CN204228959U - 基于射频与gps技术的人员落水定位装置 - Google Patents
基于射频与gps技术的人员落水定位装置 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及一种基于射频与GPS技术的人员落水定位装置，整体上包括基站和用户终端两部分硬件以及监控终端软件组成。用户终端中的低压监测装置和第一GPS定位装置与第一控制电路连接，第一控制电路通过第一射频电路与第一天线连接。基站中的第二控制电路通过第二射频电路与第二天线连接，第二GPS定位装置和第二控制电路通过通信接口与监控终端连接。本实用新型的积极效果：结合水面救生的难点，以及现有水面救生设备的现状，研制出了一种基于GPS导航系统的水面救生装置，实现了落水人员的自动报警、GPS精确定位、落水人员漂移轨迹实时跟踪等功能，解决了一直困扰着我们水面搜救“听不见落水人员报警”和“找不到落水人员位置”的难题。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于射频与GPS技术的人员落水定位装置。
背景技术
海难大多为突发事故，难于应对，船舶海上航行遇到大风浪、大雾等恶劣气象和海况，有可能突发翻船、碰撞、触礁、搁浅；也可因爆炸、火灾等原因导致船舶沉没。在遭遇海难时，如何及早地搜寻遇险人员，将损失降低到最小就成为首要完成的任务。由于海上事故的突发性，因此海上救生就存在其独有的难点。首先，人员落水后受风向、海流、海潮等因素影响，位置随海浪不断移动呈动态分布，且漂流方向无任何规律可循。如事故发生在夜间，搜寻工作就更加困难；即使知道有人落水，等救助船舶到达后，落水人员已漂离初始落水地点几海里、几十海里，甚至上百海里。而且落水人员在海上往往只露出头部，最多只露出身体三分之一，即使气象条件较好的白天，靠肉眼观察也只能搜寻600～700m，夜间能见度更差，搜寻更为困难。其次，受气象、海况等影响，普通搜救船只难于出动，即便出动也无法迅速准确地找到落水人员位置。由于船舶海难事故大多在恶劣气象时突发。这时气象条件差，风急浪高，海况十分恶劣，一般船舶无法出海实施搜救。只有抗风浪性能强的几万吨、几十万吨大型船只可以出动，但这些船舶海上机动性能差，在无法知道落水人员准确位置坐标情况下，搜救落水人员效率更低。国外仅有少数发达国家的海军和海上搜救中心装备全天候搜救飞机，可在恶劣海况条件下实施搜救。最后，海上受多种因素影响，落水人员生存能力有限。低温海水中浸泡易造 成冻僵。如水温0℃时，人仅能存活15分钟；水温5℃时，能存活1小时左右。同时，在海洋中极易受有害生物伤害，如鲨鱼、蛇、水母、章鱼、有毒鱼类等，造成落水人员伤亡。
从以上总结的海上救生难点可以发现如何能及时准确地将落水人员的位置反馈给救援人员就成为决定海上救生成功率的首要条件。因此救生示位标志与信号是海上救生设备不可或缺的重要组成部分，其组成包括视觉信号、无线电信号和声音信号。目前国内外主要的救生装备有：
(一)无线电信号类，此类设备的缺点是体积大、重量大、携带不方便，作用距离短，影响其广泛应用。
(二)火焰信号、烟雾信号类、浮灯类、信号弹类、海水染色类、反光带以及组合信号类。此类产品具有携带方便，使用简单等优点，但不能主动地将自身位置告诉搜救方，不能实时的上报落水人员的位置信息，使用起来受外界因素影响大，不利于救援人员迅速、准确地搜救遇难人员。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于射频与GPS技术的人员落水定位装置。
为解决上述技术问题，本实用新型是按如下方式实现的：一种基于射频与GPS技术的人员落水定位装置，包括用户终端和基站，用户终端包含低压监测装置、第一GPS定位装置、第一控制电路、第一射频电路和第一天线；低压监测装置和第一GPS定位装置与第一控制电路连接，第一控制电路通过第一射频电路与第一天线连接。
本实用新型的积极效果：本装置从水面救生的迫切性、重要性出发，结合水面救生的难点，以及现有水面救生设备的现状，研制出了 一种基于GPS导航系统的水面救生装置，实现了落水人员的自动报警、GPS精确定位、落水人员漂移轨迹实时跟踪等功能，解决了一直困扰着我们水面搜救“听不见落水人员报警”和“找不到落水人员位置”的难题。
附图说明
图1为本实用新型整体统结构示意图；
图2为本实用新型的基站硬件结构示意图；
图3为本实用新型的用户终端硬件结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
如图1所示，本实用新型所述的一种基于射频与GPS技术的人员落水定位装置，整体上包括基站和用户终端两部分硬件以及监控终端软件组成。监控终端软件主要完成报警和显示功能，通过电子海图系统显示落水人员的识别号和状态，当有事故发生时，显示事故发生时的船速，人员落水时间，人员落水点的方位和距离以及本船的轨迹描画，以辅助搜救。终端主要完成对佩戴者当前安全状态的监测和船员位置信息的获取和传输，而基站则完成用户终端和监控终端软件之间的数据传输。
用户终端包含低压监测装置、第一GPS定位装置、第一控制电路、第一射频电路和第一天线。低压监测装置和第一GPS定位装置与第一控制电路连接，第一控制电路通过第一射频电路与第一天线连接。
基站包括第二GPS定位装置、第二控制电路、第二射频电路和第二天线。第二控制电路通过第二射频电路与第二天线连接，第二GPS 定位装置和第二控制电路通过通信接口与监控终端连接。
如图2所示，图中虚线部分为基站部分电路，完成本船位置的和人员位置的采集，再通过通信接口传送给监控终端软件，实现人员跟踪与落水定位报警等功能。基站主要由GPS模块，nRF24L01数据收发模块，stm8单片机，485转232串口转换模块组成。GPS模块获得基站当前的船舶实时位置信息，并将基站的位置信息直接发送给控制台主机。同时基站在规定时间内(本设计中按每隔5s)按顺序寻呼各个救生触发器的佩戴者，监测船员是否安全，如遇险，可以根据接收到的不同报警发出有区别的报警音，同时传递落水船员的状态和位置信息给显示系统进行显示，辅助搜救。
如图3所示，船员佩戴终端主要由GPS定位模块、nRF24L01数据收发模块和STM8单片机组成。当船员在船上工作时，终端的GPS模块会实时的获取当前船员的位置坐标，并将位置坐标通过串口传送给STM8单片机，GPS接收的船员位置坐标信息，单片机接收到GPS传来的信息后，对数据进行解析，解析出所需的信息，并加上相应终端的ID号。当基站向终端发出索要船员信息的信息号时，终端通过nRF224L01无线收发模块接收基站发来的数据，并将数据通过SPI口传给STM8单片机，在单片机中，终端将自身的ID号与基站要求的ID进行匹配，如果匹配成功，那么，终端将解析好的数据包发送给基站，否则不发出。用户终端触发器是系统设计的重点，主要完成状态监测和信息传递将船员的状态信息准确的传递给基站。同时，作为手持设备，应做到体量轻，易携带，低成本，低功耗等。另外，由于海洋环境和船舶材质的特殊性，通信质量不如地面，因此，选择器件和电路设计时应以保证通信质量为前提，减少误报警的发生。
救生触发器在硬件结构上主要包括控制模块、无线射频模块、电源处理模块、低电检测模块和GPS模块。
软件设计：软件部分是整个系统的重要组成部分，设计时需要考虑实际硬件限制以及整个系统的功能需求。主要完成以下功能：对硬件传输过来数据的接收；传输信息的算；对数据的处理，然后判定船员是否落水；船舶以及落水船员信息的显示。
1、软件信息来源：
软件部分与硬件部分通过四个串口实现信息的传输，其中基站的两个射频接收模块用来接收船员的GPS信息，其通讯方式为射频通讯，通过两个串口向软件部分发送信息。另外基站的两个GPS模块接收基站的GPS信息，通过另外两个串口向软件部分发送信息。
2、GPS信息的解算：
软件部分通过串口接收两个基站的传输过来的GPS信息以及通过射频单元传输的船员GPS信息，导航数据格式NEMA0183，NEMA0183协议下的GPMRC语句包含地理位置经度/纬度信息、UTC时间信息、是否正常接收GPS信息等，其中UTC时间转换为北京时间需要加8小时。船员的GPS信息要略作修改，需要额外的加上船员ID信息，用以绑定船员与设备，其解算过程与基站GPS信息的解算过程基本一致。
3、船舶以及船员定位：
当接收到船员以及双基站的地理位置信息后，不仅能在电子海图上显示船舶、船员的地理位置，而且根据GPS相对定位原理，消除公共误差后，能精确地获得基站与船员的相对位置。基站固定在船上，以船舶的长宽等数据为依据，在软件中构建船舶模型，能自主判断船员是否超出船舶模型，即船员是否落水。
4、射频通讯：
射频通讯在硬件部分的功能是实现船员向基站发送GPS信息，在软件部分射频也起着重要的作用，当船员GPS模块发生故障时，船员是否落水无法通过GPS信息来判定。射频通讯的信息传输受到距离的 限制，这个距离远远超过一般船舶的长度，当射频单元与基站的距离超出通讯范围，船员必定不在船舶上，即可判定船员落水。
5、信息显示：
软件部分能在海图上实时的显示船舶的地理位置，更重要的是在判定船员落水后，能迅速的在报警面板上显示船员的落水信息，同时在海图上添加新的目标用以显示船员落水后的地理信息。电子海图上显示了本船以及两个落水的目标，在海图上能清楚的查看本船以及落水船员地理位置信息，落水目标上标注了落水船员的ID以及落水的时间。
Claims (2)
1.一种基于射频与GPS技术的人员落水定位装置，其特征在于，包括用户终端和基站，用户终端包含低压监测装置、第一GPS定位装置、第一控制电路、第一射频电路和第一天线；低压监测装置和第一GPS定位装置与第一控制电路连接，第一控制电路通过第一射频电路与第一天线连接。
2.根据权利要求1所示的一种基于射频与GPS技术的人员落水定位装置，其特征在于，所述基站包括第二GPS定位装置、第二控制电路、第二射频电路和第二天线；第二控制电路通过第二射频电路与第二天线连接，第二GPS定位装置和第二控制电路通过通信接口与监控终端连接。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104777455A (zh) * | 2015-04-27 | 2015-07-15 | 大连海事大学 | 基于水声信号检测的落水集装箱快速探测定位装置及方法 |
| CN104819742A (zh) * | 2015-04-27 | 2015-08-05 | 大连海事大学 | 一种具有水下定位功能的船载危险品集装箱无线监测装置及方法 |
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2014
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| CN104777455B (zh) * | 2015-04-27 | 2017-09-26 | 大连海事大学 | 基于水声信号检测的落水集装箱快速探测定位装置及方法 |
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