CN107239901A - 基于无人机的救护系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于无人机的救护系统，包括调度中心、用户终端和挂载有急救箱的无人机，所述用户终端包括被救护人员携带的被助终端，以及救护人员携带的救护终端；需要救护时，被助终端向调度中心发送携带有施救位置的求助信号；调度中心收到所述求助信号后通知临近施救位置的可用无人机携带急救箱到达施救位置；调度中心还向处在施救位置预定距离内的所有救护终端发送询问信号，获得应答后实时指示携带该应带救护终端的救护人员到达施救位置。本发明救护系统，通过无人机、远程定位、通讯等技术，建立起无人机物资运输、具备资质的救护人员、需救护的病患三者间的有效联系，实现在公共情况下的病患紧急救护。
Description
技术领域
本发明涉及公共救护技术领域，尤其涉及一种采用无人机辅助的公共区域紧急救护系统。
背景技术
院外急救不仅要有医护人员更需要急救设备，美国心脏学会的一项报告指出，如在公共场所有除颤器，并且现场有受过短训的非专业医务人员使用的情况下，心跳骤停后复苏的成功率是不具备这些条件的两倍。
为此公开号为CN105718903A的中国专利文献公开了一种无人机救援系统及其救援方法，系统包括无人机、用于采集现场视频的环境信息采集模块、救援执行模块、控制处理模块和救援方案存储模块；控制处理模块包括用于从采集的现场视频中通过二次级联模型进行图像场景识别以搜索伤员的场景识别单元、从救援方案存储模块中寻找与场景判断结果匹配的救援方案的匹配单元以及控制救援执行模块对伤员进行救护的控制单元。救援方法包括对前述救援系统的各个模块进行控制的步骤。
另外公开号为CN105068486A的中国专利文献公开了一种无人机紧急医疗救护系统及方法，属于无人机航空救援领域。该系统包括急救中心地面调度子系统、无人机子系统和用户终端，急救中心地面调度子系统适接收用户终端发出的急救信息，规划紧急救护任务，选择适当的急救无人机，向急救无人机传输远程指导音视频信息并接收急救无人机回传的生命体征数据；无人机子系统包括急救无人机和机载急救药具，急救无人机接收并执行紧急救护任务，回传急救现场的音视频信息和生命体征数据。
但现有技术中对于紧急医疗救护需求，如何最快的通知具备救护能力的人员到场，同时让救援物资到场，让仍是有待解决的问题。
发明内容
无人机，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行器。本发明提供的一种用于公共区域的紧急自动救护系统，通过无人机、远程定位、通讯等技术，建立起无人机物资运输、具备资质的救护人员、需救护的病患三者间的有效联系，实现在公共情况下的病患紧急救护。
本发明基于无人机的救护系统，包括调度中心、用户终端和挂载有急救箱的无人机，所述用户终端包括被救护人员携带的被助终端，以及救护人员携带的救护终端；
需要救护时，被助终端向调度中心发送携带有施救位置的求助信号；
调度中心收到所述求助信号后通知临近施救位置的可用无人机携带急救箱到达施救位置；调度中心还向处在施救位置预定距离内的所有救护终端发送询问信号，获得应答后实时指示携带该应答救护终端的救护人员到达施救位置。
本发明采用无人机与救护人员分别通知到场协助的方式，救护人员与救护用品独立管理，一方面可以调动最近的无人机及时赶到现场，另外采用问询的方式通知在一定区域内的所有救护人员，可调动更多潜在资源并提高时效性。
作为优选，所述被救护人员主动通过被助终端向调度中心发送求助信号；或所述被助终端实时采集运动特征，当检测到与跌倒动作匹配的运动特征后，向调度中心发送求助信号。
求助信号的发送可以采用主动式或被动式，其中主动式是指被救护人员感觉身体不适，以触发按键或输入语音指令等方式，通过被助终端向调度中心发送求助信号。为了不可测的预防突发状况，被动式指所述被助终端实时采集运动特征，当检测跌倒后，向调度中心发送求助信号。
作为优选为了防止误报，所述被助终端检测到与跌倒动作匹配的运动特征后，先提示被救护人员，在预定延时内若检测到中断操作则不再向调度中心发送求助信号；在预定延时内若没有检测到中断操作则向调度中心发送求助信号。
同理，所述中断操作以触发复位按键或输入语音指令等方式输入被助终端。
被助终端检测到与跌倒动作匹配的运动特征后，可以采用震动或声光信号等方式提示被救护人员，即询问是跌倒还是误报，等待被救护人员确认，若是跌倒或一定延时内被救护人员无法回应，则向调度中心发送求助信号。
本发明优选采用检测跌倒的方式，当然也可以检测其他生理参数，例如呼吸、脉搏等进行监控并相应报警求救。
作为优选，所述被助终端实时采集3轴加速度数据，并计算合加速度的峰值RA；
其中ax为水平左右方向，即X轴加速度；ay为水平前后方向，即Y轴加速度；az为竖直方向；
当RA超过阈值δA后，获取该时间点前后各2s的数据，计算
其中，T＝4s，Ax(t)为时间t时x轴加速度的大小，Ay(t)为时间t时y轴加速度的大小，Az(t)为时间t时Z轴加速度的大小；
如果RS超过阈值δS，判断为跌倒动作。
施救位置的采集可通过被助终端内的定位单元，例如采用GPS等现有定位手段。被助终端在硬件上的具体形式可采用手环或结合智能手机等方式。
为了对无人机的充电、维护以及急救箱的物资管理补充，作为优选，每个无人机配置有停靠站，停靠站内设有：
与无人机相互匹配的无线充电单元；
顶部作为入口的机库；
安装在机库入口部位的无人机防盗锁定机构；
安装在机库顶部辅助无人机入库的位置检测单元。
无人机在入库前通过位置检测单元定位对准机库入口，而后下降沉入机库，位于机库入口部位的无人机防盗锁定机构在感知无人机就位后采用与无人机相配合的夹臂，锁销等方式锁定无人机位置，可实现防盗。
为了让无人机在远程获知停靠站位置，作为优选，所述停靠站内设有采集停靠站位置并发送至无人机的位置标示单元。
位置标示单元通过GPS定位停靠站，并通过无线方式将停靠站位置信息发送至无人机。
就无人机本身而言可采用现有技术进行自动导航和通信，本发明中将急救箱固定挂载在无人机下方，一般情况下是无需分离的。
所述急救箱内设有硬件形式的控制单元并安装有管理软件，控制单元通过相应的接口与无人机、调度中心以及用户终端通信。
为了便于急救箱内物品的管理和维护，作为优选，所述用户终端还包括急救箱管理人员携带的维护终端，所述急救箱获取并统计箱内物品的消耗，当箱内物品的消耗低于阈值时，急救箱通过调度中心或直接向维护终端发送维护提示信息。
由于无人机与急救箱特定的匹配关系，两者中任何一者不符合条件都无法到达施救位置，或者即使到达也面临无药可用的尴尬。
因此本发明所述的可用无人机的条件，至少指无人机的电量可维持往返施救位置，急救箱内物品有足够的存量。
作为优选，所述急救箱采集无人机的电量以及急救箱内物品的存量，并作出是否可用的评估结果发送给调度中心；
调度中心收到所述求助信号后，依据各无人机在评估结果通知临近施救位置的可用无人机。
为了获知急救箱内物品的存量，可以在每一物品上设置可识别标签，取放时通过急救箱感知识别标签位置变化；或急救箱内为每一物品上设置锁定机构，通过刷卡、扫码等方式授权后使用，或采用其他物联网方式，急救箱可以直接获知物品的取用或通过调度中心获知，反之，调度中心可以直接获知物品的取用或通过急救箱获知。
本发明另一改进在于针对急救箱，可以区分被救护人员以及救护人员并赋以不同的使用权限。
所述被助终端内安装有与被救护人员身份相匹配的NFC卡；
所述急救箱包括：
控制单元；
两个物品箱，分别为用于存放被救护人员权限物品的第一物品箱、和用于存放救护人员权限物品的第二物品箱；
两个电子锁，分别为控制第一物品箱的第一电子锁、和控制第二物品箱的第二电子锁，两个电子锁分别接入并受控于所述控制单元；
无线通信单元，接入所述控制单元用于与调度中心通信；
读卡装置，用于读取所述被助终端内的NFC卡信息并向调度中心发送请求，经确认后通过控制单元开启第一电子锁；
二维码标识，供救护终端采集后并向调度中心发送请求，经确认后通过控制单元开启第二电子锁。
第一物品箱为病患直接开启，携带如阿司匹林药品、氧气包等常规救援物资，使用时，被救护人员通过被助终端接近读卡装置，经身份识别后既可以开启权限范围内的第一物品箱。
第二物品箱为有资质人员开启，携带如自动体外除颤器等需培训使用的救援物资，救护人员需要开箱时，利用救护终端扫描二维码标识，并向调度中心发送请求，经身份确认后通过控制单元开启第二电子锁。
完成救护后，调度中心向救护人员预留的账户支付基本报酬；待被救护人员向调度中心支付报酬后，调度中心向救护人员预留的账户支付追加报酬。
基本报酬可依据路程、时间、病情等相应核算，而追加报酬可以依据救护效果、病人感受等相应核算。
本发明对于紧急医疗救护需求，提供一定资质人员的就近服务，通过无人机手段同步提供相应物资；另外对于无人机提供物资，分别提供面向被救护人员和救援资质人员的开启权限。同时也提出了无人机以及急救箱的维护和评估，特定的无人机停靠方法在一定程度上防止偷窃。
具体实施方式
本发明基于无人机的救护系统，包括调度中心、挂载有急救箱的无人机、为每个无人机配置的停靠站、被救护人员携带的被助终端、救护人员携带的救护终端、急救箱管理人员携带的维护终端。
调度中心可以采用同一服务器，也可以分为多台协调运作，例如调度中心包括调度服务器、物联网服务器、救护物资管理服务器以及数据库服务器，各服务器之间通过现有方式进行通信。
物联网服务器采用OneNet中国移动物联网开放平台。为每一个无人机设置设备节点，包含无人机实时位置、无人机高度等数据。为每一个被助终端设置节点，包含位置等数据。为每一个救护终端设置节点，包含位置等数据。无人机、被助终端以及救护终端均将自身实时定位信息上传至物联网服务器。
调度服务器可以利用新浪共有云计算平台，采用微信公众平台搭建。
数据库服务器采用MySQL设计，包含设备地址对应表，对应每一台设备(无人机、各终端)物联网平台编号、设备SIM卡信息。救护人员信息表，包含每一个救护人员个人信息，对应物联网平台编号。
救护物资管理服务器主要用于管理和授权使用急救箱。
被助终端可以采用手环等形式，具体包括中心控制单元以及分别接入该中心控制单元的跌倒检测单元、震动提示单元、主动呼叫按键、复位按键、麦克风、定位模块以及无线通信模块，另外被助终端内还嵌装有带被救护人员身份信息的NFC卡。
中心控制单元采用MT6260并集成无线通信模块，定位模块采用MT3336，跌倒检测单元采用飞思卡尔MMA9555，震动提示单元采用LX1030L震动马达。
救护终端以及维护终端均可以采用智能手机，维护终端至少可以接收提示信息，救护终端至少可以接收提示信息、实时导航、扫码等。
停靠站内设有：
与无人机相互匹配的无线充电单元；有采用TI高集成、易实现的5V输入发射端方案；
采集停靠站位置并发送至无人机的位置标示单元，例如可以使用GPS+GSM模块获取本地的定位，并远程传送给对应无人机，GPS模块可用SKYLAB公司的SKG08A，GSM模块可用SIM900AGSM；
顶部作为入口的机库；
安装在机库入口部位的无人机防盗锁定机构；
安装在机库顶部辅助无人机入库的位置检测单元；用于无人机接近机库时的精准定位，选用基于UWB的定位平台，可选用DecaWave公司的ScenSor芯片。在入口周边4角位置按正方形布置。UWB通讯距离可20米左右。无人机上安置UWB标签，无人机在接近时，接收到UWB标签信号后根据信号强度定位离入口的偏移量，按照ScenSor芯片设计，定位精度可以达到10cm。
就无人机本身而言可采用现有技术进行自动导航和通信，本发明中将急救箱固定挂载在无人机下方，一般情况下是无需分离的。
本发明无人机为无线充电，安装有与停靠站发射端相匹配的接收端。
飞行导航定位的GPS模块选用SKYLAB公司的SKG08A，大小只有8.5*9*1.8(mm)，电流可以低至5mA，具有多种工作模式辅助。
入库停靠定位精度要求较高，选择DecaWave公司的ScenSor芯片标签单元。
无线通讯单元选用SIM900AGSM模块。
无人机控制单元选用MSP430系列芯片，通过GSM模块，接收目标定位信息，救护时为施救位置定位信息，返程时为停靠站位置信息，并与自身定位信息做对照，升空足够高度后，给出适宜的直线路径。
无人机机架上方通过一连接杆安装有定位盘，安装在机库入口部位的无人机防盗锁定机构为一对加持臂或一对伸缩滑板通过直线电机驱动，可以相对靠近夹持，由于定位盘的限位，使得无人机无法脱离加持臂或伸缩滑板，起到了防盗的作用。
急救箱包括：
控制单元，可选用常规单片机；
两个物品箱，分别为用于存放被救护人员权限物品的第一物品箱、和用于存放救护人员权限物品的第二物品箱；
两个电子锁，分别为控制第一物品箱的第一电子锁、和控制第二物品箱的第二电子锁，两个电子锁分别接入并受控于控制单元；
无线通信单元，接入控制单元用于与调度中心通信，例如采用SIM900模块；
读卡装置，用于读取被助终端内的NFC卡信息并向调度中心发送请求，经确认后通过控制单元开启第一电子锁；例如采用ACR122L NFC非接触式读卡器；
二维码标识，供救护终端采集后并向调度中心发送请求，经确认后通过控制单元开启第二电子锁。
求助信号的发送可以采用主动式或被动式，其中主动式是指被救护人员感觉身体不适，触发主动呼叫按键或输入语音指令等方式，通过被助终端向调度中心发送求助信号。被动式指被助终端实时采集运动特征，当检测跌倒后，向调度中心发送求助信号。
本发明被助终端实时采集3轴加速度数据，并计算合加速度的峰值RA；
其中ax为水平左右方向，即X轴加速度；ay为水平前后方向，即Y轴加速度；az为竖直方向；
当RA超过阈值δA后，获取该时间点前后各2s的数据，计算
其中，T＝4s，Ax(t)为时间t时x轴加速度的大小，Ay(t)为时间t时y轴加速度的大小，Az(t)为时间t时Z轴加速度的大小；
如果RS超过阈值δS，判断为跌倒动作。
被助终端检测到与跌倒动作匹配的运动特征后，采用震动马达提示被救护人员，即询问是跌倒还是误报，等待被救护人员确认，若被救护人员通过复位按键或输入语音指令等方式触发中断操作时，则不再向调度中心发送求助信号；
如果是跌倒甚至一定延时内被救护人员无法回应，则向调度中心发送求助信号。
调度中心的调度服务器收到求助信号后，从物联网服务器查询无人机定位信息，寻找临近施救位置的可用无人机，并向该无人机发送指令前去施救位置。
由于无人机与急救箱特定的匹配关系，两者中任何一者不符合条件都无法到达施救位置，或者即使到达也面临无药可用的尴尬。本发明中急救箱采集无人机的电量以及急救箱内物品的存量，并通过急救箱的控制单元作出是否可用的评估结果发送给调度中心。
在调度无人机的同时，调度服务器还根据数据库服务器内的相关信息查询救护人员；并从物联网服务器查询被助终端定位信息发送给相应的救护终端。即询问各救护人员意愿，并作出应答的救护人员中以时间优先或距离优先等原则选出适宜的一位救护人员。
调度服务器还根据施救位置以及选出救护人员的救护终端位置规划路线发送给选出的救护人员。
为了便于救护人员实时掌握进程，调度服务器向救护人员实时发送派出的无人机位置。实现实时指示携带该救护终端的救护人员到达施救位置。
无人机携带急救箱到达施救位置后，被救护人员以及到达现场的救护人员可以根据需要取用药品、器械等。
急救箱内的第一物品箱为病患直接开启，携带如阿司匹林药品、氧气包等常规救援物资。
使用时，被救护人员持被助终端接近读卡装置，读卡装置读取被助终端内的NFC卡信息，并连同开箱请求一并发送至救护物资管理服务器，救护物资管理服务器核对开箱请求中包含的身份认证信息，如果为注册用户，则通知急救箱的控制单元开启第一电子锁。
急救箱内的第二物品箱为有资质人员开启，携带如自动体外除颤器等需培训使用的救援物资。
救护人员需要开箱时，利用救护终端扫描二维码标识，并连同开箱请求一并发送至救护物资管理服务器，救护物资管理服务器经身份确认后通过控制单元开启第二电子锁。
完成现场施救后，无人机返回停靠站充电，并根据情况补充物资，而调度中心向救护人员预留的账户支付基本报酬；待被救护人员向调度中心支付报酬后，调度中心向救护人员预留的账户支付追加报酬。基本报酬可依据路程、时间、病情等相应核算，而追加报酬可以依据救护效果、病人感受等相应核算。
以上公开的仅为本发明的具体实施例，但是本发明并非局限于此，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。显然这些改动和变型均应属于本发明要求的保护范围保护内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何特殊限制。
Claims (9)
1.基于无人机的救护系统，包括调度中心、用户终端和挂载有急救箱的无人机，其特征在于，所述用户终端包括被救护人员携带的被助终端，以及救护人员携带的救护终端；
需要救护时，被助终端向调度中心发送携带有施救位置的求助信号；
调度中心收到所述求助信号后通知临近施救位置的可用无人机携带急救箱到达施救位置；调度中心还向处在施救位置预定距离内的所有救护终端发送询问信号，获得应答后实时指示携带该应答救护终端的救护人员到达施救位置。
2.如权利要求1所述的基于无人机的救护系统，其特征在于，所述被救护人员主动通过被助终端向调度中心发送求助信号；或所述被助终端实时采集运动特征，当检测到与跌倒动作匹配的运动特征后，向调度中心发送求助信号。
3.如权利要求2所述的基于无人机的救护系统，其特征在于，所述被助终端检测到与跌倒动作匹配的运动特征后，先提示被救护人员，在预定延时内若检测到中断操作则不再向调度中心发送求助信号；在预定延时内若没有检测到中断操作则向调度中心发送求助信号。
4.如权利要求3所述的基于无人机的救护系统，其特征在于，所述被助终端实时采集3轴加速度数据，并计算合加速度的峰值RA；
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<mi>a</mi>
<mi>z</mi>
</msub>
<mn>2</mn>
</msup>
</mrow>
</msqrt>
<mo>;</mo>
</mrow>
其中ax为水平左右方向，即X轴加速度；ay为水平前后方向，即Y轴加速度；az为竖直方向；
当RA超过阈值δA后，获取该时间点前后各2s的数据，计算
其中，T＝4s，Ax(t)为时间t时x轴加速度的大小，Ay(t)为时间t时y轴加速度的大小，Az(t)为时间t时Z轴加速度的大小；
如果RS超过阈值δS，判断为跌倒动作。
5.如权利要求1所述的基于无人机的救护系统，其特征在于，每个无人机配置有停靠站，停靠站内设有：
与无人机相互匹配的无线充电单元；
顶部作为入口的机库；
安装在机库入口部位的无人机防盗锁定机构；
安装在机库顶部辅助无人机入库的位置检测单元。
6.如权利要求5所述的基于无人机的救护系统，其特征在于，所述停靠站内设有采集停靠站位置并发送至无人机的位置标示单元。
7.如权利要求6所述的基于无人机的救护系统，其特征在于，所述用户终端还包括急救箱管理人员携带的维护终端，所述急救箱获取并统计箱内物品的消耗，当箱内物品的消耗低于阈值时，急救箱通过调度中心或直接向维护终端发送维护提示信息。
8.如权利要求7所述的基于无人机的救护系统，其特征在于，所述急救箱采集无人机的电量以及急救箱内物品的存量，并作出是否可用的评估结果发送给调度中心；
调度中心收到所述求助信号后，依据各无人机在评估结果通知临近施救位置的可用无人机。
9.如权利要求1所述的基于无人机的救护系统，其特征在于，完成救护后，调度中心向救护人员预留的账户支付基本报酬；待被救护人员向调度中心支付报酬后，调度中心向救护人员预留的账户支付追加报酬。
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