未来无人机通过“听声辨位”助力灾后救援工作

编译 许林玉

德国研究人员开发了一种无人机机载声学系统，可用于寻找呼救者。

如果有人发明了一种飞行器，它能够通过听取你的声音来追踪你的行踪，你可能会惊出一身冷汗。

但如果你在遭遇自然灾害后被压在一堆瓦砾之下，而救援人员又无法找到你时，也许，寻人无人机就不是那么糟糕的主意了。

这一概念是德国弗劳恩霍夫通信、信息处理和人体工程学研究所（FKIE）的工程师研究的重点，他们已经制造出通过探测人的尖叫声并倾听其他危急信号来找人的无人机原型机。在美国声学学会主办的年会上，首席工程师之一玛卡莲娜•瓦雷拉（Macarena Varela）展示了他们的进展。

在科幻恐怖电影中，寻人无人机可谓司空见惯。而瓦雷拉表示，这种设备也将是地震、飓风和野火等灾后救援方案的理想选择。它们可以在救援人员难以到达的区域上空盘旋，并精确定位人们可能被困的位置。

瓦雷拉介绍说：“与地面救援人员或训练有素的警犬相比，无人机可以在更短的时间内覆盖更大的区域。如果发现了倒塌的建筑物，它可以发出警报，并协助救援人员开展救援工作。它还可以飞到救援人员无法抵达的地方，或者自行前往参与救援。”

当灾难发生时，无人机通常被用于搜救任务。通常情况下，它们会航拍建筑结构受损的图像。一些无人机具有热成像功能，可以扫描人体温度，而更大的无人机则可以向偏远地区的人们运送医疗物资和其他物品。

但研究人员发现，如果增加“天空之眼”和“天空之鼻”，无人机将具备更多新用途。华盛顿大学的研究人员正在构想通过气味来定位灾难幸存者的无人机。美国宇航公司正在研发一款可从视觉上将狗识别出来的无人机，还能将狗的具体位置与救援队分享。瑞士苏黎世大学研制了一款可在飞行途中改变形状的无人机，以便在奇形怪状的缝隙中自由穿行。

利用航空声学来定位人的位置面临着诸多挑战。听觉系统必须能够将人类的呼喊声和自然界的声音（如动物的叫声和风声等）分辨出来，还可能需要识别出与踢腿、拍手或其他人们试图引起救援队注意的方式产生的相关声音模式。

FKIE 的工程师在建造他们的概念无人机时考虑到了这些情况。他们首先要建立一个人类“脉冲”噪声数据库，并对无人机进行针对性训练。他们录下了自己的尖叫声、拍掌声以及处于困境中的人可能发出的其他声音。然后，他们对每种声音的频率进行分析，以找到其共同特征，并利用这些特征来训练人工智能软件。

瓦雷拉说，他们还努力过滤无人机旋翼产生的噪声和其他环境声音。

他们在完成软件部分的工作后，又组装了一个微型数字麦克风系统，为声音的来源提供“精确的”角度。研究人员称，之所以使用智能手机和助听器中的数字麦克风，是因为它们与模拟麦克风或传统麦克风不同，不需要配备众多笨重的硬件。

该团队将这组麦克风安装在无人机下方，并使用信号处理技术，使其能够追踪人声的来源。该系统还提高了话语的音量和清晰度。瓦雷拉表示，到目前为止，他们已经成功地进行了野外实验，发现无人机可以在拾取声音的几秒钟内估算出受害者的位置。在演示中，无人机在地面上空盘旋，然后转向地面上大声呼救的研究人员。

瓦雷拉说：“在有无人机噪音的情况下，我们已经成功地检测出脉冲声并将其精准定位。”目前，工程师正在为麦克风追踪声音的方法申请专利。

接下来，他们还想为无人机增加一个频率更高的麦克风，以获取更多音频信号。瓦雷拉说，这一构想的目的是希望能够探测到数百米外的噪音。在现实中，受害者的位置数据将来可能会通过无线方式发送给携带平板电脑的紧急救援人员。

瓦雷拉表示，自从研究人员宣布他们的研究进展以来，许多有兴趣合作的组织与他们取得了联系。但目前尚不清楚这一构想何时能够付诸实践。

FKIE 的主要工作是开展实验以及研发原型机。该研究所业务发展部负责人凯•纽顿伯格（Kai Nuernberger）表示，研究所有时会将新成果授权给专门生产商业化产品的公司，但这远非线性过程。

“我们擅长开发技术，解决尚未解决的问题。但商业化并非我们的真正目的。”纽顿伯格补充道。