顯示生命體征的海上落水人員智能搜救系統

曹 文 李川濤 司高潮 姚永杰 王 偉 戴圣龍*

（海軍特色醫學中心航空醫學研究室，上海200433）

世界上最早研究衛星導航系統的國家是美國和俄羅斯，我國直到20 世紀80 年代才開始進行衛星導航系統的研究，相對于美俄起步較晚。2000 年，我國成功建成北斗衛星導航試驗系統；2012 年，我國正式向亞太地區提供無源定位、導航和授時等服務。顯示生命體征的海上落水人員智能搜救系統是在北斗衛星導航系統的基礎上，將海上作業意外落水人員的實時定位信息和身份信息傳遞給岸基指揮系統，輔助海上作業意外落水人員進行導航通訊，生命體征監測等功能，幫助岸基指揮平臺提供及時有效的救援工作。較好地解決了海上作業人員意外落水后的搜救工作，極大地減少了海上作業過程中的人員傷亡。

1 北斗智能搜救系統的結構和主要功能

本智能搜救系統主要由個人佩帶的終端和船載的中心構成，其內部結構如圖1、圖2 所示。

圖1 終端結構圖

圖2 中心結構圖

其中，①為北斗發射模塊，②為供電模塊，③為生理參數采集模塊。

其中，④為北斗接收模塊，⑤為輸入控制模塊，⑥為顯示模塊。

北斗發射模塊：采集落水者的實時位置信息和生命體征信息，經過數字化處理后，以短消息形式發送至船載北斗信號接收端。將北斗一代天線和二代天線疊在一起，利用北斗二代更為精確的接收裝置來確定位置，通過北斗一代的短消息功能來發送數據。

供電模塊：采用成熟鋰電池，為終端供電。

生理參數采集模塊：利用自制的呼吸、心跳頻幅傳感器采集落水者的呼吸信號，設計濾波電路降低水面風、流、浪、涌對傳感器的干擾，并將結果數字化，傳送至終端處理器，采集落水者的生命體征信息。

北斗接收模塊：配置在救援平臺，接收終端發出的衛星信號，并將其傳送至中心處理器。將C 型天線至于救援平臺的合適位置，避免與救援平臺自身攜帶的電子設備產生電磁干擾，從而接收有效信息。

輸入控制模塊：配置在救援平臺，輸入控制指令，實時指揮救援工作，能有效地根據反饋信息實時指揮。

終端處理器：接收北斗模塊的定位數據以及生命體征信息，加密處理后再將其打包，發送至船載信號接收端。

中心處理器：配置在救援平臺，接收終端發出的衛星信號，將數據解密后，通過配套的軟件自動分析當前落水者待救援情況，并形成相應的救援方案，從而更好地展開救援工作。

2 北斗智能搜救系統工作原理

2.1 北斗智能搜救系統研究內容和特點

低功耗北斗衛星定位應用系統的開發，以北斗衛星定位系統為主,融合北斗導航定位系統和衛星增強系統兩大資源，發揮兩種衛星定位系統的各自優勢。該研究內容主要包含:北斗定位系統與GPS 系統雙系統數據融合研究, 北斗通訊和無線通信雙通信機制；定位信號的自主，可靠、保密性研究。

低功耗信號發射系統的研制，低功耗信號發射系統是本系統的重要組成部分，只有通過它才能將落水者的位置信息、身份信息、狀態信息等發送給遠洋船舶上的搜救指揮系統，并且在滿足信號發射要求的基礎上做到低功耗，具體措施為：選用盡量簡單的CPU 內核，在選擇CPU 內核時切忌一味追求性能，8 位機夠用，就沒有必要選用16 位機，選擇的原則應該是“夠用就好”；選擇低電壓供電的系統；合理選擇系統工作頻率；選擇帶有低功耗模式的系統；盡量選擇集成度高的單片機；在滿足應用要求的前提下，選擇配置較低的單片機，較小的RAM/ROM、較低的ADC 分辨率、較少的IO 管腳都可以減低單片機的整體功耗，使系統能夠工作盡可能長的時間。

落水人員搜救指揮系統的研制，落水人員搜救指揮系統對所有佩戴智能搜救定位裝置的人員進行安全監控，時刻保護人員海上安全作業；當人員遇險落水，智能定位裝置發出求救信號后，系統平臺自動接收報警信號，并在系統平臺中通過語音和圖標閃爍的方式提示告警。

當接收到來自智能定位裝置的報警信號后，可立刻查看遇險人員身份信息（包含所屬船舶、姓名、年齡、聯系方式、親屬及聯系方式等）及遇險人員實際位置，并通過上述信息對遇險人員進行確認及聯系相關人員。通過落水人員搜救指揮系統搜集遇險人員周邊海上搜救力量（可接入AIS 系統、北斗船舶監控系統），并向其發出應急搜救指令，實時調度指揮搜救。

智能搜救系統可滿足落水人員應急救援的需要，由涉海人員隨身攜帶，實現海上人員遇險自動報警、衛星精確定位、位置持續跟蹤，可以解決目前海上搜救工作中面臨的“無法及時獲取遇險人員報警信號”和“無法確定遇險人員位置”的難題，其特點為：

a.定位通信雙向功能：同時具有定位和通信兩種功能，可實時將遇險人員告警及位置信息發送至船上搜救指揮系統；

b.信號覆蓋面廣：可覆蓋全球；

c.可實現快速搜救：能夠及時準確獲取遇險人員告警信息及遇險位置，可隨時協調周邊船舶及搜救直升機等海上搜救力量，直線式搜救，告別傳統的“拉網式船海搜救模式”；

d.大幅降低搜救成本：由于能夠快速準確的獲取遇險位置信息，大大減少搜救力量的投入，大幅縮短搜救時間，可大幅降低海上應急搜救成本；

e.提高遇險人員搜救成活率：海上生存環境惡劣，人員遇險落水后即面臨淡水、寒冷、饑餓、大型海洋生物等方面威脅，本系統可大大縮短搜救時間，可在最短的時間內讓遇險人員脫離上述危險環境，提供遇險人員搜救成活率。

2.2 北斗智能搜救系統工作原理

智能搜救系統主要由個人佩帶終端和船載指揮中心兩部分組成。個人佩帶終端主要由低功耗衛星定位系統、低功耗信號發射系統、低功耗報警觸發系統、能源供給系統、生命體征探測系統、人員基本信息存儲系統等組成（如圖3）。船載指揮中心主要由大功率信號接收及數據處理系統和落水人員搜救指揮平臺（軟件）系統組成（如圖4）。

圖3 個人佩帶終端

圖4 船載指揮中心

當船上人員意外落水時，其所佩帶的個人佩帶終端遇水觸發，立即對落水人員的位置信息和身份信息進行實時采集，生理參數采集模塊對落水者的生命體征信息進行采集，信息采集完成后，通過個人佩帶終端的低功耗信息發射系統，自動將所采集到的信息直接發給岸基（船載）落水人員搜救指揮中心，指揮中心自動接收報警信號，并在系統平臺中通過語音和圖標閃爍的方式提示告警。當接收到來自智能定位系統的報警信號后，指揮中心可立刻查看遇險人員身份信息（包含所屬船舶、姓名、年齡、聯系方式、親屬及聯系方式等）及遇險人員實際位置，并通過上述信息對遇險人員進行確認及聯系相關人員，讓整個救援搜救過程有據可查、透明、直觀，縮短搜救時間，為今后的搜救工作總結經驗。另外，在有多人落水的情況下，系統發回的信息有利于救援組織優化救援力量的分配，有利于根據不同落水者的情況進行優先級別的規劃，從而做出及時有效的救援方案，順利完成救援工作。

3 結論

基于北斗導航系統的智能搜救系統充分利用和發揮了北斗導航衛星的特有功能，通過人員落水時身上佩帶的個人佩帶終端, 將求救人員位置信息、身份信息和生命體征信息發給岸基（船載）落水人員搜救指揮系統，從而使岸基搜救指揮系統快速的做出反應，極大地提高了對落水人員的救援速度和精度。本智能搜救系統受外部環境影響較小，在晚間及風浪較大的環境下仍具備快速定位和落水自動報警能力，有利于船上人員第一時間發現情況并開展救援，為救援爭取寶貴時間。本智能搜救系統在人員落水后可自動報警、自動上傳落水人員位置、身份、及一定的生命體征信息，有利于救援人員根據落水人員的生命體征信息提前做好救援后的搶救工作。另外，在有多人落水的情況下，系統發回的信息有利于救援組織優化救援力量的分配，有利于根據不同落水者的情況進行優先級別的規劃。當今世界，經濟社會快速發展，人類的生產領域和生活方式不斷拓展，救援定位技術的應用范圍非常廣泛，上述產品的應用也可延伸到礦難救災、水災救援、消防救援、以及探險旅游等行業，其社會效益非常大。隨著我國北斗導航系統的進一步發展，顯示生命體征的海上落水人員智能搜救系統在搜救方面會得到更廣泛的應用。