CN112896468B - 一种氦氧-空气潜水减压控制系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氦氧‑空气潜水减压控制系统和方法，其特征在于包括：潜水综合数据显控模块、潜水支持系统监测模块、潜水员基本信息库、潜水减压参数库、潜水控制器、减压控制器、状态预警模块；潜水减压方案由减压控制器根据潜水员作业深度、作业时间、作业状态自动生成，并以图形化显示方式提供给潜水员和水面指挥人员，作为减压参考，避免了由于人为因素导致的减压参数失误造成的事故。

Description

一种氦氧-空气潜水减压控制系统及其方法

技术领域

本发明涉及混合气潜水控制领域，尤其涉及一种氦氧-空气潜水减压控制系统及其方法。

背景技术

潜水员潜水作业是目前60米以浅的水下作业的主要手段。如何有效保证潜水员水下作业的效率和潜水员自身安全、健康，就迫切需要一套科学的潜水减压控制方法及系统作为潜水员水下作业的支撑。

其中，在整个潜水作业过程中减压过程又是尤为关键的一个环节，潜水员在完成潜水作业从水下高压环境浮出水面的过程中，必须根据科学的减压流程，在不同的深度停留必要的时间进行减压，使潜水员体内过饱和溶解的惰性气体排出体外，这一过程控制不好，轻则发生减压病，重则导致人员伤亡。

目前通常的潜水减压过程，是通过水面工作人员配合完成的，水面工作人员记录潜水作业时间、潜水作业深度、预计潜水时间等，并以此为依据对照潜水减压表选择合适的减压参数进行减压，潜水员潜水作业全过程需要专业的潜水医生进行全程配合，因此对水面工作人员的专业性和专注度都有很高的要求。然而，水下作业过程比较复杂，根据水下作业任务的需要，通常潜水时间为几十分钟，甚至几个小时，在这个过程中水面工作人员必须时刻保持警惕，密切关注潜水员的潜水作业过程，容易导致工作人员疲劳，如果出现错误的判断，将严重威胁潜水员的生命安全。

发明内容

基于此，本发明专利在于克服现有技术的不足，提供一种氦氧-空气潜水减压控制系统及其方法。具体的，本发明是这样实现的：

一种氦氧-空气潜水减压控制系统，包括：潜水综合数据显控模块、潜水支持系统监测模块、潜水员基本信息库、潜水减压参数库、潜水控制器、减压控制器、状态预警模块；潜水综合数据显控模块、用于显示的信息包括潜水作业点的经纬度、水面支持保障作业船只的艏向角、水深、水温、风速、风向以及水下流场层流信息；潜水支持系统监测模块、用于提供潜水员水下正常呼吸所需的必要氧气，同时对各供气节点进行实时进气压力监测，潜水员供气压力监测以及潜水员氧浓度实时监测；潜水员基本信息库、包括潜水员身份基本信息、历史潜水记录、水下工作时间、反复潜水时间间隔、反复潜水标志、适宜时长、下潜深度，用于为潜水员的潜水方案、减压方案提供决策依据；潜水减压参数库、包括潜水减压表、水面间歇时间表、剩余氮表，用于在潜水减压前，根据潜水员基本信息库、减压控制方式，调取综合优化相应的减压方案；潜水控制器，与潜水综合数据显控模、潜水支持系统监测模块、潜水员基本信息库连接，并获取数据，指导相应的潜水参数的配置，在潜水过程中实时监控并显示潜水员的下潜深度信息；减压控制器、用于减压控制方案的生成，能根据潜水综合数据显控模、潜水支持系统监测模块、潜水员基本信息库、潜水减压参数库的数据指导相应的减压参数的配置，根据上述信息综合优化生产最优减压控制方案，并给出减压方案在各阶梯站减压曲线，同时在减压过程中实时监控并显示潜水员深度数据是否与减压曲线吻合。

进一步的，所述潜水控制器指导相应的潜水参数的配置包括：潜水气体，所述潜水气体为空气和/或混合气；潜水过程，所述所述潜水过程为准备潜水、开始潜水和结束潜水。

进一步的，所述减压控制器指导相应的减压参数的配置，包括：减压气体为空气或氧气，减压过程为开始减压或结束减压；减压方式为基本减压、时间1档、时间2档、深度1档、深度2档、T&D1档或T&D2档。

进一步的，本系统还包括：状态预警模块、连接至潜水控制器和减压控制器，用于在潜水过程中潜水员潜水深度的实时图像化显示，在减压过程中减压参考曲线及减压过程的实时图像化显示，并提供减压预警提醒功能。

进一步的，本系统还支持同时满足至少2名以上的潜水员的水下作业时使用，各潜水员之间的各项作业保障、模块相互独立，互不影响。

本发明的另一方面，一种氦氧-空气潜水减压控制方法，包括以下步骤：S1、获取潜水作业点的经纬度、水面支持保障作业船只的艏向角、水深、水温、风速、风向以及水下流场层流信息的潜水综合数据；S2、为提供潜水员水下正常呼吸所需的必要氧气，同时对各供气节点进行实时进气压力监测，潜水员供气压力监测以及潜水员氧浓度实时监测，得实时监测数据；S3、获取潜水员基本信息、包括潜水员身份基本信息、历史潜水记录、水下工作时间、反复潜水时间间隔、反复潜水标志、适宜时长、下潜深度，以用作潜水员的潜水方案、减压方案提供决策依据；S4、建立潜水减压参数库、包括潜水减压表、水面间歇时间表、剩余氮表，用于在潜水减压前，根据潜水员基本信息库、减压控制方式，调取综合优化相应的减压方案；S5、潜水控制器获取潜水综合数据、潜水实时监测数据、潜水员基本信息，指导相应的潜水参数的配置，并在潜水过程中实时监控并显示潜水员的下潜深度信息；S6、减压控制器根据潜水综合数据、潜水实时监测数据、潜水员基本信息、潜水减压参数库的数据指导相应的减压参数的配置，综合优化生产最优减压控制方案，并给出减压方案在各阶梯站减压曲线，同时在减压过程中实时监控并显示潜水员深度数据是否与减压曲线吻合。

进一步的，本方法还包括步骤S7，在潜水过程中潜水员潜水深度的实时图像化显示，在减压过程中减压参考曲线及减压过程的实时图像化显示，并提供减压预警提醒功能；减压预警提醒功能包括：潜水深度获取、时间计数、压力曲线对比、减压提示；根据减压参考曲线和潜水员实际减压曲线，进行减压监测和提示：减压正常、停留减压、开始上浮、上浮过慢、上浮过快。

进一步的，步骤S5中，还包括：潜水员潜水气体选择为“空气”或“混合气”；进入准备潜水阶段S205；开始下潜，实时监测潜水员水下活动状态；结束下潜，完成水下作业任务，停止下潜，此时为水下作业的最大深度，等待进入减压控制阶段。

进一步的，步骤S6中，还包括：通过潜水支持系统监测确认空气、混合气的进气压力，潜水员供气压力以及潜水员氧浓度是否正常，确保潜水员水下正常呼吸所需的必要气体；减压参数获取，根据潜水作业信息，通过潜水减压参数库，获取包括潜水减压表、水面间歇时间表、剩余氮表的减压控制参数，然后通过减压控制器综合优化为生产相应的减压方案；减压气体的选择，根据实际情况选择“空气”或“氧气”；减压方式选择，根据实际情况可有“时间1、2档”、“深度1、2档”、“T&D1、2档”6种减压控制方式供选择；生成减压方案，减压控制器根据上述信息，生成最优减压方案；减压方案图像化显示，通过时间和深度轴按阶段性的站点形式直观的反映出减压控制曲线。

进一步的，所述减压方案图像化显示，还包括：所述每一站减压过程都分为上浮和减压两个过程，减压参数和潜水作业参数确认了每一站的上浮距离和减压时间，水面工作人员和潜水员科研根据图形化的减压控制曲线，完成整个减压过程的上浮和减压过程。

本发明的工作原理和有益效果：

潜水减压方案由减压控制器根据潜水员作业深度、作业时间、作业状态自动生成，并以图形化显示方式提供给潜水员和水面指挥人员，作为减压参考，避免了由于人为因素导致的减压参数失误造成的事故。

附图说明

图1为该系统组成及工作流程框图；

图2为潜水控制方法流程图；

图3为减压控制方案生产流程图；

图4为减压控制过程示意图；

图5为减压图像化显示及预警示意图；

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明所述的一种氦氧-空气潜水减压控制系统及其方法进行更全面的描述。附图中给出了本发明专利的系统组成及实现方法、控制流程。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。

实施例1：一种氦氧-空气潜水减压控制系统

包括潜水综合数据显控模块、潜水支持系统监测模块、潜水员基本信息库、潜水减压参数库、潜水控制器、减压控制器、状态预警模块组成。该潜水减压控制系统同时能满足3名潜水员的水下作业，潜水员间各作业保障模块相互独立，互不影响。

其中，潜水综合数据显控模为潜水作业提供环境信息，为潜水作业方案的实施提供决策依据，主要显示的信息包括潜水作业点的经纬度、水面支持保障作业船只的艏向角、水深、水温、风速、风向以及水下流场层流信息(流速、流向)等。

其中，潜水支持系统监测模块主要是保障潜水员水下正常呼吸所需的必要氧气，同时对各供气节点进行实时监测，包括空气、混合气(氦氧)的进气压力监测，潜水员供气压力监测以及潜水员氧浓度实时监测等。

其中，潜水员基本信息库为潜水员身份基本信息、历史潜水记录、反复潜水时间间隔等，为潜水员的潜水方案、减压方案提供决策依据，主要的信息包括：姓名、潜水编号、水下工作时间、反复潜水标志、适宜时长、下潜深度等。

其中，潜水减压参数库为潜水减压方案的决策依据，主要包括潜水减压表、水面间歇时间表、剩余氮表等，在潜水减压前，减压控制器根据潜水员基本信息库中获取的基本信息以及减压控制方式，综合优化为生产相应的减压方案。

其中，潜水控制器为潜水控制方案的生成器，潜水控制器根据潜水综合数据显控模、潜水支持系统监测模块、潜水员基本信息库等数据指导相应的潜水参数的配置，包括潜水气体(空气、混合气)，潜水过程(准备潜水、开始潜水、结束潜水)，同时在潜水过程中实时监控并显示潜水员的下潜深度信息。

其中，减压控制器为减压控制方案的生成器，减压控制器根据潜水综合数据显控模、潜水支持系统监测模块、潜水员基本信息库、潜水减压参数库等数据指导相应的减压参数的配置，包括减压气体(空气、氧气)，减压过程(开始减压、结束减压)以及减压方式(基本减压、时间1档、时间2档、深度1档、深度2档、T&D1档、T&D2档)，最后根据上述信息综合优化生产最优减压控制方案，并给出减压方案在各阶梯站减压曲线，同时在减压过程中实时监控并显示潜水员深度数据是否与减压曲线吻合。

其中，潜水/减压图像化显示与预警实现在潜水过程中潜水员潜水深度的实时图像化显示，在减压过程中减压参考曲线及减压过程的实时图像化显示，并提供减压预警提醒。

该潜水减压控制系统能够实现将环境状态信息、潜水员潜水历史数据、不同标准的潜水减压表进行数据融合与集中显控，大大简化了潜水作业的流程，有效减低了水面保障人员的工作强度。同时，系统进行了模块化设计，能够兼容不同的作业场景以及不同标准的潜水减压表，系统功能具有很高的扩张性。

该潜水减压控制系统能够同时满足3各工位的潜水作业需求，各工位间相互独立、互补影响，兼顾“空气潜水”、“混合气潜水”两种不同的潜水模式，可选择“空气”、“氧气”等减压气体，满足不同减压需求。同时兼顾“时间1档”、“时间2档”、“深度1档”、“深度2档”、“T&D1档”、“T&D2档”等5种减压控制方式。

实施例2：一种氦氧-空气潜水减压控制方法

如图1所示，包括潜水综合数据显控S40、潜水支持系统监测S50、潜水员基本信息库S60、潜水减压参数库S30、潜水控制器S20、减压控制器S10、状态预警模块S70组成。该潜水减压控制系统同时能满足3名潜水员的水下作业，潜水员间各作业保障模块相互独立，互不影响。

潜水综合数据S40为潜水作业提供环境信息，为潜水作业方案的实施提供决策依据，主要显示的信息包括潜水作业点的经纬度、水面支持保障作业船只的艏向角、水深、水温、风速、风向以及水下流场层流信息(流速、流向)等。潜水支持系统监测S50主要是保障潜水员水下正常呼吸所需的必要氧气，同时对各供气节点进行实时监测，包括空气、混合气(氦氧)的进气压力监测，潜水员供气压力监测以及潜水员氧浓度实时监测等。潜水员基本信息库S60为潜水员身份基本信息、历史潜水记录、反复潜水时间间隔等，为潜水员的潜水方案、减压方案提供决策依据，主要的信息包括：姓名、潜水编号、水下工作时间、反复潜水标志、适宜时长、下潜深度等。潜水减压参数库S30为潜水减压方案的决策依据，主要包括潜水减压表、水面间歇时间表、剩余氮表等，在潜水减压前，减压控制器根据潜水员基本信息库中获取的基本信息以及减压控制方式，综合优化为生产相应的减压方案。潜水控制器S20为潜水控制方案的生成器，潜水控制器根据潜水综合数据显控模、潜水支持系统监测模块、潜水员基本信息库等数据指导相应的潜水参数的配置，包括潜水气体(空气、混合气)，潜水过程(准备潜水、开始潜水、结束潜水)，同时在潜水过程中实时监控并显示潜水员的下潜深度信息。减压控制器S10为减压控制方案的生成器，减压控制器根据潜水综合数据显控模、潜水支持系统监测模块、潜水员基本信息库、潜水减压参数库等数据指导相应的减压参数的配置，包括减压气体(空气、氧气)，减压过程(开始减压、结束减压)以及减压方式(基本减压、时间1档、时间2档、深度1档、深度2档、T&D1档、T&D2档)，最后根据上述信息综合优化生产最优减压控制方案，并给出减压方案在各阶梯站减压曲线，同时在减压过程中实时监控并显示潜水员深度数据是否与减压曲线吻合。潜水/减压图像化显示与预警S70实现在潜水过程中潜水员潜水深度的实时图像化显示，在减压过程中减压参考曲线及减压过程的实时图像化显示，并提供减压预警提醒。

如图2所示，潜水控制流程主要包括：综合潜水数据获取S201、潜水支持系统确认S202、潜水员信息获取S203、潜水气体选择S204以及准备潜水S205、开始下潜S206、结束下潜S207等，具体实施步骤如下：

第一步：通过潜水综合数据S40获取潜水作业点的经纬度、水面支持保障作业船只的艏向角、水深、水温、风速、风向以及水下流场层流信息(流速、流向)等，为潜水作业方案的实施提供决策依据；

第二步：通过潜水支持系统监测S50确认空气、混合气(氦氧)的进气压力，潜水员供气压力以及潜水员氧浓度是否正常，确保潜水员水下正常呼吸所需的必要氧气。

第三步：通过潜水员基本信息库S60获取潜水员姓名、潜水编号、水下工作时间、反复潜水标志、适宜时长等基本信息以及历史潜水记录、反复潜水时间间隔等，为潜水员的潜水方案、减压方案提供决策依据。

第四步：通过潜水综合显控界面，潜水员潜水气体选择S204，可以选择“空气”或“混合气”，潜水气体决定了潜水极限深度等潜水指标。

第五步：完成上述基本配置即可进入准备潜水阶段S205。

第六步：开始下潜S206，实时监测潜水员水下活动状态。

第七步：结束下潜S207，完成水下作业任务，停止下潜，此状态为水下作业的最大深度，下一个阶段就是减压控制阶段。

如图3所示，生成减压方案主要包括综合潜水数据获取S101、潜水支持系统确认S102、减压参数获取S103、减压气体选择S104、减压方式选择S106、减压方案图像化显示S107，具体实施过程如下：

首先，通过潜水综合数据S40潜水员所在水域水深、水温、风速、风向以及水下流场层流信息(流速、流向)等，为减压作业实施提供决策依据；

进一步，通过潜水支持系统监测S50确认空气、混合气(氦氧)的进气压力，潜水员供气压力以及潜水员氧浓度是否正常，确保潜水员水下正常呼吸所需的必要气体；

进一步，减压参数获取S103，根据上述潜水作业信息，通过潜水减压参数库S30，获取包括潜水减压表S121、水面间歇时间表S122、剩余氮表S123减压控制参数，然后通过减压控制器综合优化为生产相应的减压方案。

进一步，减压气体的选择S104，根据实际情况选择“空气”或“氧气”；

进一步，减压方式选择S105，根据实际情况可有“时间1、2档”S111、“深度1、2档”S112、“T&D1、2档”S113等6种减压控制方式供选择。

进一步，生成减压方案S106，减压控制器根据上述信息，生成最优减压方案；

进一步，减压方案图像化显示，通过时间和深度轴直观的反映出减压控制曲线。

如图4所示的8站减压方案为例，每一站减压过程都分为上浮和减压两个过程，减压参数和潜水作业参数确认了每一站的上浮距离和减压时间，水面工作人员和潜水员科研根据图形化的减压控制曲线，完成整个减压过程的上浮和减压过程。

如图4、图5所示，为本方案中提出的减压图像化显示及预警，包括潜水深度获取S131、时间计数S132、压力曲线对比S133、减压提示S134等过程。根据图4、图5所示的减压参考曲线和潜水员实际减压曲线，有如下的减压提示：减压正常S141、停留减压S142、开始上浮S143、上浮过慢S144、上浮过快S145。

以上所述实施例的各技术特征可以进行组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种氦氧-空气潜水减压控制系统，其特征在于包括：潜水综合数据显控模块、潜水支持系统监测模块、潜水员基本信息库、潜水减压参数库、潜水控制器、减压控制器、状态预警模块；其中：

潜水综合数据显控模块、用于显示的信息包括潜水作业点的经纬度、水面支持保障作业船只的艏向角、水深、水温、风速、风向以及水下流场层流信息；

潜水支持系统监测模块、用于提供潜水员水下正常呼吸所需的必要氧气，同时对各供气节点进行实时进气压力监测，潜水员供气压力监测以及潜水员氧浓度实时监测；

潜水员基本信息库、包括潜水员身份基本信息、历史潜水记录、水下工作时间、反复潜水时间间隔、反复潜水标志、适宜时长、下潜深度，用于为潜水员的潜水方案、减压方案提供决策依据；

潜水减压参数库、包括潜水减压表、水面间歇时间表、剩余氮表，用于在潜水减压前，根据潜水员基本信息库、减压控制方式，调取综合优化相应的减压方案；

潜水控制器，与潜水综合数据显控模、潜水支持系统监测模块、潜水员基本信息库连接，并获取数据，指导相应的潜水参数的配置，在潜水过程中实时监控并显示潜水员的下潜深度信息；

减压控制器、用于减压控制方案的生成，能根据潜水综合数据显控模、潜水支持系统监测模块、潜水员基本信息库、潜水减压参数库的数据指导相应的减压参数的配置，根据上述信息综合优化生产最优减压控制方案，并给出减压方案在各阶梯站减压曲线，同时在减压过程中实时监控并显示潜水员深度数据是否与减压曲线吻合。

2.根据权利要求1所述的一种氦氧-空气潜水减压控制系统，其特征在于，所述潜水控制器指导相应的潜水参数的配置包括：

潜水气体，所述潜水气体为空气或氦氧混合气；

潜水过程，所述潜水过程为准备潜水、开始潜水和结束潜水。

3.根据权利要求1所述的一种氦氧-空气潜水减压控制系统，其特征在于，所述减压控制器指导相应的减压参数的配置，包括：

减压气体为空气或氧气，

减压过程为开始减压或结束减压；

减压方式为基本减压、时间1档、时间2档、深度1档、深度2档、时间+深度1档或时间+深度2档。

4.根据权利要求1所述的一种氦氧-空气潜水减压控制系统，其特征在于，还包括：状态预警模块、连接至潜水控制器和减压控制器，用于在潜水过程中潜水员潜水深度的实时图像化显示，在减压过程中减压参考曲线及减压过程的实时图像化显示，并提供减压预警提醒功能。

5.根据权利要求1所述的一种氦氧-空气潜水减压控制系统，其特征在于，本系统还支持同时满足至少2名以上的潜水员的水下作业时使用，各潜水员之间的各项作业保障、模块相互独立，互不影响。

6.一种氦氧-空气潜水减压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取潜水作业点的经纬度、水面支持保障作业船只的艏向角、水深、水温、风速、风向以及水下流场层流信息的潜水综合数据；

S2、为提供潜水员水下正常呼吸所需的必要氧气，同时对各供气节点进行实时进气压力监测，潜水员供气压力监测以及潜水员氧浓度实时监测，得实时监测数据；

S3、获取潜水员基本信息、包括潜水员身份基本信息、历史潜水记录、水下工作时间、反复潜水时间间隔、反复潜水标志、适宜时长、下潜深度，以用作潜水员的潜水方案、减压方案提供决策依据；

S4、建立潜水减压参数库、包括潜水减压表、水面间歇时间表、剩余氮表，用于在潜水减压前，根据潜水员基本信息库、减压控制方式，调取综合优化相应的减压方案；

S5、潜水控制器获取潜水综合数据、潜水实时监测数据、潜水员基本信息，指导相应的潜水参数的配置，并在潜水过程中实时监控并显示潜水员的下潜深度信息；

S6、减压控制器根据潜水综合数据、潜水实时监测数据、潜水员基本信息、潜水减压参数库的数据指导相应的减压参数的配置，综合优化生产最优减压控制方案，并给出减压方案在各阶梯站减压曲线，同时在减压过程中实时监控并显示潜水员深度数据是否与减压曲线吻合。

7.根据权利要求6所述的一种氦氧-空气潜水减压控制方法，其特征在于，还包括步骤S7，在潜水过程中潜水员潜水深度的实时图像化显示，在减压过程中减压参考曲线及减压过程的实时图像化显示，并提供减压预警提醒功能；

减压预警提醒功能包括：潜水深度获取、时间计数、压力曲线对比、减压提示；根据减压参考曲线和潜水员实际减压曲线，进行减压监测和提示：减压正常、停留减压、开始上浮、上浮过慢、上浮过快。

8.根据权利要求6所述的一种氦氧-空气潜水减压控制方法，其特征在于，步骤S5中，还包括：

潜水员潜水气体选择为“空气”或“氦氧混合气”；进入准备潜水阶段S205；

开始下潜，实时监测潜水员水下活动状态；

结束下潜，完成水下作业任务，停止下潜，

此时为水下作业的最大深度，等待进入减压控制阶段。

9.根据权利要求6所述的一种氦氧-空气潜水减压控制方法，其特征在于，步骤S6中，还包括：

通过潜水支持系统监测确认空气、氦氧混合气的进气压力，潜水员供气压力以及潜水员氧浓度是否正常，确保潜水员水下正常呼吸所需的必要气体；

减压参数获取，根据潜水作业信息，通过潜水减压参数库，获取包括潜水减压表、水面间歇时间表、剩余氮表的减压控制参数，然后通过减压控制器综合优化为生产相应的减压方案；

减压气体的选择，根据实际情况选择“空气”或“氧气”；

减压方式选择，根据实际情况可有“时间1、2档”、“深度1、2档”、“时间+深度1档”、“时间+深度2档”6种减压控制方式供选择；

生成减压方案，减压控制器根据上述信息，生成最优减压方案；

减压方案图像化显示，通过时间和深度轴按阶段性的站点形式直观的反映出减压控制曲线。

10.根据权利要求9所述的一种氦氧-空气潜水减压控制方法，其特征在于，所述减压方案图像化显示，还包括：所述每一站减压过程都分为上浮和减压两个过程，减压参数和潜水作业参数确认了每一站的上浮距离和减压时间，水面工作人员和潜水员科研根据图形化的减压控制曲线，完成整个减压过程的上浮和减压过程。

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