智能避震床的设计

陈波 张满满 马惜平 周紫婧 郑铁侠

摘 要：智能避震床的设计能够帮助人们在地震中逃生，能够为地震中的人提供一定的生存空间和生命必需的生存环境，并且在地震发生后受困人员可以向外界发送求救信号，协助救援人员救援。文章对具体的设计进行了阐述。

关键词：地震;生存环境;智能避震床

中图分类号：TB535 文献标识码：A 收稿日期：2018-10-16

作者简介：陈 波（1997—），男，吉林蛟河人，北华大学电气信息工程学院通信工程专业本科在读。

地震的地震波是由地震的震源震动时向四周传播造成的。一般把地震波分为三种，即横波（S波）、纵波（P波）、面波（L波）。纵波在地壳的传播速度是5.5～7KM/h，是三种波传播最快的，最先抵达震中，但是纵波的危害是三种波中危害最小的，只能使地面发生上下的震动。其次是横波，在地壳中的传播速度为3.2～4.0KM/h，横波能够使地面发生上下前后的震动，是三种波中破坏性最强的。面波是由纵波和横波在地表相遇后形成的合波，是造成建筑物破坏的主要波。

一、 国内外研究概况

调查显示：配备地震逃生工具的家庭不足 1%，拥有防震床的家庭更是不足 0.4%，这主要是因为现有的地震床存在很多缺点，只能为受困人员提供一定的生存空间和一定的食物和水，不能为受困人员提供足量的氧气。结构上，避震床折叠之后都是长方体结构，这种结构承受外界的冲击力小，对低层建筑有一定的作用，但是高层建筑需要更好的结构和抗压力，而且不能向外界发送求救信号。

所以设计一款既能为受困人员提供必要的生存环境，又能有效地发送求救信号，引导救援人员施救的智能地震床势在必行。

二、折叠式避震床设计原理

1.地震床外形的设计

设计的地震床摒弃了传统的长方体设计，为了使床身能够抵抗更大的压力，采用先进的组合图形的设计，折叠后上半部分呈四面体结构（四面体结构能够更好地分解压力，具有更好的抗压能力），下半部分采用长方体结构，能够为受困人员提供生存空间。

翻转装置利用无缝钢管制作，作为承载结构，两个 U 型架被8个支撑杆所支撑，其中外侧的4支撑杆带有开口，U 型架上设定有滑槽，滑槽用于防护网的滑下，U 型架端部的突出部分为床板的着力点，翻转时床板压住着力点，使 U 型架绕轴转动，着力点也随之向外滑动，压缩回位弹簧。当床板下降至最低点时，回位弹簧达到最大预紧力，U型架垂直地面，达到平衡位置。此时回位弹簧发挥作用，把U型架推离平衡位置，使U型架继续转动，最终转过 125°使两 U 型架合拢，合拢处有凸起和凹槽用于外形自锁。合拢时U型架的端部滑入床板的凹槽内，弹簧和卡块使装置机械自锁。此时，卷起的防护网被置于三角架的顶部，在重力的作用下沿U型架上的滑槽滑下，滑入槽中的凹坑中，也可以利用外形自锁，避免地震中床身歪斜使防护网脱出。

装置为避免人在下坠的过程受到撞击，在装置四周采用类似于汽车安全气囊的装置同时设置有排气口。

2.地震的检测

根据地震三种波的特点和传播速度，我们可以设计一套地震监测装置。在横波和面波到来之前触发。采用9V的碱性电池供能，电源开关用于语音报警后防止误触发而暂时关闭电路。普通情况下处于常开状态，电磁铁用于驱动“扳机”，可变电阻用于设定震动的强度阈值（五级地震的震烈强度为6），语音报警模块在震动到达阈值时发出警报，重锤和压电陶瓷用于感应震动发出电荷信号。

3.供电设备

装置采用5V直流电源供电，主要为信号发送设备供电。由于信号发送设备是12V直流电源供电，所以供电设备可以内置为5V转12V。这样既可以达到供电设备电压需求，又能节省电量，能够长时间为信号发送设备供电，解决问题。

4.發送求救信号

无线电发射器是由一个能产生等幅振荡的高频载频振荡器（一般用30～450mhz）和一个产生低频调制信号的低频振荡器组成。信号发送设备发送的是能与生命探测仪匹配的超宽谱，它的穿透能力强，具备很强的抗干扰能力，并且不受环境温度、热物体和声音的干扰。

5.供氧设备

制氧设备采用双重制氧模式保证生存所需要的氧气，其中一种是，利用与反应就能生成大量的氧气和水。既提供了生命必需的氧气又能保证生存环境的湿度。第二种是备用制氧设备，采用液态氧，体积小、制氧多。

Na2O2是潜水氧气瓶中用的材料，不仅生成氧气的类型多样，而且不会产生有毒物质。

6.云服务平台

生产商建立 “私有云”服务器，在生产产品时输入设备的序列号。当卖出产品时，把产品所在的经纬度录入云平台，地震床与云平台之间有数据交互功能。当地震时，云平台可以检测到对应经纬度的数据变化，并向有关部门报警提供对应的坐标，能够更精确地锁定被困人员的地理位置。

7.总体框架的设计

地震到来时，地震监测装置发出报警信号，当地震床检测到人进入地震床时，地震监测装置触发开关启动，使床身翻转成具有保护形状的小房间。同时为了降低下落过程中冲击对人的危害，设备中设置了保护装置，启动保护设备，可以防止设备跌落的过程中人受到冲击受伤。地震后，开启供电设备可使信号发送设备发送求救信号，同时设备的制氧设备开始制氧，为受困人员提供必要的生存环境。同时翻转的床身中还有人生存必要的水和食物。此外，云平台检测到地震床数据发生变化时会发出警报，辅助救援人员锁定被困者的地理位置。

三、智能避震床的设计特点

（1）全新的组合式外形设计。不仅能够增强设备的抗压能力，还能够增加被困人员的生存空间，能够储存更多的生存必备的生活用品，增加被困人员的生存时间，为救援人员赢得更多的救援时间。

（2）全新的供电电路的设计。这种供电电路既方便设备供电，又不会降低信号发送设备的功率。

（3）发送求救信号。地震发生后灾区都会断网断电，过去受困人员只能等待救援。而地震床的信号发送设备能够在灾区断网断电的情况下向救援人员发送求救信号。

（4）云服务平台的构建。大数据时代云平台能够更快地处理大量数据。设备与云服务平台连接，通过云平台监控商家卖出的每一个地震床的数据。当某一些地震床对应经纬度的数据发生变化时，云平台可以监控到数据变化，并且能够发送报警信号。同时云平台还能够向救援人员发送受困人员的地理位置以辅助救援人员救援。

四、预期前景

信息需求所涉及的学科多，专业范围广，在资源需求方面：需要建设专业全面的电力相关数字文献资源库。在业务需求方面：要以内容管理为基础，包括信息编辑、协作加工、分类授权、发布导航、全文检索、互动交流等丰富的内容管理功能和服务。在性能需求方面：包括了对系统检索性能、业务流程性能、访问性能等多个方面的需求。

参考文献：

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[2]徐德诗.地震应急[M].北京：地震出版社，2004.

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