显示生命体征的海上落水人员智能搜救系统

曹 文 李川涛 司高潮 姚永杰 王 伟 戴圣龙*

（海军特色医学中心航空医学研究室，上海200433）

世界上最早研究卫星导航系统的国家是美国和俄罗斯，我国直到20 世纪80 年代才开始进行卫星导航系统的研究，相对于美俄起步较晚。2000 年，我国成功建成北斗卫星导航试验系统；2012 年，我国正式向亚太地区提供无源定位、导航和授时等服务。显示生命体征的海上落水人员智能搜救系统是在北斗卫星导航系统的基础上，将海上作业意外落水人员的实时定位信息和身份信息传递给岸基指挥系统，辅助海上作业意外落水人员进行导航通讯，生命体征监测等功能，帮助岸基指挥平台提供及时有效的救援工作。较好地解决了海上作业人员意外落水后的搜救工作，极大地减少了海上作业过程中的人员伤亡。

1 北斗智能搜救系统的结构和主要功能

本智能搜救系统主要由个人佩带的终端和船载的中心构成，其内部结构如图1、图2 所示。

图1 终端结构图

图2 中心结构图

其中，①为北斗发射模块，②为供电模块，③为生理参数采集模块。

其中，④为北斗接收模块，⑤为输入控制模块，⑥为显示模块。

北斗发射模块：采集落水者的实时位置信息和生命体征信息，经过数字化处理后，以短消息形式发送至船载北斗信号接收端。将北斗一代天线和二代天线叠在一起，利用北斗二代更为精确的接收装置来确定位置，通过北斗一代的短消息功能来发送数据。

供电模块：采用成熟锂电池，为终端供电。

生理参数采集模块：利用自制的呼吸、心跳频幅传感器采集落水者的呼吸信号，设计滤波电路降低水面风、流、浪、涌对传感器的干扰，并将结果数字化，传送至终端处理器，采集落水者的生命体征信息。

北斗接收模块：配置在救援平台，接收终端发出的卫星信号，并将其传送至中心处理器。将C 型天线至于救援平台的合适位置，避免与救援平台自身携带的电子设备产生电磁干扰，从而接收有效信息。

输入控制模块：配置在救援平台，输入控制指令，实时指挥救援工作，能有效地根据反馈信息实时指挥。

终端处理器：接收北斗模块的定位数据以及生命体征信息，加密处理后再将其打包，发送至船载信号接收端。

中心处理器：配置在救援平台，接收终端发出的卫星信号，将数据解密后，通过配套的软件自动分析当前落水者待救援情况，并形成相应的救援方案，从而更好地展开救援工作。

2 北斗智能搜救系统工作原理

2.1 北斗智能搜救系统研究内容和特点

低功耗北斗卫星定位应用系统的开发，以北斗卫星定位系统为主,融合北斗导航定位系统和卫星增强系统两大资源，发挥两种卫星定位系统的各自优势。该研究内容主要包含:北斗定位系统与GPS 系统双系统数据融合研究, 北斗通讯和无线通信双通信机制；定位信号的自主，可靠、保密性研究。

低功耗信号发射系统的研制，低功耗信号发射系统是本系统的重要组成部分，只有通过它才能将落水者的位置信息、身份信息、状态信息等发送给远洋船舶上的搜救指挥系统，并且在满足信号发射要求的基础上做到低功耗，具体措施为：选用尽量简单的CPU 内核，在选择CPU 内核时切忌一味追求性能，8 位机够用，就没有必要选用16 位机，选择的原则应该是“够用就好”；选择低电压供电的系统；合理选择系统工作频率；选择带有低功耗模式的系统；尽量选择集成度高的单片机；在满足应用要求的前提下，选择配置较低的单片机，较小的RAM/ROM、较低的ADC 分辨率、较少的IO 管脚都可以减低单片机的整体功耗，使系统能够工作尽可能长的时间。

落水人员搜救指挥系统的研制，落水人员搜救指挥系统对所有佩戴智能搜救定位装置的人员进行安全监控，时刻保护人员海上安全作业；当人员遇险落水，智能定位装置发出求救信号后，系统平台自动接收报警信号，并在系统平台中通过语音和图标闪烁的方式提示告警。

当接收到来自智能定位装置的报警信号后，可立刻查看遇险人员身份信息（包含所属船舶、姓名、年龄、联系方式、亲属及联系方式等）及遇险人员实际位置，并通过上述信息对遇险人员进行确认及联系相关人员。通过落水人员搜救指挥系统搜集遇险人员周边海上搜救力量（可接入AIS 系统、北斗船舶监控系统），并向其发出应急搜救指令，实时调度指挥搜救。

智能搜救系统可满足落水人员应急救援的需要，由涉海人员随身携带，实现海上人员遇险自动报警、卫星精确定位、位置持续跟踪，可以解决目前海上搜救工作中面临的“无法及时获取遇险人员报警信号”和“无法确定遇险人员位置”的难题，其特点为：

a.定位通信双向功能：同时具有定位和通信两种功能，可实时将遇险人员告警及位置信息发送至船上搜救指挥系统；

b.信号覆盖面广：可覆盖全球；

c.可实现快速搜救：能够及时准确获取遇险人员告警信息及遇险位置，可随时协调周边船舶及搜救直升机等海上搜救力量，直线式搜救，告别传统的“拉网式船海搜救模式”；

d.大幅降低搜救成本：由于能够快速准确的获取遇险位置信息，大大减少搜救力量的投入，大幅缩短搜救时间，可大幅降低海上应急搜救成本；

e.提高遇险人员搜救成活率：海上生存环境恶劣，人员遇险落水后即面临淡水、寒冷、饥饿、大型海洋生物等方面威胁，本系统可大大缩短搜救时间，可在最短的时间内让遇险人员脱离上述危险环境，提供遇险人员搜救成活率。

2.2 北斗智能搜救系统工作原理

智能搜救系统主要由个人佩带终端和船载指挥中心两部分组成。个人佩带终端主要由低功耗卫星定位系统、低功耗信号发射系统、低功耗报警触发系统、能源供给系统、生命体征探测系统、人员基本信息存储系统等组成（如图3）。船载指挥中心主要由大功率信号接收及数据处理系统和落水人员搜救指挥平台（软件）系统组成（如图4）。

图3 个人佩带终端

图4 船载指挥中心

当船上人员意外落水时，其所佩带的个人佩带终端遇水触发，立即对落水人员的位置信息和身份信息进行实时采集，生理参数采集模块对落水者的生命体征信息进行采集，信息采集完成后，通过个人佩带终端的低功耗信息发射系统，自动将所采集到的信息直接发给岸基（船载）落水人员搜救指挥中心，指挥中心自动接收报警信号，并在系统平台中通过语音和图标闪烁的方式提示告警。当接收到来自智能定位系统的报警信号后，指挥中心可立刻查看遇险人员身份信息（包含所属船舶、姓名、年龄、联系方式、亲属及联系方式等）及遇险人员实际位置，并通过上述信息对遇险人员进行确认及联系相关人员，让整个救援搜救过程有据可查、透明、直观，缩短搜救时间，为今后的搜救工作总结经验。另外，在有多人落水的情况下，系统发回的信息有利于救援组织优化救援力量的分配，有利于根据不同落水者的情况进行优先级别的规划，从而做出及时有效的救援方案，顺利完成救援工作。

3 结论

基于北斗导航系统的智能搜救系统充分利用和发挥了北斗导航卫星的特有功能，通过人员落水时身上佩带的个人佩带终端, 将求救人员位置信息、身份信息和生命体征信息发给岸基（船载）落水人员搜救指挥系统，从而使岸基搜救指挥系统快速的做出反应，极大地提高了对落水人员的救援速度和精度。本智能搜救系统受外部环境影响较小，在晚间及风浪较大的环境下仍具备快速定位和落水自动报警能力，有利于船上人员第一时间发现情况并开展救援，为救援争取宝贵时间。本智能搜救系统在人员落水后可自动报警、自动上传落水人员位置、身份、及一定的生命体征信息，有利于救援人员根据落水人员的生命体征信息提前做好救援后的抢救工作。另外，在有多人落水的情况下，系统发回的信息有利于救援组织优化救援力量的分配，有利于根据不同落水者的情况进行优先级别的规划。当今世界，经济社会快速发展，人类的生产领域和生活方式不断拓展，救援定位技术的应用范围非常广泛，上述产品的应用也可延伸到矿难救灾、水灾救援、消防救援、以及探险旅游等行业，其社会效益非常大。随着我国北斗导航系统的进一步发展，显示生命体征的海上落水人员智能搜救系统在搜救方面会得到更广泛的应用。