李华明 张玉鹏 何嘉良

摘 要：炎炎夏日，沙滩海边是很多人选择，但是海边沙滩溺水事件较为频发，且死亡率极高。由于目前沙滩、海边溺水防护警报措施缺乏，仅有警示浮标，且警示浮标功能单一，仅起了警示作用，且作用效果不大，此外游客较多，场景嘈杂，不利于救生员第一时间发现溺水事件，导致发现溺水事件太迟，往往导致救治不及时，造成溺水游客的死亡。文章将介绍一种新型的警示浮标，与传统的警示浮标不同之处在于，此浮标可以预防和减少救援沙滩海域的溺水事件的发生和辅助溺水事件的救援。对于沙滩海域的安全有很大的帮助。

关键词：救生浮标；自供能；SOS手环；红外报警

中图分类号：P715.2 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）12-0063-02

溺水死亡率之所以很高是因为溺水后的救治黄金时间很短，溺水救治的黄金时间为20分钟，超过了20分钟，生还的可能性几乎为零。由于目前沙滩、海边溺水防护警报措施缺乏，仅有警示浮标，且警示浮标功能单一，仅起了警示作用，且作用效果不大，此外游客较多，场景嘈杂，不利于救生员第一时间发现溺水事件，导致发现溺水事件难以第一时间被发现，往往导致救治不及时，造成溺水游客的死亡。[1]减少溺水事故应从避免游客进入危险海域以及进行及时有效的救援两方面入手。本项目组从如何减少海边溺水事故出发，利用丰富的海洋能源，设计一款海边沙滩救生浮标，通过波浪能发电实现自供能。该救生浮標可对进入危险海域的人员进行警报提醒，从而减少进入危险海域人次；对于不慎溺水人员，当其按下佩戴的信号发射手环时，浮标自动报警并大致确定其溺水位置，提醒工作人员搜救并有效缩小搜救范围，充分利用溺水黄金20分钟救援时间。

1 总体方案设计

本系统需波浪能救生浮标和SOS手环配合使用。该波浪能救生浮标通过振荡浮子式发电装置利用波浪能发电，为浮标内各装置提供电能。采用红外探测，当有人进入危险海域时，发出警报，提醒游客回到安全海域。此外游泳的游客带上与浮标装置配套的红外发射手环，发生溺水的人按下手环上的按钮离事故最近的浮标将会接收到手环发射的电磁波，立即报警且放出红色警报灯光，提醒施救人员立即展开营救。通过浮标所在位置以及手环与报警浮标的信号传输，确定溺水人员大致方位，极大缩小救援范围，提高搜救效率。装置的各部分组成如图1所示，SOS手环模型图如图2所示。

该救生浮标通过报警装置以确保第一时间施救，通过信号定位系统能极大程度缩小救援范围，降低救援难度，使救援黄金时间能得到更有效利用。该救生浮标可有效改善海滩溺水救援设施缺乏的现状，且该装置利用波浪能发电提供能量，安全可靠实用性强，具有广阔的应用前景。

1.1 发电结构

该装置主要由红外传感器和蜂鸣器组成，装置由蓄电池供能，红外探测器探测半径设计为25米，探测水平角度为110度，垂直角度为60度。每隔30m的浮标上装有红外报警装置，达到无死角报警带的形成。[2]红外线传感器IC1采用进口器件Q74，波长为9-10um。一般人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10um左右的红外线。IC1探测到前方人体辐射出的红外线信号时，由IC1的②脚输出微弱的电信号进入放大电路，经过放大比较之后可以由蜂鸣器发出响声。

信号放大电路图如图3所示，浮标间的红外探测范围示意图如图4所示。

VT1和运算放大器LM358等组成放大电路，由IC1的②脚输出微弱的电信号，经三极管VT1等组成第一级放大电路放大，再通过C2输入到运算放大器ICA中进行高增益、低噪声放大，此时由IC2A①脚输出的信号已足够强，输入电压比较电路。

当游泳者进入危险海域后，该红外探测警报装置自动发出警示信号，提示游泳者返回安全区域。

1.2 溺水报警装置

该装置由两个部分组成——SOS手环、位于浮标内的信号接收报警器。SOS手环内有电磁波发射装置，危险发生时，溺水者按下手环上的信号发射按钮，最近的浮标将接收信号，发出警报和红色报警光。根据报警浮标的位置，大概确定溺水者的溺水范围。溺水报警装置工作流程如图5所示。

2 前景展望

一个该浮子发电机，浮子直径为50cm时，发电功率约为5w，一天可发电约120w·h，辅与太阳能发电贴片，可以为红外探测警报装置、信号接收装置、报警求救装置提供充足电能。项目设计所采用的机构均为常用机构，无需特殊加工的零件，使用材料为轻质塑料等常用材料，通过仿真和理论计算装配与设计均合理，设计具有工艺可行性。本项目的应用可有效改善海滩溺水救援设施缺乏的现状，且该装置利用波浪能和太阳能发电提供能量，解决了海上电能传输困难的问题，SOS手环由海滩管理人员发放回收，可循环利用。本项目大大提高海域沙滩的安全性，对促进海域沙滩旅游业发展有重大影响。

参考文献

[1]唐国宪，赵少雄，杨烨.游泳意外溺水事故原因探析[J].邵阳学院学报（自然科学版），2007，（04）：115-118.

[2]黄友澎，曹万华，李琳，等.一种红外传感器与被动雷达航迹稳健相关算法[J].仪器仪表学报，2012，33（11）：2629-2634.