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，導致發(fā)現(xiàn)溺水事件太遲，往往導致救治不及時，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，導致發(fā)現(xiàn)溺水事件難以第一時間被發(fā)現(xiàn)，往往導致救治不及時，造成溺水游客的死亡。[1]減少溺水事故應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，具有廣闊的應用前景。

1.1 發(fā)電結構

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。項目設計所采用的機構均為常用機構，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計均合理，設計具有工藝可行性。本項目的應用可有效改善海灘溺水救援設施缺乏的現(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].邵陽學院學報（自然科學版），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)健相關算法[J].儀器儀表學報，2012，33（11）：2629-2634.