【《溺水报警装置设计的国内外文献综述》2700字】

溺水报警装置设计的国内外文献综述1.1国外发展趋势早在1976年，美国DINAJORGEG就申请了首个“游泳池报警”的专利[7]，该发明用于检测意外落水并产生警报。其基本原理为，当产生意外落水情况是，水面会产生波纹，无线电发射机根据水波纹产生报警信号，发送给扬声器来敲响警报。此发明主要解决无人情况下，因意外跌落而导致的意外溺水现象，但也会因游泳者正常游泳造成水面波动而引起误报。由于该技术的局限性，这一发明并未引起广泛的关注和应用。2001年法国VisionIQ公司开发了一款名为“海神号”的溺水报检测系统[8]。该系统界面如图1.1所示，该系统在天花板和水下泳池内壁上安装红外线摄像头和RGB相机，能够定位游泳者的准确位置并监测游泳者的水下动作。该系统是根据游泳者在游泳池底部停留时间来判断是否溺水，系统规定若游泳者在水池底部停留超过10秒钟，则判断溺水发生，系统会发出100分贝的报警声通知救生员。该系统建设维护费用昂贵，一套系统需要人名币数百万。图1.1“海神号”系统界面2004年，MANDELYARONNAHUM申请了一种“溺水报警”专利[9]。该装置包括两个部分：游泳者装备的便携式设备，位于岸上的基站。便携式设备有两种模式：主动模式和被动模式，被动模式时，当便携式设备浸泡在水中超过一定的时间，设备便会产生报警信号，同时发出警报声并发出警示光；主动模式时，当游泳者认为自己处于危险状态时，便可主动触发报警信号。岸上基站收到报警信号后，基站会发出警报以提醒救生员进行救援。此研究发明主要针对人多情况下，通过警报声和警报光源来求救，以保障自己的生命安全，但同时会因为人多而导致救生员无法定位到溺水者的位置从而导致溺水事件的发生。2009年瑞典发明了一款名叫“Sentag”的泳池安全产品。该产品需要用户佩戴腕带，该腕带可以检测游泳者所处的深度和停留在该深度的时间，若游泳者在某一危险深度停留时间超过规定时间，则触发报警装置。该腕带的报警信号会连接到多个设备上，分别时警报器、对讲机、呼叫机，这样保证报警信息能够及时提醒救生人员实施救援。该产品同样无法准确定位到溺水者的位置，会浪费大量宝贵的救援时间。AronchickChris申请了“识别潜在溺水情况、启动听觉和视觉警报、启动救生器和/或防护网、提醒屋主和/或EMS的摄像系统”[10]。此专利采用多种溺水监测方法监视三维空间，以确定三位空间中是否有儿童或者人员溺水。该发明的原理如下：步骤1：使用一个或多个监控设备监视三维空间步骤2：识别三维空间中的一个或多个物体步骤3：识别三维空间中的一个或多个物体的运动步骤4：从警报特征存储结构接收警报特征信息步骤5：响应一个或多个物体的机器状态并向一个或多个机器发送警报控制该发明专利主要时通过多种监测方法监控某一特定区域，提高监测的准确性，从而减少溺水现象的发生。该发明缺点也十分明显，若空间内人员过多，该系统监控的准确性会大大降低。2016年美国发明了一款名叫“Puffer”的救生腕带，该腕带是一款救生产品。其外形结构如图1.2所示，当游泳者遇到危险时，主动触发腕带使腕带中的气囊迅速充气，游泳者可以借助气囊的浮力浮到水面上，同时腕带上配备有指南针和哨子，游泳者可以借助指南针辨别方向，哨子进行求救。这款救生设备比救生员轻便，能够让佩戴者轻松地游泳，但是该设备无法告知救生员佩戴者的遇险情况和准确位置。图1.2Puffer救生腕带1.2国内发展趋势国内的溺水报警装置相关发明数量也在逐渐增多，2008年赵明庆设计了溺水拯救设备[11]。此发明由三个部分组成：腰包，浮球和连接线。当一个人面临溺水危险时，他可以主动发出求救信息并提供他具体的溺水位置，救援人员可以通过浮球来定位到他在水域中的确切位置。该设备为报警、定位和及时救援提供了极大的便利，适用于河流，湖泊等户外水域。湖南科技大学的黄家莹设计了一款溺水报警系统[12]，该系统使用血氧心率传感器和压力传感器来监测游泳的生理信息，综合水深和血氧浓度、心率等数据判断游泳者是否处于溺水状态。系统采用RSSI定位技术进行泳池定位，并使用Zigbee进行辅助定位。定位和报警信息都可以在上位机软件查看，具有一定的应用价值。青岛大学的乔羽设计了一款基于MaskR-CNN泳池中溺水行为检测系统[13]，该系统是一款基于视频监测和图像识别的行为检测系统。该系统采用水上摄像机进行视频采集，并使用MaskR-CNN算法识别目标的种类和行为，并通过可视化界面将结果显示出来。北京工业大学的方之愉设计了一款基于计算机视觉的泳池智能辅助救生系统[14]，该系统采用基于滑动均值模型的背景建模检测溺水人体，并对水底反光等干扰现象提出了解决方法，通过确定溺水目标搜索的最小轮廓像素点来提高溺水报警的实时性。该系统设置报警水位线，当游泳者出现在警戒区域并满足报警条件时，系统会自动报警。北京工业大学朱林设计了一款基于改进背景差分法的水下人体检测系统[15]，该系统主要用于对水下图像去噪、增强和目标检测。该系统使用小波阈值去噪算法进行去噪处理，并使用自适应的多尺度Retinex算法将水下图像色彩对比度和清晰度提升。改进后的图像更加清晰，便于系统识别处理。广东一家科技有限公司发明了一种可穿戴的溺水报警设备[16]，可穿戴设备浸水时，设备会自动实时获取该设备使用者的身体状态信息，例如心率信息、肌肉紧张程度、体表温度等。当设备判断上述身体状态信息在某一时长的变化值超出警戒范围，该设备则向上位机发送报警信息。综上所述，国内外在溺水报警设备方面的研究工作得到了迅速的发展和进步。参考文献[1]ZhuY,JiangX,LiH,etal.MortalityamongdrowningrescuersinChina,2013:areviewof225rescueincidentsfromthepress[J].BMCPublicHealth,2015,15(1):631.[2]徐杰丰,方雅,张茂.溺水救治进展[J].中华全科医师杂志,2018,17(5):401-405.[3]JenniferSimpson,DavidC.Schwebel,SydneiaLindsay.Ecologyofdrowningriskatapublicswimmingpool[J].Journalofsafetyresearch,2007,38(3):367-372.[4]KevinMoran.Parent/caregiverperceptionsandpracticeofchildwatersafetyatthebeach[J].InternationalJournalofInjuryControlandSafetyPromotion,2009,16(4):215-221.[5]BlumC,Shield,J.Toddlerdrowningindomesticswimmingpools[J].2000.[6]韦元飞.溺水致心跳呼吸骤停1例报告[J].蛇志,2015,27(01):70-71.[7]CodinaJG.Swimmingpoolalarm:US,US3953843A[P].1976.[8]PaulsonLD.NewsBriefs[J].Computer,2005,38(8):26-28.[9]MANDELYARONNAHUM(CA).Drowningalarm[P].:US2004095248,2004-5-20.[10]AronchickChris.Camerasystemthatidentifiespotentialdrowningsituation,activatesauditoryandvisualalarm,launcheslifepreserverand/orprotectivenetting,andalertshomeownerand/orEMS[P].:US10102731,2018-10-16.[11]赵明庆.简易溺水报警、定位、救生多用腰包[P].江苏:CN201157082,2008-12-03.[12]黄家莹.溺水报警系统的设计与开发[D].湖南：湖南科技大学,2019.[13]乔羽.基于MaskR-CNN泳池中溺水行为检测系统的设计与实现[D].山东：青岛大学,2019.[14]方之愉.基于计算机视觉的泳池智能辅助救生系统研究[D].北京：北京工业大学,2018.[15]朱林.基于改进背景差分法的水下人体检测技术研究[D].北京:北京工业大学,2017.[16]刘鹏飞.一种基于可穿戴设备的报警方法及可穿戴设备[P].广东:CN108492522A,2018-09-04.[17]吴茂安.基于I2C总线协议的几种传感器在Android系统中的底层软件设计与实现[D].陕西：西安电子科技大学,2012.[18]郭彦君.基于Django的车站信息设备故障管理系统的设计与实现[D].江西：华东交通大学,2017.[19]陈功.基于PPG信号的人体生理参数监测和分析技术研究[D].北京：北京邮电大学,2020.[20]Zhang,Z.;Pi,Z.;Liu,B.,TROIKA:AGeneralFrameworkforHeartRateMonitoringUsingWrist-TypePhotoplethsomgraphicSignalsDuringIntensivePhysicalExercise[J],BiomedicalEngineering,IEEETransactionson,vol.62,no.