TWI407389B - Wireless transmission system and method for water information - Google Patents

Description

水中信息無線傳輸系統及方法

本發明係有關於一種水中信息無線傳輸系統及方法，尤指一種包括一電磁式辨識元件、一浮體、一送出手段及複數個電磁式感應模組，俾能監控使用者於水面區域的活動狀態者。

按，一般在水中傳輸無線電波訊號時，由於無線電波訊號的傳輸能量會被水所吸收，致使無線電波訊號無法有效擴大應用在水中場域之中。故而在一般情況下，僅能透過聲納設備來測量水中的物體及其相對的距離，惟，聲納設備因造價過高，以致無法大量應用在水中場域之中，因而無法對水面下的泳客、潛水者以水中工作人員進行活動狀態的安全監控作業。

依據目前所知，在一般的水中場域中，如海水域場、游泳池、水中養殖場以及水中打撈現場等場所，尚未有一套建構在水面上用來定位監控人員安全的產品問世，致使現場監控人員僅能以肉眼辨識方式來監控水面下的泳客、潛水者以水中工作人員的活動狀態。萬一泳客、潛水者以水中工作人員發生抽筋或遭到意外狀況而欲呼救時，僅能以自救的方式呼叫以吸引附近的人員前往就近救援，或是以肉眼辨識方式前往救援，如此難免易有救援延宕的情事發生。一般而言，總是於救生員獲悉狀況時，遇難者大多已經溺水而奄奄一息，因此，如何於上述水中場域建立一套具備安全性的即時監控平台，實已成為各水中場域所欲迫切解決的難題與挑戰。

緣是，因鑑於上述缺失以及需求，因此，本發明人等乃積極努力研究，經潛心開發，終於研發出一種確具實用功效的本發明。

本發明之主要目的，在於提供一種可以建構在一般水中場域的水中信息無線傳輸系統及方法，主要係於水面佈設用以監控水面下作業人員之活動狀態的無線定位感測平台，並可由使用者所配戴的辨識元件來控制發出求救訊號的時機，讓監控人員得以於第一時間獲悉狀況並前往救援，因而具有操作簡單容易、簡化救援作業步驟、無須等待救援回報資訊即可立即掌握救援的時效性、並可降低救援延宕情事的發生機率以及大幅減少人員傷亡溺斃的情事，進而增進人員於水中場域活動時的安全性等特點。

為達上述功效本發明採用之技術手段係包括一電磁式辨識元件、一浮體、一送出手段及複數個電磁式感應模組，於辨識元件寫入有待辨識之訊號資料，且可以電磁波的形式發出，浮體則具有一特定且足夠的浮力，而且可供辨識元件裝設其上，送出手段則可供使用者攜至水面下，並可供浮體連同辨識元件裝置其上，當送出手段啟動時，可將浮體連同辨識元件脫離送出，並可藉由浮體之浮力使辨識元件浮至水面上，再以分佈於水面上的感應模組讀取各訊號資料，俾能監控使用者於水面範圍的活動狀態者。

壹．本發明應用原理及特點

請參看第一至三圖所示，本發明是將辨識元件(10)裝設在一浮體(20)上，此浮體(20)可使用聚乙烯發泡而成，供使用者攜帶至水面下，或配戴於使用者的手腳上再攜帶至水面下，並將辨識元件(10)做封裝與防水處理，再利用比重原理，藉由浮體(20)比重輕於水而可浮出水面的特性，讓辨識元件(10)浮出水面後可以發出求救訊息給佈設在水面周邊叢集化的感應模組(40)所接收，如第五圖所示，再將訊息回傳至中央監控手段(50)，如第四圖所示，並將訊息轉換為顯示在螢幕上，藉以提供監控人員獲悉發出訊息的感應模組(40)所在位置資訊，如此即可作為監控人員處理救援事件的判斷依據。

本發明為一種可以建構在一般的海水域場、游泳池、水中養殖場以及水中打撈現場等水中場域之中，並可隨時監控位於水面下從事游泳、潛水或是作業等人員的活動狀態，藉以提升確保人員於上述水中場域活動的安全性。本發明主要係於水面佈設用以監控於水面下作業人員之活動狀態的無線感測平台，並可由使用者所配戴的辨識元件(10)來控制發出求救訊號的時機，讓監控人員得以於第一時間獲悉狀況並前來救援，因而具有操作簡單容易、簡化救援作業步驟、無須等待救援回報資訊即可立即掌握救援的時效性、並可降低救援延宕情事的發生機率，進而大幅減少人員傷亡溺斃的情事發生等特點。

貳．系統基本技術特徵

請參看第一至三圖及第五圖所示，本發明系統技術特徵係包括一電磁式辨識元件(10)、一浮體(20)、一送出手段(30)及複數個電磁式感應模組(40)，於辨識元件(10)寫入有待辨識且以電磁波形式發出的訊號資料，且浮體(20)則具有一特定且足夠的浮力，以供辨識元件(10)裝設其上，並以送出手段(30)供使用者攜至水面下，此送出手段(30)可供浮體(20)連同辨識元件(10)裝置其上，當送出手段(30)啟動時，可將浮體(20)連同辨識元件(10)脫離送出，並可藉由浮體(20)之浮力使辨識元件(10)浮至水面上，再以分佈於水面上的感應模組(40)讀取訊號資料，如此即可達到監控使用者於水面活動之目的。

參．方法基本技術特徵

請參看第一至三圖及第五圖所示，本發明方法技術特徵係提供一種水中信息無線傳輸系統，以及一中央監控手段(50)，並於電磁式辨識元件(10)內寫入待辨識之訊號資料，並將辨識元件(10)裝設在浮體(20)上，再將浮體(20)連同辨識元件(10)裝置在送出手段(30)上，以供使用者攜至水面下，當使用者啟動送出手段(30)時，浮體(20)連同辨識元件(10)則脫離送出手段(30)而被送出，並可藉由浮體(20)之浮力，使辨識元件(10)浮出至水面上，再將複數個電磁式感應模組(40)分佈於水面上，且於各感應模組(40)分配有一位址資料，當其中一個感應模組(40)讀取到訊號資料時，則由中央監控手段(50)接收及處理，再以中央監控手段(50)之一警示手段(51)以顯示或音頻方式輸出該位址資料，如此即可達到監控使用者於水面活動之目的。

肆．技術特徵的具體實施 4.1送出手段的具體實施

請參看第一至三圖及第五圖所示，為讓使用者可以方便隨身攜帶浮體(20)與辨識元件(10)之目的，本發明送出手段(30)包括一供浮體(20)連同辨識元件(10)裝設其上的基體(31)，以及一扣鎖手段(33)，此浮體(20)連同辨識元件(10)係裝設在一基體(31)上，並於基體(31)設有一配戴手段(32)，此配戴手段(32)則包含一固定束帶，用以將基體(31)配戴於使用者身上(如軀體或肢體)；當扣鎖手段(33)呈閉鎖時，則可將浮體(20)固定在基體(31)上，當扣鎖手段(33)呈開啟時，則可使浮體(20)藉其浮力而脫離基體(31)。

請參看第一至三圖所示，上述實施例中，送出手段(30)更包含一介置在浮體(20)與基體(31)之間的彈簧(34)，當扣鎖手段(33)呈開啟時，可藉彈簧(34)之彈力加速浮體(20)脫離基體(31)。再者，本發明係以一防水之封裝層來密閉封裝辨識元件(10)、電源裝置(60)以及開關手段(61)等元件，或是將辨識元件(10)、電源裝置(60)以及開關手段(61)封裝於浮體(20)之密閉空間內。

請參看第一、二圖所示，具體而言，扣鎖手段(33)的第一種具體實施例則包含二個穿軸(331)樞接在基體(31)的夾桿(330)，此軸(331)穿套有一用以提供該二夾桿(330)張開回復力的渦型彈簧(本圖式例中未示)，此二夾桿(330)的夾合端用以夾住浮體(20)之環槽(21)，如第二圖所示，當使用者施力扳開二夾桿(330)之施力端時，如第一圖所示，則可使二夾桿(330)的夾合端脫離浮體(20)上之環槽(21)，再配合彈簧(34)頂推浮體(20)，讓浮體(20)連同辨識元件(10)由基體(31)瞬間彈出。

請參看第三圖所示，於扣鎖手段(33)的第二種具體實施例中，本實施例係於基體(31)內部設有一容槽(333)，基體(31)頂部設有一與容槽(333)相通的開口(334)，此容槽(333)可供容置包括浮體(20)、辨識元件(10)、電源裝置(60)以及開關手段(61)，再於開口(334)罩蓋設一蓋板(335)，此蓋板(335)設有一供使用者之手部撥觸的扳片(336)，當使用者撥觸扳片(336)而使蓋板(335)開啟時，則藉由介置於浮體(20)與基體(31)之間的彈簧(34)以彈力加速浮體(20)脫離基體(31)。

4.2辨識元件與感應模組的具體實施

請參看第四至六圖所示，辨識元件(10)與感應模組(40)的第一種具體實施例可以是一種RFID無線射頻辨識模組，辨識元件(10)係為主動式RFID標籤，而感應模組(40)則包含一RFID無線射頻辨識模組的讀取器(41)以及一微處理器(42)，此讀取器(41)用來讀取主動式RFID標籤發出的訊號資料，並由微處理器(42)加以辨識確認。此RFID標籤經一開關手段(61)而連接一電源裝置(60)，當浮體(20)脫離基體(31)之瞬間，開關手段(61)則呈開啟，使電源裝置(60)得以供電予主動式RFID標籤，主動式RFID標籤再以電磁波形式將訊號資料予以發射出去，並由RFID讀取器(41)電磁感應接收上述的訊號資料。其中，請配合參看第一、二圖所示，該浮體(20)上可設有發光二極體(70)，該發光二極體(70)由電源裝置(60)供應電源，藉其發出光亮，而使浮在水面上的浮體(20)便於夜間搜尋。

於辨識元件(10)與感應模組(40)的第二種具體實施例中，各感應模組(40)與辨識元件(10)則為採用一種Zee Bee通訊協定的感測節點(本圖示例中未示)，藉以建構一無線資料傳輸的感測平台，每一組感測節點各自包含一用以供應所需電源的電源裝置、一無線訊號傳輸模組及一用以控制線訊號傳輸模組作動的微處理器，此微處理器用以將訊號資料透過無線訊號傳輸模組予以發射，或由無線訊號傳輸模組接收其他感測節點所無線傳輸的位址資料。

再者，請參看第五圖所示，各感應模組(40)上分別設有太陽能板或太陽能半導體薄膜(80)，利用太陽能板吸收光能而轉換成電能，並儲存至其電源裝置，以便於感應模組(40)保持充足電源。

4 .3中央監控手段的具體實施

請參看第四至六圖所示，為彙集顯示各位址資料以讓監控人員得以即時掌握人員活動狀態之目的，本發明更包括有一中央監控手段(50)，此中央監控手段(50)包括有一訊號傳輸模組(52)及一訊號處理手段(53)，該訊號傳輸模組(52)用以接收各感應模組(40)自該辨識元件(10)取得之訊號資料，而由訊號處理手段(53)進行處理。且各感應模組(40)分配有一位址資料，當感應模組(40)讀取到訊號資料，則由中央監控手段(50)接收及處理後，再由中央監控手段(50)之一警示手段(51)以顯示或音頻方式輸出該位址資料。

請參看第四圖所示，於一種更為具體的實施例中，中央監控手段(50)包含一作為訊號處理手段(53)的電腦，警示手段(51)則包含一顯示器(510)及一蜂鳴器(511)，訊號傳輸模組(52)的具體實施例則包括一與各感應模組(40)訊號連通的無線訊號發射器(520)，及一用以接收無線訊號發射器(520)之訊號的無線訊號接收器(521)，以將感應模組(40)之各位址資料予以彙集傳輸至電腦中，電腦則用以解讀各位址資料後產生一與位址資料相應的位置顯示訊號，再以顯示器(510)將位置顯示訊號予以顯示，而且當位置顯示訊號產生時，蜂鳴器(511)則發出一警示音頻。

伍．本發明具體實施例的運作

請參看第二圖所示，當使用者欲於海水域場、游泳池、水中養殖場以及水中打撈現場等水中場域中進行游泳、潛水或是水面下作業時，首先以配戴手段(32)之固定束帶將基體(31)連同辨識元件(10)及浮體(20)配戴在使用者的軀體或是肢體上，並確認扣鎖手段(33)已將浮體(20)固定在基體(31)上而呈閉鎖狀態，如此使用者即可於上述水中場域進行游泳、潛水或是水面下等活動。

請參看第一圖所示，萬一使用者發生抽筋或是遭到意外狀況而欲呼救時，僅需以手部將扣鎖手段(33)予以開啟，由於浮體(20)與基體(31)之間設有彈簧(34)的緣故，所以扣鎖手段(33)於開啟時可以藉彈簧(34)之彈力加速浮體(20)脫離基體(31)，再利用比重原理使浮體(20)連同辨識元件(10)得以浮出水面，如第五圖所示；再請參看第一至三圖及六圖所示，由於開關手段(61)之按鈕係抵觸在基體(31)而呈壓制狀態，致使辨識元件(10)與電源裝置(60)之間的電路斷開，當浮體(20)脫離基體(31)時，則會使開關手段(61)之按鈕與基體(31)脫開而呈釋放狀態，進而使辨識元件(10)與電源裝置(60)之間的電路導通，如此即可讓辨識元件(10)(即主動式標籤RFID)獲得電源供應而發出電磁波形式的訊號資料。

如第五圖所示，另一方面，感應模組(40)係以適當間隔分佈於水面上，而且每一感應模組(40)係裝設在以一定位手段(43)固定飄浮固定在水面的浮球(44)上，由於各感應模組(40)分配有一位址資料的緣故，所以當最接近辨識元件(10)的感應模組(40)讀取到訊號資料時，則可透過訊號傳輸模組(52)將感應模組(40)之位址資料傳輸至中央監控手段(50)中，再由中央監控手段(50)彙集解讀後轉換為一讓警示手段(51)可以顯示或音頻方式輸出的使用者所在位置資訊，如此監控人員則可透過觀看警示手段(51)而於第一時間獲悉使用者所在的位置資訊，並且得以迅速前往救援，如第四圖所示。

陸．結論

因此，藉由上述技術特徵的設置，本發明確實可以建構在一般水中場域，且可於水面佈設用以監控水面下作業人員之活動狀態的無線定位感測平台，並可由使用者所配戴的辨識元件來控制發出求救訊號的時機，讓監控人員得以於第一時間獲悉狀況並前往救援，因而具有操作簡單容易、簡化救援作業步驟、無須等待救援回報資訊即可立即掌握救援的時效性、並可降低救援延宕情事的發生機率以及大幅減少人員傷亡溺斃的情事，進而增進人員於水中場域活動時的安全性等特點。

以上所述，僅為本發明之一可行實施例，並非用以限定本發明之專利範圍，凡舉依據下列請求項所述之內容、特徵以及其精神而為之其他變化的等效實施，皆應包含於本發明之專利範圍內。本發明所具體界定於請求項之結構特徵，未見於同類物品，且具實用性與進步性，已符合發明專利要件，爰依法具文提出申請，謹請　鈞局依法核予專利，以維護本申請人合法之權益。

(10)．．．辨識元件

(20)．．．浮體

(21)．．．環槽

(30)．．．送出手段

(31)．．．基體

(32)．．．配戴手段

(33)．．．扣鎖手段

(330)．．．夾桿

(331)．．．軸

(333)．．．容槽

(334)．．．開口

(335)．．．蓋板

(336)．．．扳片

(40)．．．感應模組

(41)．．．讀取器

(42)．．．微處理器

(43)．．．定位手段

(44)．．．浮球

(50)．．．中央監控手段

(51)．．．警示手段

(510)．．．顯示器

(511)．．．蜂鳴器

(52)．．．訊號傳輸模組

(520)．．．無線訊號發射器

(521)．．．無線訊號接收器

(53)．．．訊號處理手段

(60)．．．電源裝置

(61)．．．開關手段

(70)．．．發光二極體

(80)．．．太陽能半導體薄膜

第一圖係本發明第一實施例浮體送出的示意圖。

第二圖係本發明第一實施例浮體被扣鎖的示意圖。

第三圖係本發明第二實施例的分解示意圖。

第四圖係本發明中央監控手段之具體實施示意圖。

第五圖係本發明感應模組之具體實施示意圖。

第六圖係本發明基本架構之控制方塊示意圖。

(10)‧‧‧辨識元件

(20)‧‧‧浮體

(21)‧‧‧環槽

(30)‧‧‧送出手段

(31)‧‧‧基體

(32)‧‧‧配戴手段

(33)‧‧‧扣鎖手段

(330)‧‧‧夾桿

(331)‧‧‧軸

(333)‧‧‧容槽

(60)‧‧‧電源裝置

(61)‧‧‧開關手段

(70)‧‧‧發光二極體

Claims (10)

1. 一種水中信息無線傳輸系統，其包括：一電磁式辨識元件，其內寫入有待辨識之訊號資料，且該訊號資料以電磁波的形式發出；一浮體，其具一特定且足夠的浮力，並供該電磁式辨識元件裝設其上；一送出手段，其供一使用者攜至一水面下，並供該浮體連同該電磁式辨識元件裝置其上，當其啟動時，可將該浮體連同該電磁式辨識元件脫離送出，並藉由該浮體之浮力，而使該電磁式辨識元件浮至該水面上；及至少一個電磁式感應模組，其位於該水面上，用以讀取來自該電磁式辨識元件的該訊號資料。
2. 如請求項第1項所述之水中信息無線傳輸系統，其中，該送出手段包括一供該浮體連同該電磁式辨識元件裝設其上的基體，以及一扣鎖手段，該基體設有一配戴手段，該配戴手段將該基體配戴於該使用者身上，當該扣鎖手段呈閉鎖時，用以將該浮體固定在該基體上，當該扣鎖手段呈開啟時，用以使該浮體藉其浮力而脫離該基體。
3. 如請求項第2項所述之水中信息無線傳輸系統，其中，該電磁式辨識元件係為主動式之RFID標籤，該RFID標籤經一開關手段而連接一設置在該浮體上的電源裝置，當該浮體脫離該基體之瞬間，該開關手段呈開啟，該電源裝置供電予該標籤RFID，該RFID標籤主 動以電磁波形式將該訊號資料發射出去，再由一作為該感應模組的RFID讀取器電磁感應接收。
4. 如請求項第2項所述之水中信息無線傳輸系統，其中，該浮體與該基體之間設有一彈簧，當該扣鎖手段呈開啟時，藉該彈簧之彈力加速該浮體脫離該基體。
5. 如請求項第1項所述之水中信息無線傳輸系統，其更包括有一中央監控手段，該水面上佈設有複數個該感應模組，該中央監控手段包括有一訊號傳輸模組及一訊號處理手段，該訊號傳輸模組用以接收該感應模組自該電磁式辨識元件取得之該訊號資料，而由該訊號處理手段進行處理。
6. 如請求項第5項所述之水中信息無線傳輸系統，其中，各該感應模組分配有一位址資料，當一該感應模組讀取到該訊號資料，並由該中央監控手段接收及處理後，由該中央監控手段之一警示手段以顯示或音頻方式輸出該位址資料。
7. 一種水中信息無線傳輸方法，其包括：提供一種如請求項1所述之水中信息無線傳輸系統；於該電磁式辨識元件內寫入待辨識之訊號資料；將該電磁式辨識元件裝設在該浮體上；該浮體連同該電磁式辨識元件裝置在該送出手段，供一使用者攜至一水面下；當使用者啟動該送出手段時，該浮體連同該電磁式辨識元件脫離該送出手段而被送出，並藉該浮體之浮力，使該電磁式辨識元件 浮至該水面上；及以位於該水面上的該感應模組，讀取來自該電磁式辨識元件之該訊號資料。
8. 如請求項第7項所述之水中信息無線傳輸方法，其中，於該系統更提供有一中央監控手段，且於該水面上佈設有複數個該感應模組，該中央監控手段包括有一訊號傳輸模組及一訊號處理手段，該訊號傳輸模組用以接收該感應模組自該電磁式辨識元件取得之該訊號資料，而由該訊號處理手段進行處理。
9. 如請求項第8項所述之水中信息無線傳輸方法，其中，於各該感應模組分配有一位址資料，當其中一個該感應模組讀取到該訊號資料時，由該中央監控手段接收及處理，再以該中央監控手段之一警示手段以顯示或音頻方式輸出該位址資料。
10. 如請求項第7項所述之水中信息無線傳輸方法，其中，所提供之該電磁式辨識元件係為一主動式之RFID標籤，該RFID標籤經一開關手段而連接一設置在該浮體上的電源裝置，當該浮體脫離該基體之瞬間，該開關手段呈開啟，該電源裝置供電予該標籤RFID，該RFID標籤主動以電磁波的形式將該訊號資料發射出去。