基于游泳安全考虑的智能自救泳衣设计与研究

符式培　李吉振　李致凯　陈泽　杨瑞旺　柴源

摘 要：众所周知，威胁人类生命健康安全有两大杀手：疾病和意外。然而意外事件则为车祸和溺水事件居多，在溺水过程中，水和泥沙、浮藻类等会导致我们堵塞呼吸道，寒冷的水刺激会引起喉头痉挛，导致呼吸道梗阻以及心力衰竭，而使我们无力与深水做斗争。我们应当树立起安全防护意识，做好预防意外发生的准备，加入自救芯片感应系统以及GPS、GSM等模块的便捷智能可自救泳衣的出现希望让使用者在享受安全的同时还能够体验游泳的快乐。

關键词：安全;智能;自救泳衣;溺水事件

1 游泳运动安全问题

游泳是一项极其挑战体力和意志以及毅力的大众运动项目，然而游泳中发生溺亡事故时有发生，这些意外是人们一直面临且希望克服的问题。溺水救生钟时间十分宝贵，甚至一秒半秒之差就会带来不同惨重的后果，无数曾经拥有美好生活的幸福家庭因意外溺水事件导致支离破碎;现如今市面上早已有相关救生设备，但通常因设计不合理，功能不完善，类型繁多而不便捷等问题的出现，而不能达到使用者和消费者的期望要求，很难做到真正地普及应用到人类生活中。我们都希望有一种全新的自救泳衣产品，让更多的人穿上它能感觉到消除了对游泳的恐惧，这不单单是心理上的安慰，而是希望用其中独一无二的设计理念、实用的功能性来感动使用者，为在水中世界活动的游泳者“保驾护航”。

2 目前针对溺水问题措施市场现状

现市场有充气可自救装置，其充气方式原理大多是为从一腔室通过管路进入另一腔室的方式，这种方式存在一定长度的路程，而且路程在水下存在许多不确定性，于此存在充气速度较慢、容易发生管路截堵而无法充气等问题，正由于该问题的存在，即使需要充气救生时，也易出现无法充气或者充气过慢而来不及救生，存在功能可靠性不佳等问题;另一方面是关于水中求助救援系统，目前溺水报警系统主要有的大类型包括：

（1）早期出现的视频溺水报警系统：是把摄像机放置于泳池底部，通过鉴定使用者是否待在泳池底部超过一定时间而判断是否溺水。但这种系统只适用于发生溺水事件后才报警，这就延误了一定施救相应时间。另外，当人数过多时不可避免的产生使用者互相遮挡的问题，因而这不是很实用的方法。

（2）让使用者身上携带监测装置：让使用者游泳时携带一定的监控装置，如手表等如果使用者所处位置低于特定深度超过一定时间，监测装置就发出警告或产生漂浮作用以及监测装置用麦克风系统去监测心跳和呼吸声音，并进一步测量这些声音消失和出现的时间间隔，从而经过判断后决定是否溺水。但这种系统由于安装、维护耗资巨大以及使用时误报率高，对使用者也造成许多不便，所以并未被人们广泛采用。

（3）利用声纳等监控手段来实现：主要表现是在水下和泳池底部安装一套声纳发射、接收装置，然后利用探测器去确定可能障碍物的存在，进而利用一定的溺水判据如身体静止不移动去判定是否溺水。但这种装置缺点是几乎所有声纳鉴定溺水个人身体的方法都是依赖于他身体里面含有的空气，如果遇难者人的肺内充满水，则得到的信号就不能肯定，甚至会不进行信号的处理。另外，为了安装声纳和把它与处理设备相连接，从返回的回声中提取信息，需要安排环绕泳池底部的同轴电缆，而安全规定 限制，禁止接近泳池水的应用电压超过36伏，而声纳设备则需要用几百伏的电压去产生声纳脉冲。最后，如果人体位于声纳和墙之间时，此方法依然可行但如果人体离墙面很近就会出现很多问题，回声和其他噪声也属于声呐信号，泳池墙壁使得噪声信号非常难于消除，进而无法得到监测溺水者身体动作所必需的信号。因而这样的一套系统也不能满足要求。对于应用无线电波检测还有类似的水中多重反射和人数过多时无法准确追踪使用者等问题。

（4）低成本游泳池溺水救生报警系统：包括固定在游泳者手腕上的急救信号发射手表和固定在室内游泳池区域对应的天花板上的凹面无线电接收装置。但是这种报警系统的弊端是仅适用于室内游泳池，且需要有天花板才能安装使用该报警系统，对于室外游泳池则不能发挥作用。因此，随着游泳池业在安全观点方面的成熟，越来越多的相关器械纷纷进入市场，很多设备笨重会影响使用者对游泳的体验感，或者成本过高且功能不完善，如何简单有效的防止发生溺水，这是我们人类面临的一个亟待解决的问题。

3 智能自救泳衣设计原理及性能

根据人体动力学，当人体外部的水对人体施加作用力时，智能自救泳衣的流线型设计符合人类借助自身躯体和肢体在水中做运动前进的原理，对游泳者向前或向上在水中运动的协调性进行较明显的改善。我们考虑到水的密度比空气的密度大得大，人在水中受到的压力要远远大于在空气中，水越深对人体胸腔和腹腔的压力会越大，造成肺部氧气稀疏与呼吸困难，所以我们在泳衣中加入芯片感应系统，对使用者的心率，呼吸速率进行实时有效的报警监督。另外，我们打算在智能自救泳衣中加入经过优化增强防水防信号屏蔽的GPS全球定位、GSM通讯等模块，以便让使用者更好地在任意水域进行求助。对于智能自救泳衣的便捷问题，我们打算借鉴过去厂家已发布的传统防溺水泳衣设备，总结优点引入到我们的产品中，改进它们的缺点，采用耐摩擦、放腐蚀、透气性较好的面料;用心自救泳衣做工安全性和实用性。另外，最关键的一方面就是关于此可自救泳衣的自救安全原理设计：泳衣外部采用多层高级防水渗入式可充气面料，内部使用连接泳衣中的芯片感应系统对使用者的心跳频率自动实时分析使用者所处的安全系数;当游泳者发生意外溺水时，方法一是使用者可手动触发泳衣的自动充气装置按钮完成泳衣的快速充气从而让饱满气体的泳衣产生浮力让使用者回到水面过程;方法二适用于严重紧急的情况，当游泳者在与危险的深水做斗争而导致筋疲力尽时，感应到危险的感应芯片识别到危险系数过高，会自动快速弹出备用氧气急救供应管吸附到遇难者口周围，让使用者回到正常呼吸流畅状态，然后在这些反应发生的同时智能自救泳衣的自动充气功能模块也运行充气动作完成，与方法一不同的是方法二另外添加了运动喷气式急救装置促使泳衣产生喷射气压从背部向水下推进，从而让遇难者面部朝上优先到达水面，响应报警求助系统功能使遇难者到达安全状态。

4 结语

本文所述的智能可自救泳衣是从生活中经常发生的成年甚至青少年意外溺水事件中得到感悟启发，在传统救援泳衣基础上加入创新点，在安全问题上得到了有效提高，让使用者在享受游泳快乐的同时感受到安全。

参考文献：

[1]程浩南.心电监测技术在监测与健康护理服装设计中的应用[J].化纤与纺织技术，2017，（01）：2226.

[2]赵秀娟，齐胜男，丁志欣.关于救生衣自动弹落的研究[J].中国科技信息，2018（12）.

[3]肖红，周璐瑛.救生衣浮力材料概述[J].中国个体防护装备，2002（03）.

[4]胡国银.关于气胀式救生衣气密性面料研发的思考[J].产业用纺织品，2014（11）.