CN111902848B - 用于溺水检测的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于检测水体内溺水的系统和方法，通过对从水体内获得的声信号进行信号处理来提供检测，该声信号是由浸入水体内的水听器阵列所接收的。

Description

用于溺水检测的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种用于检测水体内溺水的系统和方法，尤其涉及一种系统，在该系统中，由处理器对来自水体内的声学信号实施信号处理而提供检测。

背景技术

溺水可以发生在诸如游泳池、湖泊、海洋、大海、甚至是浴缸之类的任何水体或类似环境中。溺水并不一定意味着人不懂游泳，其他诸如头部外伤、定向丧失、定向障碍以及失去知觉之类的因素也会导致溺水。

2岁至9岁的儿童是致命溺水的高危人群。美国的每日溺水统计数据显示，在大约160例溺水事件中，有大约120例接受急救、40例住院；15例康复、15例遭受不可逆转的伤害以及10例死亡。

存在各种形式的漂浮设备和检测设备，这些设备基于诸如救生衣、漂浮物、游泳圈、各种形状的可充气漂浮设备之类个体穿戴防护装备来起作用。

Sitbon等人的美国专利公开第2013/0328683号教导了用于基于穿戴设备的个人的信号处理特性来进行溺水检测的可穿戴设备。

Coffelt的美国专利第6,111,510号公开了用于基于是否存在身体机能的声波的水下溺水检测系统的系统。

发明内容

存在尚未满足的需求并且实现一种能够识别水体中的溺水事件的同时识别和传送溺水受害者的位置的系统和方法非常有用。优选地，将个体的位置传送给诸如救生员、医师或类似的个体之类的紧急响应者，和/或能够治疗或响应此类紧急事件的自动化设备。

本发明的实施例通过利用被配置成在监测水体的同时侦听和检测与溺水相关的声学特征的系统来检测溺水事件。在实施例中，当检测到此类溺水声学特征时，实现警报状态协议。优选地，警报状态包括下述至少之一：声音和警报、通知有能力的第一响应者、通知紧急服务等或前述组合。

在实施例中，系统还用于通过识别声学特征来源的位置来识别溺水受害者的位置。

在实施例中，系统包括浸入被监测的水体内的水听器阵列。水听器阵列在功能上连接到处理设备，该处理设备对由水听器阵列提供的声信号进行数字信号处理以及分析。在实施例中，信号处理和分析用于检测指示溺水的声学特征。

在实施例中，系统还可以包括可用来改善信噪比的附加传感器。例如，可以在水体外放置麦克风以确定背景噪声。例如，在泳池设置中，可以在泳池的水泵和过滤器附近放置麦克风，以提供周围噪音的附加数据。

在实施例中，系统还可以包括附加的浸入式和/或水下传感器，以根据被监测的水体内传出的噪声来改善信噪比。此类水下传感器模块可以为如下传感器，该传感器为例如被配置成浸入被监测的水体中的运动传感器、加速度计、陀螺仪传感器、深度传感器、压力传感器、温度传感器、pH传感器、相机、光学传感器等或前述任意组合。

在实施例中，系统还可以与至少一个或多个辅助设备通信或在功能上与至少一个或多个辅助设备相关联，以传送警报状态和/或拉响警报状态。辅助设备可以例如包括但不限于喇叭、警报器、通信设备、移动通信设备、服务器、第一响应者呼叫中心、紧急服务呼叫中心等或其任意组合。

本发明的系统和方法优选地提供一种安全措施，以防止在诸如水池、湖泊、海洋或类似的水体之类的含水环境中意外溺水。

在实施例中，包括多个水听器的水听器阵列可以以任何方式分布和/或布置在被监测的水体内，以提供对水体的整个区域的充分覆盖。例如，水听器阵列可以以网格布置、同轴布置、三角布置、单层布置、多层(深度方向)布置等或前述任意组合进行布置。

在一些实施例中，水听器阵列可以沿着例如游泳池的水体的下表面以平面网格状的方式布置。

在一些实施例中，水听器阵列可以以多层布置进行布置，其中，水听器沿着下表面并且沿着至少一个或多个侧(壁)表面放置。例如，第一水听器阵列布置沿着水池的底面，第二水听器阵列布置沿着水池的至少一个或多个壁的高度方向。

在实施例中，可以将水听器放置距限定被监测的水体的水池壁和/或水池边缘的一距离(d)处。确定距离d，以确保能够监测到的声信号质量，从而由沿着水体边缘(例如水池壁)放置的水听器来减少和/或避免会产生的任何回声和/或反射影响。

在实施例中，每个水听器的放置优选地提供有唯一的位置特定地址例如GPS地址和/或坐标。优选地，提供唯一的水听器地址以便于识别和定位在水体内的溺水事件的来源，并进一步用于传送水体内的溺水受害者的位置。可选地，如前所述将位置传送至辅助设备和/或系统，且该位置在地图上可识别。

在实施例中，形成水听器阵列的各个水听器还可以与本地传感器和/或变换器相关联，该本地传感器和/或变换器例如包括但不限于pH传感器和/或温度传感器、光源、加速度计等或前述任意组合。更优选地，各个水听器可以与温度传感器相关联和/或与温度传感器邻接以确定环境水温。在一些实施例中，水听器阵列的选择性部分将装配有温度传感器和/或与温度传感器在功能上相关联。

在实施例中，水听器阵列可由以有线或无线方式在功能上与处理中心和/或设备耦接的多个单独的水听器形成。相应地，水听器可以是与处理中心和/或设备在功能上耦接且可操作的无线和/或有线水听器。

在实施例中，处理中心用于对从水听器阵列接收到的声信号实现基于专用处理器的信号处理方法，以监测、检测和定位水体内的溺水事件。

在实施例中，基于处理器的信号处理方法包括执行频域中的滤波和分析以识别指示溺水个体的独特声学特征。该声学特征是可识别的，并且位于大约200Hz至高达大约1200Hz的特定频带内。

在实施例中，处理中心优选地包括预分类的溺水声学特征信号的声学特征储库和/或库和/或数据库和/或在功能上与预分类的溺水的声学特征信号的声学特征储库和/或库和/或数据库相关联，这将优选地有利于对识别和分析从水听器阵列获得的声信号的处理。

最优选地，声学特征与在溺水事件期间由溺水个体产生的声波相关。可以基于已知的解剖防御反射来解释溺水声，一起实现该解剖防御反射以试图防止水或有害物质进入上呼吸系统和下呼吸系统。这些反射包括喉痉挛和咳嗽反射，已知该喉痉挛和咳嗽反射通过主要位于气管、咽和鼻腔壁上的刺激性受体来激活，或者通过刺激耳廓分支而被激活(经由喉内神经的阿诺德反射)。当两个反射都被触发时，迷走神经的轴突脉冲开始连锁反应，可观察到其到达延髓并传出回呼吸系统(声门、声带、隔膜、肋间肌)。这些反射的组合激活阻碍和/或排斥防御动作，以防止水或类似异物进入呼吸系统，并进而产生由限定本发明实施例的系统和方法监测到的独特的溺水声学特征。

在实施例中，处理中心用于通过处理从水听器阵列接收到的数字数据来识别溺水事件的位置，处理中心通过利用相位控制处理技术来产生从选择的水听器发出定向波束，以确定并绘制相对于水听器阵列位置的溺水事件的位置。

在本申请的上下文中，术语水听器指的是能够在水下获取声信号的水下麦克风。可以使用本领域中已知的任何形式的水听器。

应当理解，为清楚起见地在不同的实施例的上下文中描述的本发明的某些特征，也可以在单个实施例中进行组合。相反，为简洁起见地在单个实施例的上下文中描述的本发明的各种特征，也可以单独地或以任何合适的子组合或在本发明的任何其他描述的实施例中合适地提供。在各种实施例的上下文中描述的某些特征不应被认为是那些实施例的必要特征，除非该实施例没有那些要素就无法操作。

尽管已经结合本发明的特定实施例对本发明进行了描述，但是显然，许多替换、修改和变化对于本领域技术人员而言将是明显的。因此，意在涵盖落入所附权利要求的范围内的所有此类替换、修改和变化。

本申请中对任何参考文献的引用或标识均不应被理解为承认该参考文献可作为本发明的现有技术。

在本文中使用章节标题仅为了简化对说明书的理解，并且不应被解释为必要的限制。

除非另有定义，否则本发明的各种实施例可以以多种格式、平台提供给最终用户，并且可以输出给计算机可读存储器、计算机显示设备、打印输出、网络上的计算机或用户中的至少一个。

除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的相同含义。本文中提供的材料、方法和示例仅是说明性的，而并非旨在限制。

本发明的方法和系统的实现包含手动地、自动地或其组合来执行或完成某些选择的任务或步骤。此外，根据本发明的方法和系统的优选实施例的实际仪器和设备，可以通过在任何固件的任何操作系统上的硬件或软件或其组合来实施多个选择的步骤。例如，对于硬件，可以由芯片或电路实现本发明的所选步骤。对于软件，可以由使用任何合适的操作系统的计算机执行的多个软件指令来实现本发明的所选步骤。在任何情况下，本发明的方法和系统的所选步骤都可以描述为由诸如执行多个指令的计算平台之类的数据处理器执行。

应当注意，可选地，任何具有数据处理器和/或执行一个或多个指令的能力的设备都可以被描述为计算机，包括但不限于PC(个人计算机)、服务器、小型计算机、蜂窝电话、智能电话、PDA(个人数据助手)、寻呼机等。彼此通信的任何两个或更多个此类设备，和/或与任何其他计算机通信的任何计算机都可以可选地包括“计算机网络”。

附图说明

这里仅通过示例的方式参考附图描述本发明。现在具体参考附图进行详细描述，要强调的是，所示出的细节仅是示例性的并且仅是出于说明性目的讨论本发明的优选实施例，并且是为了提供被认为是对本发明的原理和概念方面的最有用和最容易理解的描述而示出的。就这点而言，不试图做出比对本发明的基本理解所必需的更详细的本发明的结构细节的展示，结合附图所进行的描述对于本领域技术人员而言明显的是如何在实践中实施本发明的几种形式。

在附图中：

图1是根据本发明实施例的用于溺水检测的系统的示意性框图。

图2是示出用于使用根据本发明的系统来识别溺水事故的方法的示意性流程图。

图3是根据本发明实施例的装配有用于溺水检测的系统的游泳池的示意图。

图4是根据本发明的实施例的用于溺水检测的系统和方法实现方式的示意框图。

图5A至图5B是使用根据本发明的实施例的系统所获得的声信号的示意性图示；图5A示出了从水听器阵列获得的时域中的经滤波的原始信号；图5B示出了信号处理之后的频域中的信号，该信号标识出在20 0Hz与1200Hz之间的范围内的溺水声学特征。

具体实施方式

可以参照附图和所附描述更好地理解本发明的原理和操作。

在整个说明书中使用以下附图标记来指代在下文的整个说明书中使用的类似功能组件。

10 被监测的水体；

12 泳池系统；

20 辅助设备；

100 监测系统；

102 水听器阵列；

104 处理中心；

105 警报信号；

106 外部环境传感器；

108 水中辅助传感器模块；

110 信号处理模块；

112 自适应滤波器；

114 帧分割器；

116 频率分析；

118 特性库；

120 波束成形相位控制模块；

122 决策逻辑模块；

124 警报状态模块；

130 电子/电路模块；

132 微处理器子模块；

134 电源子模块；

136 通信子模块；

138 存储器子模块；

现在参考附图，图1是系统100的示意性框图，该系统100被设置用于通过实现用于检测溺水事件并对该溺水事件进行告警的基于处理器的信号处理方法来监测水体中的溺水事件。

系统100包括：水听器阵列102，该水听器阵列包括浸入在被监测的水体中的多个水听器(102_a...n)，所述多个水听器包括‘n’个水听器，其中‘n’至少为4(n＞4)；以及处理中心104，该处理中心对由水听器阵列102所提供的声信号提供基于处理器的信号处理，以检测溺水事件。

在实施例中，水听器阵列102可以采取任何形式，其中多个水听器可以以任何方式分布和/或布置在被监测的水体内，以对要被监测的水体的整个区域提供充分覆盖。

例如，水听器阵列102可以以网格布置、同轴布置、三角布置、单层布置、多层(深度方向)布置等或其任意组合进行布置。

在一些实施例中，水听器阵列102可以沿着和/或邻近例如游泳池的水体的下表面以平面网格状的方式布置。例如，在非限制性实施例中，阵列102可以沿着游泳池的地板设置。例如，在非限制性实施例中，阵列102可以邻近游泳池的地板和/或壁设置，其中，形成阵列102的各个水听器可以放置在游泳池地板本身上方的距离(d)处，使得水听器是悬挂在地板附近但不在地板本身上。在一些实施例中，距离(d)可以在距游泳池地板约几厘米的数量级，例如高达约15cm。

在一些实施例中，水听器阵列可以布置为多层布置，其中，水听器沿着下表面以及沿着至少一个或多个侧(壁)表面进行放置。例如，第一水听器阵列布置可以沿着水池的底表面放置，而第二水听器阵列布置可以沿着水池的至少一个或多个壁的高度放置。

例如，设置在游泳池内的水听器阵列102可以包括至少四个水听器102n，它们以网格状方式组织并且分布成两排，其中，每排都设置在游泳池的地板上并且靠近游泳池的壁，即沿着游泳池长边的相对交界处。第一排水听器邻近左边的池壁的底部设置，第二排水听器与第一排水听器相对并邻近右边的池壁的底部设置。

例如，在非限制性实施例中，阵列102可以沿着游泳池的地板和/或侧壁设置，其中，形成阵列102的各个水听器可以放置在距游泳池的壁和/或地板的距离(d)处，使得水听器悬挂在地板和/或壁附近。在一些实施例中，距离(d)可以在距游泳池壁和/或地板约几厘米的数量级，例如高达约15cm。

在实施例中，各个水听器102n的数量将是水池尺寸的函数。例如，水听器可以沿着游泳池的长度以大约1米至高达大约3米的设定间隔放置。

在实施例中，每个水听器的放置优选地设置有唯一的位置特定地址，例如GPS地址和/或地理坐标。优选地，提供唯一的水听器地址以有利于传送溺水事件和/或受害者在水体内的位置。可选地，将该位置传送到辅助设备20和/或系统，并且其中，该位置在地图上可识别。

在一些实施例中，系统100可选地还可以包括非水性传感器模块106。传感器模块106用于提高由水听器阵列102所获取的声信号的信噪比。传感器模块106可以包括放置在水体外部的至少一个或多个麦克风，以确定在水体内感测到的背景噪声。

例如，在泳池设置中使用的可选系统100中，麦克风106可以邻近泳池的机房放置，以获取从泳池的水泵和过滤器所发出的声信号，以识别它们对由水体内的水听器所感应到的噪音和/或声信号的贡献。此类数据可以被系统100用于通过提供水体中和其周围的潜在环境噪声的附加数据来改善信噪比。在另一个示例中，可以放置外部麦克风以监测水体例如游泳池周边地上的声音以改善信噪比，其中当监测和/或列出水中溺水的声学特征信号时，可以去除和/或考虑在水面上方产生的噪声。例如，可以将由水下水听器阵列102接收到和/或获取到的在水面上方溅水和玩耍的孩子所产生的噪声滤除和/或考虑和/或识别为噪声，从而改善水听器信号的噪声比。

在一些实施例中，系统100还可以装配有辅助水中传感器模块108，该辅助水中传感器模块包括至少一个或多个浸入式和/或水下传感器和/或变换器，以促进和/或改善水听器的信号。提供此类附加的浸入式和/或水下传感器108以根据被监测的水体内部发出的噪声来改善信噪比。此类水下传感器模块108可以包括如下传感器，该传感器例如包括但不限于被配置成浸入被监测的水体内的运动传感器、加速度计、陀螺仪传感器、深度传感器、压力传感器、温度传感器、pH传感器、相机、光学传感器等或前述任意组合。

处理中心104是处理和通信设备，该处理和通信设备用于进行识别由水听器阵列102所获得的溺水特性信号所需的通信和信号处理。处理中心104实施用于识别声学溺水特性信号的基于处理器的方法(图2)。

在实施例中，处理中心104可以设置在被监测的水体内部和/或水体外部。在一些实施例中，处理中心可以由多个子模块形成，其中，一些子模块在水体内部，而一些子模块在水体外部。

在实施例中，处理中心104可以以有线或无线方式在功能上与水听器阵列相关联。相应地，水听器阵列102可以是与处理中心和/或设备104在功能上耦接且可操作的无线水听器和/或有线水听器。

处理中心104包括信号处理模块110和电子/电路模块130，所述信号处理模块110和电子/电路模块130用于识别水体内的溺水声学特征信号，并在识别到溺水事件后立即实施警报程序和/或状态，并且包括生成和传送警报信号105。

信号处理模块110优选地用于实施基于处理器的方法，该方法用于从由水听器阵列102所提供的声音信号中识别溺水声学特征信号，在图4中提供了更多细节。

电子/电路模块130优选地提供实施监测水体以识别溺水的声学特征所需的处理和通信所需的硬件和/或软件。

电子/电路模块130包括微处理器子模块132、电源子模块134、通信子模块136、存储器子模块138等或前述任意组合。

在实施例中，处理器子模块132提供使处理中心104起作用和/或使系统100起作用所需的必要的处理硬件和/或软件。

在实施例中，电源子模块134提供为处理中心104和/或系统100供给动力所需的硬件和/或软件。

在实施例中，通信子模块136提供有利于系统100与辅助设备20和/或水听器阵列102进行通信所需的硬件和/或软件。

在实施例中，存储器子模块138提供有利于系统100和/或处理中心104的操作所需的硬件和/或软件。

在实施例中，系统100优选地与至少一个或多个辅助设备20通信或在功能上与所述至少一个或多个辅助设备相关联，以传送指示警报状态和/或拉响警报状态的警报信号105。

辅助设备20可以例如包括但不限于喇叭、警报器、通信设备、移动通信设备、服务器、第一响应者呼叫中心、紧急服务呼叫中心等或前述任意组合。可选地，例如诸如智能手机之类的移动通信设备的辅助设备20可以装配必要的软件和/或专用应用程序(app)以接收警报状态信号105。

在一些实施例系统中，可以由与处理中心104相关联的多个子阵列来形成水听器阵列102。例如，为了覆盖大量的水体，多个子阵列可以与单个处理中心104一起使用。

在实施例中，可以将水听器阵列和/或子阵列嵌入在柔性平台和/或壳体中，该柔性平台和/或壳体维持形成阵列和/或子阵列的各个水听器的布置。例如，此类壳体和/或柔性平台可以是其中嵌有各个水听器且浸入在被监测的水体内的乙烯基表面。

在实施例中，柔性平台和/或壳体可以通过接线或无线通信与处理中心104在功能上耦接。

在实施例中，水听器阵列102和/或子阵列的壳体和/或平台还可以包括本地电子和电路模块，该本地电子和电路模块包括电源子模块、处理器子模块、存储器子模块以及通信子模块，其中，本地电子和电路模块通过无线通信协议和/或硬接线与处理中心104在功能上耦接。

在实施例中，平台和/或壳体可以例如是包括但不限于乙烯基的柔性不透水材料。

在实施例中，形成水听器阵列102的各个水听器(102n)还可以与本地传感器和/或变换器相关联，该本地传感器和/或变换器例如包括但不限于光源、pH传感器、温度传感器和/或加速度计等或前述任意组合。

在实施例中，各个水听器(102n)可以装配有温度传感器，以确定各个水听器(102n)和水听器阵列(102)内部和周围的温度。特别地，此类温度传感器可有利于对由水听器所记录的声音进行信号处理。

在实施例中，各个水听器(102n)可以装配有加速度计以辅助信号处理，特别地以改善由阵列102和/或各个水听器102n所提供的声信号的信噪比。

在实施例中，各个水听器102n可以装配有例如发光二极管(LED)的光源或邻近光源布置。在实施例中，邻近水听器102n的LED可以是多色(RGB)LED。在实施例中，系统100可以被配置成仅在感测到溺水事件时才选择性地激活光源。在实施例中，仅激活邻近溺水事件的位置的光，以容易地识别溺水事件的位置。

在实施例中，可以根据光源与溺水事件的接近程度来选择光源的波长和/或点亮光源，其起到有利于作为定位和/或精细化信号来识别溺水事件的位置的作用，尤其在夜间或黑暗环境中具有优势。例如，可以选择性地将最接近溺水事件/位置的光点亮为红色，而将离溺水事件/位置较远的光点亮为蓝色。

图2示出了通过识别装配有系统100并由系统100所监测的水体(例如游泳池)内的溺水声学特征来识别溺水事件的方法的流程图。

首先在阶段200中，从布置在被监测的水体内的水听器阵列102接收实时声信号。将声学数据传送并传递到处理中心104以基本实时地进行处理。

接下来，在可选阶段201中，所获得的原始数据通过相位控制模块120进行波束成形，在该相位控制模块中，使用包括在水听器阵列102中的每个水听器102n以覆盖由水听器阵列102限定的区域以及被监测的水体的体积的方式来形成多个定向声束。优选地，如将在下面的可选阶段205中所描述的，波束成形有利于定位溺水事件。在实施例中，相位控制模块120将可变的相位控制移位应用于水听器阵列102的各个水听器(102n)，从而覆盖整个被监视的水体。

接下来在阶段202中，处理中心104以及更优选地信号处理模块110使用降噪滤波，以净化水听器声信号，从而使得能够对该信号进行进一步处理。优选地，所施加的滤波器可以直接应用于由阵列102所提供的数据以及由外部传感器模块106所提供的附加环境数据。滤波可以例如包括自适应滤波或本领域已知的类似滤波。

接下来在阶段204中，在净信号上实施进一步的信号处理技术以识别水体内的溺水声信号并产生警报信号105。优选地，此类信号处理技术包括滤波、帧分割、频域分析、人工智能决策支持分析、信号抽取、下采样、上采样、内插、最小值和/或最大值确定、谐波识别、小波分析、功率分析、信号微分、信号压缩、信号解压缩、变换、回归分析或其他本领域中的已知技术。

接下来在可选阶段205中，如果识别出溺水声学特征信号，则处理模块还识别在对溺水特征信号的识别中产生和/或获取和/或所涉及的各个水听器(102n)的位置，以识别可疑的溺水事件的地点。可选地且优选地，在警报状态期间优选地识别并传送溺水事故位置。

在实施例中，确定可疑溺水事件的位置可以包括：为各个水听器(102n)提供地理坐标(GPS坐标)形式的地址，优选地在系统100的安装期间提供地址；接下来，从声学数据中确定哪个水听器参与生成溺水声信号；最后，将参与生成特性信号的水听器与水听器的地理坐标地址进行交叉参考，以限定溺水事件的区域。

接下来在阶段206中，将警报状态信号105传送到与系统100相关联的至少一个或多个辅助设备20，以进行警报状态协议。可选地且优选地，警报状态信号105还可以包括基于可选阶段205中识别出的位置的溺水事件的位置。优选地，以地理坐标的形式提供该位置。

图3示出了如在地面游泳池10的设置中实施的系统100的示意图。如图所示，水听器阵列102包括多个单独的水听器102a、102b、102n，所述多个单独的水听器沿着水池的下表面布置，对泳池底部形成网格状覆盖。阵列102与示出在地面上的处理中心104在功能上连接和/或相关联。

系统100示出了装配有在功能上与处理中心104耦接的可选传感器106的包括过滤器和泵的游泳池系统和/或机房12。优选地，处理中心104可以将自适应滤波器应用于从传感器106接收的数据，以改善从阵列102接收的信噪比。

如图所示，系统100以及特别是处理中心104还在功能上与辅助设备20相关联，该辅助设备20用于接收可以从处理中心104传送来的警报状态信号105。

尽管图3描绘了具有内置式游泳池10的系统100的实现方式，但是系统100不限于此类实现方式，并且该系统可以在具有限定的和/或可限定的监测区域的任何水体中使用。此类水体可以例如包括但不限于下述中的一种或多种：地上游泳池、湖泊内的限定区域、水体内的限定区域、海洋内的限定区域、大海内的限定区域、蓄水池、储水箱、人工湖、运河、浴缸，按摩浴缸等。

图4示出了更加详细的示出处理模块110的系统100的进一步描绘。如图所示，将来自阵列102和/或传感器106中的至少一个的声信号提供和/或传送给处理中心104。

在实施例中，将来自阵列102的原始声信号传送到波束成形相位控制模块120，以从由阵列102所提供的水听器数据中生成定向数据集。

在实施例中，使用模块120以将覆盖由水听器阵列102所限定的区域以及被监测的水体的体积的方式形成多个定向声束。优选地，此类波束成形有助于相对于水听器的位置定位溺水事件。

在实施例中，相位控制模块120将可变的相位控制移位应用于水听器阵列102的各个水听器(102n)，以形成将覆盖整个被监测水体的波束。

优选地，将声学定向数据集和外部传感器数据106传送到信号处理模块110，以使用自适应滤波器模块112进行并执行数据滤波，利用帧分割模块114进行帧分割，以及利用频率分析模块116进行频率分析。其全部用来识别与溺水事件相关的声学特征信号。更优选地，声学特征的可识别频带从大约200Hz到高达大约1200Hz并且可选地高达大约1500Hz。

然后将经处理的数据提供给决策逻辑模块122和/或自动分类器，以有利于识别和/或分类信号是否为溺水信号。优选地，参考包括多个预先分类的溺水特征和/或溺水信号准则的储库和/或库和/或数据库118来呈现决策模块122。在一些实施例中，模块122还可以设置有人工智能和学习能力，并且能够随着时间的流逝识别和学习溺水事件。

如果模块122明确识别出溺水事件，则实现警报状态协议模块124。如前所述，优选地，模块124产生警报信号105并将该警报信号传送到适当的辅助设备20。更优选地，模块124还传送溺水事件相对于最接近该溺水事件的水听器的位置的位置。

图5A示出了在分类之前而在自适应滤波之后，由水听器阵列102所提供的溺水事件的时域声信号的示例。图5A中所示的信号没有隐含地示出可识别为溺水事件的特定信号，因此从时域信号不容易识别出特征。

图5B示出了5A中所描绘的信号经过频域处理之后的图，其中与溺水相关联的声学特征在200Hz至1500Hz中可识别的频带中可见。

该声学特征被认为与溺水事件期间由身体所产生的声波有关。可以基于已知的解剖防御反射来解释溺水声音，一起实现该解剖防御反射以试图防止水或有害物质进入上呼吸系统和下呼吸系统。这些反射包括喉痉挛和咳嗽反射，已知该喉痉挛和咳嗽反射通过主要位于气管、咽和鼻腔壁上的刺激性受体激活，或者通过刺激耳廓分支而被激活(经由喉内神经的阿诺德反射)。当两个反射都被触发时，迷走神经的轴突脉冲开始连锁反应，观察到其到达延髓并传出回呼吸系统(声门、声带、隔膜、肋间肌)。这些反射的组合激活了阻止和/或排斥防御动作，以防止水或类似的异物进入呼吸系统，并进而产生由本发明的实施例所监测到的独特的溺水声学特征。

尽管已经针对有限数量的实施例描述了本发明，但是应当意识到，本发明的各部分的最佳尺寸关系到包括大小、材料、形状、形式、功能以及操作方式、组装和用途的变化对于本领域技术人员而言是明显的或显而易见的，并且本发明旨在涵盖与附图中所示以及说明书中所述的所有等效关系。

因此，前述内容仅被认为是本发明原理的示例。此外，由于本领域技术人员将容易想到许多修改和改变，且并未将本发明限制为示出和描述的确切构造和操作，因此，可采用落入本发明范围内的所有适当的修改和等效。

已经参考附图描述了本发明的特定优选实施例，应当理解，本发明不限于该准确的实施例，并且本领域的普通技术人员在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围或精神的情况下可以在其中进行各种改变和修改。

本领域技术人员也能够想到本发明的进一步修改，并且所有这些都被认为落入由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内。

尽管已经针对有限数量的实施例描述了本发明，但是应当理解，可以做出本发明的许多变型、修改和其他应用。

Claims (11)

1.一种用于监测水体溺水事件的系统（100），所述系统包括：

a）水听器阵列模块（102），所述水听器阵列模块具有浸入在所述水体中的多个水听器；

b）处理中心（104），所述处理中心在功能上与所述水听器阵列模块相关联，所述处理中心用于对使用水听器阵列所获得的信号进行信号处理分析；所述信号处理中心具有信号处理模块（110），所述信号处理模块被配置为用于分析水听器信号以识别指示溺水事件的声学特征，所述声学特征具有高达1500 Hz的至少一个频带峰值，其特征在于，所检测到的声学特征与在溺水事件期间由溺水个人所生成的声波相互关联；以及

c）非水性传感器模块（106），所述非水性传感器模块包括放置在被监测水体外部的一个或多个传感器，其中，所述水体是游泳池并且其中所述传感器模块包括设置在所述游泳池的机房中的至少一个麦克风，并且其中，来自所述麦克风的数据被传送至所述处理中心以进行自适应滤波，从而减少从所述水听器阵列所获得的数据的噪声。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述频带的峰值在200 Hz与1200 Hz之间。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理中心还被配置为识别所述水体内的溺水事件相对于所述水听器阵列的位置，所述位置通过使用由所述处理中心所提供的相位控制模块（120）来识别。

4.根据权利要求1所述的系统，还包括水性传感器模块（108），所述水性传感器模块包括浸入在所述水体内的一个或多个传感器。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述水听器阵列沿着限定所述水体的下表面或侧表面中的至少一个表面布置。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述水听器阵列包括沿着所述水体的下表面布置的第一水听器阵列布置以及沿着所述水体的沿至少一个或多个侧壁表面的高度方向布置的第二水听器阵列布置。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述水听器阵列与限定所述水体的下表面或侧表面中的至少一个表面邻近布置，其中，将所述水听器阵列布置在距所述下表面或所述侧表面一距离d处。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述水听器阵列嵌入柔性平台。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，为所各个水听器提供唯一的地址，所述地址指示所述水听器的地理位置以及相对于彼此的位置。

10.一种处理器实现的方法，所述处理器实现的方法用于使用浸入在被监测的水体中的多个水听器的阵列来监测所述水体中的溺水事件，所述方法包括：

a）从水听器阵列（102）和非水性传感器模块（106）获取实时声信号数据集；

b）通过对所述实时声信号应用相位控制来实现波束形成协议，以使得所述水听器中的每一个水听器产生定向波束，以及转换所述数据集；

c）应用自适应滤波器以减少来自经转换的数据集的噪声并且将所述自适应滤波器应用于从所述非水性传感器模块（106）接收到的所述数据；

d）呈现帧分割协议；

e）进行频率分析以识别指示溺水事件的溺水特征频带，声学特征的频率在200 Hz至1200 Hz之间；

f）将经滤波的数据与声学特征库进行比较，并呈现对是否发生溺水事件的决定；

g）如果感测到溺水事件，则应用警报协议。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括执行定位顺序以识别溺水信号的来源，所述溺水信号的来源用于通过从所述水听器阵列内识别与产生所述声学特征有关的各个水听器来识别溺水事件的位置。

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