项目展示 | 智能泳池管家——溺水预警系统
智能泳池管家
溺水预警系统
基于AI计算机视觉技术的泳池溺水预警系统（AI Drowning Alert System，以下简称ADA系统）是泳池管家的一大核心功能，ADA系统包含多组摄像头与核心计算单元，集成了用于目标检测的卷积神经网络等相关算法。在经过大量且有效的目标特征提取之后，该神经网络可以总结出特定的物体特征并形成符合场景所需的模型，以此方式对目标物体进行运动姿态分析，基于此，在接受“成千上万张照片”的培训后，这一AI溺水防护系统就可以24小时不间断从摄像头采集到的视野中准确识别出每位游泳者，并对他们的状态进行监控。一旦发现有潜在溺水危险的游泳者，系统就可以定位该泳客并发出实时警报，提醒救生员关注某位游泳者的状况，并提供必要帮助。
搭载ADA系统的视频截图
如图所示，计算机能够智能的根据每个人的情况读秒，只要发现该人无法呼吸，则开始读秒计时，一旦时间过久超过了预设安全范围，系统就能及时触发警报并通知周围人员。除了潜在溺水案例之外，泳池内违规等行为也列入本系统的预警范围内，例如没戴泳帽的人员，或者压水道绳的情况，全方位提升救生员在管理泳池的便利度与积极性。泳池管家通知方式除了光照事发区域之外，系统还配备了一个手机app，将最及时的潜在溺水信息推送到责任人的手机上提供查阅，救生员使用期间app附带了锁定功能，让救生员除了本app之外无法运行手机其他的应用软件，从根本上避免上班不专心的问题。
1
公司/团队简介
· 团队介绍
溺水检测项目启动于2018年六月，经历了两年的研发与探索，外加有效的团队支持，我们解决方案的可行性得以被顺利验证，并于2020年成功发布第一版正式算法软件。
· 核心成员介绍
郭俊麟：清华大学数据科学与信息技术专业硕士、清华伯克利数据分析大赛冠军、台湾大学生游泳冠军、国家游泳一级运动员。
段淇耀：清华大学工业工程专业博士、公众号云小筹主编、擅长设计运筹优化模型与算法、国际机器人相关大赛常胜军。
宋子午：清华大学数据科学与信息技术专业博士、第十届江苏省机器人大赛物品识别组冠军、2019年Robomaster机器人大赛中部赛区亚军、2019年Robomaster机器人大赛全球总决赛16强一等奖。
蔡尚斌：北大理学博士、北京大学游泳协会会长、中国大学生游泳冠军、国家一级裁判员，运动员、国家体育总局中级教练，救生员、从事游泳场馆运营和培训十多年。
许良晟：清华大学数据科学与信息技术专业硕士、腾讯优图实验室视频AI算法研究院兼工程师、曾在OPPO，腾讯，快手等大厂工作实习经历、拥有多项多媒体技术相关的发明专利。
2
技术介绍
· 核心功能
实时检测、跟踪整个泳池内所有游泳者状态，一旦出现危险及时预警，预警的形式参考如下APP原理说明。
APP简易工作原理
预警情况主要可以分成图示中的三种呈现方式，当潜在溺水危险发生的时候，APP能够在不解锁的情况下提供通知预警，提示案发地点在泳池的相对位置，如果需要进一步的图片与位置信息，点击案发地点的红色同心圆即可获得临近摄像头所拍摄到的图片信息，为了方便施救者更及时的提供协助，呈现出来的图片里详细标注了是具体哪位泳客出发了溺水警报。
·增值服务
检测安全性的结果与过程将能从两个方面为游泳池赋能，分别是量化泳池救生员的工作表现，与泳客游泳过程的记录体验。游泳池内上岗的救生员的工作表现与积极性将能通过泳池管家很好的串联在一起，泳池主管可以通过系统看清每一位救生员在一天当中处理了几起潜在溺水事故，经由长期的追踪即可了解泳池内高风险区的角落与员工上班的工作表现等信息。算法追踪任务预防溺水的同时还可以为泳客准确推算一天在泳池内消耗的体力，游泳的距离，不同泳姿的运动比例，分别所耗的时间等信息，让安装了本系统的泳池能够更好的服务于来此地有用的客人。
· 搭载ADA的产品优势
01
领先的AI算法，精确检测、跟踪、姿态识别
近红外与RGB摄像头效果对照
上图是红外摄像头在泳池的连续成像画面，无法呈现出泳客在水中的姿态多样性，从水面上拍摄无法捕捉人们的水下轮廓，因此采用近红外摄像头无法有效提取图像所提供的特征。反观我们提出的解决方案，采取水上RGB高清摄像头，实现及时捕捉水中信息，并根据每个人的姿态实时读秒追踪每位泳客。
02
24小时全天自动监控，减少人工成本，及时预警系统
摄像头采集的数据实时传入计算单元完成计算，并得将发现池潜在溺水事件的位置在第一时刻回传至救生员的手机APP，实现及时救援与画面记录的功能。
ADA系统工作示意图（左）
与预警APP（右）
03
安装方便，适合任意泳池场景，功能拓展性强
ADA系统适合安装于任何类型的游泳池，遇到不规则的外观只要从不同的视角拍摄，即可实现场景全覆盖。系统安装过程容易，可以大幅省去专人专程安装的人力成本，同时我们的防溺水系统解决方案相比目前现有解决方案成本低，性价比高，适配于各类摄像模块，易于大规模推广。
不规则形泳池与智能家居可拓展性
全世界的游泳池可以分成公共与私人两大部分，在中国泳池多属于公共空间，在美国则较多私人泳池的场所，经过我们对泳池管家严格的产品模块化设计，不论任何场馆都可以非常快捷且简单的实现系统安装与运行。基于此一产品设计理念，我们的技术将能有很强的可拓展性，可以轻松结合现有的智能家居场景拓展出未来更多维度的市场空间。
3
市场前景
· 竞品分析
溺水监测预警系统应用场景包括不限于：室内游泳馆、室外游泳池、水上乐园、学校、酒店、住宅。按照不同产品类型，包括两大类：水上水下监控系统以及穿戴系统。穿戴式监测设备发展已有近几十年时间，虽然具有不错的检测准确度，但容易影响泳客在游泳时的体验，实际应用上主要以儿童群体为主；水上水下监控系统也能达到较好的监测准确度，及时预警，不过水下相机除了成本高，维修不易，整套系统过于昂贵之外，检测效果容易因为人员遮挡导致工作范围有限。与目前主流的解决方案相比，我方优势在于自行研发的算法与之搭配的水上高清监控系统，AI算法可搭载任意摄像头，产品更迭迅速，算法研发费用可平摊到每一套系统，在性能、价格、产品迭代速度等各个方面都具有优势。
· 商业模式
随着全民迈入小康社会阶段的到来，中国人民在游泳的需求可以侧面体现在泳池设备与游泳用品两个行业的市场规模上。据统计中国统计局的数据，游泳池设备行业市场规模于2019年达到5800亿人民币，并将以预计11.6%的同比增长继续扩张，如果能有效结合互联网与人工智能等科技手段提升用户体验与工作效率，将能为这个行业注入更多的增长空间。游泳用品方面的数据同样呈现了相似的趋势。
泳池管家系统属于泳池设备行业的同时，其增值服务也为游泳用品市场提供更高端的数据支持，有效拓展游泳行业的市场规模。面对中国市场时，目标客户将是面向泳池的独立个体经营者，体育公司，酒店，会所，学校，与物业等公司或机构，根据每个公司的需求提供模块化组合的解决方案，最终目标是安装了泳池管家系统之后，实现在减少救生员的部署人数的情况下，还能提升泳池的安全标准，为泳池管理者大幅节约运营成本并提升工作效率。
总 结
游泳是广大群众夏日消暑良方，也广受各年龄人群接受喜爱,与此同时，夏日溺水事件频发，除没人看管的野外环境外，在泳池里的救生员疏忽也是一个潜在风险。随着人工智能时代的来临，我们设计打造人工智能溺水检测系统，最大程度的避免人为疏忽，最终目标是尽早发现并杜绝任何潜在溺水事件的发生。从源头根治隐患！保护各方生命及财产安全！
END
在「全球AI文创大赛」微信公众号
发现更多「AI+文创」项目