专利名称：用于检测水中人员的淹溺危险的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于检测水中人员的淹溺危险的方法和用于执行该方法 的系统。
背景技术：
众所周知，全世界每年都有许多人仅仅因为他们陷入其它人没有观 察到的紧急情况中而成为淹溺而亡的受害者。淹溺的危险存在于许多地 方，例如，湖中、河中或海中、公共游泳池中或私人游泳池中。在大多 数情况中，如果其它人立刻观察到该紧急情况并且开始相应救援行动， 则可容易地实施救援。通常来说，几分钟甚或几秒钟就决定了处于危险 中的人的生死。
使人员免于淹溺而亡的系统本身是已知的。例如在US 2006/0019560 Al中描述这种系统，该系统具有水接触传感器、脉搏传感器、供气装 置、用于从供气装置释放气体的激活装置、位于利用该系统的人员的身 体上的用于接收来自供气装置的气体的至少一个气室、针对水中人员的 位置确定装置、用于从该系统向远距接收器传递状态和位置数据的发射 器，以及针对该系统的多个功能单元的至少一个能量源。
尽管该已知系统在特定紧急情况中有用，但它在大量其它情况中仅 为防备淹溺而亡提供了不充分的保护。在危及生命的情况下，人们的反 应各不相同。根据受影响人员的处境和本性，例如呼吸频率可能在脉搏 频率没有直接显著改变的情况下改变。因而，脉搏频率对于处于危急状 态下的人员来说不是可靠的征兆。在这种情况下，应当存在所述人员的 可同时获得的、能够快速且清楚地检测该人员的危险处境的至少一种其 它状态参数。为了最佳可靠性(certitude),而且考虑到传递的一个或另 一参数出于某些原因不起作用的风险，还必需存在更多参数。对于可以在所有能想到的情况中可靠地起作用的这种系统来说，不 仅应测量并向监视位置传递处于危险中的人员的身体状况的数据。而且 还希望该系统提供这样的信息，即，该信息与监视之下该人员的身体状 况无关但仍然警示人员存在危险。
然而，关于这些进一步需求，已知系统还无法令人满意。 因此，存在这样的直接需要，即，针对在多数多变情况中可靠的那 种效果来完善已知方法和系统，由此，显著縮减许多人员的潜在淹溺风 险。从而救援的生命的确定性将同等程度上显著上升。这里，主要涉及 因缺乏经验而通常不能足够快速地认识到危险情况的严重性的孩子，但 也涉及因年龄而导致感知和反应能力降低的年长人员(他们在紧急情况 (例如，直接昏厥)下无法立即行动)。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种针对水中遇到淹溺危险的人员 的方法和系统，该方法和系统可以在所有能想到的情况中高度可靠地指 示人员的危险情况，并且自动开始第一援助行动，其中，该系统应当在 以下情况做出响应人员的一个或更多个重要身体功能脱离正常范围和/ 或与人员的身体状态无关地测量的其它参量警示该人员处于淹溺危险。
本发明通过用于检测水中人员的淹溺危险的方法来解决了这个目 的，其中，
(a) 确定人员是否位于水中，
(b) 测量所述人员的脉搏频率，
(c) 确定所述人员的位置，
(d) 监测附装至所述人员的至少一个能量源的容量，
(e) 如果需要，则从所述人员向远距接收器传递状态和位置数据，
(f) 在超出所述人员的脉搏频率的预置边界值时，将位于所述人员 身体上的气室充满气体，并由此在水中赋予足够的浮力，以及
(g) 在超出所述边界值时，在所述远距接收器中激活警报。
该方法的特征在于还包括以下步骤(h) 测量所述人员的呼吸频率，
(i) 测量所述人员所在的水深位置的压力以及如果需要的话测量所 述人员的下沉速度，
(j)测量所述人员的身体姿态，以及
(k)在估计和信号单元中， 一方面，预置边界值数据，而另一方面，
将根据步骤(a)到步骤(e)以及步骤(h)到步骤(j)所生成的数据存
储并彼此比较，其中，针对超出预定边界值数据的情况，将所述气室充
满气体，并且在所述远距接收器中激活警报。
在所附方法权利要求书中指定了本发明方法的优选实施方式。 因此，基于处于危险中的人员的腹部和胸部呼吸来测量呼吸频率。 而且，适当的是，以电子方式或烟火方式(pyrotechnisch)激活向气
室充满气体。
更优选的是，借助GPS系统(全球定位系统)来实现对水中人员的
位置确定。
还可以在技术上容易实现的是，借助UHF或VHF发射器来实现从 估计和信号单元向远距接收器的数据传递。
通过同时应用两个姿态传感器来实现对水中人员的身体姿态的非常 可靠的测量。
本发明还通过借助用于执行前述方法的系统来解决根据本发明的所 述目的，该系统具有
(a) 水接触传感器，
(b) 脉搏传感器，
(c) 供气装置，
(d) 用于从所述供气装置释放气体的激活装置，
(e) 在所述人员的身体上设置的至少一个气室，该至少一个气室用 于接收来自所述供气装置的气体，
(f) 用于确定所述人员的位置的位置确定装置，
(g) 发射器，该发射器用于向远距接收器无线传递状态和位置数据，
(h) 远距接收器，该远距接收器用于接收通过所述发射器传递来的数据，以及
(i)至少一个能量源，该至少一个能量源用于向所述系统的功能单 元提供电流。
该系统的特征在于包括以下特征-(j)呼吸传感器，该呼吸传感器用于测量所述人员的呼吸频率， (k)水压力传感器，
(1)至少一个姿态传感器，该姿态传感器用于测量所述人员的身体 姿态，以及
(m)估计和信号单元，该估计和信号单元用于存储预置边界值数 据并且用于存储向这个单元传递的数据，以及用于估计所有这些数据并 且用于向所述供气装置的所述激活装置和所述发射器传递信号。
与现有技术相比，根据本发明的系统具有记录要测量的、警示对应 水中人员的淹溺危险的更高数量的参量的优点。因此，明显提高了及时 对人员进行救援的可靠性。另外，在本发明中，不仅监测要测量的与人 员的身体功能有关的量，而且还独立地监测通知有关被监测人员的可能 危险的其它物理量。当超出所述参量的预置边界值时，该系统激活警报 并且使得能够启动用于救援处于危险中的人员的立即援助行动。
要测量的与身体功能有关的前述参量是脉搏频率和呼吸频率。所提 到的与身体功能无关的物理量是接近处于水中的人员的水压和该人员在 水中的身体姿态。
本发明中使用的水接触传感器本身是已知的，并且在不同实施方式 中在市场上可获得(例如，来自company Conrad Elektronik， Hirschau; 开关的产品号750201-62和箔片(foil)的产品号610373-62，每一个都省 略了连接警报器)。该水接触传感器检测对应人员是否位于水中。其功能 原理为断开电路因与导电的水接触而导通。
同样，本发明中使用的脉搏传感器本身是已知的，并且市场上可获 得(例如，来自company Polar Electro GmbH Germany, Buttelborn; 商品 说明S810i，用于科学和医学用途的心率监测器)。该脉搏传感器连续测
量人员的脉搏频率。而且，本发明中使用的供气装置本身是己知的，并且市场上可获得
(例如，由SKS公司所造，商品描述气枪储气筒(cartridge);由company HiBike， Kronbergi.Ts.提供；产品号84140071 )。将该装置形成为使得在 被激活时释放预定量的气体。
而且，本发明中使用的用于从供气装置释放气体的激活装置本身是 已知的，并且市场上可获得。该装置包括针对供气装置的打开机构。该 打开机构包括熔化主体，例如，该熔化主体通过提供电能而加热从而对 隔膜进行软化。通过软化隔膜，该隔膜撕破并从其储气罐释放气体，接 着，该气体可以流入位于人员身体上的气室中。
优选的是，本发明中使用的并且位于人员身体上的气室被集成到救 生衣中。这种救生衣是已知的，并且市场上可获得(例如，来自company Globetrotter, Bargkoppdstieg 10-14， 22145 Hamburg，型号"Helly Hansen Kid Safe")。
同样，本发明中使用的位置确定装置本身是已知的，并且市场上可 获得(例如，来自company Garmin， place of business in the Federal Republic of Germany: GPS GmbH， Lochhamer Schlag 5a， 82166 G感lfmg)。
例如，优选的是，该装置按照常规GPS系统工作，并且具有附装至 所述人员的救生衣的GPS接收器。该接收器连续检测水中人员的实际位 置。GPS系统的功能原理对应于已知车用导航装置的功能原理。
而且，本发明中使用的发射器本身是已知的，并且市场上可获得(例 如，来自company Co證d Elektronik， Claus-Conrad-Str. 1 ， 92240 Hirschau)。 该发射器用于在需要时通过无线电向远距接收器(例如，移动电话或另 一接收装置)传递来自根据本发明的系统的功能单元的危急数据和GPS 接收器最近存储的位置数据，并且在远距接收器处激活警报。优选的是， 该发射器是UHF或VHF发射器。
本发明中使用的能量源可以是本领域技术人员所述公知的、出于在 此指定的目的的任何能量源(例如， 一个或更多个电池)。优选的是，该 系统的需要能量源的各技术单元都配备有专用电池。
根据本发明应用的呼吸传感器本身是已知的，并且市场上可获得(例如，来自company SimTest - Bruno Zak， Simbach/Inn;商品描述呼吸带)。 该传感器连续确定水中人员是否呼吸和其出现的频率。
同样，根据本发明应用的水压力传感器本身是已知的，并且市场上 可获得(例如，来自company Conrad Elektronik， Claus-Conrad-Str. 1 ， 92240 Hirschau)。它连续测量对应人员所处水深并且如果需要的话还测量所述 人员在那里的下沉速度。
而且，根据本发明应用的姿态传感器本身是已知的，并且市场上可 获得(例如，来自前述company SimTest-Bruno Zak)。该姿态传感器被 附装至对应人员的身体，或附装至其多件衣服中的一件，并且连续确定 所述人员在水中的身体姿态，例如，直立姿态、仰卧姿态、左侧姿态、 右侧姿态，以及头向下的竖直姿态和对应中间姿态。
根据本发明应用的估计和信号单元本身未知。然而，由于已知要通
过其实现的功能，因而，是可由本领域技术人员设计出来的。这些功能 之--是将数据存储在微芯片上。数据是水接触传感器、脉搏传感器、位 置确定装置、能量源、呼吸传感器、水压力传感器以及姿态传感器所检
测到的并且传递至估计和信号单元的数据。数据涉及能量源的原因是 该数据表明能量源是否仍能满足该系统的可靠功能。如果无法满足该系 统的可靠功能，则估计和信号单元出于安全理由而激活警报信号。
而且，将针对根据本发明的系统的前述功能单元的边界值数据以及
这种边界值数据的组合(例如，脉搏频率的演进模式(evolutionpattern)) 存储在微芯片上。借助本领域技术人员因获知期望功能而开发出的数据 处理程序，将传递至估计和信号单元的数据与对应边界值数据或其组合 连续比较。如果检测到这样的状况，即，超出了这些边界值中的一个或 更多个或者它们的组合代表被观察人员处于紧急情况，则该估计和信号 单元向供气装置的激活装置和发射器发送信号。
因而，这个激活装置被激活并且使供气装置放出可从那里释放的气 体，同时发射器通过无线电向远距接收器传递所述人员的当前状态和位 置数据。
另选的是，即使当前不存在边界数据超出的情况，该发射器也可以按预置时间间隔或者连续地向接收器传递状态和位置数据。
为了以足够高的可靠性检测到紧急情况，正常情况下，需要测量根 据本发明的系统的三个功能单元的参量，这从水接触传感器、脉搏传感 器、呼吸传感器、水压力传感器以及姿态传感器这些单元中选择。优选
的是，在估计和信号单元中对边界值概图(profile)进行编程，除了三个
必需参量以外，每个概图还包括第四个要测量的参量，以确保在要测量 的-—个参量出错的情况下该系统仍然还完整执行其功能。
根据本发明的系统的优选实施方式在所附系统权利要求书中进行了指定。
因此，优选地将水接触传感器形成为开关或箔片。该箔片包括两个 在与水接触时被旁路的分隔触点。电流流动通过这个导电体桥，以使该 传感器工作。
在实践中，脉搏传感器还被最容易且最安全地附装至安全肩带
(Bmstgurt)。
出于成本原因并且为了保护环境，供气装置优选为充满压縮空气的 储气筒。
因为技术上容易实现，所以有利的是，当用于从供气装置释放气体 的激活装置具有打开机构时，其可以电子方式或烟火方式激活。
优选的是，将可以充满气体的气室集成到救生衣或另一件对应衣服 中。由此，将气室有利地分成几个室或者按管形式设计。在每一种情况 下，将气室按这种方式规定尺寸，并且将气室按在充满气体之后它将限 定的浮力赋予水中人员以确保该人员浮上水表面并且该人员面部位于水 表面之上的方式定位在救生衣或所述衣服中。
对于该系统的实际操作来说，有利的是，将呼吸传感器形成为呼吸 带上的带扣时。这里，例如，将该传感器铸成带扣上的插针。该传感器 包括对因呼吸而造成插针的微小弯曲做出响应的压电元件。呼吸传感器 可以检测腹部呼吸和胸部呼吸。可根据呼吸频率观察所述人员是否存在 紧急情况，在正常情况下表现为两种不同状态。在一种情况下，在人员 昏厥或淹溺期间存在呼吸暂停。在另一情况下，惊慌或焦虑情况导致极其快速的呼吸或气喘。
优选的是，水压力传感器被形成为连续确定水深和对应人员的下沉 速度。这些参量与测量出的人员身体状态的量无关，但同样构成关于人 员的危险程度的重要信息。
优选的是，使用两个姿态传感器，其中一个被形成为大约按肩高附 装，而另一个大约按人员的臀高附装。通过这些传感器检测到的身体姿 态被输出为范围例如在0伏特到4伏特的不同电压电平。
附图例示了本发明。
图1示出了根据本发明一个实施方式的一个人员在其身体上穿戴根
据本发明的系统的单个功能单元的示意性例示图；以及
图2示出了说明根据本发明的方法的一个实施方式的流程图。
具体实施例方式
根据图1，利用根据本发明的系统的人员穿戴具有气室2 (该图中未 显示)的救生衣l。附装至救生衣1的有水接触传感器3、具有激活装置 5 (该图中未显示)的供气装置4 (该激活装置5用于从该供气装置4释 放气体)、具有UHF发射器7 (该图中未显示)的位置确定装置6、水压 力传感器8、位于人员臀部区域处的第一姿态传感器9，和位于人员肩部 区域处的第二姿态传感器10，以及估计与信号单元ll。
而且，人员在胸部区域处佩戴脉搏传感器12和呼吸传感器13。
根据本发明的系统包括定位在远距地点处的接收器14，该接收器用 于接收由发射器7传递来的数据。
至于该系统的不同功能单元需要用于它们的操作的能量源，这里在 各单元中设置有电池。
以下借助根据图2的流程图对根据本发明的用于检测配备有根据本 发明的系统的人员的淹溺危险的方法的过程进行说明
在图2中指定了条件(A)、 (B)、 (C)、 (D)以及(E)。水接触传感器3检测人员是否位于水中。如果存在这种情况，则满
足条件(c)，其意味着该系统被"极速启动(scharfgeschaltet)"，并且激 活观察该人员所需的功能单元。
呼吸传感器13连续测量呼吸频率，脉搏传感器12连续测量脉搏频 率，姿态传感器9、 10分别连续测量该人员的身体姿态是水平还是竖直 (姿态传感器9测量出姿态I，姿态传感器IO测量出姿态II)，而压力传 感器8连续测量该人员臀高处的水压力。
如果呼吸频率超出上阈值f, (At)或低于下阈值f2 (At)，则满足条 件(A)。
如果脉搏频率超出上阈值f3 (At)或低于下阈值f4 (At)，则满足条
件(B)。
如果两个姿态传感器9、 10均测量到人员的竖直身体姿态，则满足 条件(D)。
如果压力传感器8测量到超出预置边界值的压力，则满足条件(E)。 如果根据本发明的方法的一个实施方式满足(通过估计和信号单元 11检测到的)条件(A)禾卩(C)、 (D)以及(E)或者满足(通过估计 和信号单元ll检测到的)条件(B)、 (C)、 (D)以及(E)，则该单元激 活对应信号。 一方面，将这些信号提供给发射器7，该发射器经由无线电 发送激活接收器14处的警报，并且还在接收器处显示关于条件(A)、(B)、 (D)以及(E)的当前危急数据。另一方面，估计和信号单元ll还向激 活装置5发送信号，使得激活供气装置4的打开机构，并且从该打开机 构流出的气体进入救生衣l的气室2。由此，使救生衣膨胀并向水中人员 赋予足够大的浮力，将其升至水表面，并确保该人员的面部保持在水表 面之上。
与激活向发射器7发送信号的同时，借助位置确定装置6将该人员 在水中的当前位置传递至接收器14。优选的是，接收器14是配备有显示 器的移动电话或类似移动装置。位置确定装置6生成如同在常规的车辆 导航系统中的箭头显示，并且按米为单位指示距处于危险中的人员的距 离。该箭头显示持续指向该人员。由此，救助人员可以快速到达水中人员的位置，并且开始对应救援行动。
根据本发明的方法和根据本发明的系统还可以被形成为，使得除了
条件(C)以外，还必须满足从其余条件(A)、 (B)、 (D)以及(E)中
选择的一个条件，才激活警报。
权利要求
1、一种用于检测水中人员的淹溺危险的方法，其中，该方法包括以下步骤(a)确定所述人员是否位于水中，(b)测量所述人员的脉搏频率，(c)确定所述人员的位置，(d)监测附装至所述人员的至少一个能量源的容量，(e)如果需要，则从所述人员向远距接收器传递状态和位置数据，(f)在超出所述人员的所述脉搏频率的预置边界值时，将位于所述人员身体上的气室充满气体，并由此在水中赋予足够的浮力，以及(g)在超出所述边界值时，在所述远距接收器中激活警报，其特征在于，所述方法还包括以下步骤(h)测量所述人员的呼吸频率，(i)测量所述人员所在的水深位置处的压力以及如果需要的话测量所述人员的下沉速度，(j)测量所述人员的身体姿态，以及(k)在估计和信号单元中，一方面，预置边界值数据，而另一方面，将根据步骤(a)到步骤(e)以及步骤(h)到步骤(j)所生成的数据存储并彼此比较，其中，针对超出预定边界值数据的情况，将所述气室充满气体，并且在所述远距接收器中激活警报。
2、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述人员的腹部 呼吸来测量所述呼吸频率。
3、 根据权利要求l所述方法，其特征在于，基于所述人员的胸部呼 吸来测量所述呼吸频率。
4、 根据权利要求1到3中的任一项所述的方法，其特征在于，以电子方式或烟火方式激活向所述气室充满气体。
5、 根据权利要求1到4中的任一项所述的方法，其特征在于，借助 GPS系统来实现对所述人员的位置确定。
6、 根据权利要求1到5中的任一项所述的方法，其特征在于，借助UHF或VHF发射器来实现从所述估计和信号单元向所述远距接收器的数 据传递。
7、 根据权利要求1到6中的任一项所述的方法，其特征在于，利用 两个姿态传感器来实现对所述人员的身体姿态的测量。
8、 一种用于执行根据权利要求1到7中的任一项所述的方法的系统， 该系统具有(a) 水接触传感器(3)，(b) 脉搏传感器(12)，(c) 供气装置(4)，(d) 用于从所述供气装置(4)释放气体的激活装置(5)，(e) 在所述人员的身体上设置至少一个气室(2)，该至少一个气室 用于接收来自所述供气装置(4)的所述气体，(f) 用于确定所述人员的位置的位置确定装置(6)，(g) 发射器(7)，该发射器用于向远距接收器(14)无线传递状态 和位置数据，(h) 远距接收器(14)，该远距接收器用于接收通过所述发射器(7) 传递来的数据，以及(i) 至少一个能量源，该至少一个能量源用于向所述系统的功能单 元提供电流，其特征在于该系统包括以下特征 (j)呼吸传感器(13)，该呼吸传感器用于测量所述人员的呼吸频率，(k)水压力传感器(8)，(1)至少一个姿态传感器(9、 10)，该姿态传感器用于测量所述人 员的身体姿态，以及(m)估计和信号单元(11)，该估计和信号单元用于存储预置边界 值数据并且用于存储向该估计和信号单元(11)传递的数据，以及用于 估计所有这些数据并且用于向所述供气装置(4)的所述激活装置(5)和所述发射器(7)传递信号。
9、 根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述水接触传感器(3)被形成为开关或箔片。
10、 根据权利要求8或9所述的系统，其特征在于，所述脉搏传感 器(12)被附装至安全肩带。
11、 根据权利要求8到IO中的任一项所述的系统，其特征在于，所 述供气装置(4)是充满压缩空气的储气筒。
12、 根据权利要求8到11中的任一项所述的系统，其特征在于，用 于从所述供气装置(4)释放气体的所述激活装置(5)具有可以按电子 方式或烟火方式激活的打开机构。
13、 根据权利要求8到12中的任一项所述的系统，其特征在于，将 能够充满气体的所述气室集成到救生衣(1)中。
14、 根据权利要求8到13中的任一项所述的系统，其特征在于，所 述位置确定装置(6)包括GPS系统并且所述系统包括GPS接收器(14)。
15、 根据权利要求8到14中的任一项所述的系统，其特征在于，所 述发射器(7)是UHF或VHF发射器。
16、 根据权利要求8到15中的任一项所述的系统，其特征在于，所 述呼吸传感器(13)被形成为呼吸带上的带扣。
17、 根据权利要求8到16中的任一项所述的系统，其特征在于，所 述水压力传感器(8)被构成为连续测量水深和所述人员的下沉速度。
18、 根据权利要求8到17中的任一项所述的系统，其特征在于，所 述系统具有两个姿态传感器(9、 10)，其中一个姿态传感器被形成为大 约按所述人员的肩高附装，而另一姿态传感器被形成为大约按所述人员 的臀高附装。
19、 根据权利要求8到18中的任一项所述的系统，其特征在于，所 述估计和信号单元(11)具有编程微芯片，该编程微芯片用于存储和估 计由所述系统的所述功能单元传递来的数据。
全文摘要
本发明涉及用于检测水中人员的淹溺危险的方法和系统。指定了一种用于检测人员在水中的淹溺风险的方法和装置，其中，所述方法包括以下步骤(a)确定该人员是否处于水中，(b)测量该人员的脉搏，(c)确定该人员的位置，(d)监测针对该人员的能量源的容量，(e)从该人员向接收器发送数据，(f)如果超出脉搏限制值时，则将针对该人员的气室充满气体，并由此产生浮力，以及(g)在接收器中触发警报。本发明的主题的特征在于(h)测量该人员的呼吸速率，(i)测量该人员的水深处的压力，(j)测量该人员的身体姿态，(k)在估计/信号单元中对限制值数据和生成的数据相互比较，并且如果需要，则将气室充满气体，并且触发警报。
文档编号B63C9/00GK101535120SQ200780040882
公开日2009年9月16日 申请日期2007年10月24日 优先权日2006年11月6日
发明者于尔根·普尔斯, 弗兰克·理查德·法斯本德 申请人:于尔根·普尔斯