周向敏 呂茵 王梓恒 鞏想軍 吳皖龍

摘要：為了減輕水域人員傷亡，本文提出了一種將紅外技術(shù)和機(jī)器視覺結(jié)合在一起，達(dá)到精確識(shí)別被溺水者的目的，然后利用GPS定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)航行器的自主巡航，可以最短時(shí)間實(shí)施救援的方法。航行器體積小巧，靈活性高，可以解決日常溺水和洪水救援等問題。

關(guān)鍵詞：救援;溺水;洪澇災(zāi)害;自動(dòng)化;機(jī)器人

1、研究背景

目前水域傷亡的事件屢見報(bào)端，出現(xiàn)日常的溺水時(shí)，路人、民間救援隊(duì)為主要救援力量;出現(xiàn)洪水、暴雨時(shí)，消防隊(duì)一般會(huì)利用沖鋒舟橡皮艇進(jìn)行水上營救，并利用繩索、救生圈進(jìn)行岸上救援。可以看出，現(xiàn)在水上救援存在著低效、高代價(jià)的問題。而對(duì)于救援這個(gè)問題，時(shí)間尤為重要。針對(duì)這一痛點(diǎn)，本產(chǎn)品采用機(jī)器視覺、精準(zhǔn)彈射技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化機(jī)器救援，既能提高救援效率，實(shí)現(xiàn)及時(shí)救援，將救援的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

2、整體結(jié)構(gòu)及工作原理

3、主要系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行模式

3.1彈射系統(tǒng)：

圖2為彈射的整體結(jié)構(gòu)，該裝置主要分為彈簧卡扣、沖擊棒的支撐架及沖擊棒發(fā)射軌道、氣囊容納盒、氣囊、彈簧。

運(yùn)行時(shí)5檢測(cè)到目標(biāo)時(shí)，電機(jī)4-9開始轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)大凸輪4-3轉(zhuǎn)動(dòng)，小凸輪 4-1在大凸輪的作用下沿沖擊棒4-8的軸線方向運(yùn)動(dòng)，由于彈簧卡扣4-4的約束，彈簧4-7壓縮，當(dāng)沖擊棒4-8運(yùn)動(dòng)到氣囊容納盒4-5的最左側(cè)時(shí)，彈簧4-7壓縮到最短，此時(shí)由于重力作用氣囊4-6會(huì)從氣囊容納盒4-5掉進(jìn)發(fā)射軌道4-4，而此時(shí)大凸輪4-3剛好轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，小凸輪4-1回到最初位置，彈簧4-7釋放，沖擊棒4-8快速沿其軸線方向運(yùn)動(dòng)，撞擊氣囊4-6，氣囊4-6發(fā)射出去，完成一次發(fā)射，沖擊棒4-8復(fù)位。

3.2自主巡航系統(tǒng)：

自主巡航系統(tǒng)主要使用GPS定位技術(shù)，具有規(guī)劃路徑、自主導(dǎo)航的功能。航行器在易發(fā)生溺水事故的地方進(jìn)行自主巡航，同時(shí)紅外熱像儀和OpenCV攝像頭智能監(jiān)測(cè)湖面狀態(tài)，對(duì)水中的視頻圖像進(jìn)行輻射記錄及分析。

3.3警示系統(tǒng)：

警示系統(tǒng)在ONEUP救生氣囊彈出瞬間，觸發(fā)APP向救援人員發(fā)送信息，提供精確定位。

3.4無線傳輸系統(tǒng)：采用紅外夜視攝像頭，航行器將采集到的影像無線傳輸給搜救人員，并提前對(duì)一些危險(xiǎn)水域進(jìn)行圖像探測(cè)。

4、工作模式

4.1日常溺水時(shí)

航行器在水面進(jìn)行自主巡航，通過機(jī)器學(xué)習(xí)、圖像回傳技術(shù)來監(jiān)測(cè)水面情況，一旦識(shí)別出湖面有溺水者，彈射系統(tǒng)調(diào)整彈射角度，準(zhǔn)確將救生氣囊彈射給溺水者，同時(shí)觸發(fā)警示系統(tǒng)。

4.2洪水搜救時(shí)

大型搜救船可以攜帶多個(gè)航行器，到達(dá)救援現(xiàn)場(chǎng)后由救援人員將各個(gè)航行器投放到各個(gè)方位，通過圖像回傳、雙向語音等功能高效地搜救被困人員，盡可能地減少人員的傷亡。

5、結(jié)束語

目前，水上救援市場(chǎng)存在很大空缺，集搜尋和直接救援為一體的高效化及時(shí)化產(chǎn)品肯定是大勢(shì)所趨。智能水上救援航行器的自主巡航、精確識(shí)別、精確彈射、聲光報(bào)警等功能，可以有效避免落水事件發(fā)生，保障水邊人們的安全，在民生方面具有重大的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]李一鳴，楊中原，王冰冰.水上自動(dòng)救援智能機(jī)器人[J].河南科技，2017，（7）：106-107.

[2]別凱文.可智能識(shí)別溺水并自動(dòng)充氣的便攜式救生裝置設(shè)計(jì)[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2018，（2）：129-130.

[3]王曉安.自動(dòng)充氣水上救生裝置[P].中國專利：CN2354872，1999. 12.22.

[4]水上飛機(jī)水動(dòng)力設(shè)計(jì)[M]. 航空工業(yè)出版社 ， 褚林塘， 2014