游泳馆溺水预警系统及其数据采集和预警分析判断方法与流程

本发明涉及一种溺水预警系统，特别涉及一种应用于游泳馆的溺水预警系统及其数据采集和预警分析判断方法。

背景技术：

目前，游泳馆的溺水安全预防和救护都是采用救助人员的现场巡察施救的措施方式，极少数的个别游泳馆装备有溺水预警设施系统，其工作原理是通过在游泳池内安装若干个水下摄像装置采集影像，并将采集的影像信息传输到计算机管理中心进行识别判断，如发现有人员溺水的迹象及时通知救护人员现场处理。但是，在游泳馆的实际运行中，上述现有技术的设施溺水预警系统还存在着很多的问题和不足：一是有些游泳馆水质较差影响拍摄影摄像的清晰程度，无法保证溺水预警的准确性；二是由于价格昂贵无法设置充足的多机位摄像机，使用泳池预警监测存在盲区或者死角；三是由于摄像装置长期浸泡在水中，如不能及时清除镜头上的沉积物将会影响影像的采集；四是水下摄像装置需要专业人员予以维护保养，水下维护作业程序复杂，成本很高；五是人员游泳造成水波浪扰动干扰，将会对影像的分析造成很大的影响；六是游泳池中人员的相互遮挡，会使个别人员濒临溺水的现象无法被影像采集发现。因此，为了提高游泳馆的安全管理水平，切实避免游泳人员溺亡事件的发生，开发技术先进、现实可行、运行高效的游泳馆溺水预警系统已经成为一个现实需求十分迫切的重要课题。

技术实现要素：

本发明的目的是，针对现有技术存在的问题，开发一种应用于游泳馆的溺水预警系统，并提供一种游泳馆溺水预警的数据采集和分析判断方法。

所述游泳馆溺水预警系统，由数据生成模块10、rfid标签读写器20、数据处理模块30和溺水预警模块40组成，如图1所示。

所述数据生成模块10包括rfid标签12和低频激活器11；所述rfid标签12包含专属id编码，能够发出射频脉冲信号，使用时放置于溺水预警监测对象的前额或者面部靠近嘴鼻的位置，设置方式可选择直接固定置放于所述位置，也可选择佩戴前部复合有所述rfid标签12的游泳帽的方式将其放置在所述溺水预警监测对象的前额位置；所述低频激活器11在游泳池大厅1各个出入口或者通道口内外两侧各分别安装一个，用于触发所述rfid标签12产生激活数据信息，其中内侧安装在所述出入口或者通道口的周边边沿处，外侧安装在距内侧安装位置一定距离处，所述距离以略大于3米为佳，并且保证其激活范围内的rfid标签12所发出的射频脉冲信号能够被rfid标签读写器20所获取；所述游泳池大厅1的出入口或者通道口包括游泳人员出入口、卫生间和工作人员出入口、部分游泳馆设置的与游泳池大厅连通的休息室、储藏室、服务区、以及其他相关区域的通道口。

所述低频激活器11持续发出低频脉冲信号或者连续信号，最大辐射距离为3.5米左右，在有效辐射范围内，所述低频脉冲信号或者连续信号能够触发所述rfid标签12写入激活数据，所述激活数据包含有所述低频激活器11的id编码和所述低频脉冲信号或者连续信号的辐射强度；当溺水预警监测对象从安装有所述低频激活器11的某一出入口或者通道口进入所述游泳池大厅1时，所述溺水预警监测对象佩戴的rfid标签12由外侧激活器向内侧激活器切换，时时写入所述低频激活器的id编码和低频脉冲信号或者连续信号的辐射强度数据，所述数据由rfid标签读写器20持续读取，通过分析所述数据的变化规律可判断所述溺水预警监测对象从所述id编码对应的出入口或者通道口进入所述游泳池大厅1；而当溺水预警监测对象离开所述游泳池大厅1时，所述rfid标签12由内侧激活器向外侧激活器切换，同时所述rfid标签12发出的射频脉冲信号迅速减弱进而逐渐消失，通过所述rfid标签读写器20持续读取所述rfid标签12的所述激活数据，结合所述rfid标签12发出射频脉冲信号的强度变化规律，可判断所述溺水预警监测对象从所述id编码对应的出入口或者通道口离开所述游泳池大厅1。

所述rfid标签读写器20与所述rfid标签12配合工作，安装在所述游泳池大厅1一定高度的上部空间中，以接收所述游泳池大厅1内全部所述rfid标签12发出射频脉冲信号，获取所述射频脉冲信号载有的数据信息，所述数据信息经过转换、解析处理后，通过数据线传送给所述数据处理模块30。

所述数据处理模块30为包含有数据处理程序软件、数据分析程序软件和信息数据库的计算机管理平台，所述数据处理模块30从所述rfid标签读写器20接收数据信息，经过解析处理和分析判断后，以控制指令方式对所述游泳馆溺水预警系统的预警分析判断过程进行控制。

其中：所述计算机管理平台由服务器、终端计算机和互联网组成，所述终端计算机通过人机交互，将包含溺水预警监测对象身份特征和身体条件的基本数据信息与其所配戴的rfid标签12的专属id编码进行绑定，输入到所述数据处理模块30的信息数据库中；所述数据处理模块30对溺水风险的判断机理是，根据水对电磁波的吸收阻隔原理，在游泳过程中，当溺水预警监测对象头部出水呼吸时，rfid标签12处于水面之上，所述rfid标签读写器20能够连续获取所述rfid标签12的射频脉冲信号，在射频脉冲信号随时间t变化的特性关系中呈现出了连续获取信号的时间区域a，当溺水预警监测对象头部入水划行时，所述rfid标签12埋入水面之下，由于水体的吸收阻隔，所述rfid标签读写器20无法继续获取所述rfid标签12的射频脉冲信号，在所述射频脉冲信号随时间变化的特性关系中呈现出了一个信号中断的时间区域b；图2所示为三个典型状态的rfid标签读写器20获取的射频脉冲信号随时间t变化的特性关系，在特性关系a中，所述时间区域a延及了整个区域，呈现了溺水预警监测对象正常的呼吸状态，在特性关系b中，所述时间区域a和时间区域b相间出现，并且时间区域a较宽，表明溺水预警监测对象呼吸时间充分，呈现了正常的游泳起伏状态，在特性关系c中，时间区域b延伸过长，表明溺水预警监测对象已长时间无水面呼吸，呈现了非正常的游泳状态；上述数据监测分析结果表明，在所述特性关系c状态下，溺水预警监测对象可能出现了溺水风险时，所述数据处理模块30针对特性关系c，将所述时间区域b与数据分析程序软件中预设的安全阈值tb比较后确认存在溺水风险，向所述溺水预警模块40发出预警指令；所述安全阈值tb即为溺水预警监测对象能够安全保持水下闭气时间长度的常规极限值。

所述溺水预警模块40包括设置于游泳馆内的报警及显示装置，包括大屏幕显示屏、警报扬声器等等，以及有关的远程数据接收设备，包括手机用户端和远端计算机等等；所述溺水预警模块40依照所述数据处理模块30的控制指令发布、更新或者终止溺水预警警报信息，所述警报信息包括溺水预警监测对象配戴的rfid标签12的专属id编码，以及与所述专属id编码绑定的所述溺水预警监测对象基本数据信息的相关内容。

进一步，所述rfid标签12可优选采用rfid有源射频电子标签，当采用所述rfid有源射频电子标签时，所述rfid标签读写器20选择与所述rfid有源射频电子标签相配合的rfid有源读写器；所述rfid有源射频电子标签不断发出射频脉冲信号，所述射频脉冲信号的脉冲发射周期小于或者等于0.5秒，所述射频脉冲信号由所述rfid标签读写器20时时监测接收，获取其所载有的数据信息；在此状态下，所述rfid标签12和rfid标签读写器20的有效工作频段范围为0.1～5.8ghz。

一种游泳馆溺水预警系统的数据采集方法，包括以下步骤。

步骤h100、溺水预警监测对象的身份绑定：将所述溺水预警监测对象所佩戴rfid标签12的专属id编码与所述溺水预警监测对象的基本信息进行绑定，并输入到所述数据处理模块30的信息数据库中，同时将所述rfid标签12放置于所述溺水预警监测对象的前额或者面部靠近嘴鼻的位置。

步骤h200、rfid标签12的触发激活：当所述溺水预警监测对象进入游泳池大厅1时，所述溺水预警监测对象佩戴的rfid标签12被分别安装于游泳池大厅1出入口或者通道口内外两侧的两台低频激活器11触发产生激活数据信息，所述激活数据信息激活数据处理模块30启动数据处理程序和数据分析程序，对所述rfid标签12进行溺水风险预警监测，同时将当前时刻预设为溺水风险判断时间参考点ts。

步骤h300、rfid标签读写器20获取数据信息：所述rfid标签读写器20时时获取所述rfid标签12发出的射频脉冲信号，经过对数据的信号转换和解析过滤后，传送给所述数据处理模块30进行进一步的处理和分析。

步骤h400、数据处理模块30处理并储存数据信息：所述数据处理模块30对从所述rfid标签读写器20接收到的数据信息进行数据清洗、数据匹配和参数调整等处理，并将处理后数据信息存储于所述数据处理模块30的信息数据库中。

步骤h500、判断是否获取到射频脉冲信号：所述数据处理模块30判断所读取的数据信息是否获取到rfid标签12发出的射频脉冲信号；

如果判断是，执行步骤h501；

如果判断否，执行步骤h600。

步骤h501、更新溺水风险判断时间参考点ts：将当前时间t更新设定为溺水风险判断时间参考点ts，转向执行步骤h300。

步骤h600、判断监测对象是否离开监测区域：所述数据处理模块30通过所述rfid标签12中的激活数据信息判断所述溺水预警监测对象是否已经离开溺水预警监测区域。

如果判断否，转向执行步骤h300，所述rfid标签读写器20继续获取rfid标签12发出的射频脉冲信号；

如果判断是，执行步骤h700。

步骤h700、数据处理模块30结束数据采集与处理过程：所述数据处理模块30发出控制指令，终止所述数据处理程序和数据分析程序的运行，结束对所述溺水预警监测对象包括数据采集和数据分析等过程的溺水风险预警监测。

一种游泳馆溺水预警系统的溺水风险分析判断方法，包括以下步骤。

步骤f100、溺水风险数据分析程序启动：当数据处理模块30被激活发出控制指令后，所述数据分析程序启动，开始对溺水预警监测对象进行溺水风险分析。

步骤f200、溺水风险数据分析程序进行数据读取：所述溺水风险数据分析程序从所述数据处理模块30的信息数据库中读取最新的即时数据信息。

步骤f300、判断预警监测对象是否存在溺水风险：所述溺水风险数据分析程序计算当前时刻t与溺水风险判断时间参考点ts之间的时间差值，将所述时间差值与溺水风险数据分析程序中的预设安全阈值tb进行对比判断；

当所述时间差值等于或者大于所述安全阈值tb时，判断溺水预警监测对象存在溺水风险，继续执行步骤f400；

当所述时间差值小于所述安全阈值tb时，判断溺水预警监测对象不存在溺水风险，转向执行步骤f301。

步骤f301、溺水预警模块40执行复位操作：所述溺水预警模块40停止并清除之前发布的对所述溺水预警监测对象的溺水预警警报信息，然后转向执行步骤f200。

步骤f400、判断是否结束数据分析程序的运行：判断所述数据处理模块30是否发出结束数据分析程序运行的控制指令；

如果判断是，执行步骤f500；

如果判断否，则执行步骤f401。

步骤f401、溺水预警模块40发布或者更新警报信息：所述溺水预警模块40按照所述数据分析程序指令发布对所述溺水预警监测对象的溺水预警警报信息，或者更新已经发布的溺水预警警报信息，然后转向执行步骤f200。

步骤f500、溺水风险数据分析程序结束：按照所述数据处理模块30发出的控制指令，结束所述溺水风险数据分析程序的运行。

其中：步骤f200对所述数据处理模块30的信息数据库进行数据读取的频率为大于或者等于1.0次/秒。

本发明的有益效果是，提供一种应用于游泳馆的溺水预警系统及其溺水预警的分析判断方法，所述溺水预警系统以rfid标签及其配套装置为主要硬件设施，充分发挥rfid标签的唯一性，同时还可附带一定特征参数信息的优势，在溺水预警监测过程中，既可以及时准确溺水预警监测对象面临的溺水风险，同时也能第一时间判别溺水预警监测对象身份信息和身体条件等数据特征，为科学合理施救提供参考依据，本发明的推广应用将显著提高游泳馆安全管理水平，有效预防和避免游泳人员溺亡事件的发生，减少人员身体损伤，保护人民生命安全。

附图说明

图1、游泳馆溺水预警系统功能结构简图。

图2、rfid标签读写器获取的射频脉冲电磁信号随时间变化的特性关系图。

图3、游泳馆溺水预警系统数据采集过程流程图。

图4、游泳馆溺水预警系统溺水风险分析判断过程流程图。

图5、游泳馆溺水预警系统场地主要设施布设方位示意图。

具体实施例

下面以具体实施的方式，结合附图对本发明技术方案作进一步的说明和描述。

如图1所示，一种游泳馆溺水预警系统，由数据生成模块10、rfid标签读写器20、数据处理模块30和溺水预警模块40组成。

所述数据生成模块10由rfid标签12和低频激活器11组成，所述rfid标签12采用有源射频电子标签，选用工作频段为2.4ghz，脉冲发射周期设置为0.2秒；所述低频激活器11选用工业级激活器，其工作频段为125khz，所述工业级激活器同时可以激活500个所述rfid标签12；所述rfid标签读写器20选择与所述rfid有源射频电子标签相配套的有源rfid标签读写器；所述数据处理模块30为包含有数据处理程序软件、数据分析程序软件和信息数据库的计算机管理平台，由一台服务器和一台终端计算机以及互联网组成；所述溺水预警模块40包括设置于游泳池大厅1内的大屏幕电子显示屏、电子扬声器等装置，还包括现场救护人员手持的无线对讲机、监护人手机用户端、以及相关的远端计算机等等，建立有多层级的安全预警信息发布渠道。

图4所示为所述游泳馆溺水预警系统场地设施布设方位示意图，其中，所述rfid标签读写器20安装在游泳池对角线交叉点附近、距水面3.0～7.0米高度的位置上，高度可调，以保证所述rfid标签读写器20能够全方位无死角地获取游泳池大厅1内全部所述rfid标签12的数据信息，同时为了充分增加并保证设备运行的敏感程度，接收天线朝向下方设置；所述低频激活器11在游泳池大厅1各个出入口或者通道口内外两侧各分别安装一个，其中内侧安装在所述游泳池大厅1各个出入口或者通道口上方位置，发射天线朝向下方设置，外侧安装在所述出入口或者通道口平面垂直方向，与内侧安装位置相距3米的位置，高度不超过所述出入口或者通道口的高度处；所述出入口或者通道口包括了人员出入通道口3、工作人员通道口2和服务区域等出入口4等。

同时，在所述数据处理模块30中，所述数据分析程序软件预设对所述信息数据库进行数据读取的频率为2.0次/秒。

本实施例披露的游泳馆溺水预警系统技术方案，具有投入成本较低、系统运行稳定、预警准确度高、维修维护简单等优点，能够很好满足游泳馆安全管理的实际需要。