Практика застосування дистанційних акустичних пристроїв на безпілотних апаратах

Зі стрімким розвитком технологій безпілотних транспортних засобів сценарії їх застосування постійно розширюються, охоплюючи сфери від інспекції закритих парків до відкритих автомобільних перевезень, від екстреної порятунку до патрулювання безпеки. Однак безпілотним транспортним засобам бракує зв’язку в режимі реального часу та можливостей стримування людей-водіїв, що робить їх схильними до загроз безпеці в складних умовах. Покладаючись на свої основні переваги точної передачі звуку та гнучкого дистанційного керування, дистанційні акустичні пристрої стали ключовою конфігурацією для компенсації цього недоліку безпілотних транспортних засобів, забезпечуючи надійну підтримку безпечної експлуатації безпілотних транспортних засобів у різних сценаріях.

I. Сценарії застосування Дистанційні акустичні пристрої, адаптовані до безпілотних транспортних засобів

Сценарії застосування дистанційних акустичних пристроїв на безпілотних транспортних засобах головним чином зосереджені на сферах, які потребують зв’язку, попередження та стримування, охоплюючи такі основні сценарії:

• Сценарії перевірки парків і фабрик: коли безпілотні транспортні засоби виконують завдання з перевірки в індустріальних парках, логістичних парках і на великих заводах, вони повинні попереджати персонал, який проникає на територію без дозволу, і транспортні засоби, припарковані з порушенням правил. У той же час їм необхідно рознести робочі повідомлення та нагадування про техніку безпеки персоналу в парку.
• Сценарії екстреного порятунку: після таких катастроф, як землетруси та повені, коли безпілотні транспортні засоби входять у територію, де опинилися люди, щоб виконати розвідувальні завдання, їм потрібно встановити зв’язок із застряглими людьми за допомогою звуку, щоб підтвердити їхнє місцезнаходження та фізичний стан, і водночас передати хід порятунку та вказівки щодо втечі. На місці лісової пожежі безпілотні транспортні засоби можуть використовувати дистанційні акустичні пристрої для попередження про пожежу та повідомлення про маршрут евакуації навколишнім мешканцям або персоналу.
• Сценарії безпеки та патрулювання кордону: коли безпілотні транспортні засоби безпеки патрулюють у таких областях, як аеропорти, залізничні лінії та прикордонні зони, вони повинні відлякувати підозрілий персонал і цілі незаконного вторгнення, виводячи попереджувальну інформацію в спрямованому порядку. У той же час вони повинні передати ситуацію на місці в тиловий командний центр, щоб допомогти у формуванні планів утилізації.

II. Основні потреби клієнтів у сценаріях безпілотних транспортних засобів

У застосуванні безпілотних транспортних засобів потреби клієнтів у дистанційних акустичних пристроях обертаються навколо трьох основних принципів «безпека, ефективність і точність», а саме:

• Потреби в спілкуванні в режимі реального часу: обладнання потрібне для реалізації чіткої передачі голосу на великій відстані, щоб гарантувати, що інформаційна взаємодія між безпілотним транспортним засобом і оточуючими людьми не містить затримок і спотворень. Особливо в шумному середовищі (наприклад, у паркових зонах і міських транспортних розв’язках) звуковий сигнал повинен проникати в шум навколишнього середовища, щоб приймач міг точно отримати інформацію.
• Потреби точного стримування: для підозрілих цілей або небезпечної поведінки обладнання повинно мати здатність виводити звук спрямованим чином, щоб уникнути перешкод від розповсюдження звуку на непов’язаних ділянках. У той же час інтенсивність звуку можна регулювати, щоб створити ефективний стримуючий фактор, не спричиняючи постійного пошкодження слуху персоналу.
• Потреби в дистанційному керуванні та координації: він підтримує дистанційне керування за допомогою системи керування безпілотним транспортним засобом або задньої командної платформи, включаючи регулювання гучності, перемикання режимів роботи та попередньо створене відтворення голосу. Для налаштування не потрібен ручний підхід до безпілотного автомобіля. У той же час він повинен узгоджуватися з обладнанням сприймання безпілотного транспортного засобу, таким як радар і камери. Коли обладнання сприйняття виявляє ненормальну ситуацію, воно автоматично запускає акустичне обладнання для роботи.
• Потреби адаптації до навколишнього середовища: безпілотні транспортні засоби здебільшого працюють на відкритому повітрі, тому обладнання має бути здатним протистояти суворим умовам середовища, таким як висока температура, низька температура, дощ і піщаний пил. Він повинен забезпечувати стабільну роботу без аварійного відключення в умовах діапазону температур від -40°C до 60°C, сильного дощу (рівень захисту IP65), піщаної бурі.

III. Основні характеристики дистанційних акустичних пристроїв, адаптованих до безпілотних транспортних засобів

Щоб задовольнити потреби сценаріїв безпілотних транспортних засобів, дистанційні акустичні пристрої повинні мати такі цільові характеристики:

• Мініатюрна та легка конструкція: розмір обладнання має бути адаптовано до місця встановлення безпілотного транспортного засобу, і його можна інтегрувати на даху, збоку кузова транспортного засобу та в інших місцях безпілотного транспортного засобу. Вагу слід контролювати в межах 3 кілограмів, щоб уникнути збільшення навантаження на безпілотний транспортний засіб і впливу на час роботи акумулятора та стабільність руху. У той же час використовується модульна структура для полегшення механічного з’єднання, розбирання та обслуговування безпілотного транспортного засобу.
• Гнучке перемикання між спрямованими та всенаправленими пристроями: підтримується перемикання між спрямованими пристроями (з кутом охоплення звуку 30°) та всенаправленими пристроями (охоплення звуку 360°). Спрямовані пристрої використовуються для точного попередження або стримування конкретних цілей, а режим всеспрямованого пристрою використовується для доставки широкомовної інформації на велику територію навколо. Перемикання між двома пристроями можна швидко завершити за допомогою дистанційних команд, а час відгуку контролюється на рівні мілісекунд.
• Широкий діапазон частот і високий рівень звукового тиску: він охоплює людське вухо - чутливий діапазон частот від 200 Гц до 20000 Гц, щоб забезпечити чітке розрізнення голосового сигналу. Вихідний рівень звукового тиску може досягати 130-150 дБ, а ефективна відстань передачі в безперешкодному середовищі становить не менше 800 метрів, що відповідає потребам зв’язку та стримування безпілотних транспортних засобів на середніх і великих відстанях.
• Багатофункціональна адаптація живлення та низьке енергоспоживання: він підтримує підключення до бортової системи живлення безпілотного транспортного засобу та в той же час має вбудовану резервну літієву батарею. При відмові бортового джерела живлення резервна батарея може підтримувати безперервну роботу обладнання більше 4 годин. У режимі очікування енергоспоживання обладнання становить менше 5 Вт, що зменшує вплив на час автономної роботи безпілотного автомобіля.
• Захист IP65 і захист від перешкод: корпус має водонепроникний і пилонепроникний дизайн, який відповідає стандарту захисту IP65 і може нормально працювати під сильним дощем і піщаним пилом. Внутрішня схема має електромагнітну здатність протидіяти перешкодам, щоб уникнути впливу електромагнітних сигналів, що генеруються радаром, комунікаційним обладнанням та іншими компонентами безпілотного автомобіля, і забезпечити стабільну передачу звуку.

IV. Рішення інтеграції дистанційних акустичних пристроїв з іншим обладнанням

У системі безпілотного транспортного засобу дистанційні акустичні пристрої не працюють незалежно, а об’єднані з різноманітним обладнанням для формування скоординованої системи. Загальні інтеграційні рішення включають:

• Інтеграція з обладнанням сприйняття: пов’язано з лазерним радаром, радаром міліметрового діапазону, камерою високої чіткості та інфрачервоним тепловізором безпілотного автомобіля. Коли радар або камера виявляють пішоходів і перешкоди попереду, або ідентифікують ненормальні події, такі як 'персонал, що проникає в заборонену зону' або 'ретроградний транспортний засіб', вони автоматично надсилають сигнал запуску на віддалений акустичний пристрій. Пристрій автоматично відтворює відповідний голос відповідно до типу події (наприклад, 'Попереду є пішоходи, будь ласка, сповільніться' і 'Це заборонена зона, негайно вийдіть'). При цьому аномальна інформація синхронізується з тиловим командним центром.
• Інтеграція з комунікаційним обладнанням: підключається до модуля зв’язку 4G/5G або модуля супутникового зв’язку безпілотного транспортного засобу для здійснення керування на наддалекій відстані. Коли безпілотний транспортний засіб виконує завдання у віддалених районах без сигналів загальнодоступної мережі (таких як кордони та гірські райони), тиловий командний персонал може надсилати команди на акустичний пристрій через супутниковий зв’язок для налаштування звукових параметрів або перемикання робочого режиму. У той же час пристрій може передавати робочий стан (наприклад, потужність, поточний обсяг і інформацію про несправності) назад на командну платформу в режимі реального часу для полегшення віддаленого моніторингу.
• Інтеграція з обладнанням сигнальної сигналізації: вона пов’язана зі світлодіодною сигнальною лампою та стробоскопом безпілотного транспортного засобу для формування попереджувального ефекту «координації звуку та світла». Коли акустичний пристрій запускає режим попередження, синхронно вмикається сигнальна лампа. Завдяки подвійній стимуляції зору та слуху посилюється ефект нагадування для оточуючих. Наприклад, коли безпілотний транспортний засіб повертає, 'показник повороту + голосова підказка' спрацьовує синхронно, що полегшує пішоходам сприйняття наміру руху безпілотного автомобіля.
• Інтеграція з обладнанням для позиціонування та навігації: у поєднанні з системою позиціонування GPS/Beidou безпілотного транспортного засобу, коли безпілотний транспортний засіб входить у задану зону (наприклад, навколо шкіл і лікарень), акустичний пристрій автоматично перемикається в «режим низької гучності», щоб уникнути перешкод від високого звуку в децибелах у чутливих зонах. Коли безпілотний транспортний засіб відхиляється від запланованого маршруту та потрапляє в небезпечну зону (наприклад, будівельну ділянку та затоплену зону), пристрій автоматично відтворює попереджувальний голос, щоб нагадати оточуючим людям триматися подалі, і надсилає сигнал тривоги про порушення положення в командний центр.

V. Основні переваги поєднання дистанційних акустичних пристроїв і безпілотних транспортних засобів

У порівнянні з традиційним ручним управлінням або незалежними акустичними пристроями, поєднання дистанційних акустичних пристроїв і безпілотних транспортних засобів може мати переваги в багатьох аспектах:

• Підвищення безпеки та надійності: немає потреби в ручному підході до небезпечних ситуацій (таких як місця лиха та зони прикордонних конфліктів) для виконання завдань зв’язку та стримування, що знижує ризик втрат серед персоналу. У той же час зв’язок між пристроєм і системою сприйняття безпілотного транспортного засобу може швидко реагувати на нестандартні ситуації та уникати нещасних випадків, спричинених затримкою ручної реакції. Наприклад, на місці пожежі безпілотний транспортний засіб несе акустичний пристрій, щоб потрапити на край місця пожежі, а командний персонал спілкується з людьми, які опинилися в пастці, через пристрій у безпечній зоні, при цьому пожежникам не потрібно ризикувати, занурюючись у вогонь.
• Розширте діапазон роботи та ефективність: безпілотні транспортні засоби можуть їздити безперервно протягом тривалого часу (з часом автономної роботи 8 - 12 годин). У поєднанні з дистанційними акустичними пристроями вони можуть охоплювати більшу територію для виконання завдань. У порівнянні з ручним крокуючим патрулем або стаціонарними акустичними пристроями ефективність роботи підвищується в 3-5 разів. Наприклад, в індустріальному парку площею 50 квадратних кілометрів безпілотний транспортний засіб у поєднанні з акустичним пристроєм може завершити повну перевірку території та доставку повідомлень про безпеку протягом 4 годин, тоді як перевірка вручну займає 2-3 дні.
• Зменшити експлуатаційні витрати: це зменшує залежність від робочої сили. Один безпілотний автомобіль може замінити навантаження 2-3 інспекторів, а довготривала експлуатація може значно скоротити трудовитрати. У той же час модульна конструкція та характеристики низького енергоспоживання дистанційного акустичного пристрою призводять до низьких витрат на технічне обслуговування та тривалого терміну служби (до понад 5 років за нормального використання), що додатково знижує загальні експлуатаційні витрати.
• Реалізуйте точне та інтелектуальне керування: через зв’язок із системою керування та командною платформою безпілотного автомобіля робочі дані акустичного пристрою (такі як час використання, час спрацьовування та зона покриття) можна статистично аналізувати, щоб допомогти оптимізувати маршрут перевірки та планувати завдання безпілотного автомобіля. Наприклад, згідно з аналізом даних виявлено, що випадки 'вторгнення персоналу в територію без дозволу' відбуваються часто на певній території. Частоту патрулювання безпілотного транспортного засобу в цій зоні можна регулювати, а попереджувальний голосовий вміст акустичного пристрою можна оптимізувати для покращення ефекту попередження.

VI. Випадки застосування дистанційних акустичних пристроїв на безпілотних транспортних засобах

Кейс: Практичне застосування аварійно-рятувальних безпілотних транспортних засобів та дистанційних акустичних пристроїв

Для ліквідації гірського землетрусу рятувальна група задіяла 3 аварійно-рятувальні безпілотні автомобілі. Безпілотники, оснащені дистанційними акустичними пристроями, інфрачервоними тепловізорами та модулями супутникового зв’язку, зайшли в зону стихійного лиха, де дороги були перекриті. Коли безпілотні машини об'їжджали руїни, інфрачервоний тепловізор виявив ознаки життя під руїнами. Одразу спрацював акустичний пристрій, і до цієї зони пролунав голос «Будь ласка, зберігайте спокій, рятувальники наближаються, подайте звуковий сигнал, щоб вказати своє місце розташування». У той же час рятувальники дистанційно регулювали гучність пристрою через супутниковий зв’язок, щоб забезпечити передачу звуку на дно руїн, не завдаючи травм персоналу через надмірну гучність. Коли захоплені люди відреагували, постукавши по металевій трубі, мікрофон безпілотного транспортного засобу зібрав звуковий сигнал і в поєднанні з функцією направлення акустичного пристрою допоміг визначити місцезнаходження захоплених людей, забезпечивши точні вказівки для подальшого порятунку. У цьому порятунку поєднання дистанційного акустичного пристрою та безпілотного автомобіля допомогло рятувальній команді знайти 3 захоплених людей протягом 2 годин, що значно підвищило ефективність порівняно з традиційним ручним дослідженням і в той же час уникло ризику потрапляння рятувальників у зону нестабільних руїн.