基于游泳安全考慮的智能自救泳衣設(shè)計(jì)與研究

符式培　李吉振　李致凱　陳澤　楊瑞旺　柴源

摘?要：眾所周知，威脅人類生命健康安全有兩大殺手：疾病和意外。然而意外事件則為車禍和溺水事件居多，在溺水過程中，水和泥沙、浮藻類等會(huì)導(dǎo)致我們堵塞呼吸道，寒冷的水刺激會(huì)引起喉頭痙攣，導(dǎo)致呼吸道梗阻以及心力衰竭，而使我們無力與深水做斗爭。我們應(yīng)當(dāng)樹立起安全防護(hù)意識(shí)，做好預(yù)防意外發(fā)生的準(zhǔn)備，加入自救芯片感應(yīng)系統(tǒng)以及GPS、GSM等模塊的便捷智能可自救泳衣的出現(xiàn)希望讓使用者在享受安全的同時(shí)還能夠體驗(yàn)游泳的快樂。

關(guān)鍵詞：安全;智能;自救泳衣;溺水事件

1 游泳運(yùn)動(dòng)安全問題

游泳是一項(xiàng)極其挑戰(zhàn)體力和意志以及毅力的大眾運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目，然而游泳中發(fā)生溺亡事故時(shí)有發(fā)生，這些意外是人們一直面臨且希望克服的問題。溺水救生鐘時(shí)間十分寶貴，甚至一秒半秒之差就會(huì)帶來不同慘重的后果，無數(shù)曾經(jīng)擁有美好生活的幸福家庭因意外溺水事件導(dǎo)致支離破碎;現(xiàn)如今市面上早已有相關(guān)救生設(shè)備，但通常因設(shè)計(jì)不合理，功能不完善，類型繁多而不便捷等問題的出現(xiàn)，而不能達(dá)到使用者和消費(fèi)者的期望要求，很難做到真正地普及應(yīng)用到人類生活中。我們都希望有一種全新的自救泳衣產(chǎn)品，讓更多的人穿上它能感覺到消除了對(duì)游泳的恐懼，這不單單是心理上的安慰，而是希望用其中獨(dú)一無二的設(shè)計(jì)理念、實(shí)用的功能性來感動(dòng)使用者，為在水中世界活動(dòng)的游泳者“保駕護(hù)航”。

2 目前針對(duì)溺水問題措施市場(chǎng)現(xiàn)狀

現(xiàn)市場(chǎng)有充氣可自救裝置，其充氣方式原理大多是為從一腔室通過管路進(jìn)入另一腔室的方式，這種方式存在一定長度的路程，而且路程在水下存在許多不確定性，于此存在充氣速度較慢、容易發(fā)生管路截堵而無法充氣等問題，正由于該問題的存在，即使需要充氣救生時(shí)，也易出現(xiàn)無法充氣或者充氣過慢而來不及救生，存在功能可靠性不佳等問題;另一方面是關(guān)于水中求助救援系統(tǒng)，目前溺水報(bào)警系統(tǒng)主要有的大類型包括：

（1）早期出現(xiàn)的視頻溺水報(bào)警系統(tǒng)：是把攝像機(jī)放置于泳池底部，通過鑒定使用者是否待在泳池底部超過一定時(shí)間而判斷是否溺水。但這種系統(tǒng)只適用于發(fā)生溺水事件后才報(bào)警，這就延誤了一定施救相應(yīng)時(shí)間。另外，當(dāng)人數(shù)過多時(shí)不可避免的產(chǎn)生使用者互相遮擋的問題，因而這不是很實(shí)用的方法。

（2）讓使用者身上攜帶監(jiān)測(cè)裝置：讓使用者游泳時(shí)攜帶一定的監(jiān)控裝置，如手表等如果使用者所處位置低于特定深度超過一定時(shí)間，監(jiān)測(cè)裝置就發(fā)出警告或產(chǎn)生漂浮作用以及監(jiān)測(cè)裝置用麥克風(fēng)系統(tǒng)去監(jiān)測(cè)心跳和呼吸聲音，并進(jìn)一步測(cè)量這些聲音消失和出現(xiàn)的時(shí)間間隔，從而經(jīng)過判斷后決定是否溺水。但這種系統(tǒng)由于安裝、維護(hù)耗資巨大以及使用時(shí)誤報(bào)率高，對(duì)使用者也造成許多不便，所以并未被人們廣泛采用。

（3）利用聲納等監(jiān)控手段來實(shí)現(xiàn)：主要表現(xiàn)是在水下和泳池底部安裝一套聲納發(fā)射、接收裝置，然后利用探測(cè)器去確定可能障礙物的存在，進(jìn)而利用一定的溺水判據(jù)如身體靜止不移動(dòng)去判定是否溺水。但這種裝置缺點(diǎn)是幾乎所有聲納鑒定溺水個(gè)人身體的方法都是依賴于他身體里面含有的空氣，如果遇難者人的肺內(nèi)充滿水，則得到的信號(hào)就不能肯定，甚至?xí)贿M(jìn)行信號(hào)的處理。另外，為了安裝聲納和把它與處理設(shè)備相連接，從返回的回聲中提取信息，需要安排環(huán)繞泳池底部的同軸電纜，而安全規(guī)定 限制，禁止接近泳池水的應(yīng)用電壓超過36伏，而聲納設(shè)備則需要用幾百伏的電壓去產(chǎn)生聲納脈沖。最后，如果人體位于聲納和墻之間時(shí)，此方法依然可行但如果人體離墻面很近就會(huì)出現(xiàn)很多問題，回聲和其他噪聲也屬于聲吶信號(hào)，泳池墻壁使得噪聲信號(hào)非常難于消除，進(jìn)而無法得到監(jiān)測(cè)溺水者身體動(dòng)作所必需的信號(hào)。因而這樣的一套系統(tǒng)也不能滿足要求。對(duì)于應(yīng)用無線電波檢測(cè)還有類似的水中多重反射和人數(shù)過多時(shí)無法準(zhǔn)確追蹤使用者等問題。

（4）低成本游泳池溺水救生報(bào)警系統(tǒng)：包括固定在游泳者手腕上的急救信號(hào)發(fā)射手表和固定在室內(nèi)游泳池區(qū)域?qū)?yīng)的天花板上的凹面無線電接收裝置。但是這種報(bào)警系統(tǒng)的弊端是僅適用于室內(nèi)游泳池，且需要有天花板才能安裝使用該報(bào)警系統(tǒng)，對(duì)于室外游泳池則不能發(fā)揮作用。因此，隨著游泳池業(yè)在安全觀點(diǎn)方面的成熟，越來越多的相關(guān)器械紛紛進(jìn)入市場(chǎng)，很多設(shè)備笨重會(huì)影響使用者對(duì)游泳的體驗(yàn)感，或者成本過高且功能不完善，如何簡單有效的防止發(fā)生溺水，這是我們?nèi)祟惷媾R的一個(gè)亟待解決的問題。

3 智能自救泳衣設(shè)計(jì)原理及性能

根據(jù)人體動(dòng)力學(xué)，當(dāng)人體外部的水對(duì)人體施加作用力時(shí)，智能自救泳衣的流線型設(shè)計(jì)符合人類借助自身軀體和肢體在水中做運(yùn)動(dòng)前進(jìn)的原理，對(duì)游泳者向前或向上在水中運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)性進(jìn)行較明顯的改善。我們考慮到水的密度比空氣的密度大得大，人在水中受到的壓力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在空氣中，水越深對(duì)人體胸腔和腹腔的壓力會(huì)越大，造成肺部氧氣稀疏與呼吸困難，所以我們?cè)谟疽轮屑尤胄酒袘?yīng)系統(tǒng)，對(duì)使用者的心率，呼吸速率進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的報(bào)警監(jiān)督。另外，我們打算在智能自救泳衣中加入經(jīng)過優(yōu)化增強(qiáng)防水防信號(hào)屏蔽的GPS全球定位、GSM通訊等模塊，以便讓使用者更好地在任意水域進(jìn)行求助。對(duì)于智能自救泳衣的便捷問題，我們打算借鑒過去廠家已發(fā)布的傳統(tǒng)防溺水泳衣設(shè)備，總結(jié)優(yōu)點(diǎn)引入到我們的產(chǎn)品中，改進(jìn)它們的缺點(diǎn)，采用耐摩擦、放腐蝕、透氣性較好的面料;用心自救泳衣做工安全性和實(shí)用性。另外，最關(guān)鍵的一方面就是關(guān)于此可自救泳衣的自救安全原理設(shè)計(jì)：泳衣外部采用多層高級(jí)防水滲入式可充氣面料，內(nèi)部使用連接泳衣中的芯片感應(yīng)系統(tǒng)對(duì)使用者的心跳頻率自動(dòng)實(shí)時(shí)分析使用者所處的安全系數(shù);當(dāng)游泳者發(fā)生意外溺水時(shí)，方法一是使用者可手動(dòng)觸發(fā)泳衣的自動(dòng)充氣裝置按鈕完成泳衣的快速充氣從而讓飽滿氣體的泳衣產(chǎn)生浮力讓使用者回到水面過程;方法二適用于嚴(yán)重緊急的情況，當(dāng)游泳者在與危險(xiǎn)的深水做斗爭而導(dǎo)致筋疲力盡時(shí)，感應(yīng)到危險(xiǎn)的感應(yīng)芯片識(shí)別到危險(xiǎn)系數(shù)過高，會(huì)自動(dòng)快速彈出備用氧氣急救供應(yīng)管吸附到遇難者口周圍，讓使用者回到正常呼吸流暢狀態(tài)，然后在這些反應(yīng)發(fā)生的同時(shí)智能自救泳衣的自動(dòng)充氣功能模塊也運(yùn)行充氣動(dòng)作完成，與方法一不同的是方法二另外添加了運(yùn)動(dòng)噴氣式急救裝置促使泳衣產(chǎn)生噴射氣壓從背部向水下推進(jìn)，從而讓遇難者面部朝上優(yōu)先到達(dá)水面，響應(yīng)報(bào)警求助系統(tǒng)功能使遇難者到達(dá)安全狀態(tài)。

4 結(jié)語

本文所述的智能可自救泳衣是從生活中經(jīng)常發(fā)生的成年甚至青少年意外溺水事件中得到感悟啟發(fā)，在傳統(tǒng)救援泳衣基礎(chǔ)上加入創(chuàng)新點(diǎn)，在安全問題上得到了有效提高，讓使用者在享受游泳快樂的同時(shí)感受到安全。

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