未來無人機通過“聽聲辨位”助力災后救援工作

編譯 許林玉

德國研究人員開發了一種無人機機載聲學系統，可用于尋找呼救者。

如果有人發明了一種飛行器，它能夠通過聽取你的聲音來追蹤你的行蹤，你可能會驚出一身冷汗。

但如果你在遭遇自然災害后被壓在一堆瓦礫之下，而救援人員又無法找到你時，也許，尋人無人機就不是那么糟糕的主意了。

這一概念是德國弗勞恩霍夫通信、信息處理和人體工程學研究所（FKIE）的工程師研究的重點，他們已經制造出通過探測人的尖叫聲并傾聽其他危急信號來找人的無人機原型機。在美國聲學學會主辦的年會上，首席工程師之一瑪卡蓮娜?瓦雷拉（Macarena Varela）展示了他們的進展。

在科幻恐怖電影中，尋人無人機可謂司空見慣。而瓦雷拉表示，這種設備也將是地震、颶風和野火等災后救援方案的理想選擇。它們可以在救援人員難以到達的區域上空盤旋，并精確定位人們可能被困的位置。

瓦雷拉介紹說：“與地面救援人員或訓練有素的警犬相比，無人機可以在更短的時間內覆蓋更大的區域。如果發現了倒塌的建筑物，它可以發出警報，并協助救援人員開展救援工作。它還可以飛到救援人員無法抵達的地方，或者自行前往參與救援。”

當災難發生時，無人機通常被用于搜救任務。通常情況下，它們會航拍建筑結構受損的圖像。一些無人機具有熱成像功能，可以掃描人體溫度，而更大的無人機則可以向偏遠地區的人們運送醫療物資和其他物品。

但研究人員發現，如果增加“天空之眼”和“天空之鼻”，無人機將具備更多新用途。華盛頓大學的研究人員正在構想通過氣味來定位災難幸存者的無人機。美國宇航公司正在研發一款可從視覺上將狗識別出來的無人機，還能將狗的具體位置與救援隊分享。瑞士蘇黎世大學研制了一款可在飛行途中改變形狀的無人機，以便在奇形怪狀的縫隙中自由穿行。

利用航空聲學來定位人的位置面臨著諸多挑戰。聽覺系統必須能夠將人類的呼喊聲和自然界的聲音（如動物的叫聲和風聲等）分辨出來，還可能需要識別出與踢腿、拍手或其他人們試圖引起救援隊注意的方式產生的相關聲音模式。

FKIE 的工程師在建造他們的概念無人機時考慮到了這些情況。他們首先要建立一個人類“脈沖”噪聲數據庫，并對無人機進行針對性訓練。他們錄下了自己的尖叫聲、拍掌聲以及處于困境中的人可能發出的其他聲音。然后，他們對每種聲音的頻率進行分析，以找到其共同特征，并利用這些特征來訓練人工智能軟件。

瓦雷拉說，他們還努力過濾無人機旋翼產生的噪聲和其他環境聲音。

他們在完成軟件部分的工作后，又組裝了一個微型數字麥克風系統，為聲音的來源提供“精確的”角度。研究人員稱，之所以使用智能手機和助聽器中的數字麥克風，是因為它們與模擬麥克風或傳統麥克風不同，不需要配備眾多笨重的硬件。

該團隊將這組麥克風安裝在無人機下方，并使用信號處理技術，使其能夠追蹤人聲的來源。該系統還提高了話語的音量和清晰度。瓦雷拉表示，到目前為止，他們已經成功地進行了野外實驗，發現無人機可以在拾取聲音的幾秒鐘內估算出受害者的位置。在演示中，無人機在地面上空盤旋，然后轉向地面上大聲呼救的研究人員。

瓦雷拉說：“在有無人機噪音的情況下，我們已經成功地檢測出脈沖聲并將其精準定位。”目前，工程師正在為麥克風追蹤聲音的方法申請專利。

接下來，他們還想為無人機增加一個頻率更高的麥克風，以獲取更多音頻信號。瓦雷拉說，這一構想的目的是希望能夠探測到數百米外的噪音。在現實中，受害者的位置數據將來可能會通過無線方式發送給攜帶平板電腦的緊急救援人員。

瓦雷拉表示，自從研究人員宣布他們的研究進展以來，許多有興趣合作的組織與他們取得了聯系。但目前尚不清楚這一構想何時能夠付諸實踐。

FKIE 的主要工作是開展實驗以及研發原型機。該研究所業務發展部負責人凱?紐頓伯格（Kai Nuernberger）表示，研究所有時會將新成果授權給專門生產商業化產品的公司，但這遠非線性過程。

“我們擅長開發技術，解決尚未解決的問題。但商業化并非我們的真正目的。”紐頓伯格補充道。