智能水下救生系统及溺水检测、救援方法技术方案

本发明专利技术涉及智能水下救生系统，包括水下机器人、无人机、服务器和智能手环。水下机器人包括主体、人体支撑座、救生带和救生鱼，主体上设有用于提供水中上升下降动力的第一涡轮机，主体的尾部设有用于提供水中前进、后退以及转向动力的第二涡轮机。智能手环包括第二微处理器以及分别与其连接的心率传感器、水压传感器、第三GPS模块、第四无线通讯模块、第四地磁传感器。本发明专利技术提供了水下救援的水下机器人，利用救生带缠绕溺水人员将人头部向上抬出水面，相比人工救援，救援效率高，实用性好；本发明专利技术实现了水下机器人、无人机、智能手环和服务器的集成，服务器利用图像和智能手环提供的生理数据等进行实时溺水检测，尽早发现溺水现象，及时进行救援。进行救援。进行救援。

【技术实现步骤摘要】
智能水下救生系统及溺水检测、救援方法


[0001]本专利技术属于水上救生领域，具体涉及一种智能水下救生系统及溺水检测、救援方法。

技术介绍

[0002]水上救援对时效性、稳定性要求非常高，涉及到计算机、自动控制、传感器等广泛学科领域中的许多前沿技术。
[0003]从水上救援的国内外研究现状来看，无人机及水下机器人机动救援的研究成果相对较少，大部分仍处于初级研究和试验阶段，综合技术水平和服务水平偏低。针对人员密集和人员稀疏的不同水域游泳场景，现有技术的水上救援策略只实现了如何检测与定位方法，其中如何实现快速机动救援，快速提供救援服务并没有很好的实现，存在知晓有人溺水而无法及时提供救援服务的现象；同时，缺乏开放水域和室内游泳场馆兼容救援的技术的应用，以及救援的实用性。智能手环和救援无人机技术的不融合，导致了目前国内外水上救生系统始终不完善，在实际应用上还存在很大的空缺，救援方案综合技术水平和服务水平偏低。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对上述问题，提供一种智能水下救生系统以及溺水人员救援方法，设计提供对溺水人员实施水下自主救援的水下机器人，将水下机器人、无人机、智能手环和服务器集成，水下机器人、智能手环利用地磁定位技术与GPS定位技术互补进行室内外准确定位；服务器一方面根据水下机器人或水下摄像头实时拍摄采集的图像，利用神经网络模型识别图像中的人体的姿态，根据人体姿态判断是否有溺水现象，另一方面根据智能手环实时采集的水中人员的心率、水下深度以及X、Y、Z轴加速度，通过机器学习算法实时判断是否出现人员溺水现象，通过两种方式实时检测溺水现象，尽早发现溺水人员，避免救援不及时导致人员伤亡。
[0005]本专利技术的技术方案是智能水下救生系统，包括水下机器人，水下机器人包括主体、人体支撑座、救生带和救生鱼，救生带的前端与救生鱼连接；主体内设有控制器以及与控制器连接的第一无线通讯模块、第一GPS模块，主体的头部设有摄像头，摄像头经数据线与控制器连接；主体上设有用于提供水中上升下降动力的第一涡轮机，主体的尾部设有用于提供水中前进、后退以及转向动力的第二涡轮机，第一涡轮机、第二涡轮机的控制端分别与控制器连接；救生带的末端与主体的侧部连接固定。
[0006]救生鱼包括仿鱼体、仿生鳍和设置在仿鱼体尾部的螺旋桨推进器，螺旋桨推进器后端设有用于连接并拖曳救生带的牵引部；仿鱼体内设有第一微处理器以及分别与第一微处理器电性连接的第二无线通讯模块和第二地磁传感器，螺旋桨推进器的驱动电机的控制端与第一微处理器的控制信号输出端连接。
[0007]进一步地，仿生鳍的纵轴与舵机的输出轴连接，舵机的控制端与第一微处理器的
控制信号输出端连接。在舵机的驱动下，通过调节仿生鳍与螺旋桨推进器的中心线的角度以控制救生鱼的行进方向。
[0008]优选地，水下机器人还包括第一地磁传感器，第一地磁传感器经数据线与控制器连接。
[0009]优选地，所述系统还包括无人机，无人机的悬臂下方设有用于与水下机器人连接的连接杆，连接杆与水下机器人的连接端设有电动液压钳，电动液压钳与水下机器人顶部的连接孔位配合，电动液压钳的控制端与无人机的控制单元连接；无人机还包括第二GPS模块、第二无线通讯模块，第二GPS模块、第二无线通讯模块分别与无人机的控制单元连接。
[0010]优选地，所述系统还包括智能手环，智能手环包括单片机以及分别与其连接的心率传感器、水压传感器、第三GPS模块、第三无线通讯模块、第二地磁传感器。
[0011]优选地，所述系统还包括服务器，服务器分别与水下机器人、无人机、智能手环通讯连接，服务器根据水下机器人、无人机提供的图像，检测图像中的人体发否发生溺水现象；服务器根据智能手环采集的人员的心率、水下深度以及三轴加速度数据进行溺水检测。
[0012]进一步地，水下机器人还包括在控制器的处理器上运行的目标识别模块，目标识别模块根据摄像头拍摄的图像，识别水中人体，根据人体的位置和图像特征判断其是否为救援目标。
[0013]基于水中人体图像的人体溺水检测方法，包括以下步骤：
[0014]步骤1：拍摄得到水中人体的图像；
[0015]步骤2：利用YOLOv5s模型对图像进行人体目标检测，得到人体定位框；
[0016]步骤3：采用Alphapose模型识别人体定位框中的人体姿态，得到骨骼关键点并确定其坐标；
[0017]步骤4：根据人体骨骼关键点坐标，计算得到人体体态特征；
[0018]步骤5：根据人体体态特征判断是否溺水，若出现溺水，判断溺水时间长短，并发出警报。基于智能手环的人体溺水检测方法，包括以下步骤：
[0019]S1：分别利用智能手环获取正常游泳和模拟溺水人员在水中的心率、水下深度以及X、Y、Z轴加速度；
[0020]S2：采用支持向量机构建溺水检测模型，利用步骤S1得到的数据作为溺水检测模型的输入对其进行训练；
[0021]S3：利用智能手环实时采集待测水中人体的心率、水下深度以及X、Y、Z轴加速度；
[0022]S4：将步骤S3采集得到的数据作为溺水检测模型的输入，进行实时的溺水现象检测，若检测到溺水现象，则执行步骤S5，否则执行步骤S3；
[0023]S5：获取溺水人体的位置，发出溺水警报。
[0024]溺水人员救援方法，包括以下步骤：
[0025]1)对水中人体进行溺水检测，检测到人体溺水现象时，确定溺水人员的位置，执行步骤2)，否则重复执行步骤1)；
[0026]2)根据溺水人员的位置，在救援地点投放水下机器人；
[0027]3)控制水下机器人在水中行驶到溺水人员位置，采集所在位置人员的图像，并判断确认是否为救援目标；
[0028]4)控制水下机器人，使水下机器人的人体支撑座对准溺水人员的背部；
[0029]5)控制救生鱼牵引救生带对溺水人员躯体进行环绕；救生鱼牵引救生带环绕溺水人体后，控制救生鱼环绕人体支撑座进行圆周运动，继续将救生带紧实地缠绕在人体支撑座的根部；缠绕救生带后，控制救生鱼回游到收纳室，并对救生带充气；
[0030]6)控制水下机器人驶向水面，使溺水人员头部露出水面。
[0031]相比现有技术，本专利技术的有益效果包括：
[0032]1)本专利技术提供了对溺水人员实施水下救援的水下机器人，水下机器人带有人体支撑座和救生带，可在水中自主升降、转向，救援溺水人员时利用救生带将溺水人员缠绕在人体支撑座上将人体头部向上抬出水面，相比人工救援，救援效率高，实用性好，可避免救援时对溺水人体造成不必要的伤害；
[0033]2)本专利技术的水下机器人包含救生鱼，救援溺水人员时，救生鱼牵引救生带完成对溺水人员躯体的环绕，救生鱼自主性好，便于快速将溺水人员躯体缠绕在水下机器人的人体支撑座后将溺水人员头部抬离水面，实现对溺水人员的及时救援；
[0034]3)本专利技术实现了水下机器人、无人机、智能手环和服务器的集成，服务器一方面根据水下机器人实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.智能水下救生系统，其特征在于，包括水下机器人（100），所述水下机器人（100）包括主体（101）、人体支撑座（105）、救生带（103）和救生鱼（102），救生带（103）的前端与救生鱼（102）连接；主体（101）内设有控制器以及与控制器连接的第一无线通讯模块、第一GPS模块，主体的头部设有摄像头（104），摄像头（104）经数据线与控制器连接；主体（101）上设有用于提供水中上升下降动力的第一涡轮机（106），主体（101）的尾部设有用于提供水中前进、后退以及转向动力的第二涡轮机（107），第一涡轮机（106）、第二涡轮机（107）的控制端分别与控制器连接；救生带（103）的末端与主体（101）的侧部连接。2.根据权利要求1所述的智能水下救生系统，其特征在于，水下机器人（100）还包括与其控制器连接的第一地磁传感器。3.根据权利要求2所述的智能水下救生系统，其特征在于，救生鱼（102）包括仿鱼体（1021）、仿生鳍（1024）和设置在仿鱼体尾部的螺旋桨推进器（1022），螺旋桨推进器（1022）后端设有用于连接并拖曳救生带的牵引部（1023）；仿鱼体（1021）内设有第一微处理器以及与其连接的第二无线通讯模块，螺旋桨推进器（1022）的驱动电机的控制端与第一微处理器的控制信号输出端连接；仿生鳍1024的纵轴与舵机输出轴连接，舵机的控制端与第一微处理器的控制信号输出端连接。4.根据权利要求3所述的智能水下救生系统，其特征在于，救生带（103）为中空的气密性带状结构，救生带（103）的充气端经电磁阀与高压气罐（108）连接，电磁阀的控制端与控制器的控制信号输出端连接。5.根据权利要求2或3所述的智能水下救生系统，其特征在于，所述系统还包括无人机（200），无人机（200）的悬臂下方设有用于与水下机器人连接的连接杆（201），连接杆（201）与水下机器人的连接端设有电动液压钳（202），电动液压钳（202）的咬合头与水下机器人顶部的连接孔位（111）配合，电动液压钳（202）的控制端与无人机的控制单元连接；无人机（200）还包括第二GPS模块、第三无线通讯模块，第二GPS模块、第三无线通讯模块分别与无人机的控制单元连接。6.根据权利要求5所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李雪桐，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：