Thực Tế Ứng Dụng Của Thiết Bị Âm Thanh Từ Xa Trên Các Tàu Không Người Lái

Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ tàu không người lái trong các hoạt động hàng hải, tuần tra an ninh, giám sát sinh thái và các lĩnh vực khác, đặc điểm điều hướng tự động và khả năng hoạt động lâu dài đã trở thành nền tảng quan trọng cho các hoạt động trên mặt nước. Tuy nhiên, các chức năng truyền thống của tàu không người lái chủ yếu tập trung vào việc thu thập dữ liệu như kiểm tra chất lượng nước và giám sát hình ảnh, mà thiếu đi khả năng tương tác và răn đe bằng âm thanh dưới nước một cách hiệu quả. Nhờ vào lợi thế cốt lõi về truyền âm định hướng và khả năng chống nhiễu từ môi trường nước, các thiết bị âm thanh từ xa khi kết hợp với tàu không người lái tạo thành một "nền tảng âm thanh di động trên mặt nước", khắc phục hiệu quả điểm yếu về tương tác âm thanh của tàu không người lái, đồng thời mở rộng thêm giá trị ứng dụng của chúng trong các tình huống thủy cảnh phức tạp.

I. Các Tình Huống Ứng Dụng Của Thiết Bị Âm Thanh Từ Xa Được Tích Hợp Với Tàu Không Người Lái

Sự kết hợp giữa các thiết bị âm thanh từ xa và tàu không người lái chính xác phù hợp với bốn kịch bản nước cốt lõi sau đây để giải quyết các điểm khó khăn trong vận hành ở các lĩnh vực khác nhau:

• Các kịch bản an ninh hàng hải và tuần tra biên giới: Ở những khu vực như biên giới ven biển và đường thủy nội địa, các tàu không người lái được trang bị thiết bị âm thanh từ xa có thể phát cảnh báo định hướng đến các tàu buôn lậu trái phép và tàu chở người nhập cư trái phép (ví dụ: "Tàu của bạn đã đi vào vùng nước thuộc phạm vi quản lý của Trung Quốc, vui lòng dừng ngay lại để kiểm tra"). Tại các khu vực trọng điểm như cảng và bến tàu, chúng có thể phát các thông báo quản lý an toàn theo thời gian thực (ví dụ: "Cấm lưu lại trên luồng hàng hải, vui lòng chú ý tránh các tàu đang đi qua") và đồng bộ hóa tình hình tại hiện trường về trung tâm chỉ huy mặt đất để hỗ trợ nhân viên thực thi pháp luật xử lý.
• Các tình huống cứu hộ khẩn cấp: Khi con người bị mắc kẹt trong nước do các thảm họa như lũ lụt và bão, các tàu không người lái có thể nhanh chóng tiếp cận vùng nước bị thiên tai. Thông qua các thiết bị âm thanh từ xa, chúng có thể phát thông báo về tuyến đường cứu hộ đến những người bị mắc kẹt (ví dụ: "Làm ơn di chuyển về hướng phao cứu sinh màu cam, tàu cứu hộ đang trực sẵn ở gần đó") và truyền đạt kiến thức về cách nổi trên mặt nước cũng như tránh rủi ro. Trong hoạt động tìm kiếm và cứu nạn trên biển, chúng có thể phát các tín hiệu định vị nhắc nhở người rơi xuống nước (ví dụ: "Giữ sức, tàu không người lái sẽ thả thiết bị cứu sinh cho bạn") và hỗ trợ đội cứu hộ xác định vị trí mục tiêu thông qua tín hiệu âm thanh. Trong các sự cố tràn dầu, chúng có thể phát thông báo phạm vi khu vực nguy hiểm đến các tàu xung quanh (ví dụ: "Có sự cố tràn dầu tại vùng nước XX, làm ơn không tiếp cận"); nhằm ngăn ngừa các tai nạn thứ cấp.
• Các kịch bản bảo vệ sinh thái và quản lý nước: Tại các khu vực nước thuộc khu bảo tồn thiên nhiên (như đầm lầy và hồ), các tàu không người lái được trang bị thiết bị âm thanh từ xa có thể phát tiếng cảnh báo đến các tàu đánh bắt trái phép và các tàu xả nước thải trái phép để tạo thành lực lượng răn đe trên mặt nước. Tại các khu vực như hồ chứa và nguồn nước uống, chúng có thể phát thông báo cấm đối với những người bơi hoặc câu cá vi phạm quy định (ví dụ: "Đây là khu vực bảo vệ nguồn nước uống, nghiêm cấm xuống nước"). Tại các khu vực nuôi trồng thủy sản, chúng có thể xua đuổi các sinh vật dưới nước gây hại bằng sóng âm tần số cụ thể nhằm bảo vệ an toàn cho các loài nuôi trồng thủy sản.
• Các kịch bản dịch vụ công và điều phối vận hành: Tại hiện trường thi công dưới nước (như xây dựng cầu và nạo vét luồng lạch), các tàu không người lái có thể phát thanh phạm vi khu vực thi công và tuyến đường vòng tránh đến các tàu đi qua bằng thiết bị âm thanh từ xa (ví dụ như "Xin vui lòng đi vòng về phía bắc khu vực thi công 100 mét, xin cảm ơn sự hợp tác"). Trong các sự kiện trên mặt nước (như đua thuyền rồng và đua thuyền buồm), chúng có thể phát thanh trực tiếp các quy định thi đấu và lưu ý an toàn (ví dụ như "Các tàu không thuộc sự kiện bị cấm đi vào đường đua trong suốt thời gian diễn ra cuộc đua") nhằm duy trì trật tự tại hiện trường.

II. Nhu cầu chính của khách hàng trong Các kịch bản tàu không người lái

Trong ứng dụng của tàu không người lái, nhu cầu của khách hàng đối với thiết bị âm thanh từ xa xoay quanh ba yếu tố "chống thấm nước, độ ổn định và hiệu quả", cụ thể thể hiện như sau:

• Năng lực chống nước và nhu cầu thích nghi với môi trường: Tàu không người lái hoạt động trên nước trong một thời gian dài, vì vậy thiết bị cần có mức độ bảo vệ IP65 hoặc cao hơn, có thể chống ăn mòn nước biển, ngâm mưa và va chạm sóng. Đồng thời, nó nên thích nghi với sự thay đổi nhiệt độ nước và nhiệt độ không khí trong khoảng từ - 20 °C đến 60 °C để tránh lỗi trong môi trường như tiếp xúc với nhiệt độ cao và đông lạnh ở nhiệt độ thấp. Ngoài ra, nó phải có khả năng chống gió và sóng và có thể truyền âm thanh ổn định dưới sức gió dưới mức 5 mà không bị che phủ bởi tiếng ồn môi trường (như tiếng ồn sóng và tiếng ồn động cơ).
• Yêu cầu truyền âm rõ ràng ở khoảng cách xa: Phạm vi hoạt động của các tàu không người lái chủ yếu là khu vực mặt nước từ 1 - 5 kilômét. Do đó, thiết bị cần có khả năng truyền âm hiệu quả ít nhất 800 mét trong khu vực mặt nước mở không có vật cản. Tín hiệu âm thanh phải không bị méo và không có nhiễu. Ngay cả trong môi trường gió mạnh và sóng lớn, nhân viên trên mặt nước vẫn có thể nhận thông tin một cách rõ ràng. Đối với các mục tiêu cụ thể (như một chiếc tàu đơn lẻ hoặc một người bị mắc kẹt), thiết bị cần có khả năng truyền âm định hướng để tránh lan tỏa âm thanh gây ảnh hưởng đến các khu vực không liên quan.
• Yêu cầu điều khiển và phối hợp từ xa: Hỗ trợ điều khiển từ xa thông qua hệ thống điều khiển tàu không người lái hoặc nền tảng chỉ huy trên bờ, bao gồm điều chỉnh âm lượng, chuyển đổi chế độ làm việc (định hướng/vô hướng), phát lại giọng nói theo mẫu sẵn có và nhập giọng nói thời gian thực. Không cần phải lên tàu để thiết lập. Đồng thời, thiết bị cần được liên kết với hệ thống định vị GPS, camera độ phân giải cao và cảm biến sonar của tàu không người lái. Khi cảm biến phát hiện mục tiêu (ví dụ như người bị mắc kẹt hoặc tàu bất hợp pháp), thiết bị âm thanh sẽ tự động kích hoạt hoạt động.
• Yêu cầu về tiêu thụ điện năng thấp và khả năng thích nghi với độ bền: Thời gian hoạt động liên tục của tàu không người lái chủ yếu trong khoảng 8 - 24 giờ. Do đó, thiết bị cần phải có đặc tính tiêu thụ điện năng thấp, với mức tiêu thụ điện khi hoạt động dưới 15W. Thiết bị có thể được kết nối trực tiếp vào hệ thống nguồn điện của tàu không người lái để tránh ảnh hưởng đến hoạt động do phải sạc điện thường xuyên. Đồng thời, thiết bị cần có chức năng giám sát điện năng. Khi mức điện năng của thiết bị quá thấp, nó sẽ tự động gửi cảnh báo đến nền tảng chỉ huy nhằm đảm bảo việc truyền tải thông tin quan trọng không bị gián đoạn.

III. Các Đặc Điểm Chính Của Thiết Bị Âm Thanh Từ Xa Phù Hợp Với Tàu Không Người Lái

Để đáp ứng nhu cầu trong các tình huống sử dụng tàu không người lái, các thiết bị âm thanh từ xa cần sở hữu những đặc điểm kỹ thuật định hướng sau đây nhằm đảm bảo sự phối hợp hiệu quả với tàu không người lái:

• Thiết kế bảo vệ cao và chống ăn mòn: Vỏ được làm bằng hợp kim nhôm hoặc nhựa kỹ thuật + vật liệu phủ chống ăn mòn, có khả năng chịu được sự ăn mòn của nước biển và nước ngọt, tránh hiện tượng gỉ sét và nứt vỡ do ngâm lâu dài. Cổng giao tiếp thiết bị sử dụng cấu trúc kín nước, các cáp dữ liệu và cáp nguồn được trang bị đầu nối chống thấm nước để ngăn nước xâm nhập vào mạch bên trong. Đồng thời, thiết bị được tích hợp van chống ẩm và thoát khí bên trong để cân bằng áp suất không khí bên trong và bên ngoài, tránh hình thành nước ngưng tụ.
• Mức áp suất âm cao và đầu ra chống nhiễu: Mức áp suất âm đầu ra có thể đạt từ 130dB - 150dB, bao phủ dải tần số nhạy cảm với tai người từ 200Hz - 20000Hz nhằm đảm bảo tín hiệu âm thanh vẫn có thể xuyên qua các môi trường nhiễu như tiếng sóng và tiếng ồn động cơ. Sử dụng thuật toán âm học chuyên dụng để tối ưu hóa đường truyền sóng âm, giảm suy hao âm thanh do phản xạ trên mặt nước. Ngay cả trong điều kiện sóng cao 1 mét, thông tin thoại vẫn có thể được thu rõ ở khoảng cách 800 mét. Đồng thời, thiết bị hỗ trợ điều chỉnh cường độ âm thanh trên 10 cấp độ để thích nghi với nhu cầu của các tình huống khác nhau.
• Tiêu thụ điện năng thấp và thích ứng đa nguồn điện: Sử dụng chip công suất thấp và thiết kế mạch tiết kiệm năng lượng. Mức tiêu thụ điện ở chế độ chờ dưới 3W, và mức tiêu thụ khi hoạt động được kiểm soát ở mức 10 - 15W. Thiết bị có thể kết nối trực tiếp với hệ thống pin lithium hoặc nguồn năng lượng mặt trời trên tàu không người lái mà không cần nguồn dự phòng bổ sung. Một số thiết bị có tích hợp sẵn pin lithium dự phòng, có thể duy trì hoạt động liên tục của thiết bị hơn 3 giờ khi nguồn điện của tàu không người lái bị ngắt, đảm bảo truyền tải thông tin trong các tình huống khẩn cấp.
• Thiết kế nhẹ và dễ dàng lắp đặt: Tổng trọng lượng của thiết bị được kiểm soát trong phạm vi 5 kilogram, thể tích không vượt quá 20cm×20cm×20cm. Thiết bị có thể được cố định trên boong hoặc nóc buồng điều khiển của tàu không người lái thông qua giá đỡ mà không ảnh hưởng đến độ ổn định khi di chuyển và khả năng chở tải của tàu. Giao diện lắp đặt áp dụng thiết kế tiêu chuẩn hóa, hỗ trợ tháo lắp nhanh và thay thế thuận tiện cho việc bảo trì và sửa chữa sau này.

IV. Các Giải Pháp Tích Hợp Thiết Bị Âm Thanh Từ Xa Với Các Thiết Bị Khác

Trong hệ thống tàu không người lái, các thiết bị âm thanh từ xa cần được tích hợp với nhiều loại thiết bị để tạo thành hệ thống phối hợp "cảm nhận - ra quyết định - thực thi". Các giải pháp tích hợp cụ thể như sau:

• Tích hợp với thiết bị cảm biến: Hệ thống được kết nối với camera độ phân giải cao, cảm biến sonar và máy ảnh nhiệt hồng ngoại của tàu không người lái. Khi camera phát hiện các tình huống bất thường như "tàu xâm nhập trái phép" và "người rơi xuống nước", hoặc khi sonar phát hiện vật cản dưới nước và thiết bị đánh bắt cá trái phép, hệ thống sẽ tự động kích hoạt thiết bị âm thanh từ xa để phát lời thoại tương ứng (ví dụ: "Tàu của bạn đã xâm nhập trái phép vào khu vực cấm di chuyển, vui lòng rời khỏi ngay lập tức" và "Phát hiện người rơi xuống nước, tàu không người lái sẽ tiến hành cứu hộ"). Máy ảnh nhiệt hồng ngoại có thể hỗ trợ xác định mục tiêu trong điều kiện ban đêm hoặc tầm nhìn thấp, đảm bảo thiết bị truyền âm thanh một cách chính xác.
• Tích hợp với thiết bị truyền thông: Thiết bị được kết nối với mô-đun truyền thông 4G/5G hoặc mô-đun truyền thông vệ tinh của tàu không người lái để thực hiện điều khiển từ xa khoảng cách rất xa. Khi tàu không người lái hoạt động ở vùng nước cách xa bờ và không có tín hiệu mạng công cộng (ví dụ như biển khơi), nhân viên trên bờ có thể gửi các lệnh (như chuyển đổi chế độ làm việc hoặc cập nhật giọng nói đã ghi sẵn) đến thiết bị âm thanh thông qua liên kết vệ tinh. Thiết bị có thể truyền trạng thái hoạt động (như điện năng, âm lượng và thông tin lỗi) về nền tảng chỉ huy trên bờ theo thời gian thực, thuận tiện cho việc giám sát từ xa và xử lý sự cố.
• Tích hợp với thiết bị định vị và dẫn đường: Kết hợp với hệ thống định vị GPS/Beidou của tàu không người lái, khi tàu không người lái đi vào khu vực nhạy cảm đã được cài đặt trước (ví dụ như khu vực bảo vệ nguồn nước uống và khu vực quân sự cấm lưu thông), thiết bị âm thanh từ xa sẽ phát cảnh báo bằng giọng nói đến các tàu đi vào khu vực này. Khi tàu không người lái lệch khỏi lộ trình hoạt động (ví dụ do sóng gió làm lệch khỏi khu vực tìm kiếm cứu nạn), thiết bị sẽ ngay lập tức gửi cảnh báo bất thường về vị trí đến nền tảng trên bờ và phát thông báo "Tàu không người lái đã lệch khỏi lộ trình, đề nghị các tàu xung quanh chú ý tránh" đến các tàu lân cận.
• Tích hợp với thiết bị đèn cảnh báo: Thiết bị được kết nối với đèn LED cảnh báo và đèn nháy trên tàu không người lái để tạo hiệu ứng "phối hợp âm thanh - ánh sáng". Khi thiết bị âm thanh từ xa kích hoạt chế độ cảnh báo, đèn cảnh báo sẽ bật đồng thời (ví dụ như đèn nháy màu xanh lam). Thông qua sự kích thích kép về thị giác và thính giác, hiệu quả cảnh báo đối với mục tiêu được tăng cường. Ví dụ, trong cứu hộ ban đêm, việc "phối hợp âm thanh - ánh sáng" có thể giúp những người rơi xuống nước nhanh chóng xác định vị trí của tàu không người lái và nâng cao hiệu suất cứu hộ.

V. Những ưu điểm cốt lõi của sự kết hợp giữa thiết bị âm thanh từ xa và tàu không người lái

So với các thiết bị âm thanh dưới nước truyền thống hoặc tàu không người lái hoạt động riêng lẻ, sự kết hợp giữa thiết bị âm thanh từ xa và tàu không người lái có thể phát huy những lợi thế đáng kể trên nhiều phương diện:

• Mở rộng phạm vi hoạt động và hiệu quả: Tàu không người lái có thể tự động điều hướng và phủ sóng một khu vực mặt nước lớn (một lần hoạt động có thể bao quát hơn 20 km²). Khi kết hợp với các thiết bị âm thanh từ xa, hiệu suất truyền tải thông tin cao hơn 4 - 6 lần so với việc phát thanh bằng tàu có người lái. Ví dụ, trong công tác quản lý một hồ chứa diện tích 10 km², tàu không người lái kết hợp thiết bị có thể hoàn thành việc phát thông báo cấm bơi trên toàn bộ khu vực mặt nước trong vòng 2 giờ, trong khi tàu có người lái cần tới 6 - 8 giờ.
• Cải thiện an toàn vận hành: Trong các tình huống nguy hiểm (như khu vực bị ngập lụt và vùng nước có tràn dầu), tàu không người lái có thể thay thế nhân viên tiến vào các khu vực rủi ro cao để thực hiện nhiệm vụ. Các thiết bị âm thanh từ xa cho phép nhân viên trên bờ hoàn thành việc truyền tải thông tin và răn đe mà không cần tiếp cận môi trường nguy hiểm, giảm đáng kể nguy cơ thương vong cho con người. Ví dụ, trong cứu hộ trên biển sau cơn bão, các tàu không người lái mang theo thiết bị tiến vào vùng nước có sóng gió mạnh để phát các chỉ dẫn cứu hộ, tránh rủi ro phải liều mình điều khiển tàu của lực lượng cứu hộ.
• Thực hiện vận hành chính xác và thân thiện với môi trường: Thông qua công nghệ truyền âm định hướng và khả năng định vị chính xác của các tàu không người lái, âm thanh có thể được truyền chính xác đến khu vực mục tiêu, tránh gây nhiễu môi trường do âm thanh lan tỏa ra môi trường sinh thái xung quanh. Ví dụ, trong khu vực nước thuộc khu bảo tồn thiên nhiên, có thể phát cảnh báo định hướng đến các tàu đánh bắt cá trái phép mà không ảnh hưởng đến nơi sinh sống của các sinh vật thủy sinh xung quanh. Đồng thời, thiết bị có thể mô phỏng âm thanh của loài săn mồi tự nhiên để đạt được hiệu quả xua đuổi sinh thái, tránh gây ô nhiễm nguồn nước do sử dụng các chất hóa học.
• Giảm chi phí vận hành: Một tàu không người lái kết hợp với thiết bị âm thanh từ xa có thể thay thế khối lượng công việc của 2 - 3 nhân viên vận hành trên mặt nước. Hơn nữa, chi phí vận hành đơn lẻ (phí điện, phí bảo trì) của tàu không người lái thấp hơn so với chi phí điều khiển tàu bằng thủ công. Việc vận hành dài hạn có thể giảm đáng kể khoản đầu tư về lao động và thời gian. Ví dụ, trong công tác tuần tra an ninh hàng ngày tại cảng, một tàu không người lái có thể đảm nhận nhu cầu tuần tra trên tuyến đường thủy dài 5 km, giúp giảm chi phí hơn 50% so với hình thức tuần tra bằng tàu do con người điều khiển.

VI. Các trường hợp ứng dụng thiết bị âm thanh từ xa trên tàu không người lái

Ví dụ 1: Ứng dụng phối hợp giữa tàu tuần tra biên giới ven biển không người lái và thiết bị âm thanh từ xa

Một đơn vị quản lý biên giới ven biển đã triển khai 8 tàu tuần tra không người lái, mỗi chiếc được trang bị thiết bị âm thanh từ xa, camera độ phân giải cao, hệ thống định vị Beidou và mô-đun viễn thông vệ tinh. Trong các chuyến tuần tra hàng ngày, các tàu không người lái di chuyển trong vùng nước biên giới theo các tuyến đường đã được cài đặt trước. Khi camera phát hiện một tàu khả nghi đang tiếp cận đường biên giới, thiết bị âm thanh từ xa tự động chuyển sang chế độ định hướng và phát cảnh báo giọng nói "Tàu của bạn đã tiếp cận đường biên giới Trung Quốc, vui lòng quay đầu và rời khỏi ngay lập tức, nếu không sẽ áp dụng các biện pháp tiếp theo" đến tàu khả nghi. Nếu tàu khả nghi từ chối rời đi, thiết bị sẽ đồng bộ thông tin vị trí và hành trình của tàu về trung tâm chỉ huy trên bờ thông qua kết nối vệ tinh. Trung tâm chỉ huy có thể điều chỉnh từ xa mức âm lượng của thiết bị để liên tục gia tăng cường độ cảnh báo. Ngoài ra, khi các cuộc tuần tra thủ công không thể thực hiện do thời tiết xấu (như mưa lớn và sương mù dày đặc), các tàu không người lái vẫn có thể hoạt động bình thường và phát thanh các quy định quản lý biên giới đến các tàu đi ngang qua bằng thiết bị này nhằm ngăn ngừa các sự cố vượt biên trái phép. Sau khi thực hiện phương án này, số vụ vi phạm vượt biên trái phép trong vùng nước biên giới đã giảm 75%, đồng thời chi phí tuần tra giảm 60% so với phương thức sử dụng tàu có người lái.

Hồ sơ 2: Ứng dụng thực tiễn các tàu không người lái cứu hộ ngập úng đô thị và thiết bị âm thanh từ xa

Khi một thành phố chịu thảm họa ngập lụt do mưa lớn, đội cứu hộ đã triển khai 5 tàu không người lái cứu hộ khẩn cấp. Mỗi tàu không người lái được trang bị thiết bị âm thanh từ xa, máy ảnh nhiệt hồng ngoại và thiết bị thả vật dụng cứu sinh. Các tàu không người lái nhanh chóng tiến vào các tuyến đường và khu vực cộng đồng bị ngập nước. Khi máy ảnh nhiệt hồng ngoại phát hiện những người bị mắc kẹt trên mái nhà và ban công, thiết bị âm thanh từ xa lập tức được kích hoạt và phát thông điệp "Vui lòng ở lại nơi cao để được cứu hộ, tàu không người lái sẽ thả áo phao và thực phẩm cho bạn, vui lòng không tự ý xuống nước" đến những người bị mắc kẹt. Đồng thời, thiết bị truyền thông tin vị trí của những người bị mắc kẹt về trung tâm chỉ huy cứu hộ thông qua mô-đun truyền thông 4G để hỗ trợ sắp xếp lực lượng cứu hộ. Tại khu vực nguy hiểm có độ sâu nước vượt quá 1,5 mét, các tàu không người lái phát cảnh báo "Dòng chảy ở đây mạnh, vui lòng không tiếp cận" đến những người xung quanh qua thiết bị nhằm ngăn chặn việc mọi người vô tình bước vào vùng nước nguy hiểm. Trong chiến dịch cứu hộ này, sự kết hợp giữa thiết bị âm thanh từ xa và tàu không người lái đã giúp đội cứu hộ di chuyển hơn 230 người bị mắc kẹt trong vòng 4 giờ. Hiệu quả truyền tải thông tin cao gấp 10 lần so với loa phát thanh truyền thống, và không có nhân viên cứu hộ nào bị thương.