无人机能“听声辩位”了！听到呼救声就能定位求助者

近日，德国弗劳恩霍夫协会通讯、信息处理和人机工程学研究所（Germany’s Fraunhofer FKIE institute）的研究人员研制了一种无人机，可以通过麦克风收集声音，然后分析判断出人类求救的尖叫声以及声音方向，来定位需要帮助的人。

这款无人机配有两个核心装置，分别是利用声音特征训练出的人工智能软件和微型数字麦克风构成的阵列，来保证搜寻有效性和快速性。

一、无人机搜救新方向：空中声学定位

该项目首席科学家之一玛卡丽娜·瓦雷拉（Macarena Varela）告诉《华盛顿邮报》：“与地面救援人员或训练有素的狗相比，无人机可以在更短的时间覆盖更大的区域。如果有倒塌的建筑物，无人机可以提醒和协助救援人员，可以去到救援人员自己无法到达的地方。”

“配置”不同的无人机，常应用于不同场景。例如，多数情况下，无人机被用来拍摄被损坏建筑物的航拍图像，有些无人机具有热成像功能来扫描生命体，而较大的无人机可以向偏远地区受灾人员运送医疗用品和其他物品。美国华盛顿大学研究人员设计研发使用气味来定位灾难幸存者的无人机，美国航空航天公司（Aerospace Corporation）正在开发可以在视觉上识别狗，并与救援队分享它们位置的无人机。

除了给无人机装上“眼睛”和“鼻子”之外，科学家还想给无人机添加上“耳朵”，来实现更好的搜救效果。

但是无人机使用空中声学定位面临挑战——听觉装置需要在人类叫声和自然界中经常发生的声音（例如动物叫声和风声）之间进行破译，还可能需要识别求救人员试图引起救援队注意的踢腿、鼓掌或其他响动。

FKIE团队研发这款无人机，正是直面如何能准确识别出哪些声音才是人类发出的求救信号这类挑战。

二、无人机“听声”，主要依靠识别算法和微型麦克风

FKIE的工程师在构建无人机时，考虑了环境噪音和非人声求救信号因素，并根据这些进行设计。他们首先记录了自己的尖叫声、敲击声和其他需要帮助的人可能发出的声音。然后，研究人员分析每个声音频率，以找到共同的特征，并用这些特征来训练人工智能软件，调整软件以过滤掉诸如无人机旋翼声和其他环境噪音。

除了软件算法，这个搜寻系统的其余部分并没有那么复杂。研究人员选择了能在智能手机上找到的微型麦克风类型，让无人机保持轻便灵活。采用一种称为“鸦巢阵列”（CNA）的特定类型的麦克风阵列装备在无人机下方，结合先进的信号处理技术，来定位求救人员产生特定声音的准确位置。阵列中空间分布和麦克风数量对估计位置的精度有重要影响，因此正确选择它们非常重要。

▲定位求救者的概念图

瓦雷拉向《华盛顿邮报》表示，他们团队进行了几次成功的露天测试，他们的无人机在接收到他们发出的声音后“几秒钟内”就成功地估计了某人的位置。下一步，研究人员计划在样机中添加一个更高频率的麦克风，以使其更好地检测更多声音。

这不是大众第一次看到科学家考虑使用声音来增强无人机的能力。去年，美国普渡大学的研究人员开发了一种系统，该系统允许无人机使用四个麦克风和一个扬声器进行导航。

结语：“听声”无人机拓展搜救场景

无人机具有体积小、造价低、使用方便、对作战环境要求低等优点，在救援领域越来越重要的作用。无人机也越来越全能，大都配备可见光摄像机、红外摄像机、三维激光雷达和热成像仪等传感器设备，可以完成视频、图像采集和定位搜索。

不过无人机的红外探测器和雷达探测器可探测距离受某些因素限制，后续无人机增加听觉传感设备后，有望弥补现有传感探测器的不足，在灾害救援时增加识别概率和加快识别速度，避免更大损失。

来源：Engadget、The Washington Post、Acoustic Society of America

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