Практика застосування дистанційних акустичних пристроїв на БПЛА

З глибоким проникненням технології БПЛА в різні сфери їхні характеристики високого ракурсу та гнучкої мобільності стали важливими складовими у сценаріях, таких як охорона, аварійно-рятувальні роботи та державне управління. Однак традиційні функції БПЛА переважно зосереджені на зборі зображень і передачі даних, і їм бракує ефективних можливостей звукової взаємодії та відлякування. Завдяки ключовим перевагам направленої передачі звуку та дистанційного керування, далекодійні акустичні пристрої утворюють разом із БПЛА спільну «повітряно-космічно-наземну» систему, яка ефективно компенсує недолік звукової взаємодії БПЛА та значно розширює їхнє застосування в складних сценаріях.

I. Сценарії застосування Далекодійних акустичних пристроїв, адаптованих для БПЛА

Поєднання далекодійних акустичних пристроїв із БПЛА точно відповідає чотирьом основним сценаріям, вирішуючи практичні проблеми операційних завдань у різних галузях:

• Сценарії контролю громадської безпеки та безпеки: На місці великих заходів (наприклад, концертів та спортивних заходів) БПЛА, оснащені віддаленими акустичними пристроями, можуть в режимі реального часу передавати повідомлення про збереження порядку (наприклад, "Пожадана дотримання порядку на місці і не натовпу"). Під час міських патруляцій, коли виявляються незвичайні ситуації, такі як збір підозрілого персоналу і висота параболіки, вони можуть випускати попереджувальні голоси у напрямку і синхронізувати дійнаміку на місці з наземним командним центром. У ключових областях, таких як аеропорти та залізничні лінії, вони можуть проводити повітряне стримування проти незаконних цілей вторгнення (наприклад, персоналу та транспортних засобів, що втручаються в злітно-посадкову смугу).
• Сценарії аварійного рятування: Після катастроф, таких як лісові пожежі, повені та землетруси, БПЛА можуть швидко досягти ураженої стихією території. За допомогою дистанційних акустичних пристроїв вони можуть транслювати маршрут рятування для людей, які потрапили в пастку (наприклад: «Будь ласка, рухайтеся на висоту в південно-східному напрямку, рятувальна команда вже прибула»), а також поширювати знання про безпечне уникнення небезпеки. У морських операціях з пошуку та рятування вони можуть передавати позиційні вказівки особам, що потрапили за борт (наприклад: «Тримайтеся на плаву, рятувальний корабель наближається»), і водночас допомагати наземній команді у визначенні точного місцезнаходження. Під час пошуку осіб, які загубилися в гірській місцевості, вони можуть циклічно транслювати повідомлення про зниклих, щоб розширити охоплення інформацією.
• Сценарії екологічного захисту та контролю над тваринами: у заповідниках БПЛА, оснащені дистанційними акустичними пристроями, можуть транслювати попереджувальні сигнали незаконним браконьєрам, забезпечуючи повітряне стримування. У таких зонах, як аеропорти та сільськогосподарські поля, вони можуть імітувати звуки природних ворогів (наприклад, крики хижих птахів) або звукові хвилі певної частоти, щоб досягти екологічного відлякування птахів, уникнувши зіткнень птахів з літаками та пошкодження культур птахами. Під час моніторингу міграційних шляхів диких тварин вони можуть відтворювати попереджувальні звуки для тварин, що наближаються до зон людської активності, з метою зменшення конфліктів між людьми та дикою природою.
• Сценарії надання державних послуг та інформування громадськості: У разі надзвичайних ситуацій, таких як профілактика епідемій у містах або боротьба з повенями, БПЛА можуть використовувати пристрої для циклічного транслювання офіційних повідомлень у житлових районах і на вулицях (наприклад: «Будь ласка, вчасно пройдіть тест на нуклеїнову кислоту та дотримуйтесь правил особистого захисту»). У сільській місцевості вони можуть доводити до селян науково-технічні матеріали щодо сільського господарства та пояснювати діючу політику. На туристичних об’єктах можна транслювати поради щодо безпечних подорожей (наприклад: «Будь ласка, не відхиляйтеся від туристичного маршруту та будьте обережні, щоб не посковзнутися») та заклики до цивілізованої поведінки туристів.

II. Основні потреби клієнтів у Сценаріях використання БПЛА

У сценаріях застосування БПЛА потреби клієнтів щодо дистанційних акустичних пристроїв зосереджені навколо «легкості, високої ефективності та стабільності», що конкретно виявляється в наступному:

• Легкість і низькі вимоги до навантаження: Ефективне навантаження БПЛА обмежене (переважно 1–5 кілограмів). Тому дистанційні акустичні пристрої мають бути невеликими за розміром і легкими (як правило, не більше 3 кілограмів). Вони можуть бути інтегровані в корпус БПЛА або кріплення, не впливаючи на тривалість польоту (має забезпечуватися один політ понад півгодини) та стабільність керування. У той же час, передбачається швидке демонтування та встановлення для полегшення обслуговування устаткування.
• Вимоги до передачі чіткого звуку на великі відстані: робоча висота БПЛА найчастіше становить 50–100 метрів. Тому пристрій має забезпечувати передачу звуку на великі відстані у висотних умовах. Ефективна дальність поширення звуку у відкритому просторі має бути не меншою за 1000 метрів, а звуковий сигнал — без спотворень і шумів. Навіть у вітряну, дощову та шумну погоду особистій склад на землі має чітко сприймати інформацію. Для конкретних цілей потрібно забезпечити можливість направленої передачі звуку, щоб уникнути його розсіювання та впливу на сторонні зони.
• Вимоги до дистанційного керування та координації: підтримує дистанційне керування за допомогою пульта дистанційного керування БПЛА або наземної командної платформи, включаючи регулювання гучності, відтворення заздалегідь записаних голосових повідомлень і введення голосових повідомлень у реальному часі. Для налаштування немає необхідності наближатися до БПЛА. У той же час пристрій має бути інтегрований із системою GPS-позиціонування БПЛА, високоякісною камерою та інфрачервоним сенсором. Коли сенсор виявляє ціль (наприклад, осіб, які потрапили в пастку, або підозрілі об’єкти), акустичний пристрій автоматично активується.
• Вимоги до екологічної пристосованості та безпеки: Більшість БПЛА працюють у складних зовнішніх умовах. Тому обладнання має бути водонепроникним, пилозахищеним, вітростійким і стійким до високих та низьких температур, відповідати ступеню захисту IP65 і здатним стабільно працювати в діапазоні температур від -40°C до 60°C та при вітрі не сильніше 6 балів. Також важливою є низька споживана потужність, щоб можна було підключити пристрій безпосередньо до системи живлення БПЛА, уникаючи переривань роботи через необхідність частого підзаряджання. Щодо контролю рівня звуку, необхідно дотримуватися вимог екологічних стандартів, аби запобігти пошкодженню слуху людей і тварин.

III. Основні характеристики далекодійних акустичних пристроїв, адаптованих для БПЛА

Для задоволення потреб сценаріїв із використанням БПЛА, далекодійні акустичні пристрої повинні мати такі цільові технічні характеристики, щоб забезпечити ефективну взаємодію з БПЛА:

• Ультра-легка конструкція: корпус виготовлений із високоміцних легких матеріалів (наприклад, вуглепластику та інженерних пластиків). Загальний об’єм пристрою не перевищує 20 см × 20 см × 20 см, а вага — 3 кг. У той же час оптимізовано структурне розташування компонентів для зменшення опору під час польоту та уникнення негативного впливу на аеродинамічні характеристики БПЛА. Деякі пристрої мають модульну конструкцію, що дозволяє додавати або знімати компоненти (наприклад, додаткові акумулятори чи модулі спрямованої передачі звуку) залежно від потреб операції, що підвищує їхню адаптивність.
• Високий рівень звукового тиску та широкосмуговий вихід: рівень звукового тиску може досягати 130 дБ – 150 дБ, охоплюючи чутливу для людського вуха смугу частот 200 Гц – 20000 Гц, що забезпечує чітку розрізненість голосового сигналу. Використовується професійний акустичний алгоритм для оптимізації шляху поширення звукової хвилі та зменшення затухання в повітрі. Навіть на висоті 50 метрів персонал на землі все ще чітко отримує голосову інформацію. У той же час підтримується більше 10 рівнів регулювання інтенсивності звуку для адаптації до потреб різних сценаріїв.
• Низьке енергоспоживання та багаторежимна адаптація живлення: використовується мікросхема з низьким енергоспоживанням і енергозберігаюча схема. Робоче енергоспоживання менше 8 Вт, а в режимі очікування — менше 2 Вт. Пристрій можна безпосередньо підключити до системи живлення літака від літій-іонної батареї без додаткового резервного джерела живлення. У деяких пристроях є вбудована мікробатарея резервного живлення, яка забезпечує безперервну роботу пристрою понад 1 годину у разі переривання живлення від БПЛА, що гарантує безперебійну передачу ключової інформації.
• Висока екологічна пристосованість: корпус відповідає ступеню захисту IP65 і може протистояти промиванню дощем та проникненню пилу й піску. У той же час має стійкість до вітру (може стабільно працювати при силі вітру нижче 6 балів) і стійкість до високих та низьких температур (може нормально працювати в діапазоні температур від -40°C до 60°C). Внутрішнє електричне коло має конструкцію з захистом від електромагнітних перешкод, щоб уникнути впливу електромагнітних сигналів, створених модулем зв'язку БПЛА та двигуном, і забезпечити стабільну передачу звуку.

IV. Рішення щодо інтеграції дистанційних акустичних пристроїв з іншим обладнанням

У системі БПЛА дистанційні акустичні пристрої потрібно інтегрувати з різним обладнанням, щоб утворити спільну систему «сприйняття — прийняття рішень — виконання». Конкретні рішення щодо інтеграції такі:

• Інтеграція з обладнанням сприйняття: вона пов'язана з високоякісною камерою БПЛА, інфрачервоним тепловізійним приладом та лазерним радаром. Коли камера виявляє аномальні ситуації, такі як «зібрання персоналу» та «незаконне проникнення», або інфрачервоний тепловізійний прилад виявляє ознаки життя в зоні лиха, автоматично активується дистанційний акустичний пристрій, який відтворює відповідне голосове повідомлення (наприклад, «Збиратися тут заборонено, будь ласка, негайно евакуюйтеся» та «Рятувальники вас знайшли, залишайтеся на місці»). Лазерний радар може точно виміряти відстань до цілі та допомагає пристрою автоматично регулювати гучність звуку, забезпечуючи чітку чутність у цільовій зоні.
• Інтеграція з комунікаційним обладнанням: Він підключений до 4G/5G комунікаційного модуля БПЛА або супутникового комунікаційного модуля для реалізації ультра-дальнього дистанційного управління. Коли БПЛА працює в віддалених районах без сигналів громадської мережі (наприклад, гірських районів і океану), наземний персонал може надсилати команди (наприклад, перемикання режиму роботи і оновлення попередньо зробленого голосу) до акустичного пристрою через супутникову зв'язок. Пристрій може передавати робочий статус (наприклад, потужність, гучність і інформацію про помилки) назад на наземну командну платформу в режимі реального часу, щоб полегшити віддалене моніторинг і усунення помилок.
• Інтеграція з обладнанням позиціонування та навігації: у поєднанні з системою позиціонування БПЛА GPS/Beidou, коли БПЛА потрапляє в задану чутливу зону (наприклад, повітряний простір над школами та лікарнями), пристрій дистанційного акустичного зв'язку автоматично перемикається в режим низької гучності, щоб уникнути шумового забруднення. Якщо БПЛА відхиляється від маршруту руху (наприклад, через вітер виходить за межі зони рятування), пристрій негайно відтворює попередження про відхилення положення та надсилає сигнал тривоги на наземну платформу, щоб допомогти оператору скоригувати маршрут.
• Інтеграція з обладнанням попереджувальних ліхтарів: пристрій пов’язаний з LED-ліхтарем та стробоскопом БПЛА, утворюючи ефект «узгодження звуку та світла». Коли дистанційний акустичний пристрій активує режим попередження, синхронно вмикається попереджувальне світло (наприклад, червоний стробоскоп). Завдяки подвійному стимулюванню зору та слуху підвищується ефективність попередження для цілі. Наприклад, під час нічного рятувального операції ефект «звук-світло» допомагає затриманим швидко визначити місцезнаходження БПЛА та підвищує ефективність рятувальних робіт.

V. Основні переваги поєднання дистанційних акустичних пристроїв із БПЛА

У порівнянні з традиційними наземними акустичними пристроями або окремою роботою БПЛА, поєднання дистанційних акустичних пристроїв із БПЛА забезпечує значущі переваги в багатьох аспектах:

• Розширити зону дії та підвищити ефективність: БПЛА можуть швидко охопити велику територію (одна операція може охоплювати понад 10 квадратних кілометрів). У поєднанні з дистанційними акустичними пристроями ефективність передачі інформації в 5–10 разів вища, ніж при ручному наземному оголошенні. Наприклад, у кампанії щодо профілактики епідемій у громаді площею 5 квадратних кілометрів, БПЛА в поєднанні з пристроями можуть забезпечити повне охоплення території протягом 1 години, тоді як розповсюдження інформації пішки займає 1–2 дні.
• Покращення безпеки операцій: У небезпечних ситуаціях (наприклад, на місцях пожеж або витоку отруйних газів) БПЛА можуть замінити персонал, входячи в зони підвищеного ризику для виконання завдань. Дистанційні акустичні пристрої дозволяють наземному персоналу здійснювати передачу інформації та відлякування, не наближаючись до небезпечних середовищ, значно зменшуючи ризик втрати людських життів. Наприклад, під час аварії на хімічному заводі БПЛА можуть доставити обладнання на місце події для трансляції інструкцій щодо евакуації, уникнувши ризику отруєння рятувальників.

Забезпечення точності операцій: Завдяки технології спрямованої передачі звуку та точним можливостям позиціонування БПЛА звук може бути точно переданий у цільову зону, усуваючи витрати ресурсів і забруднення довкілля через поширення звуку. Наприклад, у сценарії відлякування птахів у аеропорту БПЛА можуть точно покривати злітно-посадкову смугу хвилями відлякування птахів, не впливаючи при цьому на навколишні житлові райони.

• Зниження витрат на експлуатацію: Один БПЛА в поєднанні з віддаленим акустичним пристроєм може замінити навантаження на роботу 3-5 наземних співробітників. Крім того, вартість одного польоту (виплата за електроенергію, плата за обслуговування) БПЛА нижча, ніж вартість праці. Довгий термін експлуатації може значно зменшити інвестиції в робочу силу і час. Наприклад, в міських патрулях безпеки один БПЛА може покрити патрульні потреби 3-4 вулиць, а вартість знижується більш ніж на 40% у порівнянні з ручними патрулями.

VI. Використання дистанційних акустичних пристроїв на БПЛА

Справа 1: Спільне застосування БПЛА "Птиця" - відштовхуючі та віддалені акустичні пристрої в аеропортах

Міжнародний аеропорт внайшов 10 промислових БПЛА, кожен з яких обладнаний дистанційним акустичним пристроєм, високоякісною камерою та системою позиціонування GPS. Під час щоденного функціонування БПЛА патрулюють смуги й стоянки аеропорту за заздалегідь встановленими маршрутами. Коли камера виявляє скупчення птахів, дистанційний акустичний пристрій автоматично перемикається у режим спрямованого випромінювання та відтворює звуки, що імітують хижих птахів (наприклад, крик орлів). У поєднанні з ультразвуковими хвилями певної частоти це забезпечує екологічне відлякування птахів. Якщо птахи не полишають територію вчасно, пристрій може дистанційно регулювати інтенсивність і тип звуку через наземну платформу для продовження відлякування. Крім того, у період масового зльоту та посадки літаків БПЛА можуть курсувати на висоті 50 метрів над злітно-посадковою смугою та транслювати попередження «Безпілотні літальні апарати заборонено в зоні очищення аеропорту» у навколишній простір, щоб запобігти незаконному вторгненню інших БПЛА. Після впровадження цієї системи кількість інцидентів із зіткненням із птахами в аеропорту скоротилася на 90%, а витрати на відлякування птахів — на 60% порівняно з традиційним наземним обладнанням.

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

Під час рятувальної операції при лісових пожежах у гірській місцевості рятувальна команда задіяла 5 рятувальних БПЛА. Кожен БПЛА був обладнаний дистанційним акустичним пристроєм, інфрачервоним тепловізійним приладом і модулем супутникового зв'язку. БПЛА швидко оглянули ситуацію з повітря. Коли інфрачервоний тепловізійний прилад виявив людей, які потрапили в пастку, на краю осередку пожежі, негайно активувався дистанційний акустичний пристрій, який транслював у цей район голосову інструкцію: «Будь ласка, перемістіться в безпечну зону в північно-західному напрямку, рятувальна команда облаштувала тимчасове притулку в цьому місці». У той же час пристрій синхронізував інформацію про місцезнаходження постраждалих з наземним командним центром через супутникове з'єднання, щоб допомогти рятувальній команді визначити маршрут евакуації. У районах, де вогонь поширювався швидко, БПЛА могли рухатися на 1 кілометр попереду вогневої лінії та транслювати попередження типу: «Вогонь незабаром пошириться на район ХХ, будь ласка, евакуйтеся негайно обраною трасою» — у навколишні села, допомагаючи мешканцям евакуюватися заздалегідь. Під час цієї операції поєднання дистанційного акустичного пристрою з БПЛА допомогло рятувальній команді знайти 12 осіб, які потрапили в пастку, протягом 3 годин без жертв. Ефективність передачі інформації була в 8 разів вищою, ніж при традиційному наземному мовленні.