CN102190077A - 潜水减压方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种潜水减压方案的实时计算方法，包括：定时采集当前深度；根据当前深度及水下停留时间，利用何尔登减压理论，实时计算减压方案；判断当前的深度是否浅于减压方案中下一个停留站的深度，如果否，则返回第一步，若是，则报警。本发明还公开了一种潜水减压系统，包括：深度传感器，信号采集卡，数据输入模块，数据处理模块，和数据输出模块。本发明具有以下优点：根据实际潜水情况，定时计算矫正减压方案，做到实时可靠；根据海拔高度进行调整，使减压方案也适合高原潜水；具有详细显示各停留站深度及其停留时间的功能，让潜水员清楚地了解完成本次潜水所需剩余时间等相关信息。

Description

潜水减压方法及系统

技术领域

本发明涉及常规潜水作业减压领域，尤其涉及一种潜水减压方案的实时计算方法和利用所述潜水减压方案计算方法的潜水减压系统。

背景技术

潜水员进行潜水作业或高气压暴露时，机体内将溶解大量的惰性气体，惰性气体溶解入体内逐渐累积，达到溶解气体的张力与外界环境中该气体的分压相平衡的状态(即“饱和”)。若此时使外界气压降低(“减压”)或外界总气压虽不降低，但该种惰性气体的比例减小(被别种气体所替代)，则先前已溶解于体内的惰性气体的张力将高于外界环境中该气体的分压(即“过饱和”)，当减压的速度和幅度都控制在适当的范围内，保持体内惰性气体张力高于外界环境总气压不超过一定的比值，在体液和组织内保持着过饱和溶解状态(“安全过饱和”)，过饱和溶解的气体可通过循环和呼吸系统从溶解状态向外界环境扩散成自由气体，直至内外平衡(即“安全脱饱和”)。使体内溶解的惰性气体安全脱饱和的减压称为安全减压。若减压速度过快、幅度过大(“减压不当”)，则溶解在体内的气体来不及通过循环呼吸系统扩散排出，而在体液、组织内逸出成自由气体，即原地生成气泡，就可能致病(“减压病”)。在潜水作业，高气压治疗或高压氧治疗时，为安全排除身体组织内过多的氮气，潜水人员必须在上升途中在某些特定深度，作短暂停留，停留之处称之为减压站(即停留站)，所停留的时间以分钟为单位。减压时安全过饱和状态的维持，不取决于所减掉压力的绝对值(即不决定于减掉几个大气压力)而取决于减压后氮张力与外界环境绝对压力的比值。只要把该比值控制在一定范围内，即使速度快些也不会产生减压病，这个系数称为氮的安全过饱和系数。空气潜水水下阶段减压表就是根据氮气在机体组织内饱和与脱饱和的规律，按假定时间单位的不同，整个机体被分为不同种类理论组织，遵照安全过饱和原则，选取合适的氮过饱和安全系数进行计算得出的。具体可请参见海军医学研究所吴生康在《海军医学杂志》1999年第20卷第2期发表的《我国常规空气潜水减压表现状分析与设想》一文。

但现有的常规潜水减压表提供的减压方案只能对单一深度、单一时间的潜水作业进行安全指导，即现有的潜水减压方案，一般仅限于在某一深度进行一定时间的作业后，即从该深度逐站减压、停留、上升，直至出水，在此过程中不涉及从较浅的深度，下降到较深的深度再上升到较浅深度的情况，所以，不能根据具体情况实时调整减压方案。且提供的减压方案没有根据海拔高度对潜水深度及停留站深度进行修正，因而不能完全有效的防止减压病。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种潜水减压方法，能根据具体情况实时调整减压方案，且在计算减压方案时，根据海拔高度对潜水深度及停留站深度进行修正，可以有效预防潜水作业造成的减压病。

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种潜水减压方法，包括如下步骤：

(1)定时采集当前的深度信号；

(2)根据当前的深度信号及水下停留时间，利用何尔登减压理论，计算减压方案；

(3)判断当前的深度是否浅于减压方案中下一个停留站的深度，若否，则返回步骤(1)，若是，则报警。

本发明还提供了一种潜水减压系统，包括：

深度传感器，用于定时采集深度信号；

信号采集卡，其输入端与所述深度传感器输出端连接，用于采集深度传感器的输出信号；

数据输入模块，其输入端与所述信号采集卡的输出端连接，用于将深度信号输入到数据处理模块；

所述数据处理模块，其输入端与所述数据输入模块的输出端连接，用于对深度信号进行处理，计算实时减压方案；

数据输出模块，其输入端与所述数据处理模块的输出端连接，用于输出所述的实时减压方案。

本发明的潜水减压方案计算方法具有以下优点：

1、根据实际潜水情况，定时计算矫正减压方案，做到实时可靠；

2、根据海拔高度进行调整，使减压方案也适合高原潜水；

3、呼吸气体中氮的体积百分比可根据实际使用气体预先设定值，设定范围为：68％～80％；

本发明中利用该计算方法的潜水减压系统，具有详细显示各停留站参数的功能，让潜水员清楚地了解完成本次潜水所需剩余时间等相关信息。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明潜水减压方法的一个具体实施例；

图2是本发明潜水减压系统的一个具体实施例；

图3是本发明显示模块显示内容的示意图。

具体实施方式

本发明的潜水减压系统主要包括：深度传感器，用于定时采集深度信号；信号采集卡，用于采集深度传感器的输出信号；数据输入模块，用于将深度信号输入到数据处理模块；数据处理模块，用于对深度信号进行处理，计算实时减压方案；数据输出模块，用于向潜水者输出实时减压方案。

如图2所示，本发明潜水减压系统的一种较佳的实施方式还包括与数据输出模块连接的：显示模块，用于显示所述的实时减压方案；和报警模块，用于对不符合减压方案的情形或超过安全极限深度的情形进行报警(报警方式可以是声音报警或者警灯提示等多种方式)。

本发明的潜水减压方法，包括如下步骤：(1)定时采集当前的深度信号；(2)根据当前的深度信号及水下停留时间，利用“氮过饱和安全系数”理论计算减压方案；(3)判断当前的深度是否浅于减压方案中下一个停留站的深度，若否，则返回步骤(1)，若是，则报警。

优选地，步骤(2)完成后还包括显示减压方案的具体步骤。进一步地，显示减压方案的具体步骤，包括显示：各停留站深度，各停留站所需停留的时间，及减压方案总停留时间等信息。

优选地，步骤(1)的定时采集为通过深度传感器每隔0.5～1.5分钟采集一次深度信号。

优选地，步骤(2)包括：对机体各理论组织(具有相似吸收和排放氮速率的组织)作氮张力累计的计算，得到各理论组织累计的氮张力值；根据所述各理论组织累计的氮张力值，按照潜水的最大深度计算各理论组织的相对停留时间；根据所述各理论组织的相对停留时间中最长相对停留时间、潜水的最大深度和当前深度信号选择氮过饱和安全系数；根据氮过饱和安全系数计算减压方案。

优选地，开始步骤(2)前应对当前的深度信号进行矫正，矫正的公式如下：

$\mathrm{Dt}=\mathrm{Dp}\frac{\mathrm{Ps}}{\mathrm{Ph}}$

式中：Dt为理论深度，单位为m；

Dp为实际潜水深度(相对于实际海拔地区)，单位为m；

Ps为海平面大气压，单位为kPa；

Ph为实际海拔地区大气压，单位为kPa。

优选地，减压过程中呼吸气体氮体积百分比范围为：68％～80％。

如图1所示，为本发明的潜水减压方法的一个具体实施例。

本实施例设定的减压计算中：理论组织分为16类，分别为5min(分钟)，10min，20min，30min，40min，50min，60min，70min，80min，90min，100min，110min，120min，130min，140min，150min。分类中各个时间为半饱和时间，完全饱和所需时间＝该组织半饱和时间×6。如半饱和时间为5min时的理论组织包括血液、淋巴等；半饱和时间为10分钟的理论组织包括神经系统的灰质、腺体等；半饱和时间为20分钟的理论组织包括肌肉等；半饱和时间为40分钟的理论组织包括脂肪组织和神经系统的白质等。所述理论组织的分类不是绝对的，是本领域的技术人员根据实际情况或假定情况所作的分类，理论组织的分类不影响本发明的计算，但是理论组织分得越多、越准确，得到的相应的减压方案也越准确。

在本发明实施例中，为保证潜水工作人员的安全，从较深的深度上升到较浅的深度，上升速度不能超过10m/s。

第一停留站深度为3m的整数倍，以后各站以3m间距递减。减压总时间包括：上升至第一停留站时间及各停留站停留时间。

为了避免潜水员在水下发生氧中毒，呼吸气体中氮的体积百分比范围为：68％～80％。当然，如果呼吸气体中的惰性气体，不一定为氮，也可以为氩或氦等其它惰性气体。其它惰性气体的体积百分比也可以选择为68％～80％。

当潜水员入水1m后开始计时，开始减压后水深传感器每1min采集一次当前深度信号，因为减压方案的计算中，存在小数点后的取舍原因，如果计算过于频繁，就会导致由于小数点的取舍累计而造成方案的偏差，而如果计算间隔太长，又会造成提供给潜水员的减压信息不及时，不安全。所以为了保证减压方案的实时性、安全性，让潜水员获得最新的减压信息，该程序较佳为1min计算一次。

然后对当前的深度信号进行矫正，矫正的公式如下：

$\mathrm{Dt}=\mathrm{Dp}\frac{\mathrm{Ps}}{\mathrm{Ph}}$

式中：Dt为理论深度，单位为m；

Dp为实际潜水深度，单位为m；

Ps为海平面大气压，单位为kPa；

Ph为实际海拔地区大气压，单位为kPa。

例如在高原情形下，Ph即为高原海拔地区大气压。

完成矫正后计算减压方案，包括：对机体各理论组织作氮张力累计的计算，得到各理论组织累计的氮张力值；根据潜水的最大深度和所述各理论组织累计的氮张力值计算各理论组织的相对停留时间；根据所述潜水的最大深度、当前深度和所述各理论组织的相对停留时间中最长相对停留时间，选择氮过饱和安全系数；根据氮过饱和安全系数计算减压方案。

氮过饱和安全系数表：参考计算《12m～60m空气潜水水下阶段减压表》时所选择的氮过饱和安全系数，所述氮过饱和安全系数表是通过实际测量得到的，具体的，请参见《海军医学杂志》2008年12月第29卷第4期，295页-298页。

1、机体各理论组织累计氮张力的计算：

(1)第一分钟机体各理论组织的氮张力

TNT₁＝WD₁/10×N₂％×(1-0.5^1/AT)+0.8

TNT₁——第一分钟机体各理论组织的氮张力；

WD₁——第一分钟深度，信号值除以3的商四舍五入取整后再乘以3的积，单位m；

N₂％——呼吸气氮体积百分比；

AT——机体各理论组织的半饱和时间。

(2)第二分钟机体各理论组织的累积氮张力

TNT₂＝TNT₁-[TNT₁-(WD₂+10)/10×N₂％]×(1-0.5^1/AT)

TNT₂——第二分钟机体各理论组织的累积氮张力；

WD₂——第二分钟深度，信号值除以3的商四舍五入取整后再乘以3的积，单位m。

(3)第三分钟机体各理论组织的累积氮张力

TNT₃＝TNT₂-[TNT₂-(WD₃+10)/10×N₂％]×(1-0.5^1/AT)

WD₃——第3分钟深度，单位m。

(4)第n分钟起机体各理论组织的累积氮张力

TNT_n＝TNT_n-1-[TNT_n-1-(WD_n+10)/10×N₂％]×(1-0.5^T/AT)

TNT_n——第n分钟机体各理论组织的累积氮张力；

WD_n——第n分钟深度，信号值除以3的商四舍五入取整后再乘以3的积，单位m。

2、相对停留时间的计算：

(1)RP＝(TNT_n-0.8)×10/(N₂％×WDx)

RP——相对饱和百分数，如RP≥1，则不计算该类组织的相对停留时间；

WDx——代表到当前为止，WDn的最大值；

(2)RST＝AT×Log0.5(1-RP)

RST——各理论组织相对停留时间，即在某一深度，各理论组织相对于潜水的最大深度的相对停留时间。

3、氮过饱和安全系数的选择

SC(x)＝A(α，β，γ)

SC(x)——过饱和安全系数数组；

A——过饱和安全系数表

α——潜水的最大深度；

β——各理论组织的相对停留时间中最长相对停留时间；

γ——当前深度。

如最大深度为19m，最长相对停留时间为215min，当前深度为8m，则从附表中首先选择与最大深度最接近的深度和与最长相对停留时间最接近的时间，如21m/240min，最接近的深度和最接近的时间确定一行过饱和安全系数数值，根据当前深度从9m，找到与当前深度最接近的深度，从最接近的深度这一列开始，从左至右进行选择，计算所需的过饱和安全系数数值为1.35、1.46、1.61。

3、减压方案的计算

根据何尔登(Haldane)减压理论，利用上述氮过饱和安全系数实时计算各停留站深度及其停留时间。

然后通过显示模块显示减压方案的信息，如图3所示，包括显示：当前深度、当前时间，减压方案中的各停留站、各停留站所需停留时间、减压方案总停留时间等。

与显示同时，将当前深度与减压方案中下一停留站的深度比较，若不浅于下一停留站(即潜水员按计划进行上升减压)，则返回采集深度信号的步骤，若浅于下一停留站(即可能发生某一停留站未按计划停留减压)，则进行声音报警。另外，本发明在超过安全深度时，也会进行声音报警。

本系统用于常规潜水作业的减压指导。系统可在潜水深度40m以浅、潜水位置相对不固定(水下游弋状态)、长时间(＜＝10h)、黑暗环境的条件下，进行实时计算，提供减压方案，正确地指导潜水员减压上升，避免其发生减压病。

Claims (13)

1.一种潜水减压方案的实时计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)定时采集当前深度信号；

(2)根据当前深度及水下停留时间，利用何尔登减压理论，实时计算减压方案；

(3)判断当前的深度是否浅于减压方案中下一个停留站的深度，若否，则返回步骤(1)，若是，则报警。

2.如权利要求1所述的潜水减压方案的实时计算方法，其特征在于，步骤(2)完成后还包括显示具体的实时减压方案。

3.如权利要求2所述具体的实时减压方案，其特征在于，具体的实时减压方案包括：各停留站深度，各停留站所需停留的时间，及减压总时间。

4.如权利要求1所述的潜水减压方案的实时计算方法，其特征在于，步骤(1)所述的定时采集为每隔0.5～1.5分钟采集一次。

5.如权利要求1所述的潜水减压方案的实时计算方法，其特征在于，入水1分钟后开始采集当前深度信号。

6.如权利要求1至5任一项所述的潜水减压方案的实时计算方法，其特征在于，步骤(2)包括：对机体各理论组织(具有相似吸收和排放氮速率的组织)作氮张力累计的计算，得到各理论组织累计的氮张力值；根据所述各理论组织累计的氮张力值，按照潜水的最大深度计算各理论组织的相对停留时间；根据所述各理论组织的相对停留时间中最长相对停留时间、潜水的最大深度和当前深度信号选择氮过饱和安全系数；根据氮过饱和安全系数计算减压方案。

7.如权利要求6所述的潜水减压方案的实时计算方法，其特征在于，相对停留时间的计算公式为：

(1)RP＝(TNT_n-0.8)×10/(N₂％×WDx)

RP为相对饱和百分数，如RP≥1，则不计算该类组织的相对停留时间；

TNTn——各理论组织的累计氮张力；

N2％——呼吸气体中氮的体积百分比；

WDx——代表到当前为止，潜水的最大深度；

(2)RST＝AT×Log0.5(1-RP)

RST为各理论组织相对停留时间，即在某一深度，各理论组织相对于潜水的最大深度的相对停留时间；

AT——各理论组织的半饱和时间。

8.如权利要求6所述的潜水减压方案的实时计算方法，其特征在于，开始步骤(2)前应对当前的深度信号进行矫正，矫正的公式如下：

$\mathrm{Dt}=D{p}^{\frac{\mathrm{Ps}}{\mathrm{Ph}}}$

式中：Dt为理论深度，单位为m；

Dp为实际潜水深度，单位为m；

Ps为海平面大气压，单位为kPa；

Ph为实际海拔地区大气压，单位为kPa。

9.如权利要求6所述的潜水减压方案的实时计算方法，其特征在于，减压过程中呼吸气体中惰性气体的体积百分比范围为：68％～80％。

10.如权利要求9所述的潜水减压方案的实时计算方法，其特征在于，所述惰性气体为氮。

11.一种潜水减压系统，其特征在于，包括：

深度传感器，用于定时采集深度信号；

信号采集卡，其输入端与所述深度传感器输出端连接，用于采集深度传感器的输出信号；

数据输入模块，其输入端与所述信号采集卡的输出端连接，用于将深度信号输入到数据处理模块；

所述数据处理模块，其输入端与所述数据输入模块的输出端连接，用于对深度信号进行处理，计算实时减压方案；

数据输出模块，其输入端与所述数据处理模块的输出端连接，用于输出所述的实时减压方案。

12.如权利要求11所述的潜水减压系统，其特征在于，还包括显示模块，其输入端连接所述数据输出模块，用于显示所述的实时减压方案。

13.如权利要求11所述的潜水减压系统，其特征在于，还包括报警模块，其输入端连接所述数据输出模块，用于对不符合减压方案的情形或超过安全极限深度的情形进行报警。

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