基於無人機的救護系統的製作方法

2023-10-05 12:44:09 2

本發明涉及公共救護技術領域，尤其涉及一種採用無人機輔助的公共區域緊急救護系統。

背景技術：

院外急救不僅要有醫護人員更需要急救設備，美國心臟學會的一項報告指出，如在公共場所有除顫器，並且現場有受過短訓的非專業醫務人員使用的情況下，心跳驟停後復甦的成功率是不具備這些條件的兩倍。

為此公開號為cn105718903a的中國專利文獻公開了一種無人機救援系統及其救援方法，系統包括無人機、用於採集現場視頻的環境信息採集模塊、救援執行模塊、控制處理模塊和救援方案存儲模塊；控制處理模塊包括用於從採集的現場視頻中通過二次級聯模型進行圖像場景識別以搜索傷員的場景識別單元、從救援方案存儲模塊中尋找與場景判斷結果匹配的救援方案的匹配單元以及控制救援執行模塊對傷員進行救護的控制單元。救援方法包括對前述救援系統的各個模塊進行控制的步驟。

另外公開號為cn105068486a的中國專利文獻公開了一種無人機緊急醫療救護系統及方法，屬於無人機航空救援領域。該系統包括急救中心地面調度子系統、無人機子系統和用戶終端，急救中心地面調度子系統適接收用戶終端發出的急救信息，規劃緊急救護任務，選擇適當的急救無人機，向急救無人機傳輸遠程指導音視頻信息並接收急救無人機回傳的生命體徵數據；無人機子系統包括急救無人機和機載急救藥具，急救無人機接收並執行緊急救護任務，回傳急救現場的音視頻信息和生命體徵數據。

但現有技術中對於緊急醫療救護需求，如何最快的通知具備救護能力的人員到場，同時讓救援物資到場，讓仍是有待解決的問題。

技術實現要素：

無人機，是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛行器。本發明提供的一種用於公共區域的緊急自動救護系統，通過無人機、遠程定位、通訊等技術，建立起無人機物資運輸、具備資質的救護人員、需救護的病患三者間的有效聯繫，實現在公共情況下的病患緊急救護。

本發明基於無人機的救護系統，包括調度中心、用戶終端和掛載有急救箱的無人機，所述用戶終端包括被救護人員攜帶的被助終端，以及救護人員攜帶的救護終端；

需要救護時，被助終端向調度中心發送攜帶有施救位置的求助信號；

調度中心收到所述求助信號後通知臨近施救位置的可用無人機攜帶急救箱到達施救位置；調度中心還向處在施救位置預定距離內的所有救護終端發送詢問信號，獲得應答後實時指示攜帶該應答救護終端的救護人員到達施救位置。

本發明採用無人機與救護人員分別通知到場協助的方式，救護人員與救護用品獨立管理，一方面可以調動最近的無人機及時趕到現場，另外採用問詢的方式通知在一定區域內的所有救護人員，可調動更多潛在資源並提高時效性。

作為優選，所述被救護人員主動通過被助終端向調度中心發送求助信號；或所述被助終端實時採集運動特徵，當檢測到與跌倒動作匹配的運動特徵後，向調度中心發送求助信號。

求助信號的發送可以採用主動式或被動式，其中主動式是指被救護人員感覺身體不適，以觸發按鍵或輸入語音指令等方式，通過被助終端向調度中心發送求助信號。為了不可測的預防突發狀況，被動式指所述被助終端實時採集運動特徵，當檢測跌倒後，向調度中心發送求助信號。

作為優選為了防止誤報，所述被助終端檢測到與跌倒動作匹配的運動特徵後，先提示被救護人員，在預定延時內若檢測到中斷操作則不再向調度中心發送求助信號；在預定延時內若沒有檢測到中斷操作則向調度中心發送求助信號。

同理，所述中斷操作以觸發復位按鍵或輸入語音指令等方式輸入被助終端。

被助終端檢測到與跌倒動作匹配的運動特徵後，可以採用震動或聲光信號等方式提示被救護人員，即詢問是跌倒還是誤報，等待被救護人員確認，若是跌倒或一定延時內被救護人員無法回應，則向調度中心發送求助信號。

本發明優選採用檢測跌倒的方式，當然也可以檢測其他生理參數，例如呼吸、脈搏等進行監控並相應報警求救。

作為優選，所述被助終端實時採集3軸加速度數據，並計算合加速度的峰值ra；

其中ax為水平左右方向，即x軸加速度；ay為水平前後方向，即y軸加速度；az為豎直方向；

當ra超過閾值δa後，獲取該時間點前後各2s的數據，計算

其中，t＝4s，ax(t)為時間t時x軸加速度的大小，ay(t)為時間t時y軸加速度的大小，az(t)為時間t時z軸加速度的大小；

如果rs超過閾值δs，判斷為跌倒動作。

施救位置的採集可通過被助終端內的定位單元，例如採用gps等現有定位手段。被助終端在硬體上的具體形式可採用手環或結合智慧型手機等方式。

為了對無人機的充電、維護以及急救箱的物資管理補充，作為優選，每個無人機配置有停靠站，停靠站內設有：

與無人機相互匹配的無線充電單元；

頂部作為入口的機庫；

安裝在機庫入口部位的無人機防盜鎖定機構；

安裝在機庫頂部輔助無人機入庫的位置檢測單元。

無人機在入庫前通過位置檢測單元定位對準機庫入口，而後下降沉入機庫，位於機庫入口部位的無人機防盜鎖定機構在感知無人機就位後採用與無人機相配合的夾臂，鎖銷等方式鎖定無人機位置，可實現防盜。

為了讓無人機在遠程獲知停靠站位置，作為優選，所述停靠站內設有採集停靠站位置並發送至無人機的位置標示單元。

位置標示單元通過gps定位停靠站，並通過無線方式將停靠站位置信息發送至無人機。

就無人機本身而言可採用現有技術進行自動導航和通信，本發明中將急救箱固定掛載在無人機下方，一般情況下是無需分離的。

所述急救箱內設有硬體形式的控制單元並安裝有管理軟體，控制單元通過相應的接口與無人機、調度中心以及用戶終端通信。

為了便於急救箱內物品的管理和維護，作為優選，所述用戶終端還包括急救箱管理人員攜帶的維護終端，所述急救箱獲取並統計箱內物品的消耗，當箱內物品的消耗低於閾值時，急救箱通過調度中心或直接向維護終端發送維護提示信息。

由於無人機與急救箱特定的匹配關係，兩者中任何一者不符合條件都無法到達施救位置，或者即使到達也面臨無藥可用的尷尬。

因此本發明所述的可用無人機的條件，至少指無人機的電量可維持往返施救位置，急救箱內物品有足夠的存量。

作為優選，所述急救箱採集無人機的電量以及急救箱內物品的存量，並作出是否可用的評估結果發送給調度中心；

調度中心收到所述求助信號後，依據各無人機在評估結果通知臨近施救位置的可用無人機。

為了獲知急救箱內物品的存量，可以在每一物品上設置可識別標籤，取放時通過急救箱感知識別標籤位置變化；或急救箱內為每一物品上設置鎖定機構，通過刷卡、掃碼等方式授權後使用，或採用其他物聯網方式，急救箱可以直接獲知物品的取用或通過調度中心獲知，反之，調度中心可以直接獲知物品的取用或通過急救箱獲知。

本發明另一改進在於針對急救箱，可以區分被救護人員以及救護人員並賦以不同的使用權限。

所述被助終端內安裝有與被救護人員身份相匹配的nfc卡；

所述急救箱包括：

控制單元；

兩個物品箱，分別為用於存放被救護人員權限物品的第一物品箱、和用於存放救護人員權限物品的第二物品箱；

兩個電子鎖，分別為控制第一物品箱的第一電子鎖、和控制第二物品箱的第二電子鎖，兩個電子鎖分別接入並受控於所述控制單元；

無線通信單元，接入所述控制單元用於與調度中心通信；

讀卡裝置，用於讀取所述被助終端內的nfc卡信息並向調度中心發送請求，經確認後通過控制單元開啟第一電子鎖；

二維碼標識，供救護終端採集後並向調度中心發送請求，經確認後通過控制單元開啟第二電子鎖。

第一物品箱為病患直接開啟，攜帶如阿司匹林藥品、氧氣包等常規救援物資，使用時，被救護人員通過被助終端接近讀卡裝置，經身份識別後既可以開啟權限範圍內的第一物品箱。

第二物品箱為有資質人員開啟，攜帶如自動體外除顫器等需培訓使用的救援物資，救護人員需要開箱時，利用救護終端掃描二維碼標識，並向調度中心發送請求，經身份確認後通過控制單元開啟第二電子鎖。

完成救護後，調度中心向救護人員預留的帳戶支付基本報酬；待被救護人員向調度中心支付報酬後，調度中心向救護人員預留的帳戶支付追加報酬。

基本報酬可依據路程、時間、病情等相應核算，而追加報酬可以依據救護效果、病人感受等相應核算。

本發明對於緊急醫療救護需求，提供一定資質人員的就近服務，通過無人機手段同步提供相應物資；另外對於無人機提供物資，分別提供面向被救護人員和救援資質人員的開啟權限。同時也提出了無人機以及急救箱的維護和評估，特定的無人機停靠方法在一定程度上防止偷竊。

具體實施方式

本發明基於無人機的救護系統，包括調度中心、掛載有急救箱的無人機、為每個無人機配置的停靠站、被救護人員攜帶的被助終端、救護人員攜帶的救護終端、急救箱管理人員攜帶的維護終端。

調度中心可以採用同一伺服器，也可以分為多臺協調運作，例如調度中心包括調度伺服器、物聯網伺服器、救護物資管理伺服器以及資料庫伺服器，各伺服器之間通過現有方式進行通信。

物聯網伺服器採用onenet中國移動物聯網開放平臺。為每一個無人機設置設備節點，包含無人機實時位置、無人機高度等數據。為每一個被助終端設置節點，包含位置等數據。為每一個救護終端設置節點，包含位置等數據。無人機、被助終端以及救護終端均將自身實時定位信息上傳至物聯網伺服器。

調度伺服器可以利用新浪共有雲計算平臺，採用微信公眾平臺搭建。

資料庫伺服器採用mysql設計，包含設備地址對應表，對應每一臺設備(無人機、各終端)物聯網平臺編號、設備sim卡信息。救護人員信息表，包含每一個救護人員個人信息，對應物聯網平臺編號。

救護物資管理伺服器主要用於管理和授權使用急救箱。

被助終端可以採用手環等形式，具體包括中心控制單元以及分別接入該中心控制單元的跌倒檢測單元、震動提示單元、主動呼叫按鍵、復位按鍵、麥克風、定位模塊以及無線通信模塊，另外被助終端內還嵌裝有帶被救護人員身份信息的nfc卡。

中心控制單元採用mt6260併集成無線通信模塊，定位模塊採用mt3336，跌倒檢測單元採用飛思卡爾mma9555，震動提示單元採用lx1030l震動馬達。

救護終端以及維護終端均可以採用智慧型手機，維護終端至少可以接收提示信息，救護終端至少可以接收提示信息、實時導航、掃碼等。

停靠站內設有：

與無人機相互匹配的無線充電單元；有採用ti高集成、易實現的5v輸入發射端方案；

採集停靠站位置並發送至無人機的位置標示單元，例如可以使用gps+gsm模塊獲取本地的定位，並遠程傳送給對應無人機，gps模塊可用skylab公司的skg08a，gsm模塊可用sim900agsm；

頂部作為入口的機庫；

安裝在機庫入口部位的無人機防盜鎖定機構；

安裝在機庫頂部輔助無人機入庫的位置檢測單元；用於無人機接近機庫時的精準定位，選用基於uwb的定位平臺，可選用decawave公司的scensor晶片。在入口周邊4角位置按正方形布置。uwb通訊距離可20米左右。無人機上安置uwb標籤，無人機在接近時，接收到uwb標籤信號後根據信號強度定位離入口的偏移量，按照scensor晶片設計，定位精度可以達到10cm。

就無人機本身而言可採用現有技術進行自動導航和通信，本發明中將急救箱固定掛載在無人機下方，一般情況下是無需分離的。

本發明無人機為無線充電，安裝有與停靠站發射端相匹配的接收端。

飛行導航定位的gps模塊選用skylab公司的skg08a，大小只有8.5*9*1.8(mm)，電流可以低至5ma，具有多種工作模式輔助。

入庫停靠定位精度要求較高，選擇decawave公司的scensor晶片標籤單元。

無線通訊單元選用sim900agsm模塊。

無人機控制單元選用msp430系列晶片，通過gsm模塊，接收目標定位信息，救護時為施救位置定位信息，返程時為停靠站位置信息，並與自身定位信息做對照，升空足夠高度後，給出適宜的直線路徑。

無人機機架上方通過一連接杆安裝有定位盤，安裝在機庫入口部位的無人機防盜鎖定機構為一對加持臂或一對伸縮滑板通過直線電機驅動，可以相對靠近夾持，由於定位盤的限位，使得無人機無法脫離加持臂或伸縮滑板，起到了防盜的作用。

急救箱包括：

控制單元，可選用常規單片機；

兩個物品箱，分別為用於存放被救護人員權限物品的第一物品箱、和用於存放救護人員權限物品的第二物品箱；

兩個電子鎖，分別為控制第一物品箱的第一電子鎖、和控制第二物品箱的第二電子鎖，兩個電子鎖分別接入並受控於控制單元；

無線通信單元，接入控制單元用於與調度中心通信，例如採用sim900模塊；

讀卡裝置，用於讀取被助終端內的nfc卡信息並向調度中心發送請求，經確認後通過控制單元開啟第一電子鎖；例如採用acr122lnfc非接觸式讀卡器；

二維碼標識，供救護終端採集後並向調度中心發送請求，經確認後通過控制單元開啟第二電子鎖。

求助信號的發送可以採用主動式或被動式，其中主動式是指被救護人員感覺身體不適，觸發主動呼叫按鍵或輸入語音指令等方式，通過被助終端向調度中心發送求助信號。被動式指被助終端實時採集運動特徵，當檢測跌倒後，向調度中心發送求助信號。

本發明被助終端實時採集3軸加速度數據，並計算合加速度的峰值ra；

其中ax為水平左右方向，即x軸加速度；ay為水平前後方向，即y軸加速度；az為豎直方向；

當ra超過閾值δa後，獲取該時間點前後各2s的數據，計算

其中，t＝4s，ax(t)為時間t時x軸加速度的大小，ay(t)為時間t時y軸加速度的大小，az(t)為時間t時z軸加速度的大小；

如果rs超過閾值δs，判斷為跌倒動作。

被助終端檢測到與跌倒動作匹配的運動特徵後，採用震動馬達提示被救護人員，即詢問是跌倒還是誤報，等待被救護人員確認，若被救護人員通過復位按鍵或輸入語音指令等方式觸發中斷操作時，則不再向調度中心發送求助信號；

如果是跌倒甚至一定延時內被救護人員無法回應，則向調度中心發送求助信號。

調度中心的調度伺服器收到求助信號後，從物聯網伺服器查詢無人機定位信息，尋找臨近施救位置的可用無人機，並向該無人機發送指令前去施救位置。

由於無人機與急救箱特定的匹配關係，兩者中任何一者不符合條件都無法到達施救位置，或者即使到達也面臨無藥可用的尷尬。本發明中急救箱採集無人機的電量以及急救箱內物品的存量，並通過急救箱的控制單元作出是否可用的評估結果發送給調度中心。

在調度無人機的同時，調度伺服器還根據資料庫伺服器內的相關信息查詢救護人員；並從物聯網伺服器查詢被助終端定位信息發送給相應的救護終端。即詢問各救護人員意願，並作出應答的救護人員中以時間優先或距離優先等原則選出適宜的一位救護人員。

調度伺服器還根據施救位置以及選出救護人員的救護終端位置規劃路線發送給選出的救護人員。

為了便於救護人員實時掌握進程，調度伺服器向救護人員實時發送派出的無人機位置。實現實時指示攜帶該救護終端的救護人員到達施救位置。

無人機攜帶急救箱到達施救位置後，被救護人員以及到達現場的救護人員可以根據需要取用藥品、器械等。

急救箱內的第一物品箱為病患直接開啟，攜帶如阿司匹林藥品、氧氣包等常規救援物資。

使用時，被救護人員持被助終端接近讀卡裝置，讀卡裝置讀取被助終端內的nfc卡信息，並連同開箱請求一併發送至救護物資管理伺服器，救護物資管理伺服器核對開箱請求中包含的身份認證信息，如果為註冊用戶，則通知急救箱的控制單元開啟第一電子鎖。

急救箱內的第二物品箱為有資質人員開啟，攜帶如自動體外除顫器等需培訓使用的救援物資。

救護人員需要開箱時，利用救護終端掃描二維碼標識，並連同開箱請求一併發送至救護物資管理伺服器，救護物資管理伺服器經身份確認後通過控制單元開啟第二電子鎖。

完成現場施救後，無人機返回停靠站充電，並根據情況補充物資，而調度中心向救護人員預留的帳戶支付基本報酬；待被救護人員向調度中心支付報酬後，調度中心向救護人員預留的帳戶支付追加報酬。基本報酬可依據路程、時間、病情等相應核算，而追加報酬可以依據救護效果、病人感受等相應核算。

以上公開的僅為本發明的具體實施例，但是本發明並非局限於此，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。顯然這些改動和變型均應屬於本發明要求的保護範圍保護內。此外，儘管本說明書中使用了一些特定的術語，但這些術語只是為了方便說明，並不對本發明構成任何特殊限制。