水上自动救援智能机器人

李一鸣杨中原王冰冰

（1.郑州大学物理工程学院，河南郑州 450000；2.郑州大学机械工程学院，河南郑州 450000；3.郑州大学信息工程学院，河南郑州 450000）

水上自动救援智能机器人

李一鸣1杨中原2王冰冰3

（1.郑州大学物理工程学院，河南郑州 450000；2.郑州大学机械工程学院，河南郑州 450000；3.郑州大学信息工程学院，河南郑州 450000）

据世界卫生组织的实况报道，2015年全世界不完全统计有37.2万人死于溺水，使溺水成为全球一个主要的公共卫生问题。但传统的溺水救援以低效、高代价的人工救援为主，目前市场上并没有水上自动救援智能机器人。本文详细介绍水上自动救援智能机器人，此机器人填补了自动救援史的空白。

溺水；自动救援；机器人

1 水上自动救援智能机器人简介

水上自动救援智能机器人由监测主体、无人自动巡航搜救船、救生圈及接收端APP四部分组成。集落水探测、落水警报、语音提示呼救、救援、GPS定位、无线GPS和图像传输、自发电和电力储存以及信息收集功能于一体，采用悬浮灯塔式设计使之能在水面上固定。设立于危险水域，检测到有人进入该区域，装置将自动发出警报（前方处于深水区请勿进入），防止发生事故。检测到有人落水，该装置通过红外传感与声音传感技术发现落水或溺水者，并通过超声波距离传感器对落水者进行方位与距离计算，将信息进行整合处理后由无线模块发送至无人自动巡航搜救船，启动救援装置将救生圈送至落水者处使之自救；期间，装置发出警报（前方深水区有人落水了）高音提示周围人有人落水。同时，落水警报响起启动此装置将落水者的经纬度及实时视频信息自动发送到接收端，尽最大可能给溺水者提供及时有效的自救和他救。

2 水上自动救援智能机器人技术特点和优点

2.1 落水监测

此装置前后安有2个红外传感器、声音传感器。相比传统的检测手段，该套系统创新性采用红外检测与声波监测交互处理数据信息并配合实时图像图传技术来对装置周围环境信息进行无死角监测，并有效克服了其他检测技术在极端环境下的监测盲点问题。此套装置采用的创新性算法处理下的交互传感监测系统在监测水平上较传统检测技术实现了跨越式进步，对落水者的情况进行及时有效的监测。

2.2 语音提示呼救播报

语音提示包括危险水域禁止进入和危险水域有人落水2种提示音，通过扩音器在野外水域高音传输，提醒周围人事故的发生以进行及时的救援。前者由置于装置前方的红外传感器控制，对于在江河湖泊等禁止游泳戏水水域将会对靠近该区域人员进行警报提示，将有效防止落水溺水事故发生。后者由置于装置后方的红外传感器及声音传感器共同控制。语音提示系统会将有人落水的信息进行放大并以语音形式传递，使之能对落水者进行快速救援，为落水者的生命安全提供保障。置于装置后的传感器通过无线发射模块同时控制落语音提示呼救播报开关、无人自动巡航搜救船开关以及传向安防室的无线经纬度及无线图像传输的开关。

2.3 无线经纬度信息传输

无线传输系统是系统中重要的一部分，其传输性能直接影响传输质量［1］。GPS+GPRS的定位监控系统，GPS经纬度数据通过GPRS无线传输到指定的服务器上，并通过Google地图进行精确定位。GPRS开关启动时，此装置会同时向指定的手机号发送经纬度信息，请求救援。

2.4 无线图像采集及传输

摄像头无线GPRS图像采集及传输系统主要采用STM32+GPRS+OV2640+SD+EEPROM技术。此装置使用的CMOS摄像模块，将优质VGA的CMOS影像传感器与高度集成的影像处理器、嵌入式电源和高质量的透镜组结合在一起，输出事故发生当时的图像资料，从而接收APP调取图像资料进行最及时有效的救援。

2.5 落水者的自救

2.5.1 热释电红外线传感器对人体的定位。将舵机安装在舵机固定架中，舵机转轴上的舵机机臂与支架底面连接，支架中部2个孔中分别垂直安装有热释电红外线传感器，2个热释电红外线传感器外分别安装有菲涅尔透镜，位于上部的菲涅尔透镜外安装遮盖罩。2个热释电红外线传感器通过各自的热释电红外线传感器电路经电路模块与单片机连接。舵机带动传感器转动,探测活动和静止的人体。使用2个传感器，通过对其一传感器的遮盖，改变其探测角度，可实现精确定位。两探测角度不同的传感器相互配合，实现防干扰功能。通过对人体左右两侧边缘的识别，判断探测区域内为单人或双人，还可获得人体中心的横向位置。

2.5.2 超声波测距。超声波测距在使用中不受光强度，被测物体色彩等因素的影响，价值信息处理简单、速度快、成本低、在机器人避障和定位方面已经有了广泛的应用［2］。

2.5.3 监测主体与无人自动巡航救援船之间远距离无线通讯。监测主体与无人自动巡航救援船采用大功率833MHz无线模块交换信息，通信范围至3 000m，完全适应实际需求。采用最先进的LORA扩频技术，同时使用FEC前向纠错算法，能主动纠正被干扰的数据包采用自编启动程序，实现救援的全自动化。

2.6 太阳能电池供电及电能的储存

采用SYPO-120W多晶硅太阳能电池板与DC-DC升稳压模块加上NPP-85AH太阳能系统专用蓄电池与太阳能控制器CM30多组套件相配合保证整套装置用电需求。晴天时电池蓄电，晚上或阳光不足时放电。

3 水上自动救援智能机器人创新优势

3.1 救援系统

此套装置采用了立体化救援，集成了自主救援、专业消防救援与人道救援等传统救援方式、将最大可能保证溺水者的生命安全。

3.2 无人自动巡航搜救船

一是热释电红外线传感器对人体的定位。在对人体目标探测上，红外辐射会根据本身辐射量和反射两部分组成，具有极高的监测精度［3］。具体如2.5.1所述。二是监测主体与无人自动巡航救援船之间远距离无线通讯，具体如2.5.3所述。三是系统开发相应的手机和电脑软件。通过GPRS无线传输使安防人员可以实时获知哪片领域有人落水及时监察到现场情况，从而调配最及时的外部救援力量。此装置不仅可以自启动救援，也可以由计算机上位机远程控制各部分开关，使得系统的可靠性和工作准确性明显提高。

4 水上自动救援智能机器人的应用

据统计，中国每年约有6万人因溺水死亡，其中不包括死于洪水或船舶事故者。本装置的需求之大、应用之广可见一斑。在城市内公园湿地水域危险地段、河流危险水域、湖泊游泳溺水事故频发地段、水上乐园、海边浴场和水库等各种危险水域都能运用该装置，来保证生命的安全。目前市场上还没有同类产品出现，所以目前存在的竞争关系为“无”。

5 水上自动救援智能机器人在我国的发展概况

目前我国搜救停留在人员监视的层次，最常见的是雇佣救生员。但是该方式存在不确定性，无法做到时时刻刻进行监督。我国目前还没有提供非人力搜救的企业和公司，市场竞争仅有劳动人员。该装置拯救生命的社会意义、制造时低廉的成本，以及装置本身的全智能化自动化等脱颖而出的优点，不仅使该装置有巨大的实用价值，而且还有着较为深远的研发前景。水上自动救援智能机器人最终会发展为全自动、机械化、程序化的落水监控和救援体系。随着产品的推广逐渐走向私有企业甚至千家万户，将会成为遍布危险水域家喻户晓的自动化救生装置。

［1］张鹏，周冬梅.数字图像采集和无线传输系统的研究［J］.中国新通信，2015（13）：24.

［2］赵海鸣，卜英勇，王纪婵.一种高精度超声波测距系统的研制［J］.矿业研究与开发，2006（3）：62-65.

［3］宣益民，洪宇平，韩玉阁.桥梁红外热特征分析［J］.红外技术，2000（4）：10-14.

Automatic Rescue Intelligent Robot on Water

Li Yiming1Yang Zhongyuan2Wang Bingbing3
（1.School of Physics Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou Henan 450000；2.School of Mechanical Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou Henan 4500000；3.College of Information Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou Henan 450000）

According to the WHO report,in 2015,372 thousand people died from drowning in the world,which makes drowning a major public health problem in the world.However,the traditional rescue of drowning is mainly based on artificial rescue with low efficiency,high cost,and there is no such intelligent rescue robot on the water.This paper introduced in detail the automatic rescue robot on water,which fills the blank of the automatic rescue history.

drowning；automatic rescue；robot

TP242

A

1003-5168（2017）04-0106-02

2017-03-20

李一鸣（1996-），女，本科在读，智能机器人；杨中原（1995-），男，本科在读，智能机器人；王冰冰（1995-），男，本科在读，智能机器人。