技术领域
[0001] 本发明涉及人员救援技术领域，尤其涉及一种船舶人员的安全救援系统和方法。
相关背景技术
[0002] 渔业船舶海上航行和作业环境日趋复杂，海洋环境复杂多变，海上各种突发事件会直接带来人员生命和财产带来灾难性的损失，构建覆盖范围广、响应速度快、搜救信息详细的船舶搜救系统，为遇险船舶提供及时的救援服务，可以有效降低生命和财产损失。
[0003] 而在大型船舶航行时，若是发生人员意外落水事件，由于船体巨大且航行时噪声较大，人员意外落水很难及时发现。特别是落水事件发生在夜晚或者天气不好时，加上船舶航行和水流，落水人员很快就会远离船舶，从而错过紧急救援时机。
[0004] 现有的大型船舶通常是通过在落水事件易发位置安装视频监控的方式对人员落水事件进行监控。但上述视频监控的方式存在监控死角，且存在滞后性，无法对出现落水危险的船舶人员进行及时跟踪定位，容易错过最佳救援时机。
具体实施方式
[0048] 本发明实施例提供了一种船舶人员的安全救援系统和方法，用于解决视频监控的方式存在监控死角，且存在滞后性，无法对出现落水危险的船舶人员进行及时跟踪定位，容易错过最佳救援时机的技术问题。
[0049] 为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0050] 请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种船舶人员的安全救援系统的结构框图。
[0051] 本发明提供的一种船舶人员的安全救援系统，包括通信连接的定位模块、控制模块、救援调度模块和多个人员设备；
[0052] 定位模块101，用于响应任一人员设备发送的定位信号，定位人员设备所处设备位置并分别上传至控制模块和救援调度模块；
[0053] 控制模块102，用于根据设备位置和最低船舷位置，判断船舶人员是否处于救援需求状态；若是，则下发第一救援指令至救援调度模块；
[0054] 救援调度模块103，用于当接收到第一救援指令和设备位置时，从船舶上调度救援设备并移动至设备位置执行救援动作。
[0055] 在本发明实施例中，船舶人员救援系统包括通信连接的定位模块、控制模块、救援调度模块和多个人员设备。人员设备被佩戴在各个船舶人员上，定位模块、控制模块和救援调度模块可以分别处于船舶的不同位置，各模块和设备之间通过数据传输模块和通信模块进行通信连接，以实现设备和模块之间、模块和模块之间的通信数据传输，包括但不限于无线通信和有线通信。
[0056] 由于人员设备被设置在船舶人员身上，而当船舶人员出现意外落水的情况时，此时人员设备所处的设备位置超出于船舶的触发范围边界，以一定频率发送定位信号至定位模块。定位模块在接收到任一人员设备所发送的定位信号时，可以按照定位信号到定位模块内各个基站的到达时间差（Time Difference of Arrival，TDOA）进行定位，从而确定按照定位信号的发送位置，即人员设备所处设备位置，并将其上传至控制模块和救援调度模块，以提供后续救援需求判断和救援实施的位置数据基础。而控制模块在接收到设备位置后，按照该设备位置和船舶的最低船舷位置的三维距离，判断该船舶人员是否处于救援需求状态。若是则下发第一救援指令至救援调度模块，以触发救援调度模块进行救援设备的调度，执行救援动作。若未处于救援需求状态，则表明此时船舶人员可能未被动远离船舶，此时可以进一步判断该船舶人员是否被悬挂在船舷位置，或者是否为误报情况。在控制模块判定船舶人员处于救援需求状态时，此时救援调度模块可以同时接收到第一救援指令和设备位置，判定需要对船舶人员进行快速救援，可以从船舶上选取当前可调度的救援设备，下发设备位置和第一救援指令所对应的救援方案至该救援设备，移动该救援设备至设备位置，通过该救援设备执行救援动作以对船舶人员进行施救。
[0057] 需要说明的是，救援需求状态指的是船舶人员意外落水或者被动远离船舶的状态。人员设备为船舶人员可随身携带的防水终端型设备，其类型可以包括但不限于定位手表、定位手机、定位手环、定位饰品或者其他类型的小型设备。该定位信号可以为超宽带（Ultra Wide Band，UWB）信号，超宽带（Ultra Wide Band，UWB）技术是一种无线载波通信技术，它不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。UWB技术具有系统复杂度低，发射信号功率谱密度低，对信道衰落不敏感，截获能力低，定位精度高等优点，在百米内的定位精度为厘米级，而各层甲板船舷的位置至基站的距离是固定的，在人员设备超出船舷所划定的触发范围边界时即可按照一定的频率进行定位信号发送。当发生船员落水事件时，整个系统可以在2‑3秒内识别判定，并发出警报或救援指令，由于UWB信号频率高，信号光速传播，在百米距离内，误差仅为数厘米。
[0058] 可选地，人员设备内设有定位标签，船舶上设有触发范围边界；
[0059] 人员设备，用于当判定定位标签超出触发范围边界时，按照预设频率发送定位信号至定位模块101。
[0060] 在本实施例中，人员设备内设有定位标签，且船舶上设有触发范围边界，该触发范围边界可以沿船舶的船舷进行设置，对于各层范围不同的船舶，可以在每层甲板均沿不同的船舷进行设置触发范围边界，具体地可以光电传感器或红外传感器等进行边界设置。
[0061] 当定位标签不处于触发范围边界内时，表明此时存在船舶人员发生掉落、悬挂船舷等风险，此时可以按照预设频率发送定位信号至定位模块，以触发救援系统的启动。
[0062] 其中，为避免误报发生，还可以在定位标签不处于触发范围边界内的判定条件基础上增加定位标签需持续一定时间不处于触发范围边界内，该一定时间可以为2‑4秒，以避免出现救援不够及时。
[0063] 进一步地，人员设备还设有求救按键，人员设备还用于：
[0064] 接收并播报救援进度信息；
[0065] 当求救按键被触发时，按照预设频率发送定位信号至定位模块101，并与控制模块102进行实时通讯。
[0066] 在本实施例中，为提高船舶人员在船舶中的安全性，人员设备还可以设有求救按键，当人员不慎落水，可按下落水紧急求救按钮，给基站发出求救无线信号。在该求救按键被触发时，也可以按照预设频率发送定位信号至定位模块，并与控制模块进行实时通讯，以触发救援系统的启动，同时通过实时通讯，使得船舶人员可以与船舶值班人员进行紧急通话，保持联系。
[0067] 与此同时，人员设备还可以接收来自救援系统的救援进度信息并播报，能够让落水人员及时了解救援情况，缓解紧张情绪和心理压力，增强信心。其中，该救援进度信息可以包括但不限于控制模块成功接收到落水警报、给船长发送警报、启动飞行基站、启动救援调度模块、成功定位落水人员位置等，播报方式可以声音信号进行播报或者视频播报。
[0068] 可选地，定位模块101包括数据中心、多个固定基站和至少一个飞行基站，固定基站被设置在船舶上的不同位置；数据中心具体用于：
[0069] 响应任一人员设备发送的定位信号，检测各个固定基站和飞行基站接收到定位信号的到达时间；
[0070] 根据到达时间结合定位信号的发送速率，构建多组双曲线；
[0071] 将各组双曲线的交点位置确定为人员设备所处设备位置。
[0072] 请参阅图2，图2示出了本发明实施例中的一种设备位置定位的对比示意图。
[0073] 在本实施例中，为便于对船舶11整体信号进行处理，数据中心可以设置在船舶11的驾驶室内，固定基站12可以分别设置在船舶11两侧的船舷，具体地可以分别在两侧船舷均设置三个或者以上的固定基站12，其设置在船首部、船中部和船尾部。由于在船舶11人员意外落水后，若是海面出现较大风浪时，船舶11人员随波浪起伏，当船舶11人员位于波浪底部时，周围高耸的浪峰会影响定位手表（即移动设）和船上固定基站12的无线信号，造成信号不连续，进而影响定位。为减少海浪对定位影响，提高船舶11人员的定位准确度，可以通过将飞行基站13设置在无人机或者救援设备上，结合飞行基站13和固定基站12所接收到的定位信号进行设备位置的定位，从而减少海浪对定位的影响，避免由于定位准确度问题耽误救援试机。
[0074] 例如，若是救援设备选用救援无人机时，救援无人机飞行至对应空域后作为飞行的飞行基站，大大减少海浪对定位通信的影响，通过飞行基站结合固定基站所接收到的定位信号，可以对设备位置进行更为精确地三维定位。若是救援设备选用救援无人船时，同理该飞行基站更为接近人员设备，能够为设备位置提供更为准确的定位数据。
[0075] 在本实施例中，定位中心若是检测到固定基站和飞行基站接收到定位信号，则可以进一步获取各个固定基站和飞行基站接收到定位信号的到达时间，按照各个到达时间结合定位信号的发送速率，以计算各个基站在当前时刻的距离差，在计算得到距离差后进行双曲线绘制，以各组双曲线的交点位置作为人员设备所处设备位置。
[0076] 例如，当船舶人员超出某一边船舷的触发范围边界时，此时数据中心测得4个基站接收到人员设备所发出的定位信号的时刻分别为t1、t2、t3、t4，人员设备到4个基站的距离分别为r1、r2、r3、r4，测得的人员设备相对于四个基站的距离差分别为d1、d2、d3、d4。d1=r1‑r2=（t1‑t2)*C，d2=r2‑r3=（t2‑t3)*C，d3=r3‑r4=（t3‑t4)*C，d4=r14‑r1=（t4‑t1)*C，其中C是光速。得到人员设备到各个基站的距离差之后d1、d2、d3、d4的值后，进行双曲线绘图，上述得到的4个双曲线的交点就是人员设备所处设备位置。并且基于四基站可以对定位手表进行三维定位，进一步提高定位精度。对基站定位范围是船舷至距离基站500米内水面，基站信号传输距离是10Km。
[0077] 由于UWB技术进行定位时也会存在时间延迟，特别是当船舶高速航行或者水流较快时，落水人员在时间延迟所造成的位置漂移会更加明显，增加了计算位置和实际位置的误差。为此，本发明实施例中的定位模块在原始定位的基础上，按照分时获取到的可以把分时测得的位置信息进行轨迹分析，并对等船速、方向、水流流速和方向、海浪大小、风向因素进行分析，从而对位置漂移的方位进行推算，得到更加精准的位置信息。进一步地，定位模块101，还用于：
[0078] 当救援设备被移动时，获取船舶的当前航速和水流速度；
[0079] 按照当前航速和水流速度对设备位置进行更新，并发送至救援设备。
[0080] 在本实施例中，在救援设备被救援调度模块移动时，此时距离设备位置的计算已经耗费了一定时间t，为进一步对设备位置A1(x1,y1)进行修正，此时可以获取船舶的当前航速和水流速度，按照当前航速和水流速度对设备位置进行更新，以得到最新的设备位置并发送至救援设备，以避免水流和航速影响导致船舶人员的设备位置丢失。
[0081] 请参阅图3，图3示出了本发明实施例中的一种设备位置更新示意图。
[0082] 在本实施例中，定位模块首次接收到定位信号到计算设备位置所耗费时间为t秒，设备位置为 ，此时通过船舶搭载的传感器检测到的当前航速为 ，水流速度为，则对于船舶而言，落水的船舶人员位置已经漂移至 ，此时 和 的距离为
。同时，落水人员沿水流漂移位置至 ， 和 的距离为
。此时，更新后的设备坐标 为：
[0083]
[0084] 在本发明另一个示例中，还可以通过路径规划算法采用实时修正更新的设备位置，对救援设备的行进路径进行实时修正，以提高救援设备的行进效率。
[0085] 可选地，控制模块102具体用于：
[0086] 计算设备位置与船舶的最低船舷位置之间的悬挂距离；
[0087] 若悬挂距离超过距离阈值时，判定船舶人员处于救援需求状态，下发第一救援指令至救援调度模块和飞行基站，以使飞行基站移动至设备位置所处空域；
[0088] 若悬挂距离未超过距离阈值，且设备位置在预设时间段内保持不变时，判定船舶人员未处于救援需求状态，输出预警信号。
[0089] 在本发明实施例中，控制模块在接收到设备位置后，为判断船舶人员所处的状态，可以按照设备位置的坐标以及船舶的最低船舷位置，计算两者之间在水平方向上的悬挂距离。若该悬挂距离超过距离阈值，则表明此时船舶人员在被动远离船舶，存在落水危险，判定船舶人员处于救援需求状态，下发第一救援指令至救援调度模块进行下一步的救援动作。若是悬挂距离未超过距离阈值且该设备位置在预设时间段内保持不变，则表明此时船舶人员可能不慎悬挂在船舷外但未落水，此时判定船舶人员未处于救援需求状态，输出预警信号至船舶总控端进行进一步救援动作，以及时避免船舶人员掉落。
[0090] 与此同时，第一救援指令可以同时下发至飞行基站，该飞行基站可以设置救援设备或另外的无人机上，通过飞行基站移动至设备位置所处空域，为后续设备位置的更新修正提供数据基础。
[0091] 其中，该悬挂距离可以设置为2米，该预设时间段可以设置为10秒‑30秒，本发明实施例对此具体数值并不限制。
[0092] 此外，在UWB在百米内的定位精度为厘米级，各层甲板船舷的位置至基站的距离是固定的。当定位手表标签只要暴露基站信号下，即可自动追踪位置。当手表定位在最低层船舷以内的范围内，不会触发警报。
[0093] 在具体实现中，控制模块可以包含控制电路、数据处理模块、控制平台组成，接收并处理定位模块发送的数据信息，同时通过数据传输模块把信息或指令发送给船长的船舶总控端或救援调度模块。
[0094] 进一步地，本救援系统还包括船舶总控端；
[0095] 船舶总控端与控制模块102通信连接，用于当接收到预警信号时，呼叫设备位置最近的施救设备，以查看船舶人员的实际状态。
[0096] 在本实施例中，在控制模块输出预警信号后，通过控制舱内船舶总控端进行进一步呼叫，以呼叫距离该设备位置最近的另一施救设备，以便于及时查看触发预警信号的船舶人员的实际状态。若是该船舶人员被悬挂在船舷外，则可以通过施救设备所属施救人员进行进一步施救，有效避免船舶人员落水。
[0097] 其中，该施救设备为至少一台人员设备。在选取施救设备进行呼叫时，可以优先选择身份为施救人员的至少一台人员设备进行呼叫，而当该设备位置所处的一定区域内未存在身份为施救人员的人员设备时，为提高后续施救成功率和施救效率，可以选取身份为非施救人员的至少一台人员设备作为施救设备进行呼叫。例如按照人员基本信息综合选取年龄处于20‑30岁内、具备一定游泳经验且体能评分大于一定阈值所对应的人员设备。
[0098] 进一步，人员设备内设有人员基本信息，控制模块102还用于：
[0099] 按照人员基本信息确定船舶人员的风险等级；
[0100] 当存在多个船舶人员处于救援需求状态时，按照各风险等级和各设备位置，生成第二救援指令并下发至救援调度模块103。
[0101] 在本实施例中，人员设备可以在船舶人员上船时即可分发，在人员设备得到船舶人员的授权后，从船舶的数据库获取到该人员所对应的人员基本信息。按照该人员基本信息，例如年龄、怀孕与否、体能评分、性别、是否会游泳等信息综合确定船舶人员的风险等级。例如年龄处于壮年阶段（20岁‑40岁）则判定该对应的权值较低，若是小于20岁或者大于40岁则按照年龄递减或递增增加对应权值；体能评分越高则权值越低，评分越低则权值越高；会游泳则权值为0，不会游泳则权值为1，性别为男则权值为0，性别为女则权值为1，诸如此类，综合全部人员基本信息和权值的乘值叠加后计算得到风险分数，风险分数越高则表明风险等级越高。
[0102] 当存在多个船舶人员处于救援需求状态时，按照各风险等级和各设备位置，按照风险等级从高至低进行排序，同时按照设备位置从近到远进行排序，同时分别乘以对应的权值，计算得到最终的救援等级。按照该救援等级生成第二救援指令下发至救援调度模块。其中，风险等级对应的权值可以比设备位置对应的权值要高，例如可以设置为0.6和0.4，本发明实施例对具体权值不做限制。
[0103] 通过救援调度模块响应该第二救援指令，按照其中的救援等级依次调度救援设备对各个船舶人员进行救援。例如，对于救援等级最高的船舶人员，可以调度速度较快的无人机进行救援，对于救援等级最低的船舶人员，在无人机被调度时可以调度无人船进行救援。
[0104] 其中，该基本信息可以包括但不限于姓名、性别、年龄、身份、职业、是否怀孕、慢性疾病、是否会游泳、体能评分等。当多个人员落水后，控制模块会对落水人员基本信息进行分析，把不会游泳、慢性疾病、怀孕、老人、儿童等人员设置为高风险人员。在救援时，在类似救援条件下，可以优先对高风险人员进行救援。
[0105] 可选地，救援设备上设有红外成像组件、自动投放组件和自动回收组件；救援设备包括无人机和无人船；
[0106] 红外成像组件，用于当外部环境的光照强度小于预设光照阈值时，通过红外辐射获取实时图像；
[0107] 自动投放组件，用于当救援设备移动至设备位置时，投放救援设备上的维生组件，以供船舶人员使用；
[0108] 自动回收组件，用于当救援设备移动至船舶时，回收维生组件并固定。
[0109] 在本实施例中，救援设备可以设有红外成像组件、自动投放组件和自动回收组件，在救援设备被移动时，若是当前外部环境的光照强度小于预设光照阈值，则可以通过该红外成像组件以红外辐射获取实时图像，以提高救援设备在夜晚救援的便利性。在救援设备移动至设备位置时，此时可以通过救援设备上的红外成像组件观察落水人员的具体位置，通过自动投放组件将维生组件投放至该落水人员的具体位置，以供落水的船舶人员使用。当救援设备返回至船舶上并停止至对应的位置时，通过自动回收组件对维生组件进行回收固定。或者通过人工方式回收维生组件。
[0110] 其中，该维生组件可以为氧气面罩、绳索、救生衣、救生圈等设备。
[0111] 在具体实现中，无人机、无人船配备视频传输和语音通话装置，可以搜寻、观察落水人员，并与之联系。无人机、无人船配备红外成像装置，方便在夜间或者天气欠佳的时候搜寻落水人员。
[0112] 此外，当救援设备移动在设备位置所处区域时，可以悬停在落水人员所处设备位置，其可以搭载飞行基站发送定位信息，救援设备还可以启动声光警报，指示患者位置，大大提高了在夜间或者能见度差的天气环境下的救援成功率。同时，在救援情况更为复杂时，需要人力救援时，救援设备中的无人机、无人船可协助救援人员快速定位、开展救援，同时该救援设备还可以提供动力协助落水人员向船体移动。
[0113] 请参阅图4，图4示出了本发明实施例中的一种船舶人员的安全救援系统的工作流程图。
[0114] 在本发明实施例中，当发生人员设备超出触发范围边界时，通过定位模块进行定位生成设备位置并发送至控制模块，通过控制模块按照设备位置判断是否为人员落水（即救援需求状态），若是则发送救援指令和定位信息至救援调度模块，并同时启动飞行基站，以使飞行基站移动至设备位置所处空域，对后续设备位置的更新修正提供数据；同时救援模块调度救援设备，无人机或者无人船移动至设备位置执行救援动作；若判定不为人员落水，则可以通过预警信号发送至船舶总控端，以告知船长进行进一步施救。
[0115] 在本发明实施例中，提供了一种船舶人员的安全救援系统，包括通信连接的定位模块、控制模块、救援调度模块和多个人员设备；定位模块，用于响应任一人员设备发送的定位信号，定位人员设备所处设备位置并分别上传至控制模块和救援调度模块；控制模块，用于根据设备位置和最低船舷位置的比对结果，判断船舶人员是否处于救援需求状态；若是，则下发第一救援指令至救援调度模块；救援调度模块，用于当接收到第一救援指令和设备位置时，从船舶上调度救援设备并移动至设备位置执行救援动作。从而通过各模块之间的通信，在船舶人员需要救援时能够快速定位且快速调度救援设备进行救援动作，从而对出现落水危险的船舶人员进行及时跟踪定位，有效避免最佳救援时机，提高船舶人员的救援效率。
[0116] 请参阅图5，图5示出了本发明实施例的一种船舶人员的安全救援方法的步骤流程图。
[0117] 本发明实施例提供了一种船舶人员的安全救援方法，应用于本发明任一实施例中的船舶人员救援系统，方法包括：
[0118] 步骤501，当接收到任一人员设备发送的定位信号时，定位人员设备所处设备位置；
[0119] 步骤502，根据设备位置和最低船舷位置，判断人员设备所属船舶人员是否处于救援需求状态；
[0120] 步骤503，若是，则发送第一救援指令，以从船舶上调度救援设备并移动至设备位置执行救援动作；
[0121] 步骤504，若否，则输出预警信号。
[0122] 在本发明实施例中，当船舶人员救援系统内的定位模块接收到任一人员设备发送的定位信号时，可以按照该定位信号采用TDOA和UWB技术进行人员设备所处设备位置的定位，进一步发送至控制模块，控制模块根据设备位置和最低船舷位置，计算两者在水平方向上的悬挂距离，按照悬挂距离判断该人员设备所属船舶人员是否在被动远离船舶，若是则判定人员设备所属船舶人员处于救援需求状态，此时可以发送救援指令，以发送第一救援指令至救援调度模块，以从船舶上调度救援设备并移动至设备位置执行救援动作。否则表明船舶人员可能悬挂在船舷外，此时输出预警信号至船舶总控端，以通过船长或其他施救人员呼叫该设备位置附近的施救设备进行进一步的救援。
[0123] 此外，若是同时出现多个救援需求状态的船舶人员，则可以根据人员基本信息所确定的风险等级结合设备位置的方式，驱动救援设备依次进行救援。
[0124] 在本发明实施例中，当接收到任一人员设备发送的定位信号时，定位人员设备所处设备位置；根据设备位置和最低船舷位置，判断人员设备所属船舶人员是否处于救援需求状态；若是，则发送第一救援指令，以从船舶上调度救援设备并移动至设备位置执行救援动作；若否，则输出预警信号。从而对出现落水危险的船舶人员进行及时跟踪定位，有效避免最佳救援时机，提高船舶人员的救援效率。
[0125] 所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0126] 在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0127] 所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
[0128] 另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
[0129] 以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
