[發(fā)明專利]一種室外游泳水下定位手環(huán)及水下定位方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710658928.2
• 申請(qǐng)日: 2017-08-04
• 公開（公告）號(hào): CN107495551B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高嘉偉;劉建敏;曹峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山西大學(xué)
• 主分類號(hào): A44C5/00
• 分類號(hào): A44C5/00;A61B5/021;G01D21/02;G01S5/20
• 代理公司: 山西五維專利事務(wù)所(有限公司) 14105
• 代理人: 郭海燕

本發(fā)明屬于沙灘、湖泊等室外游泳場(chǎng)所定位技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種室外游泳水下定位手環(huán)及水下定位方法。主要包括室外游泳水下定位手環(huán)和外圍設(shè)備。所述室外游泳水下定位手環(huán)包括通信控制模塊、定位模塊、顯示模塊、傳感器模塊、射頻模塊、振動(dòng)馬達(dá)模塊和/或揚(yáng)聲器模塊以及向上述模塊供電的電源。所述外圍設(shè)備包括外圍通信設(shè)備、外圍定位設(shè)備、環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備、服務(wù)器和供電設(shè)備。水下定位采用超短基線定位方式，由手環(huán)定位模塊中的定位水聲換能器與外圍定位設(shè)備中的定位水聲應(yīng)答器匹配使用，利用雙向時(shí)間測(cè)距法記錄相關(guān)時(shí)間并計(jì)算游泳者與固定于水下的每個(gè)定位水聲應(yīng)答器間的距離，服務(wù)器接收到相關(guān)信息后采用最小二乘法計(jì)算游泳者的水下位置。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于沙灘、湖泊等室外游泳場(chǎng)所定位技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種室外游泳水下定位手環(huán)及水下定位方法。

背景技術(shù)

游泳是強(qiáng)身健體、鍛煉意志、休閑娛樂、促進(jìn)身心健康、老少咸宜的體育運(yùn)動(dòng)之一。隨著游泳愛好者對(duì)游泳環(huán)境的要求不斷提高，許多沙灘、湖泊、江河等室外優(yōu)良水域相繼被開發(fā)，成為人們追捧的旅游或休閑資源。

然而，沙灘、湖泊、江河等室外水域?qū)儆趹敉猸h(huán)境，范圍較廣、人員復(fù)雜。與傳統(tǒng)的室內(nèi)游泳場(chǎng)館相比，使得走失、溺水等安全事件不易被第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)。因此，需要一套裝置和方法可及時(shí)發(fā)現(xiàn)人員走失、溺水等異常事件，因而如何確定游泳者的準(zhǔn)確水下位置是非常關(guān)鍵的問題。而傳統(tǒng)的GPS定位方式在水中的誤差較大，因而對(duì)水中定位技術(shù)有了更高的要求。

目前關(guān)于定位技術(shù)主要有GPS定位、無線定位等。民用的GPS定位在室外的誤差大約有幾十米，在水中定位的誤差則更大。而無線定位技術(shù)的測(cè)量精度雖然比GPS高，但是其主要用于室內(nèi)定位。在類似于沙灘等廣闊的室外和水域環(huán)境中，無線定位技術(shù)受到了一定的限制，定位精度降低且需要布置很多的基站或者無線路由，成本較高。此外，由于無線電磁波在水中傳輸會(huì)嚴(yán)重的衰減、傳輸距離有限，且無線電磁波在淡水、海水中導(dǎo)電率差異較大，因此不能通過無線電磁波在水下對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效傳輸。由此可見，這些方法并不能很好地適用于沙灘等廣闊的室外水域環(huán)境定位。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)對(duì)游泳者室外水下定位不準(zhǔn)確的問題，本發(fā)明提供一種室外游泳水下定位手環(huán)及水下定位方法。

本發(fā)明為解決上述問題而采取的技術(shù)方案為：

一種室外游泳水下定位手環(huán)，包括呈環(huán)狀的腕帶，所述腕帶上設(shè)有通信控制模塊、定位模塊、顯示模塊、傳感器模塊、振動(dòng)馬達(dá)模塊和/或揚(yáng)聲器模塊以及向上述模塊供電的電源；所述的通信控制模塊包括微型控制器和通信水聲換能器，其中微型控制器用于控制室外游泳水下定位手環(huán)各模塊之間以及與外圍設(shè)備的信息交互與傳送，通信水聲換能器用于與外圍通信設(shè)備中的通信水聲換能器的通信，實(shí)現(xiàn)電信號(hào)與水聲信號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)換；所述的定位模塊由定位水聲換能器和計(jì)時(shí)器組成，定位水聲換能器與室外游泳場(chǎng)所外圍定位設(shè)備的定位水聲應(yīng)答器匹配使用并向定位水聲應(yīng)答器周期性地發(fā)送聲信號(hào)，計(jì)時(shí)器用于記錄該定位水聲換能器每次發(fā)送和接收聲信號(hào)的時(shí)間并通過通信控制模塊利用外圍通信設(shè)備發(fā)送至服務(wù)器；所述的傳感器模塊包括心率傳感器、血壓傳感器和水壓傳感器，其中心率傳感器和血壓傳感器位于腕帶的內(nèi)側(cè)以便緊貼游泳者的手腕內(nèi)側(cè)，水壓傳感器內(nèi)置于腕帶內(nèi)部用于感知水中的壓力，根據(jù)水壓傳感器給出的壓力值計(jì)算得到游泳者當(dāng)前的入水深度，傳感器模塊與通信控制模塊相連接，當(dāng)水壓傳感器的壓力值不為零，即游泳者處于水下狀態(tài)時(shí)，通信控制模塊向定位模塊中的定位水聲換能器發(fā)出喚醒信號(hào)，定位水聲換能器開始發(fā)出聲信號(hào)，并與待機(jī)值守的外圍定位設(shè)備的定位水聲應(yīng)答器進(jìn)行通信；定位模塊和顯示模塊位于腕帶外側(cè)；振動(dòng)馬達(dá)模塊和/或揚(yáng)聲器模塊以及電源均內(nèi)置于腕帶內(nèi)部；所述顯示模塊、振動(dòng)馬達(dá)模塊和/或揚(yáng)聲器模塊都通過通信控制模塊并利用外圍通信設(shè)備接收服務(wù)器的信息。