Tillämpningspraxis för fjärrstyrd ljudutrustning på UAV:er

Med den djupgående genomträngningen av UAV-teknik inom olika områden har dess egenskaper med högplacerad perspektiv och flexibel rörlighet blivit viktiga stöd i scenarier såsom säkerhetsövervakning, nödinsatser och offentlig förvaltning. Dock fokuserar de traditionella funktionerna hos UAV:er främst på bildinsamling och datatransmission, och saknar effektiva ljudinteraktions- och avskräckningsfunktioner. Genom att utnyttja kärnfördelarna med riktad ljudöverföring och fjärrstyrning skapar fjärrakustiska enheter ett samarbete mellan "luft-rum-mark" tillsammans med UAV:er, vilket effektivt kompenserar för bristen på ljudinteraktion hos UAV:er och ytterligare utvidgar deras tillämpningsvärde i komplexa scenarier.

I. Tillämpningsscenarier för Fjärrakustiska enheter anpassade för UAV:er

Kombinationen av fjärrakustiska enheter och UAV:er matchar exakt följande fyra kärnscenarier, vilket löser praktiska driftrelaterade problem inom olika områden:

• Scenarier för offentlig säkerhet och säkerhetsövervakning: Vid storskaliga evenemang (till exempel konserter och sportevenemang) kan drönare utrustade med fjärrstyrd ljudutrustning sända meddelanden om ordningsupprätthållande i realtid (till exempel "Var god följ anvisningarna på platsen och undvik trängsel"). Under urbana säkerhetspatrulleringar kan de riktat överföra varningsljud vid upptäckt av ovanliga situationer, såsom samlade misstänkta personer eller aktiviteter i hög höjd, samt synkronisera aktuella händelser till markens kommandocentral. I kritiska områden som flygplatser och järnvägssträckor kan de användas för luftburen avskräckning mot olagliga intrång (till exempel personer eller fordon som tränger in på startbanan).
• Nödåtgärdsscenarier: Efter katastrofer såsom skogsbränder, översvämningar och jordbävningar kan UAV:er snabbt nå områden som drabbats av olyckan. Genom fjärrstyrd ljudutrustning kan de sända räddningsvägar till de fastslagna personerna (till exempel "Beakta att flytta er åt sydost till högre mark, räddningsteamet har anlänt") och förmedla kunskap om säkra riskminimerande åtgärder. Vid sjöräddning kan de ge positioneringspåminnelser till personer som fallit i vattnet (till exempel "Håll er flytande, räddningsfartyget närmar sig"), samt samtidigt hjälpa markteamet att lokalisera målets position. Vid sök- och räddningsinsatser för personer som är försvunna i bergiga områden kan de spela saknadsnotiser i loop för att utöka informationsomfattningen.
• Ekologisk skydd och djurkontrollscenarier: I naturreservat kan drönare utrustade med fjärrstyrd ljudutrustning sända varningsljud till illegala viltrovare för att skapa en luftburen avskräckning. I områden som flygplatser och åkermark kan de simulera ljud från naturliga fiender (till exempel rovfågels läten) eller specifika frekvenser för att uppnå ekologisk fågelskrämmning, och därigenom undvika kollisioner mellan fåglar och flygplan samt skador på grödor orsakade av fåglar. Vid övervakning av vildlivets migrationsrutter kan de spela upp varningsljud för djur som närmar sig områden med mänsklig aktivitet, för att minska konflikter mellan människor och vilda djur.
• Offentliga tjänster och informationsscenarier: Vid nödsituationer som urbana epidemibekämpnings- och översvämningsskyddsinsatser kan drönare utrustas med enheter för att upprepa policymeddelanden i bostadsområden och på gator (till exempel "Vänligen genomför era nukleinsyratester i tid och se till personlig skydd"). På landsbygden kan de leverera handledning i jordbruksteknik och förklaringar av politik till bybor. På turistmål kan de sända säkerhetsråd till resenärer (till exempel "Vänligen följ den angivna ruttplaneringen och vara försiktig mot halka") samt kampanjer för ansvarsfull resande.

II. Kundernas kärnbehov inom Drönarscenarier

I drönaranvändningsscenario handlar kundernas behov av fjärrstyrd ljudutrustning om "lättvikt, hög effektivitet och stabilitet", vilket mer specifikt visar sig enligt följande:

• Låg vikt och belastningskrav: Den effektiva lasten för drönare är begränsad (främst 1–5 kilogram). Därför måste fjärrstyrd ljudutrustning vara liten i storlek och lätt i vikt (vanligtvis under 3 kilogram). Den ska kunna integreras på drönarens kaross eller fästplattan utan att påverka flygtiden (som måste säkerställa ett kontinuerligt flyg på mer än en halvtimme) och styrstabiliteten. Samtidigt ska den stödja snabb demontering och installation för att underlätta underhåll av utrustningen.
• Krav på ljudöverföring över långt avstånd med klar ton: Drönarnas operativa höjd är oftast 50–100 meter. Därför krävs att enheten kan överföra ljud över långa avstånd i en hög höjd. Effektiv räckvidd för ljudöverföring i oblockerade scenarier ska vara minst 1 000 meter, och ljudsignalen får inte ha någon distortion eller brus. Även i blåsigt, regnigt och bullrigt väder ska markpersonal kunna tydligt ta emot informationen. För specifika mål krävs förmåga till riktad ljudöverföring för att undvika att ljud sprids och stör orelaterade områden.
• Krav på fjärrstyrning och samordning: Stöder fjärrstyrning via UAV:s fjärrkontroll eller markens kommandoplattform, inklusive volymjustering, uppspelning av förinspelade röster och inspelning av röst i realtid. Inget manuellt tillvägagångssätt till UAV krävs för inställning. Samtidigt måste det kopplas samman med UAV:s GPS-positionering, högupplöst kamera och infraröd sensor. När sensorn upptäcker ett mål (till exempel personer som är fastslagna eller avvikande mål) aktiveras ljudanordningen automatiskt.
• Miljöanpassning och säkerhetskrav: UAV:er opererar främst i komplexa utomhusmiljöer. Därför måste enheten ha vattentät, dammtät, vindtålig samt hög- och lågtemperaturbeständig kapacitet, uppfylla skyddsnivån IP65 och kunna fungera stabilt inom ett temperaturområde från -40°C till 60°C samt vid vindstyrka under nivå 6. Samtidigt krävs att den har låg energiförbrukning och kan anslutas direkt till UAV:s strömförsörjningssystem för att undvika påverkan på verksamheten på grund av ofta laddning. När det gäller ljudintensitetskontroll krävs att den följer miljöskyddsstandarder för att undvika hörskador hos personal och djur.

III. Kärnegenskaper hos fjärrstyrd ljudutrustning anpassad för UAV:er

För att möta behoven i UAV-scenarier måste fjärrstyrd ljudutrustning ha följande målinriktade tekniska egenskaper för att säkerställa effektiv samverkan med UAV:er:

• Ultra-lätvikt design: Skal är tillverkat av höghållfasta lättviktmaterial (till exempel kolfiber och tekniska plaster). Den totala volymen av enheten hålls inom 20 cm × 20 cm × 20 cm, och vikten överstiger inte 3 kg. Samtidigt är den strukturella layouten optimerad för att minska flygmotståndet och undvika negativ påverkan på UAV:s aerodynamiska prestanda. Vissa enheter har en modulär design, där komponenter (till exempel extra batterier och riktade ljudöverföringsmoduler) kan läggas till eller tas bort beroende på driftbehov, vilket förbättrar anpassningsförmågan.
• Hög ljudtrycksnivå och brett frekvensband: Ljudtrycksnivån kan nå upp till 130 dB – 150 dB och täcker det för mänskliga örat känsliga frekvensområdet 200 Hz – 20 000 Hz, vilket säkerställer att röstsignalen är tydligt åtskiljbar. En professionell akustisk algoritm används för att optimera ljudvågöverföringsvägen och minska luftdämpning. Även på en höjd av 50 meter kan markpersonal fortfarande tydligt ta emot röstinformationen. Samtidigt stöder den mer än 10 nivåer av ljudintensitetsjustering för att anpassa sig till behoven i olika scenarier.
• Låg effektförbrukning och multi-el-anpassning: En lågprestandakrets och en energisparende kretskonstruktion används. Driftseffektförbrukningen är mindre än 8 W och väntelägeffektförbrukningen är mindre än 2 W. Den kan anslutas direkt till UAV:s litiumbatteri utan extra reservkraft. Vissa enheter har ett inbyggt mikro reservbatteri som kan upprätthålla enhetens kontinuerliga drift i mer än 1 timme om UAV:s strömförsörjning avbryts, vilket säkerställer att överföringen av nyckelinformation inte avbryts.
• Stark miljöanpassningsförmåga: Skaluppsättningen uppfyller skyddsnivån IP65 och kan motstå regn och inkräktning av sand och damm. Samtidigt har den vindbeständighet (kan fungera stabilt vid vindstyrka under nivå 6) samt beständighet mot höga och låga temperaturer (kan fungera normalt inom ett temperaturintervall från -40°C till 60°C). Den interna kretsen har en design med skydd mot elektromagnetisk störning för att undvika påverkan från de elektromagnetiska signaler som genereras av UAV:s kommunikationsmodul och motor, och säkerställer stabil ljudöverföring.

IV. Integrationslösningar för fjärrstyrd ljudutrustning med annan utrustning

I UAV-systemet måste fjärrstyrda ljudenheter integreras med olika typer av utrustning för att bilda ett samarbetsystem för "perception – beslutsfattande – exekvering". De specifika integrationslösningarna är följande:

• Integration med perceptionsutrustning: Den är kopplad till UAV:s högupplösta kamera, infraröd termisk avbildare och laser radar. När kameran identifierar avvikande situationer såsom "personsamling" och "olaga intrång", eller när den infraröda termiska avbildaren upptäcker tecken på liv i katastrofområdet, aktiveras automatiskt en fjärrstyrd akustisk anordning som spelar upp motsvarande röstmeddelande (till exempel "Det är förbjudet att samlas här, vänligen lämna området omedelbart" och "Räddningspersonalen har hittat dig, var vänlig stanna lugn"). Laser radarn kan exakt mäta målets avstånd och hjälpa anordningen att automatiskt justera ljudstyrkan för att säkerställa att ljudet i målområdet är tydligt hörbart.
• Integration med kommunikationsutrustning: Den är ansluten till UAV:s 4G/5G-kommunikationsmodul eller satellitkommunikationsmodul för att möjliggöra kontroll över mycket långa avstånd. När UAV:n opererar i avlägsna områden utan publikt nätverkssignaler (till exempel bergsområden och oceaner) kan markpersonal skicka kommandon (såsom att byta driftläge och uppdatera förinspelad röst) till ljudanordningen via satellitlänken. Anordningen kan överföra driftstatus (till exempel batterinivå, volym och felinformation) i realtid tillbaka till markens kommandoplattform, vilket underlättar fjärrövervakning och felsökning.
• Integration med positionerings- och navigationsutrustning: I kombination med UAV:s GPS/Beidou-positioneringssystem, när UAV:n kommer in i ett förinställt känsligt område (till exempel luftområdet ovanför skolor och sjukhus), växlar den fjärrstyra akustiska enheten automatiskt till lågvolymeläge för att undvika bullerstörningar. När UAV:n avviker från sin arbetsrutt (till exempel på grund av vindkraft som för den ut ur räddningsområdet), spelar enheten omedelbart upp en varning om positionsavvikelse och skickar ett larm till markplattformen för att hjälpa operatören att justera rutten.
• Integration med varningsljusequipment: Den är kopplad till UAV:s LED-varningsljus och blitzljus för att skapa en "ljus- och ljudkoordinering". När det fjärrstyrdakustiska enheten aktiverar varningsläge tänds varningsljuset samtidigt (till exempel ett rött blitzljus). Genom dubbel stimulans av syn och hörsel förstärks varningseffekten på målet. Till exempel kan "ljus- och ljudkoordinering" vid nattlig räddning hjälpa personer i nöd att snabbt lokalisera UAV:s position och därmed förbättra räddningseffektiviteten.

V. Kärnfördelar med kombinationen av fjärrstyrdakustiska enheter och UAV:er

Jämfört med traditionella markbaserade akustiska enheter eller UAV:er som opererar enskilt kan kombinationen av fjärrstyrdakustiska enheter och UAV:er erbjuda betydande fördelar inom många områden:

• Förbättra räckvidden och effektiviteten: UAV kan snabbt täcka ett stort område (en enda operation kan täcka mer än 10 kvadratkilometer). I kombination med fjärrbaserade akustiska anordningar är informationsöverförings effektivitet 5-10 gånger högre än vid markbaserad manuell sändning. När man till exempel vill sprida information om förebyggande av epidemier i ett område på 5 kvadratkilometer kan UAV kombinerat med apparater täcka hela området inom en timme, medan manligt spridande tar 1 - 2 dagar.
• Förbättra driftsäkerheten: I farliga scenarier (till exempel brandplatser och områden med läckage av giftiga gaser) kan UAV:er ersätta personal genom att ta sig in i högriskområden för att utföra arbete. Fjärrstyrd ljudutrustning gör det möjligt för markpersonal att genomföra informationsöverföring och avskräckande åtgärder utan att behöva närma sig farliga miljöer, vilket kraftigt minskar risken för personskador. Till exempel kan UAV:er vid en olycka med explosion i en kemisk anläggning bära utrustning in till platsen för att sända evakueringsinstruktioner, och därmed undvika risk för förgiftning av räddningspersonal.

Uppnå exakt drift: Genom riktad ljudöverföringsteknik och UAV:ernas noggranna positioneringsförmåga kan ljudet exakt överföras till målområdet, vilket undviker slöseri med resurser och störningar i omgivningen orsakade av spridning av ljud. Till exempel kan UAV:er i scenarier med fågelskrämsel på flygplatser exakt täcka hela landningsbanans område med skrämselljud utan att påverka de omgivande bostadsområdena.

• Minska driftskostnader: En UAV kombinerad med en fjärrstyrd ljudanordning kan ersätta arbetsbelastningen för 3–5 markpersonal. Dessutom är kostnaden för ett enskilt flyg (elavgift, underhållsavgift) lägre än arbetskraftskostnaden. Långsiktig drift kan avsevärt minska investeringar i arbetskraft och tid. Till exempel kan en UAV inom stadssäkerhetspatrullering täcka patrullbehovet för 3–4 gator, vilket minskar kostnaderna med mer än 40 % jämfört med manuella patrulleringar.

VI. Tillämpningsfall för fjärrstyrda ljudanordningar på UAV:er

Fall 1: Samverkan mellan UAV:s fågelskrämma och fjärrstyrda ljudanordningar på flygplatser

En internationell flygplats introducerade 10 industriella UAV:ar, var och en utrustad med en fjärrstyrd akustisk anordning samt en högupplöslig kamera och ett GPS-positioneringssystem. Under dagliga operationer patrullerar UAV:arna runt flygplatsens startbanor och parkeringsplatser enligt förinställda rutter. När kameran identifierar samlade fåglar växlar den fjärrstyrda akustiska anordningen automatiskt till riktat läge och spelar upp ljud av simulerade rovfåglar (till exempel örnars läten). Samtidigt uppnås ekologisk fågelskrämsel genom kombination med specifika frekvensers ultraljudsvågor. Om fåglarna inte lämnar området i tid kan anordningen via markplattformen på distans justera ljudstyrka och ljudtyp för att fortsätta skrämma bort dem. Dessutom kan UAV:arna under perioder med högsta trafik av avgångar och landningar cirkulera på 50 meters höjd ovanför startbanan och sända varningsmeddelandet "Drönare är förbjudna i flygplatsens frizoner" till omgivningen, för att förhindra olaglig ingång av andra drönare. Efter genomförandet av denna lösning minskade antalet fågelkollisioner vid flygplatsen med 90 %, och kostnaden för fågelskrämsel minskade med 60 % jämfört med traditionell markbaserad fågelskrämselutrustning.

Fall 2: Praktisk tillämpning av UAV:s för skogsbrandsbekämpning och fjärrstyrd ljudutrustning

Vid en räddningsinsats för skogsbrand i ett bergigt område satte räddningsteamet in 5 räddningsdrönare. Varje drönare var utrustad med en fjärrstyrd ljudanordning, en infraröd värmekamera och en satellitkommunikationsmodul. Drönarna kartlade snabbt brandens omfattning från luften. När den infraröda värmekameran upptäckte personer som var instängda vid brandområdets periferi aktiverades omedelbart den fjärrstyrda ljudanordningen, som spelade upp instruktionen "Var god flytta er till det brandfria området i nordvästlig riktning, räddningsteamet har satt upp ett tillfälligt skydd i det området" till detta område. Samtidigt överfördes information om de instängdas position till markens ledningscentral via satellitkopplingen, för att hjälpa räddningsteamet att planera räddningsvägen. I områden där branden spred sig snabbt kunde drönarna patrullera 1 kilometer framför brandfronten och sända varningsmeddelandet "Branden är på väg att nå området XX, var god evakueras omedelbart enligt den förutbestämda rutt" till omkringliggande byar, vilket hjälpte invånarna att evakuera i god tid. Under denna räddningsinsats bidrog kombinationen av den fjärrstyrda ljudanordningen och drönarna till att räddningsteamet hittade 12 instängda personer inom 3 timmar utan att någon skadades. Effektiviteten i informationsöverföring var 8 gånger högre än vid traditionell markbaserad anropsbroadcast.