李華明 張玉鵬 何嘉良

摘 要：炎炎夏日，沙灘海邊是很多人選擇，但是海邊沙灘溺水事件較為頻發(fā)，且死亡率極高。由于目前沙灘、海邊溺水防護警報措施缺乏，僅有警示浮標，且警示浮標功能單一，僅起了警示作用，且作用效果不大，此外游客較多，場景嘈雜，不利于救生員第一時間發(fā)現(xiàn)溺水事件，導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)溺水事件太遲，往往導(dǎo)致救治不及時，造成溺水游客的死亡。文章將介紹一種新型的警示浮標，與傳統(tǒng)的警示浮標不同之處在于，此浮標可以預(yù)防和減少救援沙灘海域的溺水事件的發(fā)生和輔助溺水事件的救援。對于沙灘海域的安全有很大的幫助。

關(guān)鍵詞：救生浮標；自供能；SOS手環(huán)；紅外報警

中圖分類號：P715.2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）12-0063-02

溺水死亡率之所以很高是因為溺水后的救治黃金時間很短，溺水救治的黃金時間為20分鐘，超過了20分鐘，生還的可能性幾乎為零。由于目前沙灘、海邊溺水防護警報措施缺乏，僅有警示浮標，且警示浮標功能單一，僅起了警示作用，且作用效果不大，此外游客較多，場景嘈雜，不利于救生員第一時間發(fā)現(xiàn)溺水事件，導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)溺水事件難以第一時間被發(fā)現(xiàn)，往往導(dǎo)致救治不及時，造成溺水游客的死亡。[1]減少溺水事故應(yīng)從避免游客進入危險海域以及進行及時有效的救援兩方面入手。本項目組從如何減少海邊溺水事故出發(fā)，利用豐富的海洋能源，設(shè)計一款海邊沙灘救生浮標，通過波浪能發(fā)電實現(xiàn)自供能。該救生浮標可對進入危險海域的人員進行警報提醒，從而減少進入危險海域人次；對于不慎溺水人員，當其按下佩戴的信號發(fā)射手環(huán)時，浮標自動報警并大致確定其溺水位置，提醒工作人員搜救并有效縮小搜救范圍，充分利用溺水黃金20分鐘救援時間。

1 總體方案設(shè)計

本系統(tǒng)需波浪能救生浮標和SOS手環(huán)配合使用。該波浪能救生浮標通過振蕩浮子式發(fā)電裝置利用波浪能發(fā)電，為浮標內(nèi)各裝置提供電能。采用紅外探測，當有人進入危險海域時，發(fā)出警報，提醒游客回到安全海域。此外游泳的游客帶上與浮標裝置配套的紅外發(fā)射手環(huán)，發(fā)生溺水的人按下手環(huán)上的按鈕離事故最近的浮標將會接收到手環(huán)發(fā)射的電磁波，立即報警且放出紅色警報燈光，提醒施救人員立即展開營救。通過浮標所在位置以及手環(huán)與報警浮標的信號傳輸，確定溺水人員大致方位，極大縮小救援范圍，提高搜救效率。裝置的各部分組成如圖1所示，SOS手環(huán)模型圖如圖2所示。

該救生浮標通過報警裝置以確保第一時間施救，通過信號定位系統(tǒng)能極大程度縮小救援范圍，降低救援難度，使救援黃金時間能得到更有效利用。該救生浮標可有效改善海灘溺水救援設(shè)施缺乏的現(xiàn)狀，且該裝置利用波浪能發(fā)電提供能量，安全可靠實用性強，具有廣闊的應(yīng)用前景。

1.1 發(fā)電結(jié)構(gòu)

該裝置主要由紅外傳感器和蜂鳴器組成，裝置由蓄電池供能，紅外探測器探測半徑設(shè)計為25米，探測水平角度為110度，垂直角度為60度。每隔30m的浮標上裝有紅外報警裝置，達到無死角報警帶的形成。[2]紅外線傳感器IC1采用進口器件Q74，波長為9-10um。一般人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會發(fā)出特定波長10um左右的紅外線。IC1探測到前方人體輻射出的紅外線信號時，由IC1的②腳輸出微弱的電信號進入放大電路，經(jīng)過放大比較之后可以由蜂鳴器發(fā)出響聲。

信號放大電路圖如圖3所示，浮標間的紅外探測范圍示意圖如圖4所示。

VT1和運算放大器LM358等組成放大電路，由IC1的②腳輸出微弱的電信號，經(jīng)三極管VT1等組成第一級放大電路放大，再通過C2輸入到運算放大器ICA中進行高增益、低噪聲放大，此時由IC2A①腳輸出的信號已足夠強，輸入電壓比較電路。

當游泳者進入危險海域后，該紅外探測警報裝置自動發(fā)出警示信號，提示游泳者返回安全區(qū)域。

1.2 溺水報警裝置

該裝置由兩個部分組成——SOS手環(huán)、位于浮標內(nèi)的信號接收報警器。SOS手環(huán)內(nèi)有電磁波發(fā)射裝置，危險發(fā)生時，溺水者按下手環(huán)上的信號發(fā)射按鈕，最近的浮標將接收信號，發(fā)出警報和紅色報警光。根據(jù)報警浮標的位置，大概確定溺水者的溺水范圍。溺水報警裝置工作流程如圖5所示。

2 前景展望

一個該浮子發(fā)電機，浮子直徑為50cm時，發(fā)電功率約為5w，一天可發(fā)電約120w·h，輔與太陽能發(fā)電貼片，可以為紅外探測警報裝置、信號接收裝置、報警求救裝置提供充足電能。項目設(shè)計所采用的機構(gòu)均為常用機構(gòu)，無需特殊加工的零件，使用材料為輕質(zhì)塑料等常用材料，通過仿真和理論計算裝配與設(shè)計均合理，設(shè)計具有工藝可行性。本項目的應(yīng)用可有效改善海灘溺水救援設(shè)施缺乏的現(xiàn)狀，且該裝置利用波浪能和太陽能發(fā)電提供能量，解決了海上電能傳輸困難的問題，SOS手環(huán)由海灘管理人員發(fā)放回收，可循環(huán)利用。本項目大大提高海域沙灘的安全性，對促進海域沙灘旅游業(yè)發(fā)展有重大影響。

參考文獻

[1]唐國憲，趙少雄，楊燁.游泳意外溺水事故原因探析[J].邵陽學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2007，（04）：115-118.

[2]黃友澎，曹萬華，李琳，等.一種紅外傳感器與被動雷達航跡穩(wěn)健相關(guān)算法[J].儀器儀表學(xué)報，2012，33（11）：2629-2634.