Практика застосування дистанційних акустичних пристроїв на БПЛА

Завдяки глибокому проникненню технології БПЛА в різні сфери, її характеристики висотної перспективи та гнучкої мобільності стали важливою підтримкою в таких сценаріях, як моніторинг безпеки, аварійно-рятувальна робота та державне управління. Однак традиційні функції БПЛА здебільшого зосереджені на зборі зображень і передачі даних, і їм бракує ефективної звукової взаємодії та можливостей стримування. Спираючись на основні переваги спрямованої передачі звуку та дистанційного керування, дистанційні акустичні пристрої утворюють систему спільної роботи «повітря – космос – земля» з БПЛА, ефективно компенсуючи недолік звукової взаємодії БПЛА та додатково розширюючи їх застосування в складних сценаріях.

I. Сценарії застосування Дистанційні акустичні пристрої, адаптовані до БПЛА

Поєднання дистанційних акустичних пристроїв і БПЛА точно відповідає наступним чотирьом основним сценаріям для вирішення практичних проблемних моментів у різних сферах:

• Сценарії громадської безпеки та моніторингу безпеки: на місці масштабних подій (таких як концерти та спортивні заходи) БПЛА, оснащені дистанційними акустичними пристроями, можуть транслювати повідомлення про підтримку порядку в режимі реального часу (наприклад, «Будь ласка, дотримуйтесь порядку на місці та не скупчуйтеся»). Під час міського патрулювання безпеки, коли виявляються такі ненормальні ситуації, як скупчення підозрілого персоналу та параболіка на великій висоті, вони можуть видавати спрямовані попереджувальні голоси та синхронізувати динаміку на місці з наземним командним центром. У ключових областях, таких як аеропорти та залізничні лінії, вони можуть проводити повітряне стримування проти незаконних цілей вторгнення (таких як персонал і транспортні засоби, які вриваються на злітно-посадкову смугу).
• Сценарії екстреного порятунку: після таких стихійних лих, як лісові пожежі, повені та землетруси, БПЛА можуть швидко дістатися до місця, ураженого лихом. За допомогою дистанційних акустичних пристроїв вони можуть транслювати маршрути порятунку людям, які потрапили в пастку (наприклад, «Будь ласка, перейдіть на висоту в південно-східному напрямку, рятувальна команда прибула») і надавати знання про безпечне уникнення ризику. Під час морських пошуково-рятувальних робіт вони можуть відтворювати підказки щодо позиціонування людям, які падають у воду (наприклад, «Продовжуйте плавати, рятувальне судно наближається»), і водночас допомагати наземній команді зафіксувати цільове положення. Під час пошуку та порятунку людей, які заблукали в гірських районах, вони можуть відтворювати повідомлення про зниклих людей у ​​циклі, щоб розширити охоплення інформації.
• Сценарії захисту довкілля та боротьби з тваринами: у природних заповідниках БПЛА, оснащені дистанційними акустичними пристроями, можуть транслювати попереджувальні голоси нелегальним браконьєрам для створення повітряного стримування. У таких місцях, як аеропорти та сільськогосподарські угіддя, вони можуть імітувати звуки природних ворогів (наприклад, крики хижих птахів) або звукові хвилі певної частоти, щоб досягти екологічного відлякування птахів, уникаючи зіткнень між птахами та літаками та пошкодження посівів птахами. Під час моніторингу шляхів міграції диких тварин вони можуть відтворювати попереджувальні звуки для тварин, які наближаються до зон діяльності людини, щоб зменшити конфлікти між людьми та дикими тваринами.
• Громадські послуги та рекламні сценарії: у надзвичайних ситуаціях, таких як запобігання епідеміям у містах і боротьба з повенями, БПЛА можуть мати пристрої для циклічної трансляції повідомлень про політику в громадах і на вулицях (наприклад, «Будь ласка, пройдіть тест на нуклеїнову кислоту вчасно та добре попрацюйте щодо особистого захисту»). У сільській місцевості вони можуть надавати сільським жителям рекомендації щодо сільськогосподарських технологій та тлумачення політики. У мальовничих місцях вони можуть транслювати туристам поради щодо безпеки подорожей (наприклад, «Будь ласка, не відхиляйтеся від маршруту подорожі та зверніть увагу на протиковзку») та цивілізовані туристичні ініціативи.

II. Основні потреби клієнтів Сценарії БПЛА

У сценаріях застосування БПЛА потреби клієнтів у дистанційних акустичних пристроях обертаються навколо «легкості, високої ефективності та стабільності», які конкретно проявляються наступним чином:

• Вимоги до легкої ваги та низького навантаження: ефективне навантаження БПЛА обмежене (переважно 1–5 кілограмів). Тому дистанційні акустичні пристрої повинні мати невеликі розміри та малу вагу (зазвичай контролюються в межах 3 кілограмів). Вони можуть бути вбудовані в корпус БПЛА або монтажний кронштейн, не впливаючи на витривалість польоту (яка повинна забезпечити один політ тривалістю більше півгодини) і стійкість управління БПЛА. У той же час вони забезпечують швидкий демонтаж і установку для полегшення обслуговування обладнання.
• Вимоги до передачі чистого звуку на великі відстані: Робоча висота БПЛА здебільшого становить 50–100 метрів. Тому пристрій потрібен для передачі звуку на велику відстань на великій висоті. Ефективна відстань передачі звуку в безперешкодному сценарії становить не менше 1000 метрів, а голосовий сигнал не має спотворень і шумів. Навіть у вітряному, дощовому та шумному середовищі наземний персонал може чітко отримувати інформацію. Для конкретних цілей потрібна здатність спрямованої передачі звуку, щоб уникнути розповсюдження звуку, що заважає непов’язаним зонам.
• Вимоги до дистанційного керування та координації: він підтримує дистанційне керування за допомогою пульта дистанційного керування БПЛА або наземної командної платформи, включаючи регулювання гучності, відтворення попереднього голосу та голосове введення в реальному часі. Для налаштування не потрібен ручний підхід до БПЛА. У той же час його потрібно зв’язати з GPS-позиціонуванням БПЛА, камерою високої чіткості та інфрачервоним датчиком. Коли датчик виявляє ціль (наприклад, захоплених людей і аномальні цілі), він автоматично запускає акустичний пристрій для роботи.
• Вимоги до екологічної адаптованості та безпеки: БПЛА здебільшого працюють у складних зовнішніх середовищах. Таким чином, пристрій повинен мати водонепроникність, пилонепроникність, вітронепроникність, а також стійкість до високих і низьких температур, відповідати рівню захисту IP65 і може стабільно працювати в діапазоні температур від -40°C до 60°C і при силі вітру нижче рівня 6. У той же час, він повинен мати характеристики низького енергоспоживання та може бути безпосередньо підключений до системи живлення БПЛА, щоб уникнути впливу на роботу через часте заряджання. Що стосується контролю інтенсивності звуку, необхідно дотримуватися стандартів захисту навколишнього середовища, щоб уникнути пошкодження слуху персоналу та тварин.

III. Основні характеристики дистанційних акустичних пристроїв, адаптованих до БПЛА

Щоб задовольнити потреби сценаріїв БПЛА, дистанційні акустичні пристрої повинні мати такі цільові технічні характеристики, щоб забезпечити ефективну співпрацю з БПЛА:

• Надлегка конструкція: Корпус виготовлено з високоміцних легких матеріалів (таких як вуглецеве волокно та інженерний пластик). Загальний об'єм пристрою регулюється в межах 20 см × 20 см × 20 см, а вага не перевищує 3 кг. У той же час, структурне розташування оптимізовано, щоб зменшити опір польоту та уникнути впливу на аеродинамічні характеристики БПЛА. Деякі пристрої мають модульну конструкцію, і компоненти (такі як додаткові батареї та модулі спрямованої передачі звуку) можна додавати або зменшувати відповідно до потреб експлуатації, покращуючи адаптивність адаптації.
• Високий рівень звукового тиску та широка вихідна смуга частот: вихідний рівень звукового тиску може сягати 130 дБ - 150 дБ, охоплюючи людське вухо - чутливий діапазон частот 200 Гц - 20 000 Гц, щоб забезпечити чітке розрізнення голосового сигналу. Професійний акустичний алгоритм використовується для оптимізації шляху передачі звукової хвилі, щоб зменшити затухання повітря. Навіть на висоті 50 метрів наземний персонал може чітко сприймати голосову інформацію. У той же час він підтримує понад 10 рівнів регулювання інтенсивності звуку для адаптації до потреб різних сценаріїв.
• Низьке енергоспоживання та багатопотужна адаптація: використовується мікросхема з низьким енергоспоживанням та енергозберігаюча схема. Робоча споживана потужність менше 8 Вт, а споживана потужність в режимі очікування менше 2 Вт. Він може бути безпосередньо підключений до системи живлення літієвої батареї БПЛА без додаткового резервного джерела живлення. Деякі пристрої мають вбудовану мікрорезервну батарею, яка може підтримувати безперервну роботу пристрою протягом більше 1 години, коли живлення БПЛА переривається, гарантуючи, що передача ключової інформації не буде перервана.
• Висока адаптивність до навколишнього середовища: корпус відповідає стандарту захисту IP65 і може протистояти промиванню дощем і проникненню піщаного пилу. У той же час він має стійкість до вітру (може стабільно працювати при силі вітру нижче рівня 6) і стійкість до високих і низьких температур (може нормально працювати в діапазоні температур від -40°C до 60°C). Внутрішня схема використовує конструкцію проти електромагнітних перешкод, щоб уникнути впливу електромагнітних сигналів, що генеруються модулем зв’язку БПЛА та двигуном, і забезпечити стабільну передачу звуку.

IV. Рішення інтеграції дистанційних акустичних пристроїв з іншим обладнанням

У системі БПЛА дистанційні акустичні пристрої мають бути інтегровані з різноманітним обладнанням для формування спільної системи «сприйняття – рішення – виконання». Конкретні інтеграційні рішення:

• Інтеграція з обладнанням сприйняття: воно пов’язане з камерою високої чіткості БПЛА, інфрачервоним тепловізором і лазерним радаром. Коли камера визначає нестандартні ситуації, такі як 'скупчення персоналу' і 'незаконне вторгнення', або інфрачервоний тепловізор виявляє ознаки життя в постраждалій від стихійного лиха зоні, вона автоматично запускає віддалений акустичний пристрій, щоб відтворити відповідний голос (наприклад, 'Збирання тут заборонено, будь ласка, негайно евакуюйтеся' і 'Рятувальники знайшли вас, будь ласка, залишайтеся спокійно'). Лазерний радар може точно виміряти відстань до цілі та допомогти пристрою автоматично регулювати інтенсивність звуку, щоб забезпечити чітке розрізнення звуку в зоні цілі.
• Інтеграція з комунікаційним обладнанням: він підключається до модуля зв’язку 4G/5G БПЛА або модуля супутникового зв’язку для здійснення керування на наддалекій відстані. Коли БПЛА працює у віддалених районах без сигналів загальнодоступної мережі (таких як гірські райони та океани), наземний персонал може надсилати команди (наприклад, перемикання робочого режиму та оновлення попередньо створеного голосу) на акустичний пристрій через супутниковий зв’язок. Пристрій може передавати робочий стан (наприклад, інформацію про живлення, гучність і несправності) назад на наземну командну платформу в режимі реального часу для полегшення віддаленого моніторингу та усунення несправностей.
• Інтеграція з обладнанням для позиціонування та навігації: у поєднанні з системою позиціонування БПЛА GPS/Beidou, коли БПЛА входить у задану чутливу зону (наприклад, повітряний простір над школами та лікарнями), віддалений акустичний пристрій автоматично перемикається в режим низької гучності, щоб уникнути шумових перешкод. Коли БПЛА відхиляється від маршруту операції (наприклад, відхиляється від зони порятунку через силу вітру), пристрій негайно відтворює підказку про відхилення від норми положення та надсилає сигнал тривоги на наземну платформу, щоб допомогти оператору скоригувати маршрут.
• Інтеграція з попереджувальним світловим обладнанням: воно пов’язане зі світлодіодним попереджувальним світлом і стробоскопом БПЛА для створення ефекту «координації звуку та світла». Коли віддалений акустичний пристрій запускає режим попередження, сигнальна лампа вмикається синхронно (наприклад, червоний стробоскоп). Завдяки подвійній стимуляції зору та слуху посилюється попереджувальний ефект на ціль. Наприклад, під час нічного порятунку 'координація звуку та світла' може допомогти застряглим людям швидко визначити місце розташування БПЛА та підвищити ефективність порятунку.

V. Основні переваги поєднання дистанційних акустичних пристроїв і БПЛА

Порівняно з традиційними наземними акустичними пристроями або БПЛА, що працюють поодинці, поєднання дистанційних акустичних пристроїв і БПЛА може мати значні переваги в багатьох аспектах:

• Розширення радіусу дії та ефективності: БПЛА можуть швидко охопити велику територію (одна операція може охопити більше 10 квадратних кілометрів). У поєднанні з дистанційними акустичними приладами ефективність передачі інформації в 5 - 10 разів вище, ніж наземне ручне мовлення. Наприклад, у рекламі профілактики епідемії в громаді площею 5 квадратних кілометрів БПЛА в поєднанні з пристроями можуть охопити повну територію протягом 1 години, тоді як ручна реклама займає 1-2 дні.
• Підвищення безпеки експлуатації: у небезпечних сценаріях (таких як місця пожежі та зони витоку токсичного газу) БПЛА можуть замінити персонал для входу в зони високого ризику для роботи. Дистанційні акустичні пристрої дозволяють наземному персоналу завершити передачу інформації та стримування, не наближаючись до небезпечного середовища, значно знижуючи ризик втрат серед персоналу. Наприклад, під час вибуху на хімічному заводі БПЛА мають пристрої для виходу на місце події для трансляції інструкцій щодо евакуації, уникаючи ризику отруєння рятувальників.

Реалізуйте точну роботу: завдяки технології спрямованої передачі звуку та можливості точного позиціонування БПЛА звук може точно передаватися в цільову зону, уникаючи втрати ресурсів і впливу на навколишнє середовище, викликаного дифузією звуку. Наприклад, у сценарії відлякування птахів в аеропорту БПЛА можуть точно покривати зону злітно-посадкової смуги птахами, відлякуючи звукові хвилі, не зачіпаючи прилеглих житлових районів.

• Зниження витрат на експлуатацію: один БПЛА в поєднанні з дистанційним акустичним пристроєм може замінити робоче навантаження 3-5 наземних співробітників. Крім того, вартість одного польоту (плата за електроенергію, плата за технічне обслуговування) БПЛА нижча, ніж вартість праці. Довготривала експлуатація може значно скоротити інвестиції праці та часу. Наприклад, у міських патрулях безпеки один БПЛА може покрити потреби в патрулюванні 3-4 вулиць, а вартість зменшується більш ніж на 40% порівняно з ручним патрулюванням.

VI. Випадки застосування дистанційних акустичних пристроїв на БПЛА

Випадок 1: Спільне застосування БПЛА Bird - відлякувальні та дистанційні акустичні пристрої в аеропортах

Міжнародний аеропорт представив 10 БПЛА промислового класу, кожен з яких оснащений дистанційним акустичним пристроєм, а також камерою високої чіткості та системою позиціонування GPS. Під час щоденних операцій БПЛА патрулюють злітно-посадкові смуги та перони аеропорту за заданими маршрутами. Коли камера визначає скупчення птахів, дистанційний акустичний пристрій автоматично перемикається в спрямований режим і відтворює звук імітації хижих птахів (наприклад, крик орла). У той же час у поєднанні з ультразвуковими хвилями певної частоти досягається екологічне відлякування птахів. Якщо птахи не відходять вчасно, пристрій може дистанційно регулювати інтенсивність звуку і друкувати через наземну платформу, щоб продовжити відлякування. Крім того, у піковий період зльоту та посадки повітряних суден БПЛА можуть здійснювати курсування на висоті 50 метрів над злітно-посадковою смугою та транслювати попереджувальний голос «Безпілотні літальні апарати заборонені в зоні дозволу аеропорту» на прилеглі території, щоб запобігти проникненню незаконних БПЛА. Після впровадження цієї схеми кількість випадків зіткнення з птахами в аеропорту зменшилася на 90%, а вартість відлякування птахів зменшилася на 60% порівняно з традиційним наземним обладнанням для відлякування птахів.

Випадок 2: Практичне застосування БПЛА для ліквідації лісових пожеж та дистанційних акустичних пристроїв

При ліквідації лісової пожежі в гірській місцевості рятувальники задіяли 5 рятувальних БПЛА. Кожен БПЛА був оснащений виносним акустичним пристроєм, інфрачервоним тепловізором і модулем супутникового зв'язку. БПЛА оперативно оглянули пожежну обстановку з повітря. Коли інфрачервоний тепловізор виявив захоплених людей на краю місця пожежі, дистанційний акустичний пристрій негайно активувався та відтворив голосову інструкцію «Будь ласка, перейдіть до зони, вільної від пожежі, у північно-західному напрямку, і рятувальна команда встановила в цій зоні тимчасовий притулок». У той же час пристрій синхронізував інформацію про місцезнаходження захоплених людей із наземним командним центром через супутниковий зв’язок, щоб допомогти рятувальній команді сформулювати маршрут порятунку. У районі, де вогонь швидко поширювався, БПЛА могли курсувати на 1 кілометр попереду лінії пожежі та транслювати інформацію раннього попередження «Вогонь збирається поширитися на територію XX, будь ласка, негайно евакуюйтеся згідно з заздалегідь визначеним маршрутом» до навколишніх сіл, щоб допомогти селянам евакуюватися заздалегідь. У цьому порятунку поєднання дистанційного акустичного пристрою та БПЛА допомогло рятувальній команді знайти 12 заблокованих людей протягом 3 годин без жодних втрат. Ефективність передачі інформації у 8 разів перевищувала ефективність традиційного наземного мовлення.