海上救援装置和智能救援系统

技术领域

本发明涉及海上救援，尤其涉及一种海上救援装置和智能救援系统。

背景技术

海上天气复杂多变，航海者容易跌落水中，迷失方向。现在的海上营救落水者大都是一些救生筏和救生快艇，体积庞大，需要施救者前去将落水者带回，救援效率低。

而军事训练或水上战争环境更复杂、情况紧急，单兵很难抽身去营救队友。因此需要一种方便、快速、智能化的设备救援落水人员。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种海上救援装置，包括：一个以上的智能手环，所述智能手环具有防水功能，还包括定位模块、生命体征监测模块；救生设备，所述救生设备被射出后可自动充气；发射器，所述发射器包括转台、立杆、射筒和驱动机构，所述立杆与射筒转动连接，所述射筒内设置有转轮和推力结构，所述转轮上缠绕有绳索，所述绳索一端连接救生设备，所述推力结构用于发射救生设备；控制台，包括微处理器、与微处理器电连接的存储模块和通信模块，所述控制台与智能手环无线通信连接，与驱动机构电连接。

优选的，还包括与控制台通讯连接的信息采集组件，所述信息采集组件包括图像获取模块、方位测量模块。

优选的，所述控制台还与轮船上的监测系统连接，获取航行速度、风速和水流速度。

优选的，所述射筒包括第一腔室、第二腔室和隔板，转轮连接在第一腔室侧壁，转轮的转动轴连接在驱动机构，所述推力结构设置于第二腔室，救生设备放置在推力结构，隔板上端开设有通孔，所述绳索一端穿过通孔与救生设备连接。

优选的，所述推力结构包括推杆管、弹力部，所述救生设备被压缩后放置于推管的一端，推管的内径小于此时救生设备的外径，绳索穿过推管连接在救生设备，所述推管与驱动机构连接，用于驱动弹力部收缩。

优选的，所述救生设备上安装有可调节安全带、排气孔以及挂环。

优选的，所述发射器外部设置有操作按钮，所述按钮连接在驱动机构。

优选的，所述控制台还包括警报模块以及显示模块，显示模块可显示智能手环的定位与佩戴者的生命体征信息。

本发明还提供一种智能救援系统，包括多个上述的救援装置和指挥中心，所述救援装置沿船体周围布置，智能手环与控制台均具有身份识别编号，指挥中心与控制台通信连接。

本发明至少具有一下有益效果：

控制台通过智能手环识别落水人员的位置和身体状况，结合信息采集组件的数据、轮船检测系统的数据以及救生设备的重量等，计算将救生设备发射至落水人员所需要角度和速度，以控制发射器弹出救生设备。提高救生设备投射的准确率，提高救援速率。

控制台智能分析，救援装置自动运行。落水人员成功搭载上救生设备后，射筒的转轮转动，拉动绳索，将落水人员拉上船。救援过程不需要占用人工，保证了救援和训练效率。

自动加人工的双模式，在救援装置系统故障时也可以人工操作射筒进行救援。备用的人工模式，应对紧急突发情况，为救援提供双重保障，避免错过时机造成损失。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1是本发明一实施例救援装置结构示意图；

图2为本发明一实施例救援装置功能模块连接示意图；

图3为本发明一实施例救援装置射筒内部结构示意图；

图4为本发明一实施例救援装置射筒角度、速度计算示意图；

图5为本发明一实施例智能救援系统结构示意图。

附图标记说明：100、救生设备；200、控制台；300、发射器；310、转台；320、立杆；330、射筒；331、第一腔室；332、第二腔室；333、容纳通道；334、转轮；335、绳索；336、推力结构、3361、推管；3362、阻挡杆；3363、弹力部；337、隔板；338、射口；340、驱动机构； 400、智能手环；500、信息采集组件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

参照图1、图2，一种海上救援装置，包括可自动充气的救生设备100、控制台200，与控制台200电连接的发射器300，与控制台200无线连接的一个以上的智能手环400。智能手环400佩戴在用户手腕上，在用户落水需要救援时，控制台200根据智能手环发送的信息，控制发射器300将救生设备100投射到落水人员处。

具体的，智能手环400具有定位模块和生命体征监测模块，定位模块可采用GPS或GIS。生命体征监测模块包括体温、脉搏、手臂动作。控制台200通过智能手环400获取落水者的实时位置和身体状态，进行救援。

具体的，发射器300包括转台310、立杆320和射筒330。转台310固定在船体，立杆320与射筒330转动连接，射筒330内设置有转轮334和推力结构336，转轮334上缠绕有绳索335，绳索335与救生设备100连接。

发射器300安装有与控制台200电连接的驱动机构340，驱动机构340可以是液压或电力，电路驱动可以包括多个电机、驱动件和连接电路。在转台310、转轮33、射筒330与立杆320的连接轴安装同轴连接的电机即可实现转动。

控制台200通过驱动机构340可以控制转台310、射筒330、转轮334的转动以及推力结构336的运动。转台310在水平方向转动，射筒330在竖直方向转动，相互配合控制发射器300的发射角度，转轮334竖直设置，用于拉动绳索335，从而将落水人员救回船上。

参照图3，进一步的，射筒330包括第一腔室331、第二腔室332和隔板337，隔板337开设有供绳索335通过的通孔，转轮334上固定有转轴，转轴垂直穿过转轮334圆心，并且关于转轮334圆弧面的中线对称。转轴的两端分别连接在第一腔室331的内侧壁，转轴的一端或两端连接在驱动机构340。

射筒330还包括与第二腔室连通的容纳通道333、与容纳通道333连通的射口338，射口338内径大于容纳通道337内径。推力结构336包括推管3361、弹力部3363，推管3361位于容纳通道333内，一端靠近射口338，另一端伸入第二腔室332，伸入第二腔室332的一端设置有垂直于推管3361的阻挡杆3362，阻挡杆3362与推管3361连接处沿推管3361内径开设有孔洞，以使绳索335从转轮334穿过隔板337、阻挡杆3362、推管3361连接在救生设备100上。阻挡杆3362抵接第二腔室332与容纳通道333之间的侧壁时，推管3361可以撞击到救生设备100。救生设备100被压缩后直径大于容纳通道333内径，小于射口338内径。

弹力部3363可以是两个弹簧，垂直连接在阻挡块3362和隔板337之间，沿通孔上下或左右对称。阻挡杆3362与驱动机构340连接，用于回拉阻挡块3362和推管3361，压缩弹力部3363蓄力。

具体驱动可以是在第一腔室331固定电机和滑轮，用绳子穿过隔板拉动阻挡杆3362，达到距离后释放；在第二腔室332上壁和下壁安装可是收缩的电推装置，推动阻挡杆3362向后移动，达到距离后收缩释放（可参考图3）。

转轮334的顶端或底端与通孔、推管3361和容纳通道333在同一水平线，使绳索335保持平行，救生设备100可被径直弹射，避免影响轨迹和射程。

具体的，救生设备100可以是救生圈、充气垫或者救生舱，在被发射器300弹射出去后可自动充气，或者遇水自动充气。救生设备100还安装有可调节安全带、排气孔以及挂环，绳索335连接在挂环上，排气孔排出空气重新压缩，救生设备100可重复使用。落水人员无法进入救生设备100，可直接将可调节安全带绑在腰间。

另外，海上救援装置还包括与控制台200通讯连接的信息采集组件500，包括图像获取模块（例如红外、高清摄像头）、方位测量模块（例如电子罗盘）。

图像获取模块与智能手环400的生命体征检测模块一起判断落水者的身体状态，是漂浮在海面上还是沉在水面下，手臂是否在运动;方位测量模块为发射器300指示方向角度。

具体的，控制台200包括微处理器、与微处理器电连接的存储模块、警报模块、显示模块以及通信模块。控制台200还与轮船上的监测系统连接，获取航行速度、风速和水流速度等，综合得到的所有数据，计算发射救生设备100的角度和速度。

需要说明的是，所有数据至少包括，存储模块中救生设备自身重量、风向风速、水流向流速、轮船航行速度、智能手环400定位距离和角度。

智能手环400把佩戴者的体温、脉搏发送到控制台200，警报模块监测到体征指标低于正常值或者身体状态异常时会发出警报，提醒船上其他人。显示模块可以显示所有智能手环400的位置，在发出警报的佩戴者坐标处标记危险信号，比如变色或者闪动。

若控制台200发现多个落水人员需救援，则按就近原则或就远原则施救（发射器300射程范围内），但是如有发出警报，可人为在显示模块触屏操作更改目前优先救援目标；若落水人员的定位位置不在发射器300的射程范围，则标记出无法启动自动救援，提示船上其他人员开展救援。

使用时，绳索335挂在救生设备100的挂环，将救生设备100放在射口338。（1）当控制台200收到来自智能手环400的求救信号，即刻搜索定位信息，确定落水人员的位置和距离；（2）综合上述的所有数据计算发射救生设备100需要的速度和角度；（3）以方位测量模块提供的方向标记，控制发射器300转动到指定角度弹射救生设备100；（4）落水人员成功搭载救生设备100，转轮334拉回绳索335；（5）图像获取模块记录救援过程。

上述步骤（3）中弹射救生设备100时射筒330的过程：

驱动转轮334转动指定圈数，以释放指定长度的绳索335（这里所说的指定长度相对智能手环400与发射器300的定位距离L一致或略大）,绳索335被转出后堆放在第一腔室331。

确定射筒330一个合适的角度a，经控制台200计算出以角度a射出救生设备100所需的速度V′、弹力部3363的形变量x′。随后，控制台200向驱动机构340发送信号，驱动机构340按信号指令拉动阻挡杆3362向弹力部3363的方向移动x′，压迫弹力部3363收缩以达到弹力F，随后立即释放，使救生设备100能以速度V′被弹射出去，按轨迹抛射在落水人员处。

阻挡杆3362被释放后，推管3361将会撞击救生设备100带着绳索335从射口338斜抛出去，随后救生设备100将完成自动充气。阻挡杆3362直径大于连接容纳通道333，避免推管3361被弹出。

上述步骤（4）拉回救生设备100的过程：

落水者成功搭载救生设备100后，用智能手环400向控制台200发送信息，控制台200控制驱动机构340转动转轮334，拉回绳索335。

参照图4，上述步骤（2）中计算速度与角度的过程（发射器300与落水人员高度差可忽略）：

转台310转动，使发射器300正对智能手环300的定位位置。

先指定射筒330与水平面的角度为a，为了达到较大的射程，或者a就设为斜向上45°。智能手环400与发射器300的定位距离已知为L，救生设备100弹射时初速度为V′，竖直斜抛时间为T，T=2(V′*sina)/g,L=V′*cosa*T,可得到速度V′。弹力部做功W=1/2kx′^2=1/2MV′^2,得到弹力部3363的形变量，其中M为阻挡块、救生设备、推管重力和。

若此时船在向前航行，或者有风的阻力，可在上述计算过程中加入风力及船的速度做修正（例如，假设风向是水平吹来，救生设备100在水平方向会收到阻力，产生反向加速度，若想达到原来的射程，需要更大的速度，可使V′乘以调整系数d,按风力等级选择调整系数d；若船航行速度较快，可释放绳索335的长度为L乘以调整系数c，但对d、c不做限制）。本实施提到的已知数据以及算法程序都存放在存储模块中，微处理器可直接调取数据和程序执行。

存储模块中报保存有各种外力环境下的抛射轨迹模板，以及每次的救援数据作为模板，有变量相同或相似的可直接启用模板对应的数据。例如，变量航行速度与变量落水距离L相似，发射器300直接以模板相同的角度a和速度V′进行救援。

图像获取模块至少包括一个高清摄像头和红外摄像头，两者的使用可以设定定时切换，已保证夜间、白天的拍摄视野。

在一些实施例中，发射器300外部设置有操作按钮，按钮连接在驱动机构340，用于开启和停止转轮334和控制推力结构336发射救生设备300。当出现紧急情况，如控制台200与发射器300通讯中断、控制台200被入侵等，可以断开发射器300与控制台200的连接，进入手动模式。

手动模式的使用方法：转动转台310，调整发射器300在水平面的方向，再转射筒330，调整竖直面的角度；按动按钮，转轮334转动，释放绳索335，再次操作按钮，转轮334停止转动；第三次操作按钮，阻挡块3362开始压缩弹力部3363；第四次操作，阻挡块3362停止移动；最后启动发射，将救生设备100弹射到目标处。

在手动模式下，为了能较为清楚的让操作人员知道弹力部3363的弹力，可以在弹力部3363处安装压力感应器，感应器连接一个显示屏幕，显示屏幕设置在发射器300外表面；为了能较为清楚的让操作人员知道绳索335释放的长度，可以统计驱动转轮335的电机转动圈数。

救援装置的人工模式操作操作简单，将弹力部的3363弹力感应与转轮334转动圈数显示在发射器300外部，操作员在救援时有参考，减少失误。

参照图5，本发明还提供一种智能救援系统，包括上述多个救援装置和指挥中心，救援装置沿船体均匀布置，至少前后左右各一个，使救援范围可以覆盖每个方向。

指挥中心可以是控制计算机或者有处理器的终端，至少包括处理器、网络接口、用户接口、存储器和通信总线。用户接口用于连接救援装置，存储器储存有智能救援系统运行的程序。

智能手环400与控制台300均具有身份识别编码，同一个救援装置的发射器300与控制台200设置在一起，每个控制台200都可以接收到范围内的智能手环400的信号。指挥中心与控制台200通信连接，可以识别救援装置的位置、编号信息。

当有多个控制台200收到智能手环400的求救信号时，指挥中心从控制台200获取智能手环400的定位以及落水者生命体征指标，对每个救援装置相对于落水位置的救援距离、救援阻力做综合分析，找到最佳位置的救援装置。

救援阻力可以包括风向风速，在落水者位置大于预设阈值时才考虑救援阻力。以救援时间为判断标准，将救援阻力代入公式修正计算结果，所涉及的抛射风阻公式模板储存在存储器，是现有理论。

指挥中心可以通过向有身份编号的控制台200发送信号，调整某个救援装置的驱动机构340，控制发射器300的运转；也可以通过控制台200向智能手环400发送信息。

智能救援系统的指挥中心可以高效协调、分配各个救援装置的工作，避免出现混乱、重复救援的现象。并且达到了全方位的覆盖，避免遗漏，在航行中发生多人落水也能智能化处理，节省人力，适用各种军事演习、海防及民事航运。

本发明所用到的所需数据的计算由计算机程序完成，涉及的程序算法、模块均是系统硬件模块，或者现有技术中计算机程序或协议与硬件结合的功能模块，该功能模块所涉及的计算机软件程序或协议的本身均为本领域技术人员公知的技术，不是本发明的改进之处。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。