Практическое применение дистанционных акустических устройств на беспилотных транспортных средствах

С быстрым развитием технологий беспилотных транспортных средств их сферы применения постоянно расширяются, охватывая области от инспекции в закрытых парках до движения по открытым дорогам, от аварийно-спасательных работ до патрулирования безопасности. Однако беспилотные транспортные средства лишены возможностей человека-водителя к оперативной коммуникации и сдерживанию, что делает их уязвимыми к возникновению опасных ситуаций в сложных условиях. Используя свои ключевые преимущества — точную передачу звука и гибкое дистанционное управление, удалённые акустические устройства стали важным компонентом, позволяющим устранить этот недостаток беспилотных транспортных средств, обеспечивая надёжную поддержку их безопасной эксплуатации в различных условиях.

I. Сферы применения Удалённые акустические устройства Для беспилотных транспортных средств

Сферы применения дистанционных акустических устройств на беспилотных транспортных средствах в основном сосредоточены в областях, требующих коммуникации, предупреждения и сдерживания, и охватывают следующие ключевые сценарии:

• Сценарии осмотра на парковках и в заводских помещениях: когда беспилотные транспортные средства выполняют задачи инспекции на промышленных парках, логистических терминалах и крупных заводах, они должны предупреждать персонал, незаконно входящий в зону, а также автотранспорт, припаркованный с нарушением правил. В то же время они должны доставлять рабочие уведомления и напоминания по технике безопасности сотрудникам на территории парка.
• Сценарии аварийно-спасательных работ: после таких стихийных бедствий, как землетрясения и наводнения, когда беспилотные транспортные средства проникают в зоны с находящимися в ловушке людьми для выполнения разведывательных задач, им необходимо устанавливать контакт со спасаемыми с помощью звука, чтобы определить их местоположение и состояние здоровья, а также информировать о ходе спасательной операции и давать указания по эвакуации. На месте лесного пожара беспилотные транспортные средства могут использовать дистанционные акустические устройства для оповещения жителей или сотрудников в окрестностях о пожаре и маршрутах эвакуации.
• Сценарии обеспечения безопасности и пограничного патрулирования: когда беспилотные транспортные средства патрулируют такие зоны, как аэропорты, железнодорожные пути и приграничные районы, они должны отпугивать подозрительных лиц и цели незаконного проникновения путем направленной передачи предупреждающей информации. В то же время необходимо передавать информацию о ситуации на месте в тыловой командный центр для содействия разработке планов реагирования.

II. Основные потребности клиентов в сценариях использования беспилотных транспортных средств

В применении беспилотных транспортных средств потребности клиентов в удалённых акустических устройствах сосредоточены вокруг трёх ключевых аспектов: «безопасность, эффективность и точность», которые конкретно заключаются в следующем:

• Потребность в реальном времени связи: Оборудование должно обеспечивать дальнюю и четкую передачу голоса, чтобы гарантировать отсутствие задержек и искажений при обмене информацией между беспилотным транспортным средством и окружающими людьми. Особенно в шумных условиях (например, в зонах строительства парков и на городских перекрестках) звуковой сигнал должен пробивать фоновый шум, чтобы получатель мог точно воспринимать информацию.
• Потребность в точном сдерживании: Для подозрительных объектов или опасного поведения оборудование должно иметь возможность направленной подачи звука, чтобы избежать распространения звука и помех в несвязанных областях. В то же время интенсивность звука должна регулироваться таким образом, чтобы обеспечить эффективное сдерживание, не причиняя постоянного повреждения слуха у людей.
• Требования к дистанционному управлению и координации: поддержка дистанционного управления через систему управления беспилотного транспортного средства или тыловую командную платформу, включая регулировку громкости, переключение режимов работы и воспроизведение заранее записанных голосовых сообщений. Настройка не требует физического приближения к беспилотному транспортному средству. В то же время устройство должно взаимодействовать с датчиками восприятия на беспилотном транспортном средстве, такими как радары и камеры. При обнаружении датчиками аномальной ситуации акустическое оборудование автоматически активируется.
• Требования к устойчивости к внешним условиям: беспилотные транспортные средства в основном эксплуатируются на открытом воздухе, поэтому оборудование должно выдерживать суровые условия, такие как высокие и низкие температуры, дождь и пыль. Оно должно обеспечивать стабильную работу без сбоев и отключений в диапазоне температур от -40 °C до +60 °C, при сильном дожде (степень защиты IP65) и в условиях песчаной бури.

III. Основные характеристики дистанционных акустических устройств, адаптированных для беспилотных транспортных средств

Для удовлетворения потребностей в сценариях эксплуатации беспилотных транспортных средств акустические устройства дистанционного действия должны обладать следующими целевыми характеристиками:

• Миниатюрная и лёгкая конструкция: размер оборудования должен соответствовать месту установки на беспилотном транспортном средстве, оно может монтироваться на крыше, боковой стороне кузова и других позициях. Вес должен быть ограничен пределом в 3 килограмма, чтобы не увеличивать нагрузку на беспилотное транспортное средство и не влиять на срок работы аккумулятора и устойчивость движения. В то же время используется модульная структура, что упрощает механическое соединение, демонтаж и обслуживание вместе с беспилотным транспортным средством.
• Гибкое переключение между направленными и всенаправленными устройствами: поддерживается переключение между направленными устройствами (с углом покрытия звука 30°) и всенаправленными устройствами (покрытие звука 360°). Направленные устройства используются для точного предупреждения или сдерживания конкретных целей, а режим всенаправленного устройства применяется для трансляции информации в обширной прилегающей зоне. Переключение между двумя типами устройств может быть быстро выполнено посредством удалённых команд, а время отклика контролируется на уровне миллисекунд.
• Широкая полоса частот и высокий уровень звукового давления: охватывает чувствительную для человеческого уха полосу частот от 200 Гц до 20000 Гц, обеспечивая четкую различимость речевого сигнала. Уровень звукового давления может достигать 130 дБ – 150 дБ, эффективное расстояние передачи в открытой местности составляет не менее 800 метров, что удовлетворяет потребности беспилотных транспортных средств в связи и сдерживании на средних и дальних дистанциях.
• Многофункциональная адаптация питания и низкое энергопотребление: поддерживает подключение к бортовой системе электропитания беспилотного транспортного средства, а также оснащена встроенной резервной литий-ионной батареей. В случае отказа бортового питания резервная батарея обеспечивает непрерывную работу оборудования более 4 часов. В режиме ожидания энергопотребление оборудования составляет менее 5 Вт, что снижает нагрузку на аккумулятор беспилотного транспортного средства.
• Степень защиты IP65 и способность к подавлению помех: корпус имеет конструкцию, защищенную от воды и пыли, соответствует стандарту защиты IP65 и может нормально работать в условиях сильного дождя и пыльной погоды. Внутренняя схема обладает электромагнитной устойчивостью к помехам, что позволяет избежать влияния электромагнитных сигналов, генерируемых радаром, средствами связи и другими компонентами беспилотного транспортного средства, и обеспечивает стабильную передачу звука.

IV. Решения по интеграции удалённых акустических устройств с другим оборудованием

В системе беспилотного транспортного средства удаленные акустические устройства не работают автономно, а интегрируются с различным оборудованием, образуя согласованную систему. К типичным решениям интеграции относятся:

• Интеграция с оборудованием восприятия: устройство связано с лазерным радаром, миллиметровым радиоволновым радаром, камерой высокого разрешения и инфракрасным тепловизором беспилотного транспортного средства. Когда радар или камера обнаруживают пешеходов и препятствия впереди или выявляют аномальные события, такие как «вторжение персонала в запретную зону» и «движение транспортного средства задним ходом», автоматически посылается сигнал-триггер на удаленное акустическое устройство. Устройство автоматически воспроизводит соответствующий голосовой сигнал в зависимости от типа события (например, «Впереди пешеходы, будьте внимательны, снизьте скорость» и «Это запретная зона, немедленно покиньте её»). В то же время информация об аномалии передается в центральный командный пункт.
• Интеграция с оборудованием связи: устройство подключается к модулю связи 4G/5G или спутниковому модулю беспилотного транспортного средства для реализации сверхдальнего управления. Когда беспилотное транспортное средство выполняет задачи в отдалённых районах без сигналов общественной сети (например, на границах и в горных районах), персонал тылового командования может отправлять команды акустическому устройству через спутниковую связь для регулировки звуковых параметров или переключения режима работы. В то же время устройство может передавать информацию о состоянии работы (например, уровень заряда, текущая громкость и данные о неисправностях) обратно на командную платформу в режиме реального времени, что обеспечивает удалённый контроль.
• Интеграция с предупредительным световым оборудованием: устройство связано со светодиодной сигнальной лампой и стробоскопом беспилотного транспортного средства, создавая эффект предупреждения «с координацией звука и света». Когда акустическое устройство переходит в режим предупреждения, сигнальный свет включается синхронно. Благодаря двойному воздействию на зрение и слух повышается эффективность оповещения окружающих. Например, при повороте беспилотного транспортного средства одновременно активируются «указатель поворота + голосовое оповещение», что позволяет пешеходам легче воспринимать направление движения ТС.
• Интеграция с оборудованием позиционирования и навигации: в сочетании с системой позиционирования GPS/Beidou беспилотного транспортного средства, когда оно въезжает в заданную зону (например, вокруг школ и больниц), акустическое устройство автоматически переключается в «режим тихого звучания», чтобы избежать воздействия громкого звука на чувствительные участки. Когда беспилотное транспортное средство отклоняется от запланированного маршрута и попадает в опасную зону (например, строительный участок или затопленный участок), устройство автоматически воспроизводит предупредительный голосовой сигнал, чтобы напомнить окружающим людям держаться подальше, и отправляет командному центру сигнал тревоги о неисправности местоположения.

V. Ключевые преимущества комбинации удалённых акустических устройств и беспилотных транспортных средств

По сравнению с традиционным ручным управлением или автономными акустическими устройствами, сочетание удалённых акустических устройств и беспилотных транспортных средств позволяет реализовать преимущества в различных аспектах:

• Повышение безопасности и надежности: отсутствует необходимость в ручном выполнении задач в опасных условиях (таких как зоны бедствий и пограничные конфликтные районы) для завершения коммуникационных и сдерживающих операций, что снижает риск гибели персонала. В то же время взаимодействие между устройством и системой восприятия беспилотного транспортного средства позволяет быстро реагировать на аномальные ситуации и избегать аварий, вызванных задержками ручного реагирования. Например, на месте пожара беспилотное транспортное средство доставляет акустическое устройство к краю огневого участка, и командный персонал общается с людьми, оказавшимися в ловушке, через это устройство из безопасной зоны, не подвергая пожарных риску проникновения в глубину пожара.
• Расширение диапазона и эффективности работы: беспилотные транспортные средства могут непрерывно передвигаться в течение длительного времени (срок работы аккумулятора составляет 8–12 часов). В сочетании с удаленными акустическими устройствами они могут охватывать более обширную территорию для выполнения задач. По сравнению с ручным патрулированием или стационарными акустическими устройствами эффективность работы увеличивается в 3–5 раз. Например, на промышленном парке площадью 50 км² беспилотное транспортное средство в сочетании с акустическим устройством может завершить осмотр всей территории и доставку уведомлений по вопросам безопасности в течение 4 часов, тогда как ручной осмотр занимает 2–3 дня.
• Снижение эксплуатационных расходов: уменьшает зависимость от рабочей силы. Одно беспилотное транспортное средство может заменить работу 2–3 инспекторов, а длительная эксплуатация позволяет значительно сократить затраты на оплату труда. В то же время модульная конструкция и низкое энергопотребление удалённого акустического устройства обеспечивают низкие затраты на обслуживание и длительный срок службы (более 5 лет при нормальном использовании), что дополнительно снижает общие эксплуатационные расходы.
• Реализация точного и интеллектуального управления: благодаря взаимодействию с системой управления и командной платформой беспилотного транспортного средства возможно статистически анализировать рабочие данные акустического устройства (например, время использования, количество срабатываний и зона покрытия), что помогает оптимизировать маршрут обследования и планирование задач для беспилотного транспортного средства. Например, по результатам анализа данных может быть выявлено, что в определённой зоне часто происходят случаи «несанкционированного проникновения персонала на территорию». В этом случае можно скорректировать частоту патрулирования беспилотным транспортным средством данной зоны, а также оптимизировать текст предупредительного голосового сообщения акустического устройства, чтобы повысить эффективность оповещения.

VI. Примеры применения дистанционных акустических устройств на беспилотных транспортных средствах

Пример: практическое применение беспилотных транспортных средств для аварийно-спасательных работ и дистанционных акустических устройств

При спасательной операции после горного землетрясения спасательная команда задействовала 3 аварийных спасательных беспилотника. Беспилотники были оснащены дистанционными акустическими устройствами, инфракрасными тепловизорами и спутниковыми модулями связи и вошли в зону бедствия, где дороги были разрушены. Когда беспилотники перемещались вокруг руин, инфракрасный тепловизор обнаружил признаки жизни под обломками. Акустическое устройство было немедленно активировано, и в этом районе прозвучал голос: «Пожалуйста, сохраняйте спокойствие, спасатели уже на подходе, подайте звуковой сигнал, чтобы указать своё местоположение». В то же время спасатели дистанционно регулировали громкость устройства через спутниковую связь, чтобы звук мог достигать глубины обломков, не причиняя вреда пострадавшим из-за чрезмерной громкости. Когда оказавшиеся в ловушке люди ответили стуком по металлической трубе, микрофон беспилотника зафиксировал звуковой сигнал и вместе с направленной функцией акустического устройства помог определить их местонахождение, обеспечив точное наведение для последующего спасения. В ходе этой операции сочетание дистанционного акустического устройства с беспилотником позволило спасательной команде обнаружить трёх пострадавших в течение двух часов, что значительно повысило эффективность по сравнению с традиционным ручным поиском, а также позволило избежать риска для спасателей при входе в нестабильные зоны руин.