskrifter i et nabolag på 5 kvadratkilometer, kan UAV-er kombinert med slike enheter fullføre heldekkning innen 1 time, mens manuell spredning til fots tar 1–2 dager.
• Forbedre driftssikkerhet: I farlige situasjoner (som branner og områder med utslipp av giftig gass) kan UAV-er erstatte personell ved å gå inn i høyrisiko-områder for operasjoner. Fjernstyrbare lydenheter gjør det mulig for bakkepersonell å fullføre informasjonsoverføring og avskrekking uten å nærme seg farlige miljøer, noe som betraktelig reduserer risikoen for personskade. For eksempel kan UAV-er under en eksplosjon i en kjemisk fabrikk ta utstyr med seg inn til ulykkesstedet for å kringkaste evakueringsinstruksjoner, og dermed unngå risikoen for forgiftning av redningspersonell.

Realisere presis operasjon: Gjennom UAV-ers retningsbestemte lydoverføringsteknologi og nøyaktige posisjonsbestemmelse, kan lyd nøyaktig overføres til målområdet, og unngår ressurs-sløsing og miljøpåvirkning forårsaket av lydspredning. For eksempel kan UAV-er i scenarier med fugleforvisning på flyplasser dekke rullebanen nøyaktig med fugleforvisende lydbølger uten å påvirke nærliggende boligområder.

• Reduser driftskostnader: Én drone kombinert med en fjernstyrt lydenhet kan erstatte arbeidsmengden til 3–5 ansatte på bakken. I tillegg er kostnaden for én flyvning (strømkostnad, vedlikehold) lavere enn lønnskostnaden. Langsiktig drift kan betydelig redusere investeringene i arbeidskraft og tid. For eksempel kan én drone dekke patruljebehovet for 3–4 gater i bysikkerhetspatruljer, og kostnaden reduseres med mer enn 40 % sammenlignet med manuell patruljering.

VI. Bruksområder for fjernstyrte lydenheter på droner

Tilfelle 1: Sammenhengende bruk av droner for fugleskråming og fjernstyrte lydenheter på flyplasser

En internasjonal flyplass innførte 10 industristandard UAV-er, hver utstyrt med en fjernstyrt akustisk enhet, samt en høyoppløselig kamera og et GPS-posisjoneringssystem. Under daglige operasjoner patruljerer UAV-ene rundt flyplassens rullebaner og paller etter forhåndsdefinerte ruter. Når kameraet identifiserer samling av fugler, bytter den fjernstyrte akustiske enheten automatisk til retningsbestemt modus og spiller av lyd av simulerte rovfugler (som for eksempel ørnepiber). Samtidig, kombinert med bestemte frekvenser av ultralydbølger, oppnås økologisk fugleskrekk. Hvis fuglene ikke forlater området i tide, kan enheten fjernstyrt justere lydstyrke og type via bakkenkontrollplattformen for å fortsette skrekkhandlingene. I tillegg kan UAV-ene under perioder med mye avgang og landing av fly holde seg i 50 meters høyde over rullebanen og kringkaste advarslene "Uautoriserte flyobjekter er forbudt i flyplassens sikkerhetssone" til omkringliggende områder for å hindre ulovlig inntrenging av andre UAV-er. Etter at dette systemet ble implementert, sank antallet kollisjoner mellom fugler og fly med 90 %, og kostnadene ved fugleskrekk reduserte seg med 60 % sammenlignet med tradisjonell bakkebasert fugleskrekkutstyr.

Sak 2: Praktisk anvendelse av UAV-er for skogbrannredning og fjernlydutstyr

Ved en redningsaksjon for å slukke skogbrann i et fjellområde satte redningsteamet inn 5 redningsdroner. Hver drone var utstyrt med en fjernstyrt lydenhet, en infrarød varmeavleser og en satellittkommunikasjonsmodul. Dronene kartla brannens omfang raskt fra luften. Når den infrarøde varmeavleseren oppdaget personer som var fast i nærheten av brannområdet, ble den fjernstyrte lydenheten umiddelbart aktivert og spilte av stemmeinstruksjonen: «Vennligst beveg dere mot brannfrie områder i nordvestlig retning, redningsteamet har satt opp et midlertidig tilfluktssted i dette området» til dette området. Samtidig sendte enheten lokasjonsinformasjonen om de fastsittende personene til bakkebasert kommandosenter via satellittforbindelsen, slik at redningsteamet kunne planlegge redningsruten. I områder der brannen spredte seg raskt, kunne dronene fly 1 kilometer foran brannfronten og kringkaste advarselen: «Brannen er i ferd med å spre seg til området XX, vennligst evakuer umiddelbart i henhold til den forhåndsbestemte ruten» til nærliggende landsbyer, for å hjelpe innbyggerne med å evakuere på forhånd. I denne redningsaksjonen førte kombinasjonen av den fjernstyrte lydenheten og dronen til at redningsteamet fant 12 fastsittende personer innen 3 timer uten at noen kom til skade. Effektiviteten i informasjonsoverføring var 8 ganger høyere enn ved tradisjonell bakkebasert annonsering.