一种海上应急搜救系统.pdf

本发明公开了一种海上应急搜救系统，包括软件模块和硬件设备，软件模块包括控制器、通信信息处理模块、轨迹预测模块、电子海图应用模块和电子地图应用模块，通信信息处理模块、轨迹预测模块、电子海图应用模块和电子地图应用模块均与控制器连接，硬件设备包括北斗信号收发处理器、落水人员北斗救生标、数据服务器和应用服务器，数据服务器和应用服务器均与控制器连接。本发明的有益效果为：本发明公开了一种创新的、精确的海上应急搜救系统，是通过北斗卫星通信信道来接收各类北斗终端求救报警信号，从而实现人命救助。本系统平台可广泛应用于船舶运输、水上作业、野外作业、渔业生产等众多行业以及其他有特殊调度指挥要求的单位搜救领域。

权利要求书
1.  一种海上应急搜救系统，其特征在于：包括软件模块和硬件设备，软件模块包括控制器、通信信息处理模块、轨迹预测模块、电子海图应用模块和电子地图应用模块，通信信息处理模块、轨迹预测模块、电子海图应用模块和电子地图应用模块均与控制器连接，硬件设备包括北斗信号收发处理器、落水人员北斗救生标、数据服务器和应用服务器，数据服务器和应用服务器均与控制器连接；
落水人员北斗救生标：用于将落水人员的遇险信号通过北斗信号收发处理器发送至控制器；
控制器：通过通信信息处理模块接收落水人员北斗救生标发送的遇险信号，并将接收到的遇险信号通过数据服务器进行处理，通过应用服务器对落水人员北斗救生标进行身份识别，通过轨迹预测模块对落水人员北斗救生标的位置实时跟踪，并显示在电子海图应用模块和电子地图应用模块上；
轨迹预测模块包括落水人员漂移轨迹跟踪查询单元和人员漂移轨迹预测单元，轨迹预测模块根据遇险信号通过落水人员漂移轨迹跟踪查询单元进行跟踪查询落水人员轨迹，并通过人员漂移轨迹预测单元建立落水人员漂移轨道预测模型，推算其未来的漂移轨迹，并将该轨迹传递至控制器。

2.  根据权利要求1所述的一种海上应急搜救系统，其特征在于：所述遇险信号包括身份信息、时间信号和位置信息。

3.  根据权利要求1所述的一种海上应急搜救系统，其特征在于；所述控制器包括遇险报警模块、调度指挥模块、统计查询模块和救生标管理模块。

4.  根据权利要求3所述的一种海上应急搜救系统，其特征在于：所述遇险报警模块包括报警监控模块、遇险定位模块、报警查询单元、报警信息取消单。元以及数据导出单元。

5.  根据权利要求3所述的一种海上应急搜救系统，其特征在于：所述调度 指挥模块包括通信调度模块和搜救定位单元。

6.  根据权利要求3所述的一种海上应急搜救系统，其特征在于：所述统计查询模块包括报警统计单元、调度统计单元、通信统计单元、移动轨迹回放单元以及搜救轨迹回放单元。

7.  根据权利要求3所述的一种海上应急搜救系统，其特征在于：所述救生标管理模块包括救生标设置模块、救生标更改模块以及救生标统计模块。

8.  根据权利要求1所述的一种海上应急搜救系统，其特征在于：所述落水人员北斗救生标设有遇水开关，所述遇水开关接触水后自动启动并传递信号。

9.  根据权利要求8所述的一种海上应急搜救系统，其特征在于：所述遇水开关可通过人工手动启动并传递信号。

说明书一种海上应急搜救系统
技术领域
本发明涉及海洋救援领域，尤其涉及一种海上应急搜救系统。
背景技术
随着世界经济一体化和信息全球化进程的加快，国际航运事业得到飞速的发展，海洋经济已经成为国民经济的重要组成部分，我国是海洋大国，沿海省市都把海洋经济作为新的战略重点。然而，伴随而来的是水上安全事故多发，海难事故发生概率也在不断增加。
由于海上搜寻救助工作的特殊性，许多难题一直困扰着搜寻救助工作的发展和成效提升，具体情况如下：(1)落水人员定位难：在海上，人员落水后，由于其没有随身携带现代定位设备，搜救中心难以准确定位和跟踪落水人员，特别在夜间或大风浪及大雾等恶劣天气下，几乎无法掌握落水人员的具体位置，严重影响着搜救决策和行动的开展；(2)落水人员搜寻难：落水人员在大海里目标很小，在海上通常的风浪天气下难以发现；同时受到风、浪、流和潮汐的影响，落水人员位置会随时变化，搜救船舶和飞机搜寻落水人员如同大海捞针一般困难，难以及时快速搜寻到落水人员；(3)落水人员搜救效率低：据国际海事组织统计，海上落水人员多数为冻死或渴死，而非淹死。在水温0℃时，落水人员生存时间约15分钟；10℃约3小时，20℃约40小时，因此对落水人员准确定位并快速有效准确展开救助行动非常重要。但目前，由于对落水人员定位难、搜寻难，未能快速救助出水而失去生命，造成落水人员获救机率相当小，救助成功率持续较低。此外，在落水人员死亡后，也无法搜寻到遇难者遗体，不能给遇难者以安抚；(4)搜救落水人员成本大：由于落水人员目标小，位置变化很快，搜救落水人员通常需要组织大量船舶、飞机实施立体搜寻，加上恶劣天气等不利因素的影响，搜寻救助行动大多会持续多日，搜救直接成本支出非常大。此外，加上死亡失踪人员的经济赔偿(每人赔偿费用不低于人民币50万元，造成搜救社会综合成本支出巨大。
自上世纪90年代开始，越来越多的人热衷于户外探险旅游，由于专业知识不足、装备等准备不够、通讯受阻等原因，驴友冒险受困的事件近年来时有发生，特别是一些毫无野外旅游、探险经验的探险者遇到危险时，大规模的搜救行动不仅浪费了社会公共资源，还有可能导致救援者的死亡。由于被困的户外运动者大多是因为迷失方向后不知如何判断东西南北，即使手机有信号能够与外界联系，也很难报出自己的准确位置，为救援增加了难度。如果身处无线基站信号没有覆盖的盲区，遇险者因为得不到救援而出现生命危险的几率将大大增加。本发明公开的一种海上应急搜救系统很好的解决了上述难题，并填补了即时搜救、目标搜救的空白，操作简单，使用可靠，适用性广泛，可大范围的推广和应用。
发明内容
为克服目前现有技术存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种海上应急搜救系统。
为达到上述目的，本发明的目的是通过以下技术方案来实现：
一种海上应急搜救系统，包括软件模块和硬件设备，软件模块包括控制器、通信信息处理模块、轨迹预测模块、电子海图应用模块和电子地图应用模块，通信信息处理模块、轨迹预测模块、电子海图应用模块和电子地图应用模块均与控制器连接，硬件设备包括北斗信号收发处理器、落水人员北斗救生标、数据服务器和应用服务器，数据服务器和应用服务器均与控制器连接；
落水人员北斗救生标：用于将落水人员的遇险信号通过北斗信号收发处理器发送至控制器；
控制器：通过通信信息处理模块接收落水人员北斗救生标发送的遇险信号，并将接收到的遇险信号通过数据服务器进行处理，通过应用服务器对落水人员北斗救生标进行身份识别，通过轨迹预测模块对落水人员北斗救生标的位置实时跟踪，并显示在电子海图应用模块和电子地图应用模块上；
轨迹预测模块包括落水人员漂移轨迹跟踪查询单元和人员漂移轨迹预测单元，轨迹预测模块根据遇险信号通过落水人员漂移轨迹跟踪查询单元进行跟踪查询落水人员轨迹，并通过人员漂移轨迹预测单元建立落水人员漂移轨道预测模型，推算其未来的漂移轨迹，并将该轨迹传递至控制器。
进一步的，所述遇险信号包括身份信息、时间信号和位置信息。
进一步的，所述控制器包括遇险报警模块、调度指挥模块、统计查询模块和救生标管理模块。
进一步的，所述遇险报警模块包括报警监控模块、遇险定位模块、报警查询单元、报警信息取消单元以及数据导出单元。
进一步的，所述调度指挥模块包括通信调度模块和搜救定位单元。
进一步的，所述统计查询模块包括报警统计单元、调度统计单元、通信统计单元、移动轨迹回放单元以及搜救轨迹回放单元。
进一步的，所述救生标管理模块包括救生标设置模块、救生标更改模块以及救生标统计模块。
进一步的，所述落水人员北斗救生标设有遇水开关，所述遇水开关接触水后自动启动并传递信号。
进一步的，所述遇水开关可通过人工手动启动并传递信号。
本发明的有益效果为：本发明公开的一种创新的、精确的海上应急搜救系统，是通过北斗卫星通信信道来接收各类北斗终端求救报警信号，从而实现人命救助，该系统将会改变现有遇险落水人员的搜救模式，是对现行搜救模式的一项革命性创新举措，将全面解决遇险落水人员定位难、搜寻难、搜救效率低等长期困扰海上搜救工作的难题，在搜救行动中，搜救中心根据遇险落水人员位置及周边搜救力量的分布情况，只需组织一艘船舶或一架飞机对落水人员进行直线式搜救，改变原有“船海搜救战术”的拉网式搜救模式，减少不必要的 搜救力量组织和搜救资源参与，大大节约搜救直接成本支出；另外本系统平台可广泛应用于船舶运输、水上作业、野外作业、渔业生产等众多行业以及其他有特殊调度指挥要求的单位搜救领域。
附图说明
下面根据附图对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明实施例所述的一种海上应急搜救系统的结构框图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种海上应急搜救系统，包括软件模块和硬件设备，软件模块包括控制器、通信信息处理模块、轨迹预测模块、电子海图应用模块和电子地图应用模块，通信信息处理模块、轨迹预测模块、电子海图应用模块和电子地图应用模块均与控制器连接，硬件设备包括北斗信号收发处理器、落水人员北斗救生标、数据服务器和应用服务器，数据服务器和应用服务器均与控制器连接；
落水人员北斗救生标：用于将落水人员的遇险信号通过北斗信号收发处理器发送至控制器；
控制器：通过通信信息处理模块接收落水人员北斗救生标发送的遇险信号，并将接收到的遇险信号通过数据服务器进行处理，通过应用服务器对落水人员北斗救生标进行身份识别，通过轨迹预测模块对落水人员北斗救生标的位置实时跟踪，并显示在电子海图应用模块和电子地图应用模块上；
轨迹预测模块包括落水人员漂移轨迹跟踪查询单元和人员漂移轨迹预测单元，轨迹预测模块根据遇险信号通过落水人员漂移轨迹跟踪查询单元进行跟踪查询落水人员轨迹，并通过人员漂移轨迹预测单元建立落水人员漂移轨道预测模型，推算其未来的漂移轨迹，并将该轨迹传递至控制器。
本发明公开的一种创新的、精确的海上应急搜救系统，是通过北斗卫星通 信信道来接收各类北斗终端求救报警信号，从而实现人命救助，该系统将会改变现有遇险落水人员的搜救模式，是对现行搜救模式的一项革命性创新举措，将全面解决遇险落水人员定位难、搜寻难、搜救效率低等长期困扰海上搜救工作的难题，在搜救行动中，搜救中心根据遇险落水人员位置及周边搜救力量的分布情况，只需组织一艘船舶或一架飞机对落水人员进行直线式搜救，改变原有“船海搜救战术”的拉网式搜救模式，减少不必要的搜救力量组织和搜救资源参与，大大节约搜救直接成本支出；另外本系统平台可广泛应用于船舶运输、水上作业、野外作业、渔业生产等众多行业以及其他有特殊调度指挥要求的单位搜救领域。
进一步的，所述遇险信号包括身份信息、时间信号和位置信息。
进一步的，所述控制器包括遇险报警模块、调度指挥模块、统计查询模块和救生标管理模块。
进一步的，所述遇险报警模块包括报警监控模块、遇险定位模块、报警查询单元、报警信息取消单元以及数据导出单元。
报警监控模块：当涉水或野外探险人员遇险后，随身携带的北斗救生标遇水自动触发或手动报警，通过北斗卫星向海上搜救指挥中心发出遇险位置、遇险时间及身份信息，指挥中心可通过报警监控模块实时查看接警信息。遇险定位模块：当指挥中心接到遇险人员报警信号后，可通过遇险定位模块快速查看遇险人员所在位置，并查看遇险人员身份信息。报警查询单元：在接收到多个遇险报警信息后，可以在报警列表，电子海图或电子地图上分别查看各遇险人员详细信息，包括遇险位置、遇险单位属性、遇险时间、最新报警时间等。报警信息取消单元：当成功救助报警目标或者接到误报警后，由指挥中心取消该报警目标发出的报警状态。数据导出单元：将报警列表中的所有遇险报警信息导出WORD文档，包含遇险标ID、遇险标绑定用户名、遇险时间、最新地理位置、最新报警时间，用于统计分析汇报。
进一步的，所述调度指挥模块包括通信调度模块和搜救定位单元。
通信调度模块：当指挥中心调度搜救时，系统通过北斗通讯机制，可对一到多个搜救力量指定或统一发送短讯，并即时接收搜救力量回馈的信息，互联互通。搜救定位单元：指挥中心可以在电子海图或电子地图上对下属搜救力量进行实时定位，查看其当前位置信息。
进一步的，所述统计查询模块包括报警统计单元、调度统计单元、通信统计单元、移动轨迹回放单元以及搜救轨迹回放单元。
报警统计单元：指挥中心通过应用功能录入查询条件，时间范围、遇险标ID查询后台数据库该遇险单位所有遇险报警信息。包括位置信息、单位属性、
报警时间等。调度统计单元：指挥中心通过应用功能录入查询条件，时间范围、搜救力量ID查询后台数据库该搜救力量相关所有位置信息。通信统计单元：指挥中心通过应用功能录入查询条件，时间范围、搜救力量ID查询后台数据库该搜救力量所有与指挥中心的通讯记录。包括接收、发送、时间等相关信息。移动轨迹回放单元：指挥中心通过应用功能录入查询条件，时间范围、遇险标ID查询后台数据库该遇险标所有相关信息，在电子海图或电子地图上以点连线绘制出遇险移动轨迹图。搜救轨迹回放单元：指挥中心通过应用功能录入查询条件，时间范围、搜救力量ID查询后台数据库该搜救力量所有相关信息，在电子海图或电子地图上以点连线绘制出搜救力量行动轨迹图。
进一步的，所述救生标管理模块包括救生标设置模块、救生标更改模块以及救生标统计模块。
救生标设置模块：对每一台救生标绑定配备人员基础信息如姓名，性别、年龄、身份证、船长电话、所在单位、所在船的名称等。还包括救生标设备唯一识别号ID属性如生产批次、产品ID、发型日期等。救生标更改模块：修改、删除救生标绑定信息便于操作维护。救生标统计模块：从发行日期、配备人员年龄段各角度分类统计现有救生标。
进一步的，，所述落水人员北斗救生标设有遇水开关，所述遇水开关接触水后自动启动并传递信号。进一步的，所述遇水开关可通过人工手动启动并传递 信号。人员遇险自动报警：北斗救生标设备遇水自动打开报警开关，向搜救指挥中心发出求救信号，并自动连续发射时间与位置信息；落水人员全程实时跟踪：北斗救生标设备通信信号覆盖面大，可实现对遇险人员的全程实时跟踪；手工报警：北斗救生标设备设计有手工报警功能，可在紧急情况下一键报警；误报警解除：北斗救生标设备设计有报警解除功能，当出现误操作或不慎设备遇水后，设备自动发出报警音，可人工一键解报警，避免误报警；落水人员漂移轨迹预测：可提供落水人员未来72小时内的逐时移动轨迹预测；环境信息查看：可实时查看落水人员所在区域的环境信息(如天气状况、温度、海流、海温、风速、风向、气压、浪高等)；搜救人员自动获取落水人员信息：当指挥中心下达搜救指令后，系统自动转发遇险人员信息，搜救人员可快速达到现场实施救助；应急搜救指挥可视化：搜救人员与落水人员位置实时跟踪可见，真正可视化的搜救指挥。完善的事后分析统计：可对两年内的搜救指挥进行统计分析。
本技术方案中，轨迹预测模块主要根据环境、气象信息建立遇险人员移动轨迹预测模型，推算其未来的移动轨迹。轨迹预测模块主要由定位轨迹预测模块和周边气象环境预测模块两部分组成，其中定位轨迹预测模块提供了未来72小时内的遇险人员逐时移动轨迹、救生筏逐时漂移轨迹；周边气象环境预测模块提供遇险人员或救生筏所在区域的实时气象环境信息的查看，主要有天气状况、温度、海流、风速、风向、海温、浪高、气压等信息。轨迹预测模块的主要功能为：根据遇险人员遇险位置及时间等信息，通过分析其所在区域的环境及气象信息，提供未来72小时内遇险人员和救生筏两种移动预测轨迹(每小时一个轨迹点)，在电子海图或电子地图中叠加显示。考虑到涉水人员遇险后的各种状态，为使模型计算准确可靠，系统提供了针对人员的6种状态的漂移轨迹预测，针对救生筏提供了11种状态的漂移轨迹预测。
基于电子海图和电子地图实现对遇险人员报警信号的即时接收与展现，可对遇险人员进行准确定位，准确率达97％以上，极大缩短对遇险人员的搜寻时间，提高搜救效率，减少搜救成本。实时接收来自各类北斗终端遇险报警信号，并对报警信号进行分类处理。基于北斗卫星通信导航系统实现基于电子海图系 统的遇险报警、搜救指挥、统计分析为一体的综合搜救指挥平台。利用北斗卫星导航系统即时获取遇险人员报警和求救信息，根据海洋气象环境要素及遇险人员定位的信息整合，进行漂移轨迹预测，并对遇险人员进行实时位置跟踪。遇险人员具体位置的精确定位技术为救助机构制定合理的搜救方案、调度指挥提供了决策依据。救助机构可实现点对点的精确搜救，是对现行拉网式搜救模式的一项革命性创新举措。
北斗卫星独有的双向通信功能及精确定位系统为我国应急搜救提打下了坚实基础：北斗卫星导航系统是我国独立自主建立的卫星导航定位系统。它具有卫星数量少、投资小、用户设备简单、价廉、运营通信费用低等特点。北斗卫星导航系统在通信定位方面有强大的功能，主要包括：北斗卫星导航系统同时具备定位与通信功能，无需其他通信系统支持；北斗卫星导航系统覆盖中国及周边国家和地区，24小时全天候服务，无通信盲区，基本无时间延迟；北斗卫星导航系统特别适合集团用户大范围监控与管理，以及无依托地区数据采集用户的数据传输应用；北斗卫星导航系统独特的中心节点式定位处理和指挥型用户机设计，可同时解决双向定位的要求；北斗卫星导航系统是国家自主系统，高强度加密设计，安全、可靠、稳定，适合关键部门应用……北斗卫星导航系统广泛使用在船舶运输、公路交通、铁路运输、野外作业、水文测报、森林防火、渔业生产、勘察设计、环境监测等众多行业以及其他有特殊调度指挥要求的单位提供定位、通信和授时等综合服务，实现一定区域的导航定位、通讯等多用途，满足当前我国陆、海、空运输导航定位的需求。其具有以下五大优势：(1)同时具备定位与通信功能，无需其他通信系统支持；(2)覆盖中国及周边国家和地区，24小时全天候服务，无通信盲区；(3)特别适合集团用户大范围监控与管理，以及无依托地区数据采集用户数据传输应用；(4)独特的中心节点式定位处理和指挥型用户机设计，可同时解决双向定位的要求；(5)是国家自主系统，高强度加密设计，安全、可靠、稳定，适合关键部门应用。
本发明提供的一种海上应急搜救系统正是基于北斗卫星导航系统的五大优势，研制开发的，它可以应用在船舶运输、水上作业、野外作业、渔业生产等众多行业以及其他有特殊调度指挥要求的单位搜救领域。
具体使用时，当人员遇险后，其随身携带的北斗救生标遇水触发或手动打开报警开关，通过北斗卫星向搜救指挥中心发出求救信号，搜救指挥中心可通过系统中的遇险监控模块即时获取遇险人员的求救信号，快速获取其遇险位置、遇险时间及遇险人员身份等信息，并开始对遇险人员进行实时位置跟踪，直到搜救成功；同时，通过遇险人员移动轨迹预测模块快速推断其未来72小时内的逐时移动轨迹，并可实时查看遇险人员所在区域的气象数据，如海上遇险求救时，可实时监控海洋环境信息(如海流、海温、风速、风向、气压、浪高等)，为搜救机构制定搜救方案提供科学的技术支撑；整个搜救过程，指挥中心全程可控。
实施例一，使用该海上应急搜救系统后带来的社会效益：经过8年艰苦奋战，2003年12月15日，我国第一代北斗导航定位系统——北斗一号建成并正式开通运行，中国成为继美、俄之后，第三个拥有自主卫星导航系统的国家，打破了国外的封锁与垄断，结束了长期单一依赖国外系统的历史。而依托北斗卫星导航系统研发的北斗应急搜救系统也必将以独特优势和不可替代的作用，在全社会应急搜救领域引起了强烈反响。
实施例二：使用该海上应急搜救系统后带来的经济效益有以下对于试验：
(一)目前海上搜救投入分析
海上作业活动是一项高风险行业，随着近几年沿海大开发战略布局的展开，海上遇险船舶和人员逐年增多。据数据统计，2012年全国共发生运输船舶水上交通事故270件，死亡失踪277人，沉没(全损)船165艘，直接经济损失4.66亿元，比上年增加19.5％。全国各级海上搜救中心全年共组织、协调搜救行动1954次，出动、协调各类船艇7316艘次、飞机352架次；目前条件下搜救工作面临人员落水后，由于其没有随身携带现代化的定位设备，搜救中心难以精确定位和跟踪落水人员，特别是在夜间或大风浪及大雾等恶劣天气下，几乎无法掌握落水人员的具体位置。搜救落水人员通常需要组织大量的搜救船舶和飞机实施立体搜寻，搜寻救助行动大多会持续多日，搜救直接成本支出非常大。同时因为无法快速定位和救助落水人员，他们的救助几率也极低，需要支付的死 亡失踪人员经济赔偿也很大。
以2011年为例，江苏省的搜救投入损失表如下：

(二)北斗落水人员搜救指挥系统投入后的经济效益分析：
我公司研发的依托北斗卫星系统的“北斗海上落水人员搜救指挥系统”及“海上落水人员救生示位标(以下简称救生标)”，很好地解决了海上搜救工作中面临的“听不见落水人员报警”和“找不到落水人员位置”的难题。
北斗海上落水人员搜救指挥系统与北斗救生标的投入使用，将会改变现有遇险落水人员的搜救模式，是对现行搜救模式的一项革命性创新举措，将全面解决遇险落水人员定位难、搜寻难、搜救效率低等长期困扰海(水)上搜救工作的难题。在搜救行动中，搜救中心根据遇险落水人员位置及周边搜救力量的分布情况，只需组织一艘船舶或一架飞机对落水人员进行直线式搜救，改变原有“船海搜救战术”的拉网式搜救模式，减少不必要的搜救力量组织和搜救资源参与，大大节约搜救直接成本支出。
搜救投入损失表对比如下


有上述对比试验可知，本发明涉及一种创新的、精确的北斗落水人员搜救系统平台，是通过北斗卫星通信信道来接收各类北斗终端求救报警信号，从而实现人命救助，本系统平台可广泛应用于船舶运输、水上作业、野外作业、渔业生产等众多行业以及其他有特殊调度指挥要求的单位搜救领域。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。