Elektroniczny system alarmowy do wykrywania przypadków tonięcia

Utonięcia stanowią powszechny, globalny problem zdrowotny, pochłaniający rocznie około 236
000 ofiar, co często wynika z ograniczeń obecnych metod nadzoru. Podczas gdy systemy
wizyjne są podatne na zjawisko okluzji (zasłaniania), a ratownicy wodni cierpią na spadek
czujności, istniejące rozwiązania noszone (wearables) mają często charakter reaktywny,
opierając się na ręcznej aktywacji lub prostych progach głębokości. Niniejsza praca proponuje
i poddaje walidacji nowatorską Podwodną Sieć Nasobną (ang. Underwater Body Area Network,
UBAN), zaprojektowaną w celu proaktywnego, autonomicznego wykrywania incydentów
tonięcia. Proponowany system wykorzystuje rozproszoną architekturę wielowęzłową,
składającą się z czujnika noszonego na nadgarstku oraz centralnego węzła zamocowanego na
pasie. Opracowano hierarchiczny algorytm fuzji danych sensorycznych, integrujący dane
kinematyczne z akcelerometru (LIS2DW12) w celu wykrycia "Instynktownej Reakcji Tonącego",
dane o ciśnieniu hydrostatycznym (ICP-10111) służące do weryfikacji głębokości zanurzenia
oraz optyczną pulsoksymetrię (MAX30102) do fizjologicznego potwierdzenia niedotlenienia
(hipoksji). Kluczowym wkładem niniejszych badań jest empiryczna weryfikacja fal radiowych
(RF) z pasma Sub-GHz jako skutecznego medium do komunikacji w obrębie ciała w
przewodzącym środowisku wodnym. Wyniki eksperymentów przeprowadzonych w
kontrolowanym środowisku zbiornika wodnego dowodzą, że transceiver nRF905 pracujący na
częstotliwości 433 MHz z powodzeniem nawiązuje niezawodne połączenie danych na
odległość 1,1 metra przy maksymalizacji mocy nadawania do +10 dBm, skutecznie pokrywając
dystans antropometryczny między węzłami na ciele. Z kolei testy na wyższych
częstotliwościach pasma ISM (868 MHz i 915 MHz) skutkowały całkowitą utratą sygnału, co
potwierdza modele teoretyczne dotyczące odwrotnej zależności między częstotliwością a
głębokością wnikania fal elektromagnetycznych (skin depth) w wodzie.

Słowa kluczowe: Wykywanie tonięcia, Podwodna sieć nasobna, Komunikacja RF Sub-GHz,
Głębokość wnikania, Urządzenia nasobne

Drowning is a pervasive global health crisis, claiming approximately 236,000 lives annually,
often due to the limitations of current surveillance methods. While computer vision systems
are prone to occlusion and human lifeguards suffer from vigilance fatigue, existing wearable
solutions are frequently reactive, relying on manual activation or simple depth thresholds. This
thesis proposes and validates a novel Underwater Body Area Network (UBAN) designed for
the proactive, autonomous detection of drowning incidents. The proposed system utilizes a
distributed multi-node architecture consisting of a wrist-mounted sensor and a waist-mounted
central hub. A hierarchical sensor fusion algorithm was developed, integrating kinematic data
from an accelerometer (LIS2DW12) to detect the "Instinctive Drowning Response," hydrostatic
pressure data (ICP-10111) for depth gating, and optical pulse oximetry (MAX30102) for
physiological confirmation of hypoxia. A critical contribution of this research is the empirical
verification of Sub-GHz Radio Frequency (RF) as a viable medium for intra-body
communication in conductive aquatic environments. Experimental results conducted in a
controlled water tank environment demonstrate that the nRF905 transceiver operating at 433
MHz successfully establishes a reliable data link over a distance of 1.1 meters when
transmission power is maximized to +10 dBm, effectively bridging the anthropometric gap
between body nodes. Conversely, tests at higher ISM frequencies (868 MHz and 915 MHz)
resulted in total signal loss, confirming theoretical models regarding the inverse relationship
between frequency and electromagnetic skin depth in water. The system successfully
demonstrated the ability to differentiate between active swimming and distress behaviors,
validating the feasibility of a low-latency, occlusion-resistant wearable safety device.

Keywords: Drowning Detection, Underwater Body Area Network (UBAN), Sub-GHz RF, Skin
Depth, Wearable Technology