一种早期溺水检测方法及系统与流程

本发明涉及智能检测方法及系统，更具体地说是一种可量化呼吸受阻程度的早期溺水检测方法及系统。

背景技术

世卫组织官网关于溺水的定义是：“溺水是因淹没或浸入在液体中造成呼吸受阻的过程，其结果分为死亡、发病和安然无恙”，定义表明，呼吸受阻程度是直通生死的阀门。

如何量化呼吸受阻程度这个关键点对溺水过程进行精准实时判断，是现有技术的空白领域。

现有的溺水判断集中扎堆研究如心率、血压、血氧、温度、水深、姿态、图像和失联时间等异常变化，这些变化只是呼吸受阻后的应急生理反应或连锁反应，存在不同程度的滞后，比如自己屏住呼吸动手测试一下自己的心跳和血压，会发现半分钟以上都无明显变化，有医学理论和救生知识认为，溺水中约90％为意识清醒者，其中溺水初期约30～60秒是憋气、呛水、挣扎阶段，中期约30～60秒就淹没、呕吐、昏迷，晚期约2～3分钟后休克、死亡，5～8分钟以后，脑细胞因缺氧而发生不可逆转的伤害，这是很多溺水者救活后成为植物人的根本原因，所以进一步推理，从起初溺水约30～60秒以后，其它异常应激生理反应和连锁反应才会慢慢登场，根据这些不同步的异常生理特征判断溺水，会严重滞后，同时这些异常生理特征也不稳定、不唯一、难把握。

例如涉水者突然撞到水下硬物和突然出现身体疾病，在突然昏迷和伤到骨肉而无法动弹时，四肢几乎无挣扎，溺水者很安静的躺在水中，然后一些异常生理指标慢慢陆续出现；再比如在水中速游、嬉闹、比赛等情况，其心率、血压、姿态等生理指标，和溺水报警的预设阈值或预设模型，有一些接近甚至重叠，因此判断会经常不准确，欲提高生理指标的报警阈值，可以提高报警准确率，但同时会导致报警更加滞后，其次多重感知设备如部分穿戴错误或松动，也影响感应灵敏度，误报率和漏报率居高不下。如发明专利公开号为cn104881959a公开日为2015年09月02日的溺水检测方法，其原理是体温差、水压差和肢体加速度三个参数同时突变到预设值时即判断为溺水，在其实施例中，明确介绍体温差和水压差最灵敏的范围是在突变2～3分钟后，手臂挥动的最佳预设加速度是10次/s，而真正溺水时等待2～3分钟再做判断，人都昏迷休克了，另外，头部或颈椎突然撞到水中硬物以及突发癫痫而至昏迷，或抽筋等无声溺水现象，手臂不可能挥动，就会出现漏报。

再如，公开号为cn205247567u公开日为2016年05月18日的实用新型专利公开了一种溺水预警系统，这套系统面市两、三年了，售价10～20万。其原理是：完全淹没后计算失联时间，累计失联达到某一预设阈值(约20～60秒)就报警，如果中途浮出水面，就不报警，且失联时间归零。假设报警阈值设为45秒，作为意识清醒的溺水者，在每隔4～40秒之间在水面上反复浮沉挣扎，则不会报警，一直到最后淹没失联45秒后报警，应该昏迷甚至休克了，所以失联式溺水判断逻辑也存在严重滞后。要实现快速报警，只能降低报警阈值，如降至25秒，可是有些人随便一憋气就是25秒，因此误报率又上来了。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种早期溺水检测方法及系统，以解决现有技术中依据异常生理特征、失联时间检测溺水存在的检测滞后的技术问题。

为达上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种早期溺水检测方法，其包括：将信号发射器穿戴在涉水者头部，使所述信号发射器能够与涉水者的口鼻同步出入水面；所述信号发射器在水面上时或在水面下时周期性发射射频信号；以及处理装置接收所述射频信号，统计当前时间段内所述射频信号的累计发射时长，用所述累计发射时长占当前时间段的比例确定涉水者的呼吸受阻程度，进而与设定的阈值比较判断所述涉水者是否溺水。

在上述的早期溺水检测方法中，优选地，所述信号发射器为仅在触水状态工作的水下型信号发射器，所述射频信号为具有独立识别码的超高频信号的低段；对应地，所述处理装置通过公式一确定涉水者的呼吸受阻程度

f＝(△s-sn)÷△s公式一

其中，△s为当前时间段的长度，sn为所述累计发射时长。

在上述的早期溺水检测方法中，优选地，所述信号发射器为仅在未触水状态工作的水上型信号发射器，所述射频信号为具有独立识别码的超高频信号的高段；对应地，所述处理装置通过公式二确定涉水者的呼吸受阻程度

f＝su÷△s公式二

其中，△s为当前时间段的长度，su为所述累计发射时长。

在上述的早期溺水检测方法中，优选地，所述射频信号的发射周期小于1秒。

在上述的早期溺水检测方法中，优选地，通过信号收发装置接收所述信号发射器发射的射频信号并同步传至所述处理装置。

在上述的早期溺水检测方法中，优选地，当前时间段的长度为20～50秒。

一种早期溺水检测系统，其包括：信号发射器和处理装置，所述信号发射器能够穿戴在涉水者头部与口鼻同步出入水面、并在水面上时或在水面下时周期性发射射频信号；所述处理装置用于：统计当前时间段内所述射频信号的累计发射时长，用所述累计发射时长占当前时间段的比例确定涉水者的呼吸受阻程度，进而与设定的阈值比较判断所述涉水者是否溺水。

在上述的早期溺水检测系统中，优选地，所述信号发射器为仅在触水状态工作的水下型信号发射器，所述射频信号为具有独立识别码的超高频信号的低段；对应地，所述处理装置通过公式一确定涉水者的呼吸受阻程度

f＝(△s-sn)÷△s公式一

其中，△s为当前时间段的长度，sn为所述累计发射时长。

在上述的早期溺水检测系统中，优选地，所述信号发射器为仅在未触水状态工作的水上型信号发射器，所述射频信号为具有独立识别码的超高频信号的高段；对应地，所述处理装置通过公式二确定涉水者的呼吸受阻程度

f＝su÷△s公式二

其中，△s为当前时间段的长度，su为所述累计发射时长。

在上述的早期溺水检测系统中，优选地，还包括信号收发装置，所述信号收发装置与所述信号发射器无线通信连接、并与所述处理装置无线或有线通信连接，用于接收所述信号发射器发射的射频信号并同步传至所述处理装置。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

通过统计当前时间段内涉水者穿戴的信号发射器的累计发射时长，客观、准确、实时地量化了涉水者的呼吸受阻程度，从而能够在涉水者出现溺水苗头时就能够及时发现。

附图说明

图1为一些实施例早期溺水检测方法的流程图；

图2为一些实施例早期溺水检测系统的方框图。

具体实施方式

本发明的构思是，给涉水者穿戴信号发射器，使所述信号发射器在水面上时或在水面下时周期性发射射频信号，通过统计在当前时间段内射频信号的累计发射时长，来确定涉水者在当前时间段内的水上吸气总时间或水下憋气总时间，通过三个时间值中的任意两个时间值即可量化呼吸受阻的程度，再与预设的阈值比较，即可智能、精准、快速判断涉水者是否发生溺水。下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

请参照图1，一些实施例早期溺水检测方法包括以下步骤：

s1、将信号发射器穿戴在涉水者头部，使所述信号发射器能够与涉水者的口鼻同步出入水面，穿戴位置通常靠近涉水者口鼻处。

s2、所述信号发射器在水面上时或在水面下时周期性发射射频信号，其中，射频信号的发射周期优选小于1秒。

s3、处理装置接收所述射频信号，统计当前时间段内所述射频信号的累计发射时长，用所述累计发射时长占当前时间段的比例确定涉水者的呼吸受阻程度，进而与设定的阈值f比较判断所述涉水者是否溺水。

在第一种实施例中，所述信号发射器为仅在触水状态工作的水下型信号发射器，所述射频信号为具有独立识别码的超高频信号的低段。优选频段433～915mhz，超高频信号的低段电波可穿水传播。通过安装水位感应开关，使得在触水后接通发射电路发射信号。所述处理装置通过公式一确定涉水者的呼吸受阻程度

f＝(△s-sn)÷△s公式一

其中，△s为当前时间段的长度，sn为所述累计发射时长。实质上，在该实施例中，累计发射时长sn即为涉水者在当前时间段内的水下憋气总时间。公式一可演变为f＝(△s-sn)÷△s＝1-(sn÷△s)，即本质上也是用累计发射时长sn占当前时间段△s的比例确定涉水者的呼吸受阻程度。

在第二种实施例中，所述信号发射器为仅在未触水状态工作的水上型信号发射器，所述射频信号为具有独立识别码的超高频信号的高段。优选频段2.4～2.45ghz，该频段电波不能穿水，只能在水面以上发射。所述处理装置通过公式二确定涉水者的呼吸受阻程度

f＝su÷△s公式二

其中，△s为当前时间段的长度，su为所述累计发射时长。实质上，在该实施例中，累计发射时长su即为涉水者在当前时间段内的水上吸气总时间。

在第三种实施例中，包括两个信号发射器，其中，一个信号发射器为仅在触水状态工作的水下型信号发射器，其发射的射频信号为具有独立识别码的超高频信号的低段；另外一个信号发射器为仅在未触水状态工作的水上型信号发射器，其发射的射频信号为具有独立识别码的超高频信号的高段。所述处理装置分别统计这两种射频信号的累计发射时长su和sn，即可分别获得涉水者在当前时间段内的水下憋气总时间和水上吸气总时间。该实施例既可通过上述公式一确定涉水者的呼吸受阻程度，也可通过上述公式二确定涉水者的呼吸受阻程度。

在上述三种实施例中，进一步还可包括通过信号收发装置接收所述信号发射器发射的射频信号并同步传至所述处理装置。信号收发装置可以通过无线方式，也可通过有线方式将接收的信号传至所述处理装置。

上述公式一和公式二是根据医学界平均每秒的呼吸频率算法即呼吸次数除以所用时间等于每秒的呼吸频率而推理得出，可理解为溺水时su或(△s-sn)等同于在涉水过程中的当前时间段内的呼吸次数，f值等同于呼吸频率，f值可量化呼吸受阻的程度。即：当涉水者在岸上以及正常游泳时，f值远大于阈值f，且数值稳定，波动极少；当f值突变至小于或等于阈值f时，对应的情况是疑似溺水早期的水面挣扎阶段或淹没失联状态。

本发明中的当前时间段是指当前时间向前的一段时间，其中，当前表达的是检测的实时性，时间段的长度可根据不同人群而设定，儿童和成人最佳范围在20～50秒。而判断是否溺水的阈值f也可根据不同人群而设定，儿童和成人最佳范围在0.15～0.25。

例如，使用水上型信号发射器，预设：成人对应的时间段的长度(即上述△s)为45秒，阈值f为0.2，代入公式二f＝su÷△s可得f＝su÷45，以f≤f时为溺水判断依据，则必须满足(su÷45)≤0.2，即su≤9秒，也就是说，在45秒的时间内，如果在水上的连续吸气或断续吸气的总时间少于或等于9秒时，对应的情况是正处于溺水早期的水面挣扎阶段或淹没失联状态。为了更好理解，可以进一步这样假设，在本次45秒时间内，假如前9秒在水面上正常呼吸，突然沉入水下达到36秒，因呼吸严重受阻，则判断为疑似溺水早期的淹没失联状态。

再例如，使用水下型信号发射器，预设：儿童对应的时间段的长度(即上述△s)为25秒，阈值f为0.2，代入公式一f＝(△s-sn)÷△s可得f＝(25-sn)÷25，以f≤f时为溺水判断依据，则必须满足〔(25-sn)÷25〕≤0.2，即sn≥20秒，也就是说，在25秒的时间内，如果在水下的连续憋气或断续憋气的总时间大于或等于20秒时，对应的情况是疑似溺水早期的水面挣扎阶段或淹没失联状态。为了更好理解，可以进一步这样假设，在本次25秒时间内，其中有一次浮上来2秒，还有一次浮上来3秒，淹没在水下2次或3次的总时间达到20秒或20秒以上，因呼吸严重受阻，判断为疑似溺水早期的水面挣扎阶段。

处理装置判断涉水者溺水后，可进一步向接警装置报警。

请参照图2，一些实施例早期溺水检测系统包括：信号发射器1，信号收发装置2和处理装置3。

其中，信号发射器1采用穿戴式设计，能够穿戴在涉水者头部、与涉水者的口鼻同步出入水面。信号发射器1可以是水上型信号发射器，仅在未触水状态(即在水面上时)周期性发射射频信号，具体实施中，可以将信号频率设计为超高频信号的高段，优选2.4～2.45ghz，由于超高频信号的高段电波不能穿水，这样当信号发射器进入水面下后就无法向岸上的处理装置发射信号。信号发射器1也可以是水下型信号发射器，仅在触水状态(即在水面下时)周期性发射射频信号，具体实施中，可以将信号频率设计为可穿水的任意频段，如超高频段的低段，优选433～915mhz，并且在电路中配置水位感应开关，使得在触水后接通发射电路而在未触水时断开发射电路。

信号发射器1可以进一步配置定位模块，如gps模块、北斗定位模块等，通过定位模块可了解涉水者的当前位置。信号发射器1可以进一步配置电话卡。

信号收发装置2起信号接收和转发作用，信号收发装置2与信号发射器1无线通信连接，并与处理装置3无线或有线通信连接，接收信号发射器1的信号、转发给处理装置3。对于信号发射器和信号收发装置本身而言，已经是通信领域广泛使用的公知技术，这里不再赘述。

处理装置3用于：统计当前时间段内所述射频信号的累计发射时长，用所述累计发射时长占当前时间段的比例确定涉水者的呼吸受阻程度，进而与设定的阈值比较判断所述涉水者是否溺水。处理装置的硬件部分可以是台式或便携式电脑、平板电脑和手持机等。

在一种实施例中，信号发射器1为仅在触水状态工作的水下型信号发射器，所述射频信号为具有独立识别码的超高频信号的低段；对应地，处理装置3通过公式一确定涉水者的呼吸受阻程度

f＝(△s-sn)÷△s公式一

其中，△s为当前时间段的长度，sn为所述累计发射时长。

还有一种实施例中，信号发射器1为仅在未触水状态工作的水上型信号发射器，所述射频信号为具有独立识别码的超高频信号的高段；对应地，处理装置3通过公式二确定涉水者的呼吸受阻程度

f＝su÷△s公式二

其中，△s为当前时间段的长度，su为所述累计发射时长。

处理装置3进一步还可包括报警模块，当判定涉水者溺水后通过报警模块自动报警。报警方式可以是将涉水者的信息发送给接警装置，其中涉水者的信息可以包括：通过信号发射器1中的定位模块获得的位置信息，绑定的涉水者的姓名、电话等个人背景信息。接警装置可以是装有对应程序的手机，也可以是led屏幕、音响、震动手环或对讲机等公知的声光设备。

对于大型酒店、水上乐园、温泉中心和海滨浴场等有宽广水域或多个游泳池的应用场所，选择水下型信号发射器，和选择对讲机作为接警装置，是最佳选择，因为这两种设备都是使用超高频段信号的低段如315～915mhz无线电波，信号传播距离远、穿透障碍物能力强，可覆盖几百米至一公里以上，可以大大降低设备成本和管理成本。

上述通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，这些详细的说明仅仅限于帮助本领域技术人员理解本发明的内容，并不能理解为对本发明保护范围的限制。本领域技术人员在本发明构思下对上述方案进行的各种润饰、等效变换等均应包含在本发明的保护范围内。