基于iBeacon技術(shù)在醫(yī)院室內(nèi)定位導(dǎo)航和無線信息發(fā)布系統(tǒng)的研究

高喆，沈潔，湯振華，王誠

1.南京醫(yī)科大學(xué)附屬蘇州醫(yī)院，江蘇 蘇州 215153；2.蘇州科技城醫(yī)院 信息處，江蘇 蘇州 215153

引言

我院作為一家新建的三級醫(yī)院，建筑面積18萬平方米，科室病區(qū)眾多，設(shè)計日門診量5000人以上。日常大量門診患者和家屬從停車、掛號、排隊就診、繳費(fèi)、檢查一系列的活動，需要尋找的地點(diǎn)至少要3個以上，雖然已有導(dǎo)診臺服務(wù)人員、院內(nèi)信息發(fā)布終端和院內(nèi)指示標(biāo)示等輔助措施，但為了提高服務(wù)質(zhì)量，我們需要一套醫(yī)院室內(nèi)定位導(dǎo)航系統(tǒng)為大量的患者和家屬提供更加高效先進(jìn)的指引服務(wù)。

基于iBeacon（蘋果公司開發(fā)的一種微定位的技術(shù)）技術(shù)定位和移動終端展示的定位導(dǎo)航方案符合我院的情況：① 已經(jīng)完成弱電工程，無意愿二次弱電工程實(shí)施；② 部署快捷，成本低廉，使用壽命長；③ 基于醫(yī)院特殊場景的可定制化的環(huán)境；④ 在部署iBeacon定位系統(tǒng)過程中，iBeacon作為移動終端的信息入口的作用也符合醫(yī)院的在移動端拓展醫(yī)院其它服務(wù)的需求。在移動終端的普及下，院內(nèi)指引、信息發(fā)布、市場化營銷等手段在院內(nèi)并沒有完全走到患者手機(jī)里，尤其基于社交軟件、移動端APP的應(yīng)用，僅僅是解決了有和無的問題。iBeacon的廣播功能，豐富醫(yī)院信息發(fā)布的手段，讓醫(yī)院可以根據(jù)院內(nèi)具體位置。在患者和家屬的移動端推送定制化的信息，引導(dǎo)關(guān)注醫(yī)院社交媒體賬號，移動APP應(yīng)用，直接連接到醫(yī)院的信息發(fā)布平臺，甚至有獨(dú)有的市場營銷功能[1-2]。

1 系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)

1.1 移動端的醫(yī)院室內(nèi)導(dǎo)航

患者可通過掌上醫(yī)院APP或醫(yī)院微信公眾號，隨時進(jìn)行導(dǎo)航，并通過實(shí)用的功能吸引用戶，為醫(yī)院移動應(yīng)用和社交媒體引流。

1.2 院內(nèi)流程指引

系統(tǒng)可以根據(jù)掛號情況來推測患者可能前往的科室，從而推送相關(guān)地點(diǎn)以供選擇。在門診樓，借助室內(nèi)地圖導(dǎo)航功能，不但可以快速找到去一個科室的路徑，如果需要到達(dá)多個科室，室內(nèi)導(dǎo)航功能可以結(jié)合各科室擁擠情況，規(guī)劃出最短路徑以及最少耗時的路徑。另外系統(tǒng)還能夠推送預(yù)計等待時間與排隊信息到移動終端，患者可以自由安排時間，而無需一直在門口排隊等待。

1.3 院內(nèi)基于用戶定位的信息發(fā)布

根據(jù)患者經(jīng)常詢問醫(yī)護(hù)人員的就醫(yī)問題，對患者的定位進(jìn)行該科室常見問題相關(guān)回答的推送。使患者更多地自主就醫(yī)，緩解醫(yī)護(hù)人員工作強(qiáng)度，提高工作效率，同時提高醫(yī)院數(shù)字化管理水平，改善就醫(yī)體驗(yàn)，提高患者對醫(yī)院的信任度。

1.4 醫(yī)療信息知識庫

對用戶進(jìn)行經(jīng)過專業(yè)機(jī)構(gòu)審核認(rèn)證的醫(yī)療信息與養(yǎng)生保健知識的精確發(fā)布，提高用戶的醫(yī)療常識，避免當(dāng)前濫用搜索引擎、選擇主觀判斷而拒絕專業(yè)求醫(yī)的社會風(fēng)氣蔓延。同時還為用戶養(yǎng)成健康生活習(xí)慣、摒棄生活陋習(xí)、預(yù)防疾病提供了有力保障，并通過人工智能分析患者感興趣的知識類型，定向推送，預(yù)測用戶想知道的，應(yīng)該知道的內(nèi)容發(fā)布。

1.5 社會化營銷平臺

通過在護(hù)士站、醫(yī)聯(lián)體、機(jī)場、社區(qū)等地布設(shè)iBeacon，能夠與用戶通過微信搖一搖進(jìn)行互動。用戶可通過微信搖一搖抽取就醫(yī)體驗(yàn)券、折扣券等。通過這種互動，可增加用戶對醫(yī)院的持續(xù)關(guān)注度，提升醫(yī)院的影響力。

1.6 用戶行為分布大數(shù)據(jù)分析平臺

系統(tǒng)可以通過分析對比HIS、EMR、社交媒體、用戶位置信息、瀏覽院內(nèi)醫(yī)療信息的熱點(diǎn)，建立多層次的數(shù)據(jù)分析模型，幫助醫(yī)院在資源分配，健康宣教，疾病預(yù)防等各方面工作有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支撐，提供更好的服務(wù)。

2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

無線定位是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的一項(xiàng)重要技術(shù)，在物聯(lián)網(wǎng)時代擁有廣闊的應(yīng)用前景。藍(lán)牙定位是一種基于接收的信號強(qiáng)度指示的定位方式，成本較低、使用便捷。iBeacon就是基于當(dāng)前最新的藍(lán)牙低功耗4.0技術(shù)的，可以用它來打造一個信號基站，對于持有集成了藍(lán)牙功能移動終端設(shè)備的用戶，只要設(shè)備的藍(lán)牙功能開啟，藍(lán)牙室內(nèi)定位系統(tǒng)就能夠?qū)ζ溥M(jìn)行位置判斷，也可得到該基站的推送信息，因此很容易推廣普及[3]。

該項(xiàng)技術(shù)具有以下特點(diǎn)：① 免配對，蘋果在之前對藍(lán)牙設(shè)備的控制比較嚴(yán)格，所以只有通過MFI認(rèn)證過的藍(lán)牙設(shè)備才能與iDevice連接，而藍(lán)牙4.0就沒有這些限制了；② 定位精準(zhǔn)、距離更遠(yuǎn)，藍(lán)牙4.0之前一般的傳輸距離在0.1～10 m，而iBeacon信號可以精確到毫米級別，并且最大可支持到50 m的范圍；③ 超低功耗，藍(lán)牙4.0又叫低功耗藍(lán)牙，一個普通的紐扣電池可供一個iBeacon基站硬件使用兩年；④ 適用廣泛，所有搭載有藍(lán)牙4.0以上版本的設(shè)備都可以作為iBeacon技術(shù)的發(fā)射器和接收器[4-6]。系統(tǒng)架構(gòu)主要包括各種iBeacon設(shè)備、定位導(dǎo)航算法引擎、醫(yī)院內(nèi)部iBeacon設(shè)備管理、信息發(fā)布平臺以及數(shù)據(jù)分析平臺等。針對實(shí)現(xiàn)院內(nèi)室內(nèi)定位導(dǎo)航及信息發(fā)布的目的，提出了基于iBeacon的室內(nèi)定位系統(tǒng)方案，由iBeacon信息發(fā)布系統(tǒng)、iBeacon基站和移動端3部分組成[7]。其中硬件設(shè)備主要是由iBeacon設(shè)備組成，這些iBeacon可分別用于室內(nèi)定位、信息發(fā)布以及物聯(lián)網(wǎng)傳感。通過院內(nèi)各處布設(shè)的iBeacon，后臺可完成讀取用戶位置信息等操作。用戶通過ios/android終端以及醫(yī)院微信公眾號等與醫(yī)院信息系統(tǒng)進(jìn)行對接，如打開關(guān)注的醫(yī)院微信公眾號后臺即可讀取用戶的掛號科室信息及病例報告等。用戶對接層與業(yè)務(wù)應(yīng)用層數(shù)據(jù)互相傳輸，業(yè)務(wù)應(yīng)用層包括由定位引擎、導(dǎo)航引擎、地圖引擎、iBeacon部署平臺組成的室內(nèi)定位導(dǎo)航部分以及由信息發(fā)布平臺、醫(yī)療AI知識庫、營銷平臺、微信公眾號管理平臺組成的信息發(fā)布平臺。通過定位導(dǎo)航以及地圖引擎，后臺可實(shí)時獲得用戶位置信息，并在用戶通過終端發(fā)出導(dǎo)航請求后進(jìn)行位置計算，推送定位及導(dǎo)航信息，經(jīng)由H5展示。比如用戶在掛完號后，系統(tǒng)可智能推送您可能想要前往的科室，只要點(diǎn)擊科室名稱即可進(jìn)行路線規(guī)劃。另外通過大數(shù)據(jù)用戶行為分析引擎可將用戶偏好、需求等量化、直觀化，有針對性地為用戶進(jìn)行信息發(fā)布推送，更好地滿足用戶需求[8]。平臺各層構(gòu)成，見圖1。

圖1 院內(nèi)室內(nèi)定位導(dǎo)航和信息發(fā)布管理平臺

3 關(guān)鍵算法

采用了基于幾何聚類指紋庫的約束KNN室內(nèi)定位模型，首先，根據(jù)幾何布局結(jié)構(gòu)將室內(nèi)感興趣區(qū)劃分成若干子區(qū)域，并設(shè)計參考點(diǎn)控制網(wǎng)進(jìn)行指紋庫數(shù)據(jù)采集，完成離線樣本訓(xùn)練；根據(jù)定位點(diǎn)與各類指紋庫的有效AP最高相同比率決定待定點(diǎn)所處子興趣區(qū)；利用最大相似度確定移動端數(shù)據(jù)在該類指紋庫中的最鄰近點(diǎn)，根據(jù)該參考點(diǎn)的GSS判別所處RP控制網(wǎng)結(jié)構(gòu)特征，動態(tài)選定參數(shù)K值，以K構(gòu)建最佳線段或最佳多邊形自適應(yīng)約束尋找后K-1個鄰近參考點(diǎn)，最終KNN算法實(shí)現(xiàn)移動終端定位[9-11]。根據(jù)醫(yī)院每層建筑情況，預(yù)計定位精度部署iBeacon設(shè)備，設(shè)計iBeacon部署點(diǎn)位；使用采集工具采集iBeacon廣播環(huán)境下的RSSI特征值，建立位置和對應(yīng)特征值數(shù)據(jù)庫；用戶使用移動端收集到的RSSI特征值信息發(fā)送到后臺，經(jīng)過平滑計算，匹配權(quán)重后得到位置坐標(biāo)信息，在移動端顯示[12]。

4 核心業(yè)務(wù)模塊及工作流程

4.1 定位模塊及工作流程

4.1.1 iBeacon部署

根據(jù)醫(yī)院布局，和預(yù)期定位精度部署iBeacon設(shè)備約為1500個左右，同時可以根據(jù)地點(diǎn)不同發(fā)布不同信息，建立基于藍(lán)牙信號的廣播環(huán)境。在定位、發(fā)布信息的同時，可以把重要位置的環(huán)境參數(shù)如溫度、濕度、空氣質(zhì)量等傳回給平臺[13]。

4.1.2 數(shù)據(jù)采集建模

根據(jù)醫(yī)院布局，沿著室內(nèi)有特征的路徑進(jìn)行信號特征采集和建立定位模型，特征值的數(shù)據(jù)包含：對應(yīng)特征的x、y坐標(biāo)，匹配算法，平滑算法，以及慣性校準(zhǔn)算法[14]。

4.1.3 定位

用戶使用移動端，每秒鐘上傳自己位置的藍(lán)牙RSSI特征到定位數(shù)據(jù)庫，經(jīng)過處理返回對應(yīng)的地圖上的x、y坐標(biāo)。實(shí)施人員通過現(xiàn)場采集iBeacon廣播信號對應(yīng)的位置信息，輸入定位引擎，同時把院內(nèi)真實(shí)室內(nèi)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成矢量數(shù)據(jù)并生成可以在移動端各個平臺展示的地圖（圖2）。

圖2 iBeacon定位

4.2 導(dǎo)航模塊及工作流程

醫(yī)院作為一個特殊的機(jī)構(gòu)，醫(yī)院的導(dǎo)航服務(wù)與其它消費(fèi)類導(dǎo)航引擎不同，有更多的人性化醫(yī)療類提示。其導(dǎo)航提示有更多的醫(yī)療信息融入在導(dǎo)航服務(wù)部署。在移動端實(shí)現(xiàn)的室內(nèi)定位導(dǎo)航以及停車位導(dǎo)航的服務(wù)，見圖3。

工作流程主要分為測繪、路徑規(guī)劃、興趣點(diǎn)（Point of Interest，POI）導(dǎo)航在移動端的實(shí)現(xiàn)[15-17]，見圖4。

圖3 院內(nèi)服務(wù)化導(dǎo)航引擎部署

圖4 導(dǎo)航模塊工作流程

4.2.1 測繪

（1）根據(jù)醫(yī)院平面圖（CAD）繪制在移動端顯示的矢量圖。

（2）根據(jù)患者可能經(jīng)過的平面路徑繪制路網(wǎng)信息。

（3）興趣點(diǎn)（POI）（如科室，公共設(shè)施等）與矢量圖綁定。

4.2.2 路徑規(guī)劃

（1）興趣點(diǎn)（POI）到興趣點(diǎn)（POI）的路徑規(guī)劃算法執(zhí)行。

（2）坐標(biāo)點(diǎn)x、y到興趣點(diǎn)（POI）的路徑規(guī)劃算法執(zhí)行。

（3）興趣點(diǎn)（POI）導(dǎo)航在移動端的實(shí)現(xiàn)。

4.3 與醫(yī)院各個系統(tǒng)對接并嵌入掌上醫(yī)院與醫(yī)院微信公眾號

4.3.1 定位導(dǎo)航與HIS系統(tǒng)對接

為了實(shí)現(xiàn)在醫(yī)院客戶端導(dǎo)航功能，實(shí)現(xiàn)人性化的服務(wù)，導(dǎo)航模塊會自動接受HIS推送給患者可能要去的興趣點(diǎn)POI，如：付費(fèi)窗口、科室、公共設(shè)施、藥房等，患者完成掛號后，只需要在移動端，如：掌上醫(yī)院APP、微信公眾號，點(diǎn)擊彈出的POI列表自動指引患者前往，見圖5。

圖5 HIS系統(tǒng)與定位導(dǎo)航對接

4.3.2 掌上醫(yī)院APP及微信公眾號嵌入和對接

提供了院內(nèi)的導(dǎo)航服務(wù)讓患者和家屬方便地獲悉自己的位置，并提供需要去的位置的導(dǎo)航服務(wù)；根據(jù)院內(nèi)信息的發(fā)布，在導(dǎo)航過程中，可以推送醫(yī)院簡介、醫(yī)生介紹、醫(yī)療知識等；通過與HIS對接，在患者完成掛號后，推送患者需要的位置，讓患者感受如一個專屬的導(dǎo)診員全程提供服務(wù)的感覺；通過在停車場的覆蓋，用戶可以通過客戶端記住自己的停車位置，完成診療后，可以無障礙的找到自己的車輛；人工智能醫(yī)療知識庫：在科室信息發(fā)布平臺上，會根據(jù)科室的情況推送默克診療手冊的基礎(chǔ)診療知識和患者經(jīng)常性詢問的健教知識，通過智能系統(tǒng)的分析分類后，信息發(fā)布平臺會根據(jù)患者情況預(yù)測推送患者最感興趣的健康知識、養(yǎng)生、康復(fù)、醫(yī)保等相關(guān)知識。

5 其他業(yè)務(wù)模塊

5.1 iBeacon部署管理平臺

在醫(yī)院內(nèi)部和外部，有1500多個iBeacon設(shè)備需要管理，在工程實(shí)施上，需要一個統(tǒng)一的管理平臺管理設(shè)備基礎(chǔ)信息、維護(hù)信息、電量、工作狀態(tài)、替換、增添并與具體位置所綁定關(guān)聯(lián)相關(guān)科室病區(qū)。

5.2 iBeacon信息發(fā)布營銷管理平臺

作為重要的一個功能模塊，在這個平臺上，宣傳部門可以迅速的關(guān)聯(lián)iBeacon設(shè)備與想要發(fā)布的內(nèi)容。公眾號關(guān)注、引導(dǎo)、編輯發(fā)布內(nèi)容，統(tǒng)計流量。根據(jù)不同地區(qū)推送營銷方案如：微信搖專家號、膏方優(yōu)惠等信息，增加醫(yī)院在社交媒體上的關(guān)注度和流量導(dǎo)入。

5.3 用戶行為統(tǒng)計分析平臺

在記錄患者在移動端的交互，在本地分布的情況，病情和感興趣的信息做統(tǒng)計分析后，形成一套數(shù)字化分析模型，為醫(yī)院決策，資源分配，營銷方面提供有力的保障。

6 小結(jié)

通過院內(nèi)定位導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用，有效提高了醫(yī)院數(shù)字化管理水平，改善了患者就醫(yī)體驗(yàn)，提高患者對醫(yī)院的信任度。同時由于減少了醫(yī)護(hù)人員的日常工作量，使醫(yī)護(hù)人員能夠更專注于醫(yī)療服務(wù)的提供，提高了院內(nèi)工作質(zhì)量及效率。另外通過醫(yī)院信息發(fā)布系統(tǒng)，能夠根據(jù)需求為用戶推送醫(yī)療知識，提高患者自主就醫(yī)能力以及醫(yī)療意識。通過患者對醫(yī)院微信號的關(guān)注，可以達(dá)到增加醫(yī)院流量導(dǎo)入及訪問量的目的。然而在給醫(yī)護(hù)人員帶來極大便利的同時，也給傳統(tǒng)醫(yī)院的信息化建設(shè)帶來的前所未有的挑戰(zhàn)，如物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院的建設(shè)、移動醫(yī)療的建設(shè)、室內(nèi)定位導(dǎo)航的建設(shè)等。隨著如今智能手機(jī)、醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用以及無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成熟，院內(nèi)定位導(dǎo)航技術(shù)作為一種改善就醫(yī)體驗(yàn)、提高管理效率的增值應(yīng)用必然將備受關(guān)注。在未來醫(yī)院的建設(shè)中，對業(yè)務(wù)做好統(tǒng)一規(guī)劃和建設(shè)，才能達(dá)到事半功倍的效果，更好的服務(wù)患者，提升資源利用率與管理效率。

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