海上搜救装备物联网技术应用研究

海上落水人员救援存在较大的挑战，特别是在海盗袭击、恶劣天气或船舶碰撞等紧急情况下，落水船员往往面临生命威胁，而采用释放救生艇或大船转向救援等传统救援方式，受限于反应速度、海况条件和船员防御需求，难以在黄金时间内实施有效救援。随着海上搜救装备的快速发展，采用多类搜救装备开展快速有效救援能够有效提升海上落水船员的救援效率，但是海上搜救装备在集中控制方面存在较大的困难，如何利用现代技术手段提升海上搜救装备集中控制和协同组织成为亟待解决的问题。本文结合海上搜救装备发展现状，引入物联网技术，探究如何实现无人装备的组网互联和集中控制。

1. 航空搜救装备

航空搜救装备凭借其快速响应、广域覆盖及高效作业特性，在海上落水船员搜救任务中发挥关键作用，以下从五类典型装备展开分析。

（1）海上搜救直升机

作为当前最常使用的航空搜救设备之一，该装备具备广泛的搜索覆盖范围、快速响应能力以及集成化的救援功能。其主要通过自动搜索、绞车吊运及机降救援等模式，实施对落水船员的快速营救。其核心优势体现在作业周期短、机动性强，尤其适用于小规模船员的紧急救助。但受限于续航能力，其作业区域主要集中在近海海域。

（2）水陆两栖飞机

此类装备以长航程、大运载量为显著特征，在海上救援领域具有突出优势。可执行应急搜救、区域搜索、空投救援及特种任务等多元化作业，适用于大规模船员搜救场景。其优势在于载重能力突出、作业海域广，能在复杂海况下运输大量救援物资。但水陆两栖飞机受限于起降条件，在大风浪等恶劣海况下难以实施海上起降操作，这限制了其在极端条件下的应用。

（3）无伞精确空投飘带

作为新型航空救援技术，该型装备特别适用于复杂海况下的物资投送任务。其核心特征包括高精度空投能力、抗风扰性能强，可快速投送应急食品、急救药品和耗材等小型物资。在 3 级以上海况条件下，该技术能有效满足落水船员的基本生存需求，为后续集中救援争取关键时间窗口。

（4）重型屏效飞机

此类装备创新性地融合 " 空中飞行 " 与 " 海上航行 " 双重模式，具备复杂海况下的起降能力，适用于全海域救援任务。相较于传统直升机和水陆两栖飞机，其在恶劣海况下的适应性显著增强，特别适合远海区域的搜救作业。作为未来发展方向，该装备有望成为航空救援体系的重要组成部分。

（5）无人机

作为低成本、高机动性的新型救援装备，无人机在战时或敌情威胁环境下具有独特优势。其可执行船员定位、物资投送、海域监控及通信中继等多样化任务。主要优势体现在无人化设计降低救援风险，能在恶劣海况下优先部署，为落水船员提供生命维持支持。但受限于续航能力、环境适应性及信号稳定性，目前主要作为辅助救援手段使用。

2. 水面搜救装备

水面搜救装备作为海上落水船员救援的核心力量，具备高度灵活性和广泛适用性，能够实现大规模船员的快速高效救援。以下从五类典型装备展开技术分析：

（1）智能救生圈

该装备采用远程遥控技术实现复杂海况下的精准救援，通过远程操作可快速接近遇险船员并实施浮力支持作业。其核心优势体现在操作便捷性与抗浪性能，能在较短时间内完成小规模船员的紧急救援。在大风浪环境下，该装备的作业效能显著优于传统救生设备。

（2）无人艇

作为智能救生圈的的升级方案，该装备集成环境感知、目标识别与自主导航技术，适用于复杂搜救场景下实施对落水船员的大面积搜救任务。其无人化设计有效降低救援船员风险，在恶劣海况下仍能保持稳定作业能力，特别适用于船员分布分散的复杂救援场景。

该装备创新性融合救生与医疗功能，采用环网结构设计可承载最多 150 名遇险船员。配置医疗急救包、漂浮装置等专业设备，可对重伤员实施基础生命支持。其大浮力特性与多功能配置显著降低救援过程中的二次伤害风险，能够在复杂搜救场景下减少伤亡率，为后续专业医疗介入创造有利条件。

（4）海上自救装置

海上自救装置是一种落水船员的生存保障装备，主要功能包括生命维持和示位报警。其特点是通过膨胀式充气救生垫、救生包等设备为落水船员提供基本生存支持，并通过示位报警技术实现对落水船员的快速定位。海上自救装置的优势在于自动响应设计能够在极端条件下为落水船员提供生命支持，尤其适用于战时落水船员在第一时间内无法获得外部搜救的情况。

（5）示位信号装置

示位信号装置是一种用于快速定位落水船员的装备，主要依赖北斗定位技术和通信功能。其特点是能够实时掌握落水船员的位置，为后续搜救行动提供支持。示位信号装置的优势在于定位精度高、通信能力强，显著提高了搜救效率。其特别适用于海域宽广、搜索难度大的复杂搜救场景。

3. 海上无人搜救装备物联网技术应用研究

通过对比分析航空救援装备与水面救援装备的技术特性可见，两类装备在搜救能力、适用条件和优势方面各有特点。航空系统凭借快速响应和广域覆盖优势，适用于小规模船员的紧急救援；水面装备则以高机动性和大容量特点，更适合大规模船员的集中营救。

图 2 海上救援搜救装备物联网架构体系

为了提高海上搜救效率，应研究探索如何提升两种搜救装备的协同作业能力，当前物联网技术得到了快速发展和广泛应用，其中物联网组网技术在海上搜救装备中的应用涵盖了通信、监测、数据传输等多个领域，能够实现搜救设备间高效、稳定的信息交互和无人搜救装备远程控制，依托智能决策算法能够提升搜救任务的自主性与适应性。海上搜救装备物联网技术架构包括感知层、承载层、搜救应用层、接入层和指挥应用层等5 个部分，如图2 所示。

（1）感知层。作为物联网技术架构的基础层级，主要承担对物理实体的数据实时采集任务。通过适配多种物联网传输协议，实现弱电系统与智能设备的集成化管理，以达到功能、信息与数据资源的充分共享。该层为物联网系统提供设备与传感器数据支撑，涵盖海上救援环境参数及落水船员生命体征等关键数据。数据采集过程通过物联网传感器获取船员生命体征及战场关键参数，经数字线程构建的搜救网络完成数据传输。通过整合来自不同设备、系统或外部环境的ERP、MES 等系统数据，实现多源异构数据融合，形成全面感知能力。

（2）承载层。作为数据到信息转换的关键环节，负责将采集数据安全高效地传输至云端或本地平台，并完成与其他搜救装备的连接。技术实现基于通信协议技术，采用 MQTT、CoAP、OPC UA 等标准协议；网络技术方面，利用 LoRa、5G、工业以太网及 Wi-Fi 6 等先进手段保障低延迟、高带宽传输；通过边缘 - 云协同架构，结合边缘节点与云端资源实现分布式数据处理与存储，完成从感知层到应用层的数据传递。

（3）搜救应用层。构建具备分布式架构、高可用性及弹性扩展能力的搜救云平台，通过多维建模技术实现虚拟映射。可采用 CAD、BIM 等工具构建物理实体几何模型，结合物理规律建立数学模型模拟实体行为。通过神经网络、深度学习等技术对历史与实时数据进行建模，补充物理模型的不足。在多尺度模型融合中，整合系统级宏观模型与组件级微观模型，支持复杂系统的仿真分析。

（4）接入层。存储物理实体与虚拟实体的历史数据及信息，通过对历史数据和信息进行格式化、存储、清洗和分析，提取有价值的信息。采用时序数据库InfluxDB、数据湖或分布式存储技术 Hadoop 管理海量数据，实现实时数据流的处理与分析。通过AI与大数据分析技术，运用异常检测、预测性维护等机器学习算法，以及趋势分析、相关性分析等统计方法，完成搜救装备体数据整合，为应用决策提供数据支撑。

（5）指挥应用层。作为搜救装备体全过程控制的核心模块，将物理模型和分析结果转化为实际服务，支撑海上落水船员搜救场景的应用。通过意图分析、智能编排、数字重构及评估决策等功能，实现物理实体的高保真重现，构建全息搜救系统。具体功能包括：可视化交互，直观展示虚拟孪生体与物理实体的动态关联；仿真优化，在虚拟环境中测试参数变化对系统的影响；决策支持，基于模型预测结果提供搜救建议、风险预警或自动化控制指令。通过数据处理分析、事件模型构建及策略加载，形成闭环反馈机制，为物理实体提供应急优化方案和总体规划，指导并监督执行过程，实现感知 - 判断 - 决策 - 执行的全生命周期闭环控制。

作者简介 : 樊冠廷（2002.3- ）

籍贯: 山东菏泽，性别: 男

最高学历: 本科，

研究方向: 装备技术

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