CN117159861A - 一种天基北斗微型补氧救援方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及补氧救援领域，尤其涉及一种天基北斗微型补氧救援方法及系统，当前，对补氧救援方法的研究仍存在氧量偏差、忽视环境变量的问题，本发明提出以下方案，首先采集待救援人员的身体数据，根据身体数据确定待救援人员的可承载供氧量，再根据天基北斗定位待救援人员的位置，根据待救援人员的位置确定当前环境的氧气含量，最后根据确定的可承载供氧量和当前环境的可利用供氧量，自动控制氧气的产生速率，适合待救援人员的承受情况，帮助待救援人员应急补氧，提高了救援数据的准确性，增强救援效果。

Description

一种天基北斗微型补氧救援方法及系统

技术领域

本发明涉及补氧救援领域，尤其涉及一种天基北斗微型补氧救援方法及系统。

背景技术

氧气是维持人类生存的必需物质之一，人类利用氧气进行呼吸作用为人体器官细胞供能，离开氧气或者缺乏氧气，人体器官细胞会出现功能障碍，产生不可逆损伤甚至导致死亡。在急救中，氧气补给已经成为减轻人员继发性损伤的前提，一般氧气治疗是为了避免低氧血症和组织缺氧，因此补氧救援方法的研究成为关键。

北斗卫星导航系统是目前在全球范围内广泛使用的卫星导航系统，它是我国自主研发且拥有自主知识产权的卫星系统。北斗卫星导航系统BDS同美国全球定位系统GPS、欧盟的伽利略卫星导航系统Galileo和俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统GLONASS是全球范围内现存的四大卫星导航系统。在应急补氧救援中，待救援人员的定位和供氧量的恰当控制是关键。

如授权公告号为CN115414764B的中国专利公开了一种制氧系统，用于解决在运行过程中，压力波动易产生喘振而导致故障停机的问题，该专利缺少对待救援人员情况的采集，仅仅在制氧方法内部做改进和优化，同时缺少对环境数据的获取。

如授权公告号为CN111757847B的中国专利公开了一种便携式制氧机，该专利主要解决制氧机发热量大、噪音大、零部件多、结构复杂、成本高，不适宜便携使用的问题，其利用环境中的空气分离氧气，但是没有将待救援人员的身体情况考虑进去，同时缺少北斗定位信息的采集。

发明内容

本发明提出一种天基北斗微型补氧救援方法及系统，首先采集待救援人员的身体数据，根据身体数据确定待救援人员的可承载供氧量，再根据天基北斗定位待救援人员的位置，根据待救援人员的位置确定当前环境的氧气含量，最后根据确定的可承载供氧量和当前环境的可利用供氧量，自动控制氧气的产生速率，适合待救援人员的承受情况。利用电解水的方式产生氧气，在此基础上采集待救援人员的身体数据和环境中的氧气含量数据，然后通过对补氧装置内部压强和氧气流速的控制，适应待救援人员的氧气承受能力，同时设置压强、液位和北斗定位传感器，提升补氧救援方法的实用性，扩大救援的使用范围。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种天基北斗微型补氧救援方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：采集待救援人员的身体数据，根据身体数据确定待救援人员的可承载供氧量；

S2：根据天基北斗定位待救援人员的位置，根据待救援人员的位置确定当前环境的氧气含量；

S3：根据确定的可承载供氧量和当前环境的可利用供氧量，自动控制氧气的产生速率，适合待救援人员的承受情况。

具体的，S1所述的身体数据包括血氧饱和度、呼吸频率，所述血氧饱和度利用双波长透射法进行采集，所述呼吸频率采用脉搏饱和度传感器采集。

具体的，所述可承载供氧量的计算公式如下：

Ocap＝b*l_cap*R_air*t-SpO₂*f_lung，

其中Ocap表示待救援人员的可承载供氧量，b表示呼吸频率，l_cap表示待救援人员的肺容量，R_air表示空气中的氧气含量，t表示补氧的时长，SpO₂表示血氧饱和度，f_lung表示流经肺泡的血量。

具体的，所述S2的环境数据包括温度、湿度、空气流速、位置，所述环境数据利用外置的传感器和天基北斗传感器共同采集，所述环境的可利用供氧量计算公式如下：

Oava＝O_T×ω_T+O_W×ω_W+O_A×ω_A，

其中Oava表示环境的可利用供氧量，O_T表示根据温度测定的含氧量，ω_T表示温度对含氧量的相关程度，O_W表示根据湿度测定的含氧量，ω_W表示湿度对含氧量的相关程度，O_A表示根据空气流速测定的含氧量，ω_A表示空气流速对含氧量的相关程度。

具体的，S3所述的控制氧气速率的步骤包括：

S3.1：设置储气腔的额定压强P_额，压强传感器根据P_额控制气阀开闭的大小，储气腔压强达到P_额则关闭气阀，设反应池的压强为P_react，反应池处的公式如下：

其中P_react为氧气反应池处的压强，单位为Pa，n为反应产生氧气的物质的量，单位为mol，R表示气体常数，单位为J/(mol·K)，T表示反应池内气体的温度，单位为K，V表示反应池中气体的体积，单位为m³，a、b分别表示气体分子之间的吸引力和斥力效应；

S3.2：在储气腔与供气口之间设置压强传感器和气阀，利用待救援人员的可承载供氧量和环境的可利用供氧量的差值计算供气口处的压强，根据压强确定气阀的升起高度，公式如下：

其中Oava表示环境的可利用供氧量，Ocap表示待救援人员的可承载供氧量，(1-SpO₂)表示血氧的结合系数，P_offer表示供气口处的压强，n为供气口处氧气的物质的量，R表示气体常数，T表示供气口处气体的温度，V表示供气口处气体的体积，a、b分别表示气体分子之间的吸引力和斥力效应，h_offer表示供气口处气阀的打开高度，f(·)表示高度关于压强的对应关系；

S3.3：启动信号发出时，两处气阀解除锁定并按需开启，停止信号发出时，两处气阀锁定，求救信号发出时，根据位置发送定位信息和距离信息，控制两处气阀同时升起。

一种天基北斗微型补氧救援系统，基于上述任一项所述的方法实现，其特征在于，包括氧气产生模块、储氧腔体模块、外界交互模块、系统控制模块；

所述氧气产生模块，用于电解反应产生氧气；

所述储氧腔体模块，用于存放产生的氧气；

所述外界交互模块，用于采集环境数据和待救援人员的身体数据，进行计算；

所述系统控制模块，用于待救援人员根据需求控制气阀的开闭以及各传感器数据的传送；

具体的，所述氧气产生模块包括氧气电解池、储氧腔体、送气口，其中所述氧气电解池包括液位传感器和气阀，所述储氧腔体、送气口包括压强传感器和气阀，所述液位传感器用于显示电解反应物的多少，所述气阀用于控制氧气的流速。

具体的，所述外界交互模块包括数据采集单元，压强传感单元，信息传送单元，北斗定位单元。

具体的，所述的北斗定位单元，包括待救援人员定位子单元，和待救援人员到最近的救助站距离的计算子单元。

具体的，所述的系统控制模块包括总线控制单元和SOS求救单元，所述总线控制单元用于控制系统的启停和信息传输，所述SOS求救单元用于实时响应并处理待救援人员的求救请求。

一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行上述任一项所述方法的步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明选择电解水来产生氧气，并结合环境中的含氧量，对待救援人员进行实时补氧，提高了救援的精准性，使得补氧过程更加人性化，同时电解反应更加环保，设置反应池、储气腔体、送气口三个环节，分别控制氧气的流速、压强，使得补氧设备更加轻便，操作简单。

2、本发明在补氧救援的过程中加入了多传感器控制，特别地，SOS救援响应模块可以将急救的过程应用到补氧中，同时传感器将氧量，北斗定位信息，环境数据，人员身体数据发送到距离待救援人员最近的救助站或急救中心，提供外力救援保障，

附图说明

图1为本发明一种天基北斗微型补氧救援方法的流程示意图；

图2为本发明一种天基北斗微型补氧救援系统的系统架构图；

图3为本发明实施例3提供的存储介质结构图；

图4为本发明补氧装备的内部结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细地说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本发明技术方案的详细的说明，而不是对本发明技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

实施例1

本实施例提供一种天基北斗微型补氧救援方法，通过采集待救援人员的身体数据，根据身体数据确定待救援人员的可承载供氧量，再根据天基北斗定位待救援人员的位置，根据待救援人员的位置确定当前环境的氧气含量，最后根据确定的可承载供氧量和当前环境的可利用供氧量，自动控制氧气的产生速率，适合待救援人员的承受情况，提升补氧救援方法的实用性，扩大救援的使用范围，如图1所示，技术方案如下：

S1：采集待救援人员的身体数据，根据身体数据确定待救援人员的可承载供氧量；

S2：根据天基北斗定位待救援人员的位置，根据待救援人员的位置确定当前环境的氧气含量；

S3：根据确定的可承载供氧量和当前环境的可利用供氧量，自动控制氧气的产生速率，适合待救援人员的承受情况。

具体的，S1所述的身体数据包括血氧饱和度、呼吸频率，所述血氧饱和度利用双波长透射法进行采集，所述呼吸频率采用脉搏饱和度传感器采集。

具体的，所述可承载供氧量的计算公式如下：

Ocap＝b*l_cap*R_air*t-SpO₂*f_lung，

其中Ocap表示待救援人员的可承载供氧量，b表示呼吸频率，l_cap表示待救援人员的肺容量，R_air表示空气中的氧气含量，t表示补氧的时长，SpO₂表示血氧饱和度，f_lung表示流经肺泡的血量。

具体的，所述S2的环境数据包括温度、湿度、空气流速、位置，所述环境数据利用外置的传感器和天基北斗传感器共同采集，所述环境的可利用供氧量计算公式如下：

Oava＝O_T×ω_T+O_W×ω_W+O_A×ω_A，

其中Oava表示环境的可利用供氧量，O_T表示根据温度测定的含氧量，ω_T表示温度对含氧量的相关程度，O_W表示根据湿度测定的含氧量，ω_W表示湿度对含氧量的相关程度，O_A表示根据空气流速测定的含氧量，ω_A表示空气流速对含氧量的相关程度。

具体的，S3所述的控制氧气速率的步骤包括：

S3.1：设置储气腔的额定压强P_额，压强传感器根据P_额控制气阀开闭的大小，储气腔压强达到P_额则关闭气阀，设反应池的压强为P_react，反应池处的公式如下：

其中P_react为氧气反应池处的压强，单位为Pa，n为反应产生氧气的物质的量，单位为mol，R表示气体常数，单位为J/(mol·K)，T表示反应池内气体的温度，单位为K，V表示反应池中气体的体积，单位为m³，a、b分别表示气体分子之间的吸引力和斥力效应；

S3.2：在储气腔与供气口之间设置压强传感器和气阀，利用待救援人员的可承载供氧量和环境的可利用供氧量的差值计算供气口处的压强，根据压强确定气阀的升起高度，公式如下：

其中Oava表示环境的可利用供氧量，Ocap表示待救援人员的可承载供氧量，(1-SpO₂)表示血氧的结合系数，P_offer表示供气口处的压强，n为供气口处氧气的物质的量，R表示气体常数，T表示供气口处气体的温度，V表示供气口处气体的体积，a、b分别表示气体分子之间的吸引力和斥力效应，h_offer表示供气口处气阀的打开高度，f(·)表示高度关于压强的对应关系；

S3.3：启动信号发出时，两处气阀解除锁定并按需开启，停止信号发出时，两处气阀锁定，求救信号发出时，根据位置发送定位信息和距离信息，控制两处气阀同时升起。

实施例2

本实施例介绍一种天基北斗微型补氧救援系统，如图2所示，包括氧气产生模块、储氧腔体模块、外界交互模块、系统控制模块；

所述氧气产生模块，用于电解反应产生氧气；

所述储氧腔体模块，用于存放产生的氧气；

所述外界交互模块，用于采集环境数据和待救援人员的身体数据，进行计算；

所述系统控制模块，用于待救援人员根据需求控制气阀的开闭以及各传感器数据的传送；

具体的，所述氧气产生模块包括氧气电解池、储氧腔体、送气口，其中所述氧气电解池包括液位传感器和气阀，所述储氧腔体、送气口包括压强传感器和气阀，所述液位传感器用于显示电解反应物的多少，所述气阀用于控制氧气的流速。

具体的，所述外界交互模块包括数据采集单元，压强传感单元，信息传送单元，北斗定位单元。

具体的，所述的北斗定位单元，包括待救援人员定位子单元，和待救援人员到最近的救助站距离的计算子单元。

具体的，所述的系统控制模块包括总线控制单元和SOS求救单元，所述总线控制单元用于控制系统的启停和信息传输，所述SOS求救单元用于实时响应并处理待救援人员的求救请求。

实施例3

一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行上述任一项所述方法的步骤。

以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (11)

1.一种天基北斗微型补氧救援方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：采集待救援人员的身体数据，根据身体数据确定待救援人员的可承载供氧量；

S2：根据天基北斗定位待救援人员的位置，根据待救援人员的位置确定当前环境的氧气含量；

S3：根据确定的可承载供氧量和当前环境的可利用供氧量，自动控制氧气的产生速率，适合待救援人员的承受情况。

2.根据权利要求1所述的一种天基北斗微型补氧救援方法，其特征在于，S1所述的身体数据包括血氧饱和度、呼吸频率，所述血氧饱和度利用双波长透射法进行采集，所述呼吸频率采用脉搏饱和度传感器采集。

3.根据权利要求1所述的一种天基北斗微型补氧救援方法，其特征在于，所述可承载供氧量的计算公式如下：

Ocap＝b*l_cap*R_air*t-SpO₂*f_lung，

其中Ocap表示待救援人员的可承载供氧量，b表示呼吸频率，l_cap表示待救援人员的肺容量，R_air表示空气中的氧气含量，t表示补氧的时长，SpO₂表示血氧饱和度，f_lung表示流经肺泡的血量。

4.根据权利要求1所述的一种天基北斗微型补氧救援方法，其特征在于，所述S2的环境数据包括温度、湿度、空气流速、位置，所述环境数据利用外置的传感器和天基北斗传感器共同采集，所述环境的可利用供氧量计算公式如下：

Oava＝O_T×ω_T+O_W×ω_W+O_A×ω_A，

其中Oava表示环境的可利用供氧量，O_T表示根据温度测定的含氧量，ω_T表示温度对含氧量的相关程度，O_W表示根据湿度测定的含氧量，ω_W表示湿度对含氧量的相关程度，O_A表示根据空气流速测定的含氧量，ω_A表示空气流速对含氧量的相关程度。

5.根据权利要求1所述的一种天基北斗微型补氧救援方法，其特征在于，S3所述的控制氧气速率的步骤包括：

S3.1：设置储气腔的额定压强P_额，压强传感器根据P_额控制气阀开闭的大小，储气腔压强达到P_额则关闭气阀，设反应池的压强为P_react，反应池处的公式如下：

其中P_react为氧气反应池处的压强，单位为Pa，n为反应产生氧气的物质的量，单位为mol，R表示气体常数，单位为J/(mol·K)，T表示反应池内气体的温度，单位为K，V表示反应池中气体的体积，单位为m³，a、b分别表示气体分子之间的吸引力和斥力效应；

S3.2：在储气腔与供气口之间设置压强传感器和气阀，利用待救援人员的可承载供氧量和环境的可利用供氧量的差值计算供气口处的压强，根据压强确定气阀的升起高度，公式如下：

其中Oava表示环境的可利用供氧量，Ocap表示待救援人员的可承载供氧量，(1-SpO₂)表示血氧的结合系数，P_offer表示供气口处的压强，n为供气口处氧气的物质的量，R表示气体常数，T表示供气口处气体的温度，V表示供气口处气体的体积，a、b分别表示气体分子之间的吸引力和斥力效应，h_offer表示供气口处气阀的打开高度，f(·)表示高度关于压强的对应关系；

S3.3：启动信号发出时，两处气阀解除锁定并按需开启，停止信号发出时，两处气阀锁定，求救信号发出时，根据位置发送定位信息和距离信息，控制两处气阀同时升起。

6.一种天基北斗微型补氧救援系统，其基于如权利要求1-5中任一项所述的一种天基北斗微型补氧救援方法实现，其特征在于，包括氧气产生模块、储氧腔体模块、外界交互模块、系统控制模块；

所述氧气产生模块，用于电解反应产生氧气；

所述储氧腔体模块，用于存放产生的氧气；

所述外界交互模块，用于采集环境数据和待救援人员的身体数据，进行计算；

所述系统控制模块，用于待救援人员根据需求控制气阀的开闭以及各传感器数据的传送。

7.根据权利要求6所述的一种天基北斗微型补氧救援系统，其特征在于，所述氧气产生模块包括氧气电解池、储氧腔体、送气口，其中所述氧气电解池包括液位传感器和气阀，所述储氧腔体、送气口包括压强传感器和气阀，所述液位传感器用于显示电解反应物的多少，所述气阀用于控制氧气的流速。

8.根据权利要求6所述的一种天基北斗微型补氧救援系统，其特征在于，所述外界交互模块包括数据采集单元，压强传感单元，信息传送单元，北斗定位单元。

9.根据权利要求8所述的一种天基北斗微型补氧救援系统，其特征在于，所述的北斗定位单元，包括待救援人员定位子单元，和待救援人员到最近的救助站距离的计算子单元。

10.根据权利要求6所述的一种天基北斗微型补氧救援系统，其特征在于，所述的系统控制模块包括总线控制单元和SOS求救单元，所述总线控制单元用于控制系统的启停和信息传输，所述SOS求救单元用于实时响应并处理待救援人员的求救请求。

11.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行如权利要求1-5中任一项所述的一种天基北斗微型补氧救援方法。