一种利用氦气球升空发送求救信息的系统及定位方法

本发明涉及物理，更进一步涉及救援设备中的一种利用氦气球升空发送求救信息的系统及定位方法。本发明可通过氦气球携带信号发射器升空后向外发送求救信号，再由接收器获取信号发射器位置并拟合轨迹的装置及方法获取出受困者的位置。

背景技术：

1、随着生活水平的大幅度提高，旅游成为人们闲暇时的主要选择。在户外探险中，如果遇到突发状况，野外复杂的地形加大了搜救的难度与准度，如何让整个求救过程快速且精确成为必要。目前常用的求救设备，手机、手表等电子设备，受困者身处的外界环境中遮挡物对信号的干扰或者附近没有通信基站难以保证求救信号的传输；一些依靠声音、视觉向外求救的设备和方法，求救范围受限，救援时间过长；一些精度较高的求救设备体型较大，不便于携带。如何在保证救援设备容易携带与操作的同时，也能完成信号长距离传输，救援人员对受困者位置的精准定位成为了需要解决的关键问题。

2、广东技术师范大学天河学院在其申请的专利文献“一种野外求救设备”(专利申请号cn 202010385262.x，申请公布号cn 111572749 a)中公开了一种高空控制野外救装置。该装置包括控制系统、气瓶和气囊，求救人员可通过控制系统控制气阀开启以使气瓶向气囊充气，气囊充气后膨胀并由释放通道释放至外部，气囊可带动该户外求救设备上升至空中，增加该野外求救设备的高度和移动速度，从而提高信号发射接收模块以及gps定位模块的信号搜索效率，便于野外求救设备搜索到通信信号和位置信息；在检测到位置信息和通信信号后，信号发射接收模块将位置信息发送给通信信号，帮助搜救人员快速确定求救人员的位置，提高救援的成功率。该方法存在的不足之处是，首先，该设备较复杂，户外探险人员不易掌握使用方法，也不便于携带；其次，该设备的造价较高，不便于普及。

3、深圳市达伦仕科技有限公司在其申请的专利文献“户外救援定位器”(专利申请号cn 202010472592，申请公布号cn 111640271a)中公开了一种户外救援定位器。该装置包括容气罐、气球容纳部、绳索容纳部和警示气球，其中，所述容气罐的顶部与所述气球容纳部可拆卸连接且密封配合，所述警示气球位于所述气球容纳部内且所述警示气球与所述容气罐的开口相连通，所述容气罐内的气体能进入到所述警示气球内且充气后的所述警示气球能升空；所述容气罐的底部与所述绳索容纳部可拆卸连接且密封配合，所述绳索容纳部内设置有绳索，所述绳索的一端与所述容气罐固定连接，所述绳索的另一端伸出所述绳索容纳部。充气后的警示气球会带着容气罐升空，绳索可以限制警示气球的升空高度，使得警示气球在空中长时间悬停，可使救援人员发现进行救援。该方法存在的不足之处是，警示气球只在视觉上引起救援人员注意，求救的速度较慢，定位精度较低，容易错过最佳救援时间；相对的求救范围较小，仍存在局限性。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足，提出一种利用氦气球升空发送求救信息的系统及定位方法，用于解决现有装置造价高，体积大；解决现有装置的操作复杂，用户使用困难；求救过程长，容易错过最佳救援时间；求救范围有限、救援信号易受遮蔽物阻挡的问题。

2、实现本发明目的的思路是：

3、本发明系统中的求救装置是一个由氦气球、信号发射器、氦气罐等物件构成的小型圆柱形物体，装置中的信号发射器向外发送信号不接收信号，克服了现有技术中装置内部构造复杂带来的造价较高，设备体积大的问题；本发明系统采用一键式启动结构，打开保护开关硬质塑料外壳并按压求救装置的开关，本发明装置上部分外壳解体，氦气罐开始向氦气球充气，信号发射器中延时启动器开始工作，克服了现有技术操作复杂，用户使用困难的问题，使得本发明可以简化受困者的操作，缩短受困者求救的时间。本发明采用氦气球携带信号发射器升空传输信号的方式，克服了现有技术在求救过程中求救范围有限、救援信号易受遮蔽物阻挡的问题，使得本发明求救信号的传递成功率高，保证了求救信号的远距离精准传输。本发明的定位方法采用三维曲线拟合的方法，计算每个时刻信号发射器的坐标位置，确定信号发射器的有效坐标位置，再对有效的信号发射器进行三维曲线拟合得到曲线，与水平坐标面相交获取受困者精确位置坐标，克服了现有技术在获取受困者位置过程中精确度低，救援过程长的问题。

4、本发明所述一种利用氦气球升空发送求救信息的系统包括求救装置、地面接收器，所述求救装置为圆柱体，其上部设有氦气球、信号发射器、气球托，圆柱体的下部放置一个氦气罐；所述地面接收器中包括位置计算模块、异常点去除模块、曲线拟合模块、确定位置坐标模块；其中：

5、所述信号发射器位置计算模块，用于计算每个时刻信号发射器的坐标位置；

6、所述异常点去除模块，用于将接收器可视化处理后的每个位置坐标信息，在坐标系中标注到相应的坐标位置上；通过计算信号发射器位置坐标的均值与标准差，删除信号发射器的位置坐标异常点；

7、所述曲线拟合模块将信号发射器所有有效三维位置的坐标拟合后绘制为一条曲线；

8、所述确定位置坐标模块，用于将拟合后曲线与水平坐标面相交点，确定为受困者位置的坐标。

9、本发明所述一种利用氦气球升空发送求救信息的系统的定位方法，计算每个时刻信号发射器的坐标位置，确定信号发射器的有效坐标位置，拟合坐标位置点的轨迹；该定位方法的具体步骤包括如下：

10、步骤1，受困者启动求救信息的装置；

11、步骤2，氦气球升空；

12、步骤3，信号发射器传输信号：

13、信号发射器在延时预设的时间后，自动以固定的频率向外传输信号；

14、步骤4，计算每个时刻信号发射器的坐标位置：

15、信号发射器位置计算模块计算每个时刻信号发射器的坐标位置；

16、步骤5，确定信号发射器的有效坐标位置：

17、异常点去除模块将接收器可视化处理后的每个位置坐标信息，在坐标系中标注到相应的坐标位置上；通过计算信号发射器位置坐标的均值与标准差，删除信号发射器的位置坐标异常点；

18、步骤6，拟合坐标位置点的轨迹：

19、曲线拟合模块将信号发射器所有有效三维位置的坐标拟合后绘制为一条曲线；

20、步骤7，确定受困者位置坐标：

21、确定位置坐标模块将拟合后曲线与水平坐标面相交点，确定为受困者位置的坐标。

22、本发明与现有技术相比，具有以下优点：

23、第一，由于本发明系统中的求救装置是一个由氦气球、信号发射器、氦气罐等物件构成的小型圆柱形物体，装置中的信号发射器向外发送信号不接收信号，克服了现有技术中装置内部构造复杂带来的造价较高，设备体积大的问题，使得本发明装置成本低，易于携带。

24、第二，由于本发明系统采用一键式启动结构，打开保护开关硬质塑料外壳并按压求救装置的开关，本发明装置上部分外壳解体，氦气罐开始向氦气球充气，信号发射器中延时启动器开始工作。克服了现有技术操作复杂，用户使用困难的问题，使得本发明可以简化受困者的操作，缩短受困者求救的时间。

25、第三，由于本发明的定位方法采用氦气球携带信号发射器升空传输信号的方式，克服了现有技术在求救过程中求救范围有限、救援信号易受遮蔽物阻挡的问题，使得本发明求救信号的传递成功率高，保证了求救信号的远距离精准传输。

26、第四，由于本发明的定位方法采用三维曲线拟合的方法，计算每个时刻信号发射器的坐标位置，确定信号发射器的有效坐标位置，再对有效的信号发射器进行三维曲线拟合得到曲线，与水平坐标面相交获取受困者精确位置坐标，克服了现有技术在获取受困者位置过程中精确度低，救援过程长的问题，使得本发明通过上述方法，完成对受困者位置的精确定位，缩短救援时间。