Практическое применение дистанционных акустических устройств на БПЛА

С глубоким проникновением технологии БПЛА в различные области, их особенности высокой перспективы и гибкой мобильности стали важной поддержкой в таких сценариях, как охранное наблюдение, аварийно-спасательные работы и общественное управление. Однако традиционные функции БПЛА в основном сосредоточены на сборе изображений и передаче данных, им не хватает эффективных возможностей звукового взаимодействия и сдерживания. Опираясь на ключевые преимущества направленной звукопередачи и дистанционного управления, удалённые акустические устройства образуют совместную систему «воздух-пространство-земля» вместе с БПЛА, эффективно устраняя недостаток звукового взаимодействия у БПЛА и дополнительно расширяя их прикладную ценность в сложных сценариях.

I. Сферы применения Удалённых акустических устройств, адаптированных для БПЛА

Сочетание удалённых акустических устройств с БПЛА точно соответствует следующим четырём основным сценариям, решая практические проблемы эксплуатации в различных областях:

• Сценарии общественной безопасности и видеонаблюдения: На массовых мероприятиях (например, концертах и спортивных событиях) БПЛА, оснащённые дистанционными акустическими устройствами, могут транслировать объявления о поддержании порядка в режиме реального времени (например, «Пожалуйста, соблюдайте порядок на месте, не создавайте скоплений»). Во время патрулирования городских территорий при обнаружении аномальных ситуаций, таких как скопление подозрительных лиц или предметов, брошенных с большой высоты, они могут направлять предупредительные звуковые сигналы и одновременно передавать данные о происходящем в наземный командный центр. На ключевых объектах, таких как аэропорты и железнодорожные линии, возможно осуществление воздушного сдерживания целей, незаконно вторгающихся на территорию (например, людей или транспортных средств, проникающих на взлётно-посадочную полосу).
• Сценарии аварийно-спасательных работ: после таких бедствий, как лесные пожары, наводнения и землетрясения, БПЛА могут быстро добраться до зоны бедствия. С помощью удалённых акустических устройств они могут транслировать маршрут спасения для людей, оказавшихся в ловушке (например: «Пожалуйста, двигайтесь в юго-восточном направлении к возвышенности, спасательная команда уже прибыла»), а также передавать информацию о безопасных способах избежать опасности. В морских поисково-спасательных операциях они могут подавать звуковые сигналы людям, упавшим за борт (например: «Оставайтесь на плаву, спасательное судно приближается»), одновременно помогая наземной команде определить точное местоположение цели. При поиске людей, пропавших в гористой местности, БПЛА могут циклически воспроизводить сообщения о пропавших, расширяя охват информацией.
• Сценарии экологической защиты и контроля за животными: в природных резерватах БПЛА, оснащённые дистанционными акустическими устройствами, могут транслировать предупредительные сообщения браконьерам, обеспечивая воздушное сдерживание. На территориях, таких как аэропорты и сельскохозяйственные угодья, они могут имитировать звуки естественных врагов (например, крики хищных птиц) или звуковые волны определённой частоты для экологического отпугивания птиц, предотвращая столкновения птиц с самолётами и повреждение посевов. При мониторинге маршрутов миграции диких животных они могут воспроизводить звуковые сигналы предупреждения для животных, приближающихся к зонам человеческой активности, с целью снижения конфликтов между людьми и дикой природой.
• Сферы государственных услуг и информационного оповещения: в чрезвычайных ситуациях, таких как профилактика эпидемий в городах и борьба с наводнениями, БПЛА могут нести оборудование для циклического вещания политических уведомлений в жилых районах и на улицах (например: «Пожалуйста, своевременно пройдите тест на нуклеиновую кислоту и соблюдайте меры личной защиты»). В сельских районах они могут доставлять фермерам руководства по сельскохозяйственным технологиям и разъяснения государственной политики. На туристических объектах они могут транслировать туристам рекомендации по безопасному поведению (например: «Пожалуйста, не отклоняйтесь от маршрута передвижения и будьте осторожны на скользких участках»), а также призывы к культурному поведению.

II. Основные потребности клиентов в Сценариях применения БПЛА

В сценариях применения БПЛА потребности клиентов в удалённых акустических устройствах сосредоточены вокруг «лёгкости, высокой эффективности и стабильности», что конкретно проявляется следующим образом:

• Малый вес и низкие нагрузки: Эффективная полезная нагрузка БПЛА ограничена (в основном 1–5 килограммов). Поэтому дистанционные акустические устройства должны быть небольшими по размеру и легкими (обычно не более 3 килограммов). Они могут быть интегрированы в корпус БПЛА или крепление, не влияя на продолжительность полета (должна обеспечиваться длительность одного полета более получаса) и устойчивость управления. В то же время они поддерживают быструю разборку и установку для удобства технического обслуживания.
• Требования к передаче звука на большие расстояния с высокой четкостью: Рабочая высота БПЛА в основном составляет от 50 до 100 метров. Поэтому устройство должно обеспечивать передачу звука на большие расстояния в условиях повышенной высоты. Эффективная дальность передачи звука в открытой местности должна составлять не менее 1 000 метров, при этом звуковой сигнал должен быть без искажений и посторонних шумов. Даже в ветреную, дождливую погоду и в шумной обстановке наземный персонал должен чётко получать информацию. Для конкретных целей требуется возможность направленной передачи звука, чтобы избежать его распространения и помех в нерелевантных зонах.
• Требования к дистанционному управлению и координации: поддерживается удаленное управление с помощью пульта дистанционного управления БПЛА или наземной командной платформы, включая регулировку громкости, воспроизведение заранее записанных голосовых сообщений и ввод голоса в реальном времени. Ручное приближение к БПЛА для настройки не требуется. В то же время устройство должно быть интегрировано с системой GPS-позиционирования БПЛА, высококачественной камерой и инфракрасным датчиком. Когда датчик обнаруживает цель (например, пострадавших людей или аномальные объекты), акустическое устройство автоматически активируется.
• Требования к экологической адаптации и безопасности: БПЛА в основном работают в сложных внешних условиях. Поэтому устройство должно обладать водонепроницаемостью, пылезащитой, ветрозащитой, а также устойчивостью к высоким и низким температурам, соответствовать степени защиты IP65 и стабильно работать в диапазоне температур от -40 °C до +60 °C и при силе ветра ниже 6 баллов. В то же время устройство должно отличаться низким энергопотреблением и иметь возможность прямого подключения к системе электропитания БПЛА, чтобы избежать влияния на работу из-за необходимости частой подзарядки. Что касается контроля интенсивности звука, необходимо соблюдать экологические стандарты, чтобы избежать повреждения слуха у людей и животных.

III. Основные характеристики дистанционных акустических устройств, адаптированных для БПЛА

Для удовлетворения потребностей сценариев использования БПЛА дистанционные акустические устройства должны обладать следующими целевыми техническими характеристиками, обеспечивающими эффективное взаимодействие с БПЛА:

• Ультралёгкая конструкция: корпус изготовлен из высокопрочных лёгких материалов (таких как углеродное волокно и инженерные пластики). Общий объём устройства не превышает 20 см × 20 см × 20 см, а вес — 3 кг. В то же время оптимизирована структурная компоновка для снижения сопротивления при полёте и предотвращения ухудшения аэродинамических характеристик БПЛА. Некоторые устройства имеют модульную конструкцию, что позволяет добавлять или удалять компоненты (например, дополнительные аккумуляторы и модули направленной передачи звука) в зависимости от требований операции, повышая адаптивность устройства.
• Высокий уровень звукового давления и широкая полоса частот на выходе: уровень звукового давления может достигать 130 дБ – 150 дБ, охватывая чувствительную для человеческого уха полосу частот от 200 Гц до 20000 Гц, что обеспечивает четкую различимость речевого сигнала. Используется профессиональный акустический алгоритм для оптимизации пути передачи звуковой волны и снижения затухания в воздухе. Даже на высоте 50 метров наземный персонал по-прежнему может четко принимать речевую информацию. В то же время поддерживается более 10 уровней регулировки интенсивности звука для адаптации к потребностям различных сценариев.
• Низкое энергопотребление и адаптация к различным источникам питания: используется низковольтный чип и энергосберегающая схема. Рабочее потребление энергии составляет менее 8 Вт, а в режиме ожидания — менее 2 Вт. Устройство может напрямую подключаться к системе питания литиевой батареи БПЛА без дополнительного резервного источника питания. Некоторые устройства оснащены встроенной маломощной резервной батареей, которая обеспечивает непрерывную работу устройства более чем на 1 час при отключении питания БПЛА, гарантируя бесперебойную передачу ключевой информации.
• Высокая устойчивость к воздействию окружающей среды: корпус соответствует степени защиты IP65 и может противостоять промыванию водой и проникновению пыли. В то же время устройство обладает ветроустойчивостью (стабильно работает при силе ветра ниже 6 баллов) и устойчивостью к высоким и низким температурам (нормально функционирует в диапазоне температур от -40 °C до +60 °C). Внутренняя электрическая цепь имеет защиту от электромагнитных помех, что позволяет избежать влияния электромагнитных сигналов, генерируемых модулем связи БПЛА и двигателем, и обеспечивает стабильную передачу звука.

IV. Решения по интеграции удалённых акустических устройств с другим оборудованием

В системе БПЛА удалённые акустические устройства необходимо интегрировать с различным оборудованием для формирования совместной системы «восприятие — принятие решений — исполнение». Конкретные решения по интеграции следующие:

• Интеграция с оборудованием восприятия: устройство связано с высококачественной камерой БПЛА, инфракрасным тепловизором и лазерным радаром. Когда камера обнаруживает аномальные ситуации, такие как «скопление людей» и «незаконное проникновение», или инфракрасный тепловизор фиксирует признаки жизни в зоне бедствия, автоматически активируется удалённое акустическое устройство для воспроизведения соответствующего голосового сообщения (например, «Сбор людей запрещён, немедленно покиньте территорию» и «Спасательные службы вас обнаружили, оставайтесь спокойны»). Лазерный радар может точно измерять расстояние до цели и помогать устройству автоматически регулировать громкость звука, обеспечивая чёткую слышимость в целевой зоне.
• Интеграция с оборудованием связи: устройство подключается к модулю 4G/5G или спутниковому модулю БПЛА для реализации сверхдальнего управления. Когда БПЛА работает в удалённых районах без сигналов общественной сети (например, в горных районах и над океанами), наземный персонал может отправлять команды (например, переключение режима работы и обновление предварительно записанных голосовых сообщений) на акустическое устройство через спутниковую связь. Устройство может передавать информацию о состоянии работы (например, уровень заряда, громкость и данные о неисправностях) на наземную командную платформу в режиме реального времени, что обеспечивает удалённый контроль и диагностику неисправностей.
• Интеграция с оборудованием позиционирования и навигации: в сочетании с системой позиционирования БПЛА GPS/Бэйдоу, когда БПЛА входит в заранее заданную чувствительную зону (например, воздушное пространство над школами и больницами), удаленное акустическое устройство автоматически переключается в режим низкой громкости, чтобы избежать шумового воздействия. Если БПЛА отклоняется от маршрута полета (например, из-за ветровой нагрузки отклоняется от зоны спасения), устройство немедленно воспроизводит предупреждение о нарушении положения и отправляет сигнал тревоги на наземную платформу, помогая оператору скорректировать маршрут.
• Интеграция с сигнальным световым оборудованием: устройство связано со светодиодной предупредительной лампой и стробоскопом БПЛА, формируя эффект "согласованной работы звука и света". Когда удаленное акустическое устройство переходит в режим предупреждения, сигнальный свет включается синхронно (например, красный стробоскоп). Благодаря двойному воздействию на зрение и слух, повышается эффективность предупреждения цели. Например, при ночной спасательной операции "согласованная работа звука и света" помогает пострадавшим быстро определить местоположение БПЛА и повышает эффективность спасения.

V. Ключевые преимущества сочетания удаленных акустических устройств и БПЛА

По сравнению с традиционными наземными акустическими устройствами или отдельно работающими БПЛА, сочетание удаленных акустических устройств и БПЛА обеспечивает значительные преимущества во многих аспектах:

• Расширение зоны действия и повышение эффективности: БПЛА могут быстро охватить большую территорию (одна операция может охватывать более 10 квадратных километров). В сочетании с удаленными акустическими устройствами эффективность передачи информации в 5–10 раз выше, чем при ручном оповещении на местности. Например, при информировании населения о мерах профилактики эпидемии в районе площадью 5 квадратных километров, БПЛА в сочетании с устройствами могут обеспечить полный охват территории менее чем за 1 час, тогда как информирование пешим обходом занимает 1–2 дня.
• Повышение безопасности операций: В опасных ситуациях (например, на местах пожаров или утечек токсичных газов) БПЛА могут заменить персонал, входя в зоны высокого риска для выполнения работ. Устройства дистанционной акустической связи позволяют наземному персоналу осуществлять передачу информации и оказывать сдерживающее воздействие, не приближаясь к опасным зонам, что значительно снижает риск гибели или травмирования людей. Например, при аварии на химическом заводе БПЛА могут доставить оборудование на место происшествия для трансляции инструкций об эвакуации, избегая риска отравления спасателей.

Обеспечение точности операций: Благодаря направленной акустической передаче и точным навигационным возможностям БПЛА звук может быть точно направлен в целевую зону, что позволяет избежать потерь ресурсов и акустического загрязнения окружающей среды из-за рассеяния звука. Например, при отпугивании птиц в аэропортах БПЛА могут точно покрыть зону взлётно-посадочной полосы отпугивающими звуковыми волнами, не создавая помех для жилых районов поблизости.

• Снижение эксплуатационных расходов: один БПЛА в сочетании с дистанционным акустическим устройством может заменить работу 3–5 наземных сотрудников. Кроме того, стоимость одного полета (электроэнергия, техническое обслуживание) БПЛА ниже, чем затраты на оплату труда. Долгосрочная эксплуатация позволяет значительно сократить инвестиции в рабочую силу и время. Например, при патрулировании городской безопасности один БПЛА может охватить потребности в патрулировании 3–4 улиц, а расходы снижаются более чем на 40% по сравнению с ручным патрулированием.

VI. Примеры применения дистанционных акустических устройств на БПЛА

Пример 1: Совместное применение отпугивания птиц с помощью БПЛА и дистанционных акустических устройств в аэропортах

Международный аэропорт внедрил 10 промышленных БПЛА, каждый из которых оснащён дистанционным акустическим устройством, высококачественной камерой и системой позиционирования GPS. В ходе ежедневной эксплуатации БПЛА патрулируют взлётно-посадочные полосы и перроны аэропорта по заранее заданным маршрутам. Когда камера обнаруживает скопление птиц, дистанционное акустическое устройство автоматически переходит в направленный режим и воспроизводит звуки, имитирующие крики хищных птиц (например, звук крика орла). Одновременно с этим, в сочетании с ультразвуковыми волнами определённой частоты, достигается экологическое отпугивание птиц. Если птицы не покидают территорию вовремя, устройство может дистанционно регулировать уровень громкости и тип звукового сигнала через наземную платформу для продолжения отпугивания. Кроме того, в периоды интенсивного движения самолётов при взлёте и посадке БПЛА могут патрулировать на высоте 50 метров над взлётно-посадочной полосой и транслировать предупреждающее сообщение: «Полёты беспилотных летательных аппаратов запрещены в зоне безопасности аэропорта» в окружающие районы, чтобы предотвратить незаконное вторжение других БПЛА. После реализации этой системы количество инцидентов со столкновением птиц с самолётами в аэропорту сократилось на 90 %, а расходы на отпугивание птиц снизились на 60 % по сравнению с традиционным наземным оборудованием.

Случай 2: Практическое применение БПЛА для тушения лесных пожаров и дистанционных акустических устройств

В ходе спасательной операции при лесном пожаре в гористой местности спасательная команда задействовала 5 спасательных БПЛА. Каждый БПЛА был оснащён дистанционным акустическим устройством, инфракрасным тепловизором и модулем спутниковой связи. БПЛА быстро провели воздушную разведку обстановки с огнём. Когда инфракрасный тепловизор обнаружил людей, оказавшихся в ловушке на краю зоны пожара, дистанционное акустическое устройство немедленно активировалось и воспроизвело голосовую инструкцию: «Пожалуйста, перемещайтесь в безопасную зону в северо-западном направлении, где спасательная команда организовала временный укрытие». Одновременно устройство передавало информацию о местоположении пострадавших в наземный командный центр через спутниковую связь, чтобы помочь спасательной команде определить маршрут эвакуации. В районах, где огонь быстро распространялся, БПЛА могли двигаться на 1 километр впереди линии огня и транслировать предупреждение в ближайшие деревни: «Огонь скоро достигнет района XX, срочно эвакуируйтесь по заранее установленному маршруту», что позволяло жителям своевременно покинуть опасную зону. В ходе этой спасательной операции сочетание дистанционного акустического устройства с БПЛА позволило спасательной команде обнаружить 12 человек, оказавшихся в ловушке, в течение 3 часов без каких-либо жертв. Эффективность передачи информации была в 8 раз выше по сравнению с традиционным наземным оповещением.