Aplicația Dispozitivelor Acustice Remote pe UAV-uri

Cu pătrunderea în profunzime a tehnologiei UAV în diverse domenii, caracteristicile sale de perspectivă de la înălțime și mobilitate flexibilă au devenit suporturi importante în scenarii precum monitorizarea securității, intervenția în situații de urgență și gestionarea publică. Cu toate acestea, funcțiile tradiționale ale dronei se concentrează în principal pe colectarea imaginilor și transmisia datelor, lipsindu-le în mod frecvent capacități eficiente de interacțiune sonoră și de descurajare. Beneficiind de avantajele cheie ale transmisiei sonore direcționate și controlului la distanță, dispozitivele acustice la distanță formează împreună cu dronele un sistem colaborativ „aer-spațiu-sol”, compensând eficient lipsa interacțiunii sonore a dronei și extinzând astfel valoarea lor aplicativă în scenarii complexe.

I. Scenarii de aplicare ale Dispozitive Acustice la Distanță Adaptate pentru UAV-uri

Combinarea dispozitivelor acustice la distanță cu dronele se potrivește precis următoarelor patru scenarii cheie, rezolvând punctele critice ale operațiunilor practice din diferite domenii:

• Scenarii de securitate publică și monitorizare a securității: În cadrul evenimentelor de mare amploare (precum concerte sau evenimente sportive), UAV-urile echipate cu dispozitive acustice la distanță pot difuza anunțuri pentru menținerea ordinii în timp real (de exemplu, "Vă rugăm să respectați ordinea de pe locul evenimentului și să nu formați aglomerări"). În timpul patrulărilor de securitate urbană, atunci când sunt identificate situații neobișnuite, cum ar fi adunarea unor persoane suspecte sau aruncarea de obiecte de la înălțime, acestea pot emite mesaje sonore de avertizare direcționate și pot sincroniza dinamica de pe teren către centrul de comandă de la sol. În zonele cheie, cum ar fi aeroporturile și liniile de cale ferată, pot exercita o deterrență aeriană împotriva obiectivelor de intruziune ilegală (precum persoane sau vehicule care pătrund pe pistă).
• Scenarii de salvare de urgență: După producerea unor dezastre precum incendii forestiere, inundații și cutremure, UAV-urile pot ajunge rapid în zona afectată. Prin dispozitive acustice la distanță, acestea pot difuza trasee de salvare către persoanele captivate (de exemplu, „Vă rugăm să vă deplasați spre zona înaltă din direcția sud-est, echipa de salvare a sosit”), precum și informații privind evitarea sigură a riscurilor. În operațiunile de căutare și salvare maritimă, pot transmite mesaje de poziționare persoanelor căzute în apă (de exemplu, „Rămâneți plutind, nava de salvare se apropie”) și, în același timp, pot sprijini echipa de la sol în localizarea precisă a obiectivului. În cazul persoanelor dispărute în zone muntoase, pot reda în mod repetat mesaje privind persoanele dispărute, pentru a extinde raza de acoperire a informațiilor.
• Scenarii de protecție ecologică și control al animalelor: În rezervațiile naturale, UAV-urile echipate cu dispozitive acustice la distanță pot difuza mesaje sonore de avertizare către braconieri ilegali, formând o prezență de descurajare aeriană. În zone precum aeroporturi și terenuri agricole, acestea pot simula sunetele dușmanilor naturali (de exemplu, strigătele păsărilor de pradă) sau unde sonore de frecvență specifică pentru a realiza respingerea ecologică a păsărilor, evitând coliziunile dintre păsări și aeronave, precum și deteriorarea culturilor agricole de către păsări. În monitorizarea rutelor de migrație ale faunei sălbatice, pot reda sunete de avertizare către animalele care se apropie de zonele de activitate umană, pentru a reduce conflictele om-faună.
• Scenarii de servicii publice și publicitate: În situații de urgență, cum ar fi prevenirea epidemiei în mediul urban sau combaterea inundațiilor, dronele pot transporta dispozitive pentru a difuza în mod repetat mesaje privind politicile în comunități și pe străzi (de exemplu: „Vă rugăm să vă efectuați testul de acid nucleic la timp și să vă protejați corespunzător”). În zonele rurale, pot oferi fermierilor îndrumări privind tehnologia agricolă și explicații legate de politici. În locurile turistice, pot transmite turiștilor recomandări privind siguranța în călătorii (de exemplu: „Vă rugăm să nu părăsiți traseul stabilit și să fiți atenți la alunecare”) și inițiative pentru o deplasare civilizată.

II. Nevoile principale ale clienților în Scenarii UAV

În scenariile de aplicare a dronelor, nevoile clienților privind dispozitivele acustice la distanță se concentrează asupra conceptelor „ușoare, eficiente și stabile”, care se manifestă în mod specific după cum urmează:

• Ușoare și cu cerințe reduse de încărcare: Încărcătura efectivă a dronelelor este limitată (în majoritatea cazurilor 1 - 5 kilograme). Prin urmare, dispozitivele acustice la distanță trebuie să fie de dimensiuni mici și ușoare (de obicei sub 3 kilograme). Acestea pot fi integrate pe fuselajul dronei sau pe suportul de montare fără a afecta autonomia de zbor (care trebuie să asigure o singură durată de zbor de peste jumătate de oră) și stabilitatea controlului. În același timp, permit demontarea și instalarea rapidă pentru a facilita întreținerea echipamentului.
• Cerințe privind transmisia clară la distanță a sunetului: Înălțimea de funcționare a UAV-urilor este în general de 50 - 100 metri. Prin urmare, dispozitivul trebuie să asigure o transmisie a sunetului la distanță într-un mediu de altitudine ridicată. Distanța efectivă de transmisie a sunetului într-un scenariu fără obstacole nu trebuie să fie mai mică de 1.000 de metri, iar semnalul vocal să nu prezinte distorsiuni și zgomot. Chiar și în condiții de vânt, ploaie și medii zgomotoase, personalul de la sol trebuie să poată primi informațiile în mod clar. Pentru anumite obiective, este necesară capacitatea de a transmite sunetul direcționat, pentru a evita răspândirea acestuia și interferența cu zonele neimplicate.
• Cerințe privind controlul și coordonarea la distanță: Suportă operarea de la distanță prin intermediul telecomenzii UAV sau a platformei terestre de comandă, inclusiv ajustarea volumului, redarea prealabilă a mesajelor vocale și introducerea în timp real a sunetului vocal. Nu este necesară apropierea fizică de UAV pentru configurare. În același timp, trebuie să fie conectat la sistemul de poziționare GPS al UAV, camera cu înaltă definiție și senzorul infraroșu. Când senzorul detectează un obiectiv (cum ar fi persoane capturate sau obiective anormale), declanșează automat dispozitivul acustic pentru funcționare.
• Adaptabilitatea la mediu și cerințele de siguranță: UAV-urile operează în cea mai mare parte în medii exterioare complexe. Prin urmare, dispozitivul trebuie să aibă caracteristici de impermeabilitate, protecție împotriva prafului, rezistență la vânt și la temperaturi ridicate și scăzute, să respecte nivelul de protecție IP65 și să poată funcționa stabil într-un interval de temperatură de la -40°C la 60°C și în condiții de vânt sub forța 6. În același timp, trebuie să aibă caracteristici de consum redus de energie și să poată fi conectat direct la sistemul de alimentare al UAV-ului pentru a evita afectarea funcționării din cauza reîncărcărilor frecvente. În ceea ce privește controlul intensității sonore, este necesar să se respecte standardele de protecție a mediului pentru a evita deteriorarea auzului la persoane și animale.

III. Caracteristicile esențiale ale dispozitivelor acustice la distanță adaptate UAV-urilor

Pentru a satisface nevoile scenariilor cu UAV-uri, dispozitivele acustice la distanță trebuie să aibă următoarele caracteristici tehnice specializate pentru a asigura o colaborare eficientă cu UAV-urile:

• Design ultra-ușor: Carcasa este realizată din materiale ușoare de înaltă rezistență (precum fibră de carbon și materiale plastice tehnice). Volumul total al dispozitivului este menținut sub 20 cm × 20 cm × 20 cm, iar greutatea nu depășește 3 kg. În același timp, dispunerea structurală este optimizată pentru a reduce rezistența la zbor și pentru a evita afectarea performanței aerodinamice a UAV-ului. Unele dispozitive adoptă un design modular, permițând adăugarea sau eliminarea componentelor (precum baterii suplimentare sau module de transmisie sonoră direcțională) în funcție de necesitățile operaționale, ceea ce sporește adaptabilitatea.
• Nivel înalt de presiune sonoră și bandă largă de frecvență: Nivelul de presiune sonoră poate atinge 130dB - 150dB, acoperind banda de frecvență sensibilă pentru urechea umană de 200Hz - 20000Hz, pentru a asigura o distincție clară a semnalului vocal. Este utilizat un algoritm acustic profesional pentru a optimiza traseul de transmisie al undei sonore și pentru a reduce atenuarea în aer. Chiar și la o altitudine de 50 metri, personalul de la sol poate primi în continuare clar informațiile vocale. În același timp, suportă mai mult de 10 niveluri de ajustare a intensității sonore pentru a se adapta la nevoile diferitelor scenarii.
• Consum redus de energie și adaptare la mai multe surse de alimentare: Este utilizat un cip de joasă putere și o schemă electronică cu economie de energie. Consumul în funcționare este mai mic de 8 W, iar consumul în repaus este mai mic de 2 W. Poate fi conectat direct la sistemul de alimentare cu baterie de litiu al UAV, fără a necesita o sursă de rezervă suplimentară. Unele dispozitive au o baterie internă mică de rezervă, care poate menține funcționarea continuă a dispozitivului timp de peste 1 oră în cazul întreruperii alimentării electrice din UAV, asigurând astfel că transmiterea informațiilor esențiale nu este întreruptă.
• Adaptabilitate puternică la mediu: Carcasa respectă standardul de protecție IP65 și poate rezista spălării cu apă de ploaie și pătrunderii prafului. În același timp, are rezistență la vânt (poate funcționa stabil în condiții de vânt sub forța 6) și rezistență la temperaturi ridicate și scăzute (poate funcționa normal într-un interval de temperatură de la -40°C la 60°C). Circuitul intern adoptă o concepție anti-interferențe electromagnetice pentru a evita influențarea de către semnalele electromagnetice generate de modulul de comunicație și motorul UAV-ului și pentru a asigura transmisia stabilă a sunetului.

IV. Soluții de integrare a dispozitivelor acustice la distanță cu alte echipamente

În sistemul UAV, dispozitivele acustice la distanță trebuie integrate cu o varietate de echipamente pentru a forma un sistem colaborativ de tip „percepție – decizie – execuție”. Soluțiile specifice de integrare sunt următoarele:

• Integrare cu echipamente de percepție: Este conectat la camera înaltă definiție a UAV-ului, la imagineurul termic infraroșu și la radarul laser. Când camera identifică situații anormale, cum ar fi „adunare de personal” și „pătrundere ilegală”, sau imagineurul termic infraroșu detectează semne ale vieții în zona afectată de dezastru, declanșează automat dispozitivul acustic la distanță pentru a reda mesajul vocal corespunzător (de exemplu, „Este interzisă adunarea aici, vă rugăm să evacuați imediat” și „Personalul de salvare v-a găsit, vă rugăm să rămâneți liniștiți”). Radarul laser poate măsura cu precizie distanța până la țintă și ajută dispozitivul să ajusteze automat intensitatea sunetului, asigurând o claritate distinctă a sunetului în zona țintă.
• Integrare cu echipamente de comunicație: Este conectat la modulul de comunicație 4G/5G al UAV sau la modulul de comunicație prin satelit pentru a realiza control la distanță extrem de lung. Atunci când UAV-ul operează în zone îndepărtate fără semnale de rețea publică (cum ar fi zone muntoase și oceane), personalul de la sol poate trimite comenzi (cum ar fi comutarea modului de funcționare și actualizarea mesajelor vocale preînregistrate) către dispozitivul acustic prin intermediul legăturii satelitare. Dispozitivul poate transmite starea de funcționare (precum nivelul bateriei, volumul și informațiile despre defecțiuni) înapoi către platforma de comandă de la sol în timp real, facilitând monitorizarea la distanță și diagnosticarea defecțiunilor.
• Integrare cu echipamente de poziționare și navigație: În combinație cu sistemul de poziționare GPS/Beidou al UAV, atunci când acesta intră într-o zonă sensibilă predefinită (cum ar fi spațiul aerian de deasupra școlilor și spitalelor), dispozitivul acustic la distanță comută automat pe modul cu volum redus pentru a evita interferențele sonore. Atunci când UAV-ul părăsește traseul de operare (de exemplu, din cauza vântului care îl abate din zona de salvare), dispozitivul redă imediat un mesaj de alertă privind anomalia de poziție și transmite o alarmă către platforma de sol, ajutând operatorul să ajusteze traseul.
• Integrare cu echipamentul de lumină de avertizare: Este conectat la lumina LED de avertizare și la lumina stroboscopică a UAV-ului pentru a crea un efect de „coordonare sonor-luminos”. Când dispozitivul acustic la distanță activează modul de avertizare, se pornește sincron și lumina de avertizare (de exemplu, o lumină stroboscopică roșie). Prin stimularea dublă vizuală și auditivă, efectul de avertizare asupra țintei este intensificat. De exemplu, în cazul salvărilor nocturne, „coordonarea sonor-luminos” poate ajuta persoanele captivate să localizeze rapid poziția UAV-ului și să îmbunătățească eficiența operațiunii de salvare.

V. Avantajele principale ale combinației dintre dispozitivele acustice la distanță și UAV-uri

Comparativ cu dispozitivele acustice terestre tradiționale sau cu UAV-urile care operează izolat, combinarea dispozitivelor acustice la distanță cu UAV-urile poate oferi avantaje semnificative în multe aspecte:

• Extindeți zona de operare și eficiența: UAV-urile pot acoperi rapid o arie mare (o singură operațiune poate acoperi peste 10 kilometri pătrați). În combinație cu dispozitive acustice la distanță, eficiența transmisiei informațiilor este de 5 - 10 ori mai mare decât cea a difuzării manuale terestre. De exemplu, în cadrul campaniei de prevenire a epidemiei într-o comunitate de 5 kilometri pătrați, UAV-urile combinate cu dispozitive pot realiza o acoperire completă în mai puțin de 1 oră, în timp ce difuzarea manuală pe jos necesită 1 - 2 zile.
• Îmbunătățirea siguranței operațiunilor: În scenarii periculoase (cum ar fi locurile afectate de incendii sau zonele cu scurgeri de gaze toxice), dronele pot înlocui personalul pentru a pătrunde în zone cu risc ridicat. Dispozitivele acustice la distanță permit personalului de la sol să finalizeze transmiterea informațiilor și exercitarea de măsuri de descurajare fără a se apropia de mediile periculoase, reducând astfel semnificativ riscul de victime. De exemplu, în cazul unui accident prin explozie la o fabrică chimică, dronele pot transporta dispozitive pentru a intra pe scenă și transmite instrucțiuni de evacuare, evitând riscul de intoxicare al personalului de salvare.

Realizarea operațiunilor precise: Prin tehnologia de transmisie direcționată a sunetului și capacitatea de poziționare precisă a dronelor, sunetul poate fi transmis exact către zona țintă, evitând risipa de resurse și interferențele de mediu cauzate de difuzarea sonoră. De exemplu, în scenariul îndepărtării păsărilor de pe aeroport, dronele pot acoperi precis zona pistei cu unde sonore de respingere a păsărilor, fără a afecta zonele rezidențiale din apropiere.

• Reducerea costurilor de operare: Un UAV combinat cu un dispozitiv acustic la distanță poate înlocui munca a 3 - 5 angajați terestri. În plus, costul unei singure zboruri (energie electrică, întreținere) al UAV-ului este mai mic decât costul forței de muncă. Pe termen lung, aceasta poate reduce semnificativ investițiile în muncă și timp. De exemplu, în patrulele de securitate urbană, un UAV poate acoperi nevoile de patrulare a 3 - 4 străzi, iar costurile sunt reduse cu peste 40% în comparație cu patrulele manuale.

VI. Cazuri de aplicare a dispozitivelor acustice la distanță pe UAV-uri

Cazul 1: Aplicare colaborativă a UAV-urilor de îndepărtare a păsărilor și a dispozitivelor acustice la distanță în aeroporturi

Un aeroport internațional a introdus 10 UAV-uri de uz industrial, fiecare echipat cu un dispozitiv acustic la distanță, o cameră de înaltă definiție și un sistem de poziționare GPS. În timpul operațiunilor zilnice, UAV-urile patrulează în jurul pistelor și platformelor aeroportului conform traseelor predefinite. Atunci când camera identifică adunarea păsărilor, dispozitivul acustic la distanță comută automat în modul direcțional și redă sunetul unor păsări de pradă simulate (cum ar fi strigătul vulturilor). În același timp, prin combinarea cu unde ultrasonice de frecvență specifică, se realizează o respingere ecologică a păsărilor. Dacă păsările nu pleacă la timp, dispozitivul poate regla la distanță intensitatea și tipul sunetului prin intermediul platformei terestre pentru a continua respingerea. În plus, în perioada de vârf a decolărilor și aterizărilor aeronavelor, UAV-urile pot zbura la o altitudine de 50 de metri deasupra pistei și pot transmite mesajul sonor de avertizare „Dronele aeriene sunt interzise în zona liberă a aeroportului” către zonele învecinate, pentru a preveni pătrunderea ilegală a altor drone. După implementarea acestui sistem, numărul incidentelor de ciocnire cu păsări la aeroport a scăzut cu 90%, iar costul respingerii păsărilor s-a redus cu 60% față de echipamentele tradiționale de respingere a păsărilor de pe sol.

Cazul 2: Aplicare practică a dronelor pentru salvarea de incendii forestiere și dispozitive acustice la distanță

Într-o operațiune de salvare la un incendiu de pădure dintr-o zonă muntoasă, echipa de intervenție a utilizat 5 UAV-uri de salvare. Fiecare UAV era echipat cu un dispozitiv acustic la distanță, un imagineur termic infraroșu și un modul de comunicații satelitare. UAV-urile au evaluat rapid situația incendiului din aer. Atunci când imagineurul termic infraroșu a detectat persoane capturate la marginea zonei afectate de foc, dispozitivul acustic la distanță a fost activat imediat și a redat instrucțiunea vocală „Vă rugăm să vă deplasați către zona fără foc în direcția nord-vest, unde echipa de salvare a amenajat un adăpost temporar” în acea zonă. În același timp, dispozitivul a sincronizat informațiile de localizare ale persoanelor capturate către centrul de comandă terestru prin legătura satelitară, pentru a ajuta echipa de salvare să elaboreze traseul de intervenție. În zona în care incendiul se răspândea rapid, UAV-urile puteau patrula la 1 kilometru în fața frontului de foc și transmiteau informații de avertizare precum „Focul urmează să se extindă în zona XX, vă rugăm să evacuați imediat conform traseului predeterminat” către satele din jur, ajutând astfel locuitorii să evacueze din timp. În această operațiune de salvare, combinația dintre dispozitivul acustic la distanță și UAV-uri a ajutat echipa de intervenție să localizeze 12 persoane capturate în 3 ore, fără nicio victimă. Eficiența transmiterii informațiilor a fost de 8 ori mai mare decât cea a difuzării terestre tradiționale.