基于院內(nèi)三維地圖及藍牙定位技術(shù)的診間導(dǎo)航設(shè)計與實現(xiàn)

汪清 胡曉娟 張湘星

摘? 要：本文以解決醫(yī)院日常關(guān)于位置和流程相關(guān)的巨量咨詢?yōu)榍腥肟?，向患者提供與就診流程相結(jié)合的導(dǎo)航、自主查詢導(dǎo)航以及位置分享等功能，構(gòu)建一個精細化、移動化、自主化、智能化的醫(yī)院智能導(dǎo)診服務(wù)系統(tǒng)，進而打造“移動醫(yī)療+位置”的完整生態(tài)鏈。

關(guān)鍵詞：院內(nèi)三維地圖;藍牙定位技術(shù);診間導(dǎo)航

中圖分類號：TP311.52? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）09-0181-04

0? 引? 言

醫(yī)院尤其是三甲醫(yī)院門診具備就診人流集中、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜和指示牌離散等特點，病人在就診中會經(jīng)常面臨找不到目的地的情況，據(jù)統(tǒng)計每日門診患者中約有1/3的人會前往咨詢臺或找醫(yī)護人員咨詢求助，其中約42%的問題與地點位置相關(guān)。

現(xiàn)有醫(yī)院室內(nèi)導(dǎo)診標(biāo)識，是靜態(tài)和離散的，只能告知就診人目的地的大概方位，并且這些標(biāo)識提供的信息是不連續(xù)的，導(dǎo)致患者在尋找目的地的時候需要不停地尋找醫(yī)護人員進行詢問，使醫(yī)護人員也因此付出了相當(dāng)多的服務(wù)成本。

因此，我們需要利用移動互聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)航技術(shù)幫助患者在醫(yī)院內(nèi)獲得動態(tài)連續(xù)的位置指引，順利找到目的地。

1? 對策分析與關(guān)鍵技術(shù)

為應(yīng)對上述突出的指引問題，需要首先搭建室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)，地圖數(shù)據(jù)是患者診間導(dǎo)航的基礎(chǔ)。結(jié)合院內(nèi)引導(dǎo)需求，分層采集、制作室內(nèi)建筑物數(shù)據(jù)、室內(nèi)公共設(shè)施數(shù)據(jù)、室內(nèi)路網(wǎng)數(shù)據(jù)等，實現(xiàn)地圖展示、室內(nèi)POI搜索和路徑規(guī)劃等功能;其次隨著室內(nèi)定位技術(shù)的日漸成熟，尤其是室內(nèi)藍牙定位技術(shù)的不斷發(fā)展，從其定位的穩(wěn)定性、精度、適用性及成本等綜合進行考慮，該技術(shù)目前是最具有可用性的定位技術(shù)方案。采用基于藍牙的綜合定位方案，以確保樞紐導(dǎo)航定位的產(chǎn)品的穩(wěn)定性和服務(wù)的可靠性。

1.1? 院內(nèi)空間測繪與三維室內(nèi)地圖發(fā)布技術(shù)

地圖數(shù)據(jù)測繪是院內(nèi)導(dǎo)航項目的關(guān)鍵技術(shù)，目前室外地圖的測繪技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟和規(guī)范，對于室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)尤其是院內(nèi)的室內(nèi)測繪技術(shù)，目前沒有成熟的技術(shù)和規(guī)范，本項目在室外測繪技術(shù)的基礎(chǔ)上逐漸在實踐中總結(jié)室內(nèi)測繪規(guī)范和技術(shù)。在室內(nèi)測繪數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合三維GIS技術(shù)，制作三維室內(nèi)地圖并發(fā)布服務(wù)，提升室內(nèi)地圖的用戶體驗。

1.2? 藍牙通訊定位技術(shù)

藍牙通訊是一種短距離低功耗的無線傳輸技術(shù)，在區(qū)域范圍內(nèi)安裝藍牙局域網(wǎng)接入點，將網(wǎng)絡(luò)配置成基于多用戶的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)連接模式。這樣就可以獲得用戶的位置信息。藍牙定位主要應(yīng)用于小范圍定位。

1.3? TBT語音導(dǎo)航技術(shù)

室內(nèi)導(dǎo)航語音采用人工智能語音合成技術(shù)，以先進的大語料庫和語音韻律描述體系為基礎(chǔ)，支持面向各種導(dǎo)航引導(dǎo)情況的連續(xù)語音合成，合成音質(zhì)可媲美真人發(fā)音。采用TBT級別的語音指引，在每個路口、轉(zhuǎn)彎、換層等位置都會自動提示。

1.4? 實景路口放大圖技術(shù)

三維實景路口放大圖，在導(dǎo)航至樓梯、電梯、扶梯、大廳、交叉路口等環(huán)境時自動彈出提示用戶，具有強烈的實景參照效果。并且采用三維矢量箭頭和門框進行指示，使乘客能夠在換層、大廳及路口等復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境中快速確定行走的方向。

2? 基于院內(nèi)三維地圖及藍牙定位技術(shù)診間導(dǎo)航的總體設(shè)計

2.1? 總體設(shè)計

基于院內(nèi)三維地圖及藍牙定位技術(shù)的診間導(dǎo)航，需要建設(shè)院內(nèi)地圖數(shù)據(jù)并搭建室內(nèi)定位環(huán)境，同時與院內(nèi)移動醫(yī)療對接，系統(tǒng)由應(yīng)用軟件系統(tǒng)、配套硬件和地圖數(shù)據(jù)構(gòu)成，系統(tǒng)由基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層和表現(xiàn)層構(gòu)成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

基礎(chǔ)層由在線云服務(wù)系統(tǒng)及藍牙定位設(shè)備組成，為地圖服務(wù)和人員定位搭建基礎(chǔ)硬件支撐環(huán)境?？臻g數(shù)據(jù)由地圖空間數(shù)據(jù)、藍牙定位數(shù)據(jù)組成。地圖空間數(shù)據(jù)包括三維數(shù)據(jù)、公共設(shè)施數(shù)據(jù)、室內(nèi)路網(wǎng)數(shù)據(jù)、樓層數(shù)據(jù)和全景VR數(shù)據(jù)等。其中，三維數(shù)據(jù)來源于院內(nèi)室內(nèi)地圖，需要通過室內(nèi)測繪和踏勘獲得平面圖數(shù)據(jù)。公共設(shè)施數(shù)據(jù)是室內(nèi)各種設(shè)備設(shè)施的位置點數(shù)據(jù)。地圖空間數(shù)據(jù)變更后需要及時更新。藍牙定位數(shù)據(jù)主要是室內(nèi)藍牙點室內(nèi)的位置數(shù)據(jù)。架構(gòu)于數(shù)據(jù)層之上，為應(yīng)用層和表現(xiàn)層提供基礎(chǔ)的地圖服務(wù)，包括地圖展示服務(wù)、POI搜索服務(wù)、室內(nèi)定位服務(wù)、室內(nèi)路算服務(wù)。應(yīng)用層是在線地圖服務(wù)及SDK，與院內(nèi)移動醫(yī)療結(jié)合，為患者提供診間導(dǎo)航服務(wù)。系統(tǒng)面向的用戶主要是院內(nèi)患者。其中，患者通過手機系統(tǒng)或全景導(dǎo)航機獲取院內(nèi)導(dǎo)航引導(dǎo)信息。

在對基于院內(nèi)三維地圖及藍牙定位技術(shù)的診間導(dǎo)航進行總體設(shè)計時，需要充分考慮系統(tǒng)的功能需求，從患者、醫(yī)生等多用戶方面考慮。以B/S為平臺開發(fā)模式，整合多種技術(shù)，開發(fā)相應(yīng)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一接口，以體現(xiàn)平臺的保密性、權(quán)威性、快捷性、實時性和開放性，真正滿足患者診間導(dǎo)航的需求。

2.2? 模塊設(shè)計

基于院內(nèi)三維地圖及藍牙定位技術(shù)的診間導(dǎo)航，需要設(shè)計定位算法模塊和路徑算法來支撐。

2.2.1? 定位模塊

定位模塊通過客戶端程序定時掃描藍牙設(shè)備信號，并匹配數(shù)據(jù)庫中的藍牙指紋信息，通過定位算法計算出位置信息，并返回相應(yīng)的值，具體流程如圖2所示。

2.2.2? 導(dǎo)航模塊

導(dǎo)航模塊通過不斷匹配目的地址，當(dāng)前地址與目的地址重合時，結(jié)束算法，否則根據(jù)A*算法計算出引導(dǎo)路徑并進行導(dǎo)航，具體流程如圖3所示。

2.3? 算法設(shè)計

導(dǎo)航中最重要的一步是根據(jù)出發(fā)地址及目的地址，規(guī)劃出合理的路徑并進行導(dǎo)航，因此導(dǎo)航的關(guān)鍵就在于路徑選擇算法。最常用的路徑算法有：Dijkstra算法、A*算法等。

3? 基于院內(nèi)三維地圖及藍牙定位技術(shù)的診間導(dǎo)航的實現(xiàn)

基于院內(nèi)三維地圖及藍牙定位技術(shù)的診間導(dǎo)航的實現(xiàn)，需要分四個步驟完成。

3.1? 基于院內(nèi)CAD平面圖建設(shè)院內(nèi)三維地圖數(shù)據(jù)

3.1.1? 地圖數(shù)據(jù)采集的原則及規(guī)范

院內(nèi)建筑物除中空區(qū)域、非開發(fā)區(qū)域、空鋪、輔助面、洗手間輔助面外，其他要素均采集為專名。院內(nèi)處、取藥處、收費處需要分別采集室內(nèi)形狀（包含其所屬的全部窗口）。名稱按照醫(yī)院現(xiàn)場標(biāo)志命名，若標(biāo)牌采集后名稱存在多個重復(fù)，在名稱后增加序號，如院內(nèi)處1、院內(nèi)處2、院內(nèi)處3。對于專家院內(nèi)窗口，需要獨立采集面形狀;多個并排的專家院內(nèi)窗口采集一個面形狀即可。抽血、CT等獨立醫(yī)療功能的區(qū)域按照功能范圍分別采集單獨形狀。更衣室、開水間等不為患者服務(wù)的區(qū)域采集為非開放區(qū)域。

各科診療室的名稱按照現(xiàn)場標(biāo)牌命名，名稱中需包含其所屬的科室名稱，若沒有標(biāo)牌科室的名稱，需要詢問、判斷并添加。導(dǎo)醫(yī)臺、分診臺、護士臺的名稱按照現(xiàn)場標(biāo)牌命名，名稱中需要包含其所屬的科室名，若現(xiàn)場沒有標(biāo)牌，需要詢問、判斷并添加。醫(yī)療服務(wù)機：名稱需要按照現(xiàn)場標(biāo)牌或者服務(wù)機屏幕上的名稱進行采集，例如打印化驗報告自助機、繳費自助機、院內(nèi)自助機等，若現(xiàn)場無法獲取到具體名稱，命名為“醫(yī)療服務(wù)機”，若兩個及兩個以上名稱完全相同的醫(yī)療服務(wù)機并排放置，只采集一個點，繪制在中心位置。同時繪制包含所有醫(yī)療服務(wù)機的外輪廓作為輔助面，需要在面對用戶的方向制作門要素。

供患者通行的室內(nèi)道路都需要采集路網(wǎng)線。路網(wǎng)線采集在道路的中心位置，且需沿道路兩邊的科室或商鋪的輪廓繪制，對于大面積空曠區(qū)域，如門診大廳，路網(wǎng)線需要沿周邊的科室繪制。所有的建筑物大門、正門、公共設(shè)施、通行設(shè)施，均需映射在路網(wǎng)數(shù)據(jù)上，且不可以穿過其他商鋪或設(shè)施。

3.1.2? 底圖數(shù)據(jù)制作技術(shù)

獲取院內(nèi)CAD圖，具體數(shù)據(jù)需要到醫(yī)院進行現(xiàn)場測量，依據(jù)CAD進行現(xiàn)場繪制，具體制作方法：繪制軸線，橫縱向五米為單位，軸線繪制完成后，用測距儀進行現(xiàn)場圖紙的繪制。使用CAD繪制好地形圖對應(yīng)的坐標(biāo)網(wǎng)格圖框，使用圖像TATCH將柵格圖像插入CAD，然后使用相關(guān)命令，依次拾取四點源坐標(biāo)（柵格圖像坐標(biāo)）和目標(biāo)坐標(biāo)（圖框?qū)嶋H坐標(biāo)），將柵格圖像的坐標(biāo)方格與CAD繪制的實際坐標(biāo)方格對齊。以校正正確的柵格圖像為底圖，使用CAD工具，將底圖中的各種地物、地貌和注記符號繪制出來，即可完成CAD平面圖矢量化工作?；谠悍教峁┑腃AD平面圖，對CAD底圖進行簡化處理，基于項目建設(shè)范圍，進行現(xiàn)場核實。采集前須與院方接口人聯(lián)系確定。

3.2? 基于院內(nèi)地圖數(shù)據(jù)設(shè)計并部署藍牙定位設(shè)備

根據(jù)藍牙定位原理及藍牙設(shè)備通訊頻率，藍牙定位設(shè)備的部署原則說明如下：室內(nèi)部署在天花板、墻或者柱子上;室外部署在地面。藍牙設(shè)備的部署間隔為5米-7米。部署位置周圍1.5米內(nèi)不允許有遮擋。根據(jù)路網(wǎng)數(shù)據(jù)，將藍牙設(shè)備部署在人流量最大的位置。設(shè)備的信號可以覆蓋所有可通行區(qū)域，不能有盲區(qū)。根據(jù)現(xiàn)場情況決定設(shè)備部署的間隔，根據(jù)現(xiàn)場情況決定設(shè)備的信號發(fā)射參數(shù)。在一定范圍內(nèi)，部署在道路中心線，并且藍牙設(shè)備方向一致，整齊美觀。藍牙定位設(shè)備最關(guān)鍵的部件是定位芯片，芯片質(zhì)量的高低直接決定設(shè)備定位的精度，本項目藍牙定位設(shè)備芯片采用nRF51822，其是功能強大、高靈活性的多協(xié)議SoC，非常適用于Bluetooth?低功耗和2.4GHz超低功耗無線應(yīng)用。nRF51822配備256kB flash+16kB RAM的32位元ARM? CortexTM M0 CPU而建構(gòu)。嵌入式2.4GHz收發(fā)器支援藍牙低功耗及2.4GHz運作，其中2.4GHz模式與Nordic Semiconductor的nRF24L系列產(chǎn)品無縫相容。

3.3? 基于院內(nèi)三維地圖數(shù)據(jù)和藍牙定位設(shè)備提供院內(nèi)導(dǎo)航服務(wù)

院內(nèi)導(dǎo)航服務(wù)，需要為患者提供院內(nèi)地圖展示、POI搜索、室內(nèi)定位、路徑規(guī)劃及TBT語音導(dǎo)航功能。

地圖展示：室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)加載到用戶智能手機側(cè)，需要實時下載并渲染，自動化的室內(nèi)數(shù)據(jù)生產(chǎn)能力，采用高效的算法，使得云平臺的室內(nèi)模型數(shù)據(jù)變小，占用帶寬資源也很少，從而提高了室內(nèi)地圖的訪問速度。提供室內(nèi)三維地圖發(fā)布展示功能，并能實現(xiàn)地圖瀏覽、縮放、平移、換層等基礎(chǔ)地圖操作，支持蘋果、安卓和微信端的地圖發(fā)布功能。

POI搜索：醫(yī)院科室和周邊設(shè)施查詢，如分診臺、繳費窗口、出入口、衛(wèi)生間、自助查詢機等，對查詢結(jié)果可以進行語音指引，為醫(yī)院患者提供門診科室、室內(nèi)公共設(shè)施等信息列表及圖上定位功能;搜索支持中文信息分詞系統(tǒng)、模糊搜索、按距離排序等方式，同時，支持同義詞搜索。

室內(nèi)定位：使用手機側(cè)導(dǎo)航軟件結(jié)合室內(nèi)三維地圖及室內(nèi)藍牙定位設(shè)備，便可完成手機端的室內(nèi)定位，采用以藍牙定位為主的，融合手機慣導(dǎo)、地磁等多源的定位方式實現(xiàn)精準(zhǔn)定位。

路徑規(guī)劃：提供院內(nèi)三維室內(nèi)導(dǎo)航，提供點到點的精確語音引導(dǎo)，不僅具備路徑規(guī)劃指引功能，還提供室內(nèi)導(dǎo)航語音指引、箭頭文字描述功能，并能夠在關(guān)鍵路口提供放大圖，實時引導(dǎo)患者前往目的地，同時支持多個目的地的多點間路徑規(guī)劃功能，并提供直梯、扶梯、樓梯分組屬性數(shù)據(jù)，支持不同換層方案的選擇。

TBT語音導(dǎo)航：三維室內(nèi)導(dǎo)航將語音引導(dǎo)、室內(nèi)定位應(yīng)用于室內(nèi)三維地圖上，實現(xiàn)三維室內(nèi)TBT指引，將進一步降低患者的使用成本，用戶只需使用智能手機的語音提示、箭頭引導(dǎo)和路口放大圖提醒即可前往目的地。

3.4? 結(jié)合院內(nèi)導(dǎo)航服務(wù)及移動醫(yī)療為患者提供診間導(dǎo)航服務(wù)

接口數(shù)據(jù)的設(shè)計由患者就診科室數(shù)據(jù)和院內(nèi)地圖數(shù)據(jù)組成，HIS部分需要包含科室ID和科室名稱，院內(nèi)地圖數(shù)據(jù)部分包括科室對應(yīng)的地理位置ID，如圖4所示。

圖4? 診間導(dǎo)航信息圖

4? 結(jié)? 論

基于院內(nèi)三維地圖及藍牙定位技術(shù)的診間導(dǎo)航的設(shè)計與實現(xiàn)，極大地提升了患者就診的效率和便捷性，促進醫(yī)療信息建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展，進一步提高醫(yī)療服務(wù)水平，降低醫(yī)院服務(wù)成本，使患者自主性選擇最佳就醫(yī)路徑。同時，也能讓醫(yī)院管理人員更加專注于病人的治療，更好地為病人服務(wù)，帶來更大的社會效益和經(jīng)濟效益。

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作者簡介：汪清（1987-），男，漢族，安徽桐城人，科員，助理工程師，碩士，研究方向：院內(nèi)導(dǎo)航、大數(shù)據(jù)。