CN107351991A - 用于户外固定泳区的快速无人机救援系统 - Google Patents

Abstract

用于户外固定泳区的快速无人机救援系统，公开了利用无人机对固定泳区进行救援的方法。系统包括呼救手环、控制中心、旋翼无人机。呼救手环在游泳者需要救援时及时发出呼救信息，旋翼无人机接收到呼救信息后自动起飞，并根据呼救者的位置信息和本机的位置信息，自主飞行到呼救者的上方，在到达呼救者上方后，自动下降到合适的高度范围并保持恒定，保证下一步救援设备的准确投放。旋翼无人机在值班员的操控下完成救援设备的投放，之后把呼救者牵引至岸边，在最短时间内对呼救者进行后续救治。

Description

用于户外固定泳区的快速无人机救援系统

技术领域

本救援系统能根据呼救者的呼救信息在最短时间内实施救援，属于无人机水面救援领域。

背景技术

无人机飞行速度快，准备时间短，操控灵活且成本低，应用越来越广泛。无人机加载救援设备对水面实施救援也越来越多地被讨论和研究，目前研究比较多的是在两个方面。

一方面是水面救援无人机本身。例如中国专利号ZL201520179590.9，名称为：一种水上救援用涵道无人机，授权公告日为2015年7月22日，该专利公开了一种水上救援用涵道无人机，无人机本体套在浮圈内，当续航能力不足时，机体浮圈保护无人机本体不进水，便于后续的回收使用；当救生圈不足时，可以将机体浮圈脱开作救生圈使用。另一方面是水面救援设备的加载和投放。例如中国专利号ZL201420509051.2，名称为：一种无人机空中救生器，授权公告日为2015年4月8日。该专利公开了一种无人机空中救生器，采用自充气救生圈，可一次性挂载4个，高效可靠，投放准确，并且对救援区域环境要求低。

这两个方面是无人机水面救援重要的组成部分，是不可或缺的。然而，这些专利只研究了利用无人机进行水面救援中的设备问题，没有对如何使用救援无人机在最短时间内到达呼救者上方并完成救援进行过相关研究。现有文献表明，溺亡过程在6分钟左右，在尽可能短的时间内使用无人机对水面呼救者进行救援，对救援成功至关重要。对于非固定泳区，很难做到对溺水事故的发生进行预判，无法提前布置救援无人机。而对于人流量大，人员密集的户外固定泳区，可以做到提前合理布置救援无人机，能有效降低发生溺亡的概率。

发明内容

1、发明解决的技术问题。

针对已有技术的缺陷，发明了用于户外固定泳区的快速无人机救援系统。本救援系统中呼救手环发出呼救信息后，无人机自动起飞，规划最佳路径前往救援，用最短时间到达呼救者上方并下降到合适高度；值班员操控无人机投放救援设备，并把呼救者牵引至岸边，完成救援。

2、技术方案。

本救援系统包括呼救手环1、控制中心2、旋翼无人机3三部分。呼救手环1采用无线通信向控制中心2和旋翼无人机3发送信息。控制中心2与旋翼无人机3之间采用无线通信相互发送信息，如图1所示。

呼救手环1包括电源模块10、手环主控11、指示灯12、按键13、脉搏监测模块14、防水防摔外壳15、定位模块16、信息发送模块17、开关18。所有功能模块都密封于防水防摔外壳15内，电源模块10与手环主控11和开关18连接，指示灯12、按键13、脉搏监测模块14、定位模块16、信息发送模块17均与手环主控11连接，如图2所示。

开关18负责电源的接通与断开。电源模块10采用无线充电方式给电池充电，电池为锂电池，负责给整个手环电路供电。指示灯12选用红绿蓝三色灯，用于显示电池电量。脉搏监测模块14为光电脉搏检测模块，实时监测呼救者的脉搏。定位模块16选用GPS或北斗定位模块，负责获取呼救者的位置信息。手环主控11选用芯片STM32F030F4P6，负责读取脉搏和位置信息、监测按键13的按下状态，当手环主控11判断脉搏次数或者变化率超出了正常范围，或者监测到按键13长按下，向信息发送模块17传送呼救信息，呼救信息包括呼救者的脉搏和位置信息；此外，手环主控11检测电源模块10的电量并控制指示灯12显示电量。信息发送模块17负责呼救信息的发送。防水防摔外壳15为绝缘橡胶材质，密封防水。

控制中心2包括通信设施20、无人机控制台21、信息显示台22、供电设备23。通信设施20与无人机控制台21连接，信息显示台22与通信设施20和无人机控制台21连接，如图3所示。

供电设备23负责给整个控制中心2供电。通信设施20负责接收呼救信息和多旋翼无人机3发送的信息，之后传送给无人机控制台21和信息显示台22，同时负责把无人机控制台21传送的操控信息向旋翼无人机3发送。无人机控制台21配有无人机控制杆，负责生成无人机的操控信息。信息显示台22包括液晶显示屏、喇叭和指示灯，显示呼救者的位置信息、脉搏信息、旋翼无人机3的位置信息、飞行信息、图像信息等。

旋翼无人机3包括通信模块30、摄像模块31、救援设备32、定位模块33、飞控模块34、电源35、无人机机体36、主控模块37、救援设备投放机构38，通信模块30、摄像模块31、定位模块33、飞控模块34、电源35、救援设备投放机构38均与主控模块37连接，通信模块30与摄像模块31、定位模块33连接，救援设备32与救援设备投放机构38连接，如图4所示。

通信模块30负责与呼救手环1、控制中心2通信。摄像头31采用CMOS摄像头，用于获取现场实时图像，之后把图像信息传送给通信模块30。救援设备32包括游泳圈和救援绳，加载于救援设备投放机构38，通过安全绳连接，负责连接呼救者并使之头部脱离水面。定位模块33选用GPS或北斗定位模块，负责获取本机的位置信息，之后把位置信息传送给通信模块30。飞控模块34选用大疆的NAZA飞控模块，负责本机的飞行姿态控制。电源35为多芯锂电池，给整机供电。主控模块37选用芯片STM32F030F4P6，负责处理通信模块30传送的信息和本机位置信息，生成飞控指令和控制指令，之后把飞控指令传送给飞控模块34，把控制指令传送给摄像模块31、救援设备投放机构38；此外，主控模块37监测本机电量，之后传送给通信模块30。救援设备投放机构38由动作电机和碳纤维支架组成，负责投放救援设备32。

3、有益效果。

采用本发明提供的技术方案，具有如下显著效果。

（1）本发明的用于户外固定泳区的快速无人机救援系统，其呼救手环除按键长按下后发出呼救信息外，还可以通过监测呼救者的脉搏生理变化，发出呼救信息，保证尽早实施救援。

（2）本发明的用于户外固定泳区的快速无人机救援系统，其无人机接收到呼救信息后，无人机自动起飞并按计算出的最佳路径前往呼救者上方，尽可能地减少救援所用时间，增加救援的成功率，在到达呼救者上方后，自动下降到合适的高度范围并保持恒定，保证下一步救援设备的准确投放。

（3）本发明的用于户外固定泳区的快速无人机救援系统，其无人机在值班员操控下完成救援设备的投放后，把呼救者牵引至岸边，能在最短时间内对呼救者进行后续救治。

附图说明

图1：救援系统整体结构框图。

图2：呼救手环原理框图。

图3：控制中心原理框图。

图4：旋翼无人机原理框图。

图5：系统救援流程图。

具体实施方式

为进一步说明本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。

首先，对救援系统的三大部分呼救手环1、控制中心2、旋翼无人机3的结构内容分别做具体描述。

呼救手环1内部结构如图2所示。使用前，先打开手环开关18，观察指示灯12，若指示灯为红色则呼救手环1电量不足，需充电后使用，若指示灯为蓝色则为满电，若指示灯为绿色则电量居中，使用前也需充电到满电状态。使用时，脉搏监测模块14实时获取呼救者的脉搏，定位模块16实时获取呼救者的位置信息。手环主控11实时读取按键13的状态、呼救者的脉搏和位置信息。若手环主控11监测到按键13长按下（时间2秒以上）时，主控模块11把呼救信息传送给信息发送模块17，由信息发送模块17发送，呼救信息包括呼救者的脉搏和位置信息，呼救信息不间断发送，直至救援结束。若主控模块11判断脉搏次数或变化率超出设定的正常范围时，主控模块11把呼救信息自动传送给信息发送模块17，由信息发送模块17自动发送，呼救信息包括呼救者的脉搏和位置信息，呼救信息不间断发送，直至救援结束。

控制中心2内部结构如图3所示。工作时，通信设施20接收信息发送模块17发送的呼救信息（包括呼救者的脉搏和位置信息）后，传送至无人机控制台21和信息显示台22，信息显示台22通过声光报警呼叫值班员进入救援状态，通过液晶显示屏显示呼救信息、旋翼无人机3的位置和电量信息、无人机控制台21参数、摄像模块31获得的实时图像。旋翼无人机3到达呼救者上方后，值班员手动操纵无人机控制台21上的控制杆，操控旋翼无人机3调整位置、转动摄像模块31、投放救援设备32等。无人机控制台21生成操控信息，传送给通信设施20，由其发送给旋翼无人机3。操控信息传送给信息显示台22反馈给值班员查看。在旋翼无人机3未到达呼救者上方时，值班员也可以提前操控旋翼无人机3。

旋翼无人机3的内部结构如图4所示。旋翼无人机3处于待机状态时，通信模块30收到信息发送模块17发送的呼救信息（包括呼救者的脉搏和位置信息）后传送给主控模块37。主控模块37根据呼救者位置和本机位置确定飞行路线，之后把包含飞行路线的飞控指令传送给飞控模块34，飞控模块34按照飞控指令自动控制旋翼无人机3起飞。飞行途中，摄像模块31获得实时图像，定位模块33获得本机实时位置信息，主控模块37把实时图像、本机位置信息、监测到的本机电量传送给通信模块30，由其发送给控制中心2。同时，通信模块30不断接收呼救信息并传送给主控模块37，主控模块37根据新的呼救者位置和本机位置，实时调整飞行方向，生成飞控指令，传送给飞控模块34控制旋翼无人机3进行自主航行。旋翼无人机3飞到呼救者上方后，主控模块37向飞控模块34发出飞控指令，控制旋翼无人机3下降到3至6米的高度并保持恒定；通信模块30把接收的控制中心2发送的操控信息传送给主控模块37，主控模块37根据操控信息控制摄像模块31转动，同时，生成飞控指令并传送给飞控模块34，调整旋翼无人机3位置和高度。调整结束后，主控模块37根据操控信息向救援设备投放机构38发出动作信号，投放救援设备32。之后，根据接收到的操控信息，旋翼无人机3完成相应的飞行及动作。

再者，对无人机救援系统的救援流程做具体描述，参看图5。

步骤40，呼救触发，呼救手环1向控制中心2和旋翼无人机3发送呼救信息。

步骤41，旋翼无人机3收到呼救信息，自动起飞，设定最佳飞行路线飞到呼救者上方，下降到3至6米高度并保持恒定。

步骤42，控制中心2收到呼救信息，呼叫值班员，值班员进入救援状态。

步骤43，值班员接管旋翼无人机3，通过操纵无人机控制台21微调无人机3的位置和高度，保证救援设备的准确投放。

步骤44，控制救援设备投放机构38动作，救援设备32在重力和无人机下压风力下落向呼救者。

步骤45，待呼救者和救援设备32连接完成，头部脱离水面，值班员操控无人机3把呼救者牵引至岸边。

步骤46，呼救者到达岸边后，对其进行后续救治。无人机3在值班员操控下断开安全绳，返回待机区，充电并重新加载打包好的救援设备32，之后无人机3重新进入待机状态。

Claims (5)

1.用于户外固定泳区的快速无人机救援系统包括呼救手环（1）、控制中心（2）、旋翼无人机（3）；其中呼救手环（1）包括电源模块（10）、手环主控（11）、指示灯（12）、按键（13）、脉搏监测模块（14）、防水防摔外壳（15）、定位模块（16）、信息发送模块（17）、开关（18），所有功能模块都密封于防水防摔外壳（15）内，电源模块（10）与手环主控（11）和开关（18）连接，指示灯（12）、按键（13）、脉搏监测模块（14）、定位模块（16）和信息发送模块（17）均与手环主控（11）连接；控制中心（2）包括通信设施（20）、无人机控制台（21）、信息显示台（22）、供电设备（23），通信设施（20）与无人机控制台（21）连接，信息显示台（22）与通信设施（20）和无人机控制台（21）连接；旋翼无人机（3）包括通信模块（30）、摄像模块（31）、救援设备（32）、定位模块（33）、飞控模块（34）、电源（35）、无人机机体（36）、主控模块（37）、救援设备投放机构（38），通信模块（30）、摄像模块（31）、定位模块（33）、飞控模块（34）、电源（35）、救援设备投放机构（38）均与主控模块（37）连接，通信模块（30）与摄像模块（31）、定位模块（33）连接，救援设备（32）与救援设备投放机构（38）连接。

2.根据权利要求1所述的用于户外固定泳区的快速无人机救援系统，其特征在于：呼救手环（1）在监测到呼救者脉搏次数或者变化率超出了正常范围后自动发送呼救信息（包括呼救者的脉搏和位置信息）；也可以在按键（13）被呼救者按下时间超过2秒后发送呼救信息（包括呼救者的脉搏和位置信息），呼救信息不间断发送，直至救援结束。

3.根据权利要求1所述的用于户外固定泳区的快速无人机救援系统，其特征在于：旋翼无人机（3）收到呼救信息（包括呼救者的脉搏和位置信息）后自动起飞，飞行路线方向始终指向呼救者，自主飞行到到呼救者上方，下降到3至6米的高度并保持恒定。

4.根据权利要求1所述的用于户外固定泳区的快速无人机救援系统，其特征在于：信息显示台（22）显示呼救者的位置信息、脉搏信息、旋翼无人机（3）的位置信息及图像信息。

5.根据权利要求1所述的用于户外固定泳区的快速无人机救援系统，其特征在于：旋翼无人机（3）由值班员操控完成救援设备（32）的投放后把呼救者牵引至岸边，完成救援。