全程救援指揮決策系統(tǒng)中多網絡無線通信保障策略研究

任家順，鄭志浩，盧艷娥，陳 渝，何 盼

全程救援指揮決策系統(tǒng)中多網絡無線通信保障策略研究

任家順，鄭志浩，盧艷娥，陳 渝，何 盼

目的：研究多種無線通信技術在動靜態(tài)醫(yī)學救援單元與指揮平臺通信中的應用，滿足“全程救治鏈”中應急救援指揮決策系統(tǒng)的信息傳輸需求。方法：分析現有多種無線通信技術特點及救治鏈系統(tǒng)通信需求，設計不同應用環(huán)境的多網絡無線通信保障策略。結果：提出了基于GPRS、3G移動公網及衛(wèi)星通信等動態(tài)可切換無線通信和數據可靠傳輸的保障策略，研制了多網絡無線通信鏈路終端一體機。結論：該無線通信保障策略和多網絡無線通信鏈路終端一體機有利于保持各救援單元與指揮平臺通信鏈路的持續(xù)暢通，保證了指揮決策系統(tǒng)在應急醫(yī)學救援行動中的穩(wěn)定可靠。

應急醫(yī)學；指揮決策系統(tǒng)；全程救治鏈；無線通信技術

0 引言

近年來，許多重大災害醫(yī)學救援實踐表明，現有應急醫(yī)學救援實踐在統(tǒng)一指揮、信息共享、資源配置和環(huán)節(jié)銜接等方面仍存在較多問題。如汶川5·12地震時，早期多路救援大軍齊涌現場，使一線救援出現十分混亂的局面，管理的不妥當延誤了最佳救援時間，導致部分傷病員“救不了、送不出、治不好”，增加了傷病員的致殘率[1]。因此，急需全程救援指揮決策系統(tǒng)（management-decisional support system，MDSS）將現場傷病員信息、救援力量信息以及衛(wèi)生資源信息等收集、傳輸到指揮中心，由上級決策、指揮、調度救援力量。而基于現場方艙醫(yī)院急救、陸路手術急救車和衛(wèi)生列車轉運、后方醫(yī)院?？剖罩嗡M成的全程救治鏈（whole treatment chain，WTC），則能有效覆蓋各個救援環(huán)節(jié)，在應急救援指揮決策系統(tǒng)的統(tǒng)一協(xié)調下，依靠可靠的通信鏈路，及時將上級命令下發(fā)至事故現場，提高醫(yī)學救援時效。其中，穩(wěn)定的通信鏈路保障是實現上述目標的關鍵。

雖然無線通信技術已被廣泛應用于交通運輸、遠程控制等各行各業(yè)[2]，但不同的無線通信技術在不同環(huán)境和地域的通信信號和質量穩(wěn)定性差異較大。所以，選擇合適的無線通信應用方式對于全程連續(xù)救治指揮決策系統(tǒng)的穩(wěn)定高效工作至關重要。

1 多種無線通信技術分析及比較

（1）GSM/CDMA/GPRS技術。目前使用最為廣泛的移動通信方式，技術成熟、網絡覆蓋廣、基礎設施建設完整[3]，但各地信號質量波動較大。

（2）3G/4G技術。3G作為第3代移動通信技術，網絡覆蓋面積廣，不僅能夠實現遠距離語音通信，也支持移動環(huán)境下的高速率數據服務[4]。而正在建設的4G網絡能夠提供更高速運動體的數據通信需求。

（3）Wi-Fi技術。主要應用于小范圍內的集中通信，傳輸速率可達到11 Mbit/s，甚至54 Mbit/s，但網絡覆蓋小，無法滿足高速移動用戶的需求[5]。

（4）藍牙技術。一種近距離無線通信技術，典型的通信距離在10 m以內，能夠滿足1 Mbit/s的數據傳輸速率，目前主要適用于短距離通信[6]。

（5）超寬帶無線通信技術。占用帶寬大，可實現傳輸速率達1 Gbit/s，主要應用于無線多媒體設備，但此系統(tǒng)會干擾其他無線通信系統(tǒng)，其應用一直存在爭議[7]。

（6）其他無線網絡技術。如ZigBee網絡，具有低功耗、短距離的通信特點，主要應用于物聯網領域，適用于底層RFID網絡數據的傳輸。

（7）衛(wèi)星通信。可在固定及移動物體之間傳遞信號，信號覆蓋盲點少，尤其適用于山區(qū)和谷底等常規(guī)通信網絡無法到達的地區(qū)和區(qū)域。但通信時間延長、費用較高，通常作為應急通信的備用手段。目前常用海事衛(wèi)星系統(tǒng)和北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)。

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是我國自主研發(fā)的衛(wèi)星系統(tǒng)，既可以實現快速定位功能（精度約20 m），又可以保證在應急時刻的短報文傳輸（120個漢字），可靠性高，但缺點是信息傳輸速率低。多種無線通信方式比較及分析見表1。

表1 多種無線通信方式比較

2 指揮決策系統(tǒng)通信需求

全程連續(xù)救治指揮決策系統(tǒng)需要實時或定時將全程救治鏈中各個救援單元（方艙醫(yī)院、后送手術救護車和衛(wèi)生列車）中采集的傷病員、醫(yī)護人員、醫(yī)藥耗材等信息，以及運輸途中的音視頻信息數據傳輸至指揮中心用于決策指揮；同時，各醫(yī)療救援單元需通過北斗系統(tǒng)將實時位置信息上傳，以便指揮平臺實時掌握各個救援單元的位置信息。全程救治鏈通信鏈路示意圖如圖1所示?，F場傷病員在方艙醫(yī)院進行簡單包扎處理后，手術急救車以及衛(wèi)生列車將部分重癥傷病員運往后方醫(yī)院。在整個過程中，依托移動公網、海事衛(wèi)星、北斗衛(wèi)星通信方式，各救治單元需要與后方醫(yī)院專家組及指揮決策平臺保持持續(xù)暢通的音頻、視頻、文本通信鏈路。

圖1 全程救治鏈環(huán)境示意圖

在全程救治鏈中，可靠實時的通信是保障指揮決策系統(tǒng)正常運行的基礎，主要包括：

（1）方艙醫(yī)院與指揮平臺通信。方艙醫(yī)院的位置是固定的，通信難度不大，可通過移動公網傳輸傷病員、醫(yī)護人員、醫(yī)藥耗材等相關文本信息以及音視頻信息；在移動公網不可用環(huán)境下，可通過衛(wèi)星通信方式進行緊急信息通信。

（2）手術救護車及衛(wèi)生列車與指揮平臺通信。與方艙醫(yī)院類似，需要與指揮平臺傳送接收文本、視頻及音頻信息。但是，車輛屬于高速運動的通信對象，對通信鏈路的可靠性要求更高。

（3）方艙醫(yī)院、手術救護車及衛(wèi)生列車的通信。鏈路穩(wěn)定時，可通過指揮平臺進行交互信息傳輸（文本、圖片、音視頻）；特殊情況下，采用離線方式在各救援單元之間傳遞簡單的文本數據。

3 多網絡無線通信保障策略

方艙醫(yī)院、手術救護車及衛(wèi)生列車分布區(qū)域較廣，且屬異地動、靜態(tài)通信對象，與指揮平臺只能采用無線通信的方式。在表1中，現有的移動公網GSM/CDMA/GPRS、3G/4G可被選為主要的通信方式；在常規(guī)通信不可用的情況下，可采用衛(wèi)星通信鏈路，以構成動態(tài)可切換的星型網絡。因此，本文提出的多網絡無線通信保障策略如圖2所示。

終端信號發(fā)射器會根據各無線網絡信號強度選擇使用移動、聯通或電信網絡，如都無法滿足通信需求，終端將自動選擇使用臨時中繼站或者衛(wèi)星通信方式。通過以上策略，可以實現全程救治鏈中各環(huán)節(jié)的實時可靠的多網絡通信，其中多種通信方式的無縫切換起著決定性的作用。

對不同的數據類型采用動態(tài)切換不同通信鏈路的方式，可提高通信的有效性和可靠性。

圖2 基于多種無線網絡的通信策略

（1）方艙醫(yī)院、手術救護車與指揮中心的通信。方艙醫(yī)院位置相對固定；救護車運行速度較低、信號屏蔽少，運行線路中信號覆蓋較好。二者均可采用圖3的通信切換策略。常規(guī)狀態(tài)下，優(yōu)先選用移動公網（GSM/CDMA/GPRS、3G/4G）。當此無線網絡不可用或信號較差時，可通過應急通信車中繼轉發(fā)信號；特殊地理環(huán)境下，應立即切換至衛(wèi)星通信；若所有通信鏈路都不可用時，采用IC卡存儲相關信息進行離線傳輸。

圖3 方艙醫(yī)院及手術救護車的通信方式切換流程

（2）衛(wèi)生列車與指揮中心的通信。列車運行速度較快，行駛路線中可能有較多的山丘和隧洞，同時，列車車廂鐵殼會影響無線信號的接收與發(fā)送，試驗表明，常規(guī)的GSM/CDMA/GPRS或3G網絡傳輸數據效果較差。對于衛(wèi)生列車，主要考慮采用鐵路GSMR[8]專用通信網絡與衛(wèi)星通信結合的方式進行信息發(fā)送與接收，通信方式切換流程如圖4所示。

圖4 衛(wèi)生列車的通信方式切換流程

（3）方艙醫(yī)院、手術救護車與衛(wèi)生列車之間的通信。需保證不同單元在同一時刻使用同種無線通信網絡，如移動公網信號強度無法同步，可選擇共同使用衛(wèi)星通信方式。

4 多網絡無線通信鏈路終端一體機的研制與應用

根據全程救治鏈中對可靠實時無線通信的迫切需求和以上保障策略，我們研制了多網絡無線通信鏈路終端一體機，可以滿足移動公網鏈路、海事衛(wèi)星通信鏈路以及北斗通信鏈路的聯通。其中，移動公網鏈路包括中國移動、中國聯通和中國電信各自的3G網絡[9-10]；海事衛(wèi)星通信鏈路指國際海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)；北斗通信鏈路是指北斗短報文通信方式。終端設計示意圖如圖5所示。

圖5 多網絡無線通信鏈路終端一體機

根據不同終端連接的不同要求，此終端一體機對外表現為4個網口、1個串口以及5個信號指示燈。其中，4個網口分別代表中國移動3G網絡、聯通3G網絡、電信3G網絡和海事衛(wèi)星鏈路網絡；1個串口和北斗模塊相連保證北斗短報文通信；而5個信號指示燈分別代表移動3G網絡、聯通3G網絡、電信3G網絡、海事衛(wèi)星通信網絡以及北斗通信網絡信號強度，每個指示燈有3種顏色狀態(tài)分別為紅、黃、綠，紅色代表當前網絡信號強度最弱，黃色其次，綠色最強。指示燈熄滅代表此處沒有此網絡覆蓋，指示燈閃爍代表用戶正在使用此網絡進行數據傳輸。同時，終端另一側安裝5個網絡的5根天線來收發(fā)信號。

通過一體機在衛(wèi)生列車上的實際應用（如圖6所示），研發(fā)的終端一體機能夠在各種環(huán)境中實現多種通信網絡的可靠實時無縫切換，大大地保障了全程救治鏈中各環(huán)節(jié)的通信需求。

圖6 多網絡無線通信鏈路終端一體機衛(wèi)生列車安裝示意圖

5 結語

穩(wěn)定、可靠的通信鏈路是全程連續(xù)救治指揮決策系統(tǒng)高效運行的基本保障。該無線通信方案中多種無線通信技術的集成與動態(tài)切換、特殊環(huán)境下的數據傳輸策略應用，有利于各個醫(yī)學救援單元與指揮平臺間通信鏈路的持續(xù)暢通，促進實現數據共享、信息交互、命令通暢、調度合理、指揮有序的目標，為充分發(fā)揮全程連續(xù)救治指揮決策系統(tǒng)在應急醫(yī)學救援中的功效奠定了堅實基礎。

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（收稿：2013-12-25 修回：2014-05-22）

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Guarantee strategy research on multiple wireless communication network in whole-course rescue management-decisional support system

REN Jia-shun1,ZHENG Zhi-hao2,LU Yan-e2,CHEN Yu1,HE Pan2
（1.Xinqiao Hospital of the Third Military Medical University,Chongqing 400037,China; 2.Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology,Chongqing 401122,China）

ObjectiveTo study the wireless communication technologies and their application between static and dynamic medical rescue units and command platform to meet the information transmission requirement of emergency rescue management-decisional support system in"Whole-Treatment-Chain"(WTC).MethodsThe characteristics of multiple wireless communication technologies and system communication requirements were analyzed,and the guarantee strategy was designed for multiple wireless communication networks in different application scenarios.ResultsThe dynamic switchable wireless communication guarantee strategy was proposed based on backbone communication networks such as GPRS/3G and satellites,including reliable data communication strategies,and the multiple wireless communication network terminal was also developed.ConclusionThis guarantee strategy and terminal help to maintain the stable communication links between medical rescue units and command platform and to enhance the reliable application of management-decisional support system during emergency medical rescue.[Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（11）：5-8]

emergency medical rescue;management-decisional support system;whole treatment chain;wireless communication technology

2015年《醫(yī)療衛(wèi)生裝備》雜志訂閱回執(zhí)單

R318；TN92

A

1003-8868（2014）11-0005-04

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.11.005

國家科技支撐計劃（2012BAI21B04）

任家順（1963—），男，教授，博士生導師，主要從事醫(yī)院管理、衛(wèi)勤組織指揮方面的研究工作，E-mail：renjs2028@163.com。

400037重慶，第三軍醫(yī)大學新橋醫(yī)院（任家順，陳 渝）；401122重慶，重慶綠色智能技術研究院（鄭志浩，盧艷娥，何 盼）

鄭志浩，E-mail：zhihao@cigit.ac.cn