基于游泳安全考慮的智能自救泳衣設計與研究

符式培　李吉振　李致凱　陳澤　楊瑞旺　柴源

摘?要：眾所周知，威脅人類生命健康安全有兩大殺手：疾病和意外。然而意外事件則為車禍和溺水事件居多，在溺水過程中，水和泥沙、浮藻類等會導致我們堵塞呼吸道，寒冷的水刺激會引起喉頭痙攣，導致呼吸道梗阻以及心力衰竭，而使我們無力與深水做斗爭。我們應當樹立起安全防護意識，做好預防意外發生的準備，加入自救芯片感應系統以及GPS、GSM等模塊的便捷智能可自救泳衣的出現希望讓使用者在享受安全的同時還能夠體驗游泳的快樂。

關鍵詞：安全;智能;自救泳衣;溺水事件

1 游泳運動安全問題

游泳是一項極其挑戰體力和意志以及毅力的大眾運動項目，然而游泳中發生溺亡事故時有發生，這些意外是人們一直面臨且希望克服的問題。溺水救生鐘時間十分寶貴，甚至一秒半秒之差就會帶來不同慘重的后果，無數曾經擁有美好生活的幸福家庭因意外溺水事件導致支離破碎;現如今市面上早已有相關救生設備，但通常因設計不合理，功能不完善，類型繁多而不便捷等問題的出現，而不能達到使用者和消費者的期望要求，很難做到真正地普及應用到人類生活中。我們都希望有一種全新的自救泳衣產品，讓更多的人穿上它能感覺到消除了對游泳的恐懼，這不單單是心理上的安慰，而是希望用其中獨一無二的設計理念、實用的功能性來感動使用者，為在水中世界活動的游泳者“保駕護航”。

2 目前針對溺水問題措施市場現狀

現市場有充氣可自救裝置，其充氣方式原理大多是為從一腔室通過管路進入另一腔室的方式，這種方式存在一定長度的路程，而且路程在水下存在許多不確定性，于此存在充氣速度較慢、容易發生管路截堵而無法充氣等問題，正由于該問題的存在，即使需要充氣救生時，也易出現無法充氣或者充氣過慢而來不及救生，存在功能可靠性不佳等問題;另一方面是關于水中求助救援系統，目前溺水報警系統主要有的大類型包括：

（1）早期出現的視頻溺水報警系統：是把攝像機放置于泳池底部，通過鑒定使用者是否待在泳池底部超過一定時間而判斷是否溺水。但這種系統只適用于發生溺水事件后才報警，這就延誤了一定施救相應時間。另外，當人數過多時不可避免的產生使用者互相遮擋的問題，因而這不是很實用的方法。

（2）讓使用者身上攜帶監測裝置：讓使用者游泳時攜帶一定的監控裝置，如手表等如果使用者所處位置低于特定深度超過一定時間，監測裝置就發出警告或產生漂浮作用以及監測裝置用麥克風系統去監測心跳和呼吸聲音，并進一步測量這些聲音消失和出現的時間間隔，從而經過判斷后決定是否溺水。但這種系統由于安裝、維護耗資巨大以及使用時誤報率高，對使用者也造成許多不便，所以并未被人們廣泛采用。

（3）利用聲納等監控手段來實現：主要表現是在水下和泳池底部安裝一套聲納發射、接收裝置，然后利用探測器去確定可能障礙物的存在，進而利用一定的溺水判據如身體靜止不移動去判定是否溺水。但這種裝置缺點是幾乎所有聲納鑒定溺水個人身體的方法都是依賴于他身體里面含有的空氣，如果遇難者人的肺內充滿水，則得到的信號就不能肯定，甚至會不進行信號的處理。另外，為了安裝聲納和把它與處理設備相連接，從返回的回聲中提取信息，需要安排環繞泳池底部的同軸電纜，而安全規定 限制，禁止接近泳池水的應用電壓超過36伏，而聲納設備則需要用幾百伏的電壓去產生聲納脈沖。最后，如果人體位于聲納和墻之間時，此方法依然可行但如果人體離墻面很近就會出現很多問題，回聲和其他噪聲也屬于聲吶信號，泳池墻壁使得噪聲信號非常難于消除，進而無法得到監測溺水者身體動作所必需的信號。因而這樣的一套系統也不能滿足要求。對于應用無線電波檢測還有類似的水中多重反射和人數過多時無法準確追蹤使用者等問題。

（4）低成本游泳池溺水救生報警系統：包括固定在游泳者手腕上的急救信號發射手表和固定在室內游泳池區域對應的天花板上的凹面無線電接收裝置。但是這種報警系統的弊端是僅適用于室內游泳池，且需要有天花板才能安裝使用該報警系統，對于室外游泳池則不能發揮作用。因此，隨著游泳池業在安全觀點方面的成熟，越來越多的相關器械紛紛進入市場，很多設備笨重會影響使用者對游泳的體驗感，或者成本過高且功能不完善，如何簡單有效的防止發生溺水，這是我們人類面臨的一個亟待解決的問題。

3 智能自救泳衣設計原理及性能

根據人體動力學，當人體外部的水對人體施加作用力時，智能自救泳衣的流線型設計符合人類借助自身軀體和肢體在水中做運動前進的原理，對游泳者向前或向上在水中運動的協調性進行較明顯的改善。我們考慮到水的密度比空氣的密度大得大，人在水中受到的壓力要遠遠大于在空氣中，水越深對人體胸腔和腹腔的壓力會越大，造成肺部氧氣稀疏與呼吸困難，所以我們在泳衣中加入芯片感應系統，對使用者的心率，呼吸速率進行實時有效的報警監督。另外，我們打算在智能自救泳衣中加入經過優化增強防水防信號屏蔽的GPS全球定位、GSM通訊等模塊，以便讓使用者更好地在任意水域進行求助。對于智能自救泳衣的便捷問題，我們打算借鑒過去廠家已發布的傳統防溺水泳衣設備，總結優點引入到我們的產品中，改進它們的缺點，采用耐摩擦、放腐蝕、透氣性較好的面料;用心自救泳衣做工安全性和實用性。另外，最關鍵的一方面就是關于此可自救泳衣的自救安全原理設計：泳衣外部采用多層高級防水滲入式可充氣面料，內部使用連接泳衣中的芯片感應系統對使用者的心跳頻率自動實時分析使用者所處的安全系數;當游泳者發生意外溺水時，方法一是使用者可手動觸發泳衣的自動充氣裝置按鈕完成泳衣的快速充氣從而讓飽滿氣體的泳衣產生浮力讓使用者回到水面過程;方法二適用于嚴重緊急的情況，當游泳者在與危險的深水做斗爭而導致筋疲力盡時，感應到危險的感應芯片識別到危險系數過高，會自動快速彈出備用氧氣急救供應管吸附到遇難者口周圍，讓使用者回到正常呼吸流暢狀態，然后在這些反應發生的同時智能自救泳衣的自動充氣功能模塊也運行充氣動作完成，與方法一不同的是方法二另外添加了運動噴氣式急救裝置促使泳衣產生噴射氣壓從背部向水下推進，從而讓遇難者面部朝上優先到達水面，響應報警求助系統功能使遇難者到達安全狀態。

4 結語

本文所述的智能可自救泳衣是從生活中經常發生的成年甚至青少年意外溺水事件中得到感悟啟發，在傳統救援泳衣基礎上加入創新點，在安全問題上得到了有效提高，讓使用者在享受游泳快樂的同時感受到安全。

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