梁玉兰，黄琳翔（通信作者），姚德东，陈思雅，孟祖心，裴大羽
桂林电子科技大学，广西桂林，541000
摘 要：本项目是一种具有自动报警功能的基于双目视觉的智能化无人水上救援装置的推广。视觉相机旋转扫描水面情况监测有无溺水者，尾部报警装置响起并传输报警信息，视觉相机精确定位溺水者位置，救援装置准确、快速驶向溺水者，将其抬出水面，通过图像采集仪和双臂机械手放平溺水者，并进行心肺复苏按压，实现对溺水者的紧急预救援。
关键词：智能化、水上作业、无人救援
在日常的生产作业及人们的日常生活中，水面作业及水中作业的频率不断提高，人类大量依靠江河湖海来从事生产和运输，同时也在水域内进行休闲娱乐，因此如何保障在水上以及水面作业的安全成了当今需要解决的问题之一。
然而在现有的无人水上救援装置中，主要通过无人机的摄像头来分辨是否有人溺水。但在实际的打捞抢救过程中，单个摄像机对溺水者的捕捉并不能精确定位溺水者的实际坐标方位，大大拖延了溺水者的生还抢救时间，溺水者很有可能因为抢救不及时而导致死亡。
如果是采用人工救援的形式，就需要耗费大量人力物力，在水面上不断巡视，且由于人的感知区域有限，且容易受到外界因素干扰，现场工作人员有时很难及时、准确的判断出是否有人溺水。而且通过人工实施溺水搜救不仅效率低，而且容易产生二次事故等问题。目前尚没有很好的解决办法。
因此，如何构建救援网络保障体系，确保水上救援的有效实施，已成为国际社会和政府间广泛关注的问题。
本项目主要面向拥有江河、大型水上活动的旅游景点、游泳池和水库。这些场景中拥有较广阔的水面，使得人工救援难度提升，因此一个快速、智能安全、可靠的无人水上救援设备将能极大的提高水上救援能力。
一、行业现状与前景
过去，水上应急救援没有受到各地公安机关、消防机关足够的重视, 因此常常出现出警人员或因不会水而无法下水救援, 或因救援知识缺乏延误最佳救援时机和增加自身的危险性。同时由于水上救援出现的机率比陆地救援要小的多, 许多消防局就忽视了水上救援设备的配备和维护, 导致出现险情时无装备可用而致生命损失。
近年来，随着自然灾害的频繁发生，用于救援的设施也逐渐被推到风口浪尖，受到越来越广泛的关注。
新思界产业分析师认为，目前国内无人水上救援行业还处于不完全竞争的状态，许多的应用还处在探索和尝试的阶段，这对无人水上救援行业来说是一个机会。
二、技术水平及装置特点
双目视觉的智能化无人水上救援装置包括救生船体、升降平移钢网装置、双目视觉检测装置、图像采集与按压装置、双臂机械手装置和报警装置，所述救生船体的两个船腔内侧设置有升降平移钢网装置，所述救生船体船腔尾部顶端设置有双臂机械手装置，救生船体船腔头部顶端设置有双目视觉检测装置，救生船体尾部平台顶端中部设置有图像采集与按压装置，救生船体船腔内腔尾部侧壁设置有报警装置。
1.双目视觉
双目视觉检测装置包括设置于左端船腔头部顶端的视觉相机和设置于右端船腔头部顶端的视觉相机和相机旋转电机，右端船腔和左端船腔内腔顶部设置有相机旋转电机，左端相机旋转电机和右端相机旋转电机输出轴分别通过轴承与左右视觉相机固定安装。通过位于左右船腔的双视觉相机连续旋转扫描水面情况，当发现溺水者时，通过报警装置发出声音报警并传输报警信息，同时双目视觉对溺水者的位置进行精确定位，控制救援装置准确、快速驶向溺水者。
2.救援钢网
所述升降平移钢网装置包括一号滑台电机、二号滑台电机、一号滑台、二号滑台、一号伸缩杆滑块、二号伸缩杆滑块、一号钢网伸缩杆、二号钢网伸缩杆和救援钢网，一号滑台电机设置于左端船腔内侧壁尾部，二号滑台电机设置于右端船腔内侧壁尾部，二号滑台电机和一号滑台电机输出轴通过轴承与二号滑台和一号滑台相连，且一号滑台位于左端船腔内侧壁，二号滑台位于右端船腔内侧壁，所述一号滑台和二号滑台的丝杠上分别设置有一号伸缩杆滑块和二号伸缩杆滑块，将救援钢网下压至水底，救援装置继续前行，使救援钢网到达溺水者下方，此时，一号钢网伸缩杆和二号钢网伸缩杆收缩，救援钢网上移，将溺水者抬出水面后通过控制一号滑台电机与二号滑台电机同时动作将救援钢网移动到固定平台上方。考虑到救援地方的水域不同，救援钢网所需下达的深度不同，救援钢网设置可伸缩最大长度达5米，而且救援钢网在不同水深的水域可调整的不同长度，例如，标准1.8米泳池，救援钢网可调整1.5m-1.7m。旅游海滩、水库水深大概在2.5m-3m,救援钢网可伸缩至2.8m左右。
3.动力装置
双目视觉的智能化无人水上救援装置的动力由柴油发电机组提供，所以，柴油发电机组可将燃料的化学能间接的转变成电能。柴油发电机可以提供装置船体行驶的动力，还可以提供装置图像采集仪、报警装置、相机等装置所需要的电力。
4.图像采集仪和按压救援
图像采集仪和按压救援装置包括尾部旋转电机、尾部伸缩杆、连接杆、图像采集仪伸缩杆、按压装置水平伸缩杆、按压装置垂直伸缩杆、图像采集仪和按压救援装置，将尾部旋转电机设置于尾部平台内腔顶部，且尾部旋转电机输出轴通过轴承与尾部伸缩杆固定安装，尾部伸缩杆顶部设置有连接杆，连接杆一端与图像采集仪伸缩杆一端固定安装，图像采集仪伸缩杆另一端与图像采集仪固定安装，连接杆另一端与按压装置水平伸缩杆一端固定安装，按压装置水平伸缩杆另一端与按压装置垂直伸缩杆一端固定安装，按压装置垂直伸缩杆另一端与按压救生装置固定安装。即可通过控制尾部旋转电机，将图像采集仪旋转至溺水人员上方，检测溺水者身体是否处于平躺姿势，当溺水者未处于平躺姿势，则通过双臂机械手装置将溺水者移动至平躺，并确定溺水者的轮廓位置，之后，通过调整尾部旋转电机旋转和按压装置水平伸缩杆，将按压救援装置调整至溺水者胸部上方，通过控制按压装置垂直伸缩杆的伸缩量和伸缩速度对溺水者进行预先救援。
5.双臂机械手
双臂机械手装置包括机械臂旋转电机、一号机械臂、二号机械臂、一号机械手和二号机械手，机械臂旋转电机设置于船腔内腔尾部顶端，左端机械臂旋转电机输出轴通过轴承与一号机械臂固定安装，一号机械臂末端设置有一号机械手，右端机械臂旋转电机输出轴通过轴承与二号机械臂固定安装，二号机械臂末端设置有二号机械手，通过一号机械手和二号机械手共同作用改变溺水者的位姿，便于通过按压救援装置进行施救。
三、创新性及先进性
（1）双目视觉对溺水者的位置进行精确定位。
（2）图像扫描识别水面上的溺水人员信息。
（3）报警器与无线发射器电连接。
（4）控制按压装置可对溺水者进行预先救援。
（5）自动化和智能化的无人水上救援。
参考文献:
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本文是2020年国家大学生创业训练“智能化无人水上救援装置”（项目编号：202010595299）项目成果