基于新型室內(nèi)定位技術(shù)的智慧醫(yī)院導(dǎo)航系統(tǒng)架構(gòu)與實(shí)現(xiàn)

江蘇省中醫(yī)院/南京中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院 信息數(shù)據(jù)中心，江蘇 南京 210029

引言

醫(yī)院門診區(qū)域每天需要接待大量的就醫(yī)患者，是人群高度集中且流動性較強(qiáng)的場所，也是醫(yī)院日常管理工作的重要環(huán)節(jié)。然而，患者來院后面對復(fù)雜而陌生的環(huán)境，在辦理就醫(yī)手續(xù)、前往診室看診、做各項(xiàng)檢查治療的時候，經(jīng)常需要不斷長時間尋找下一個目的科室[1]。據(jù)統(tǒng)計，即使大部分醫(yī)院在門診設(shè)有樓層分布圖和科室引導(dǎo)標(biāo)志，患者中仍有約三分之一的人會前往咨詢臺或直接找醫(yī)護(hù)人員尋求幫助，而其中約42%的問題與地點(diǎn)位置及就醫(yī)流程相關(guān)[2]。隨著門診量的不斷提升，加上就診時間相對集中，仍舊有大量患者在就醫(yī)過程中發(fā)生迷路、站立等候、無序、長時間滯留等問題，極大地降低了就醫(yī)體驗(yàn)的滿意度。同時，醫(yī)院在維護(hù)秩序時也消耗了大量的人力成本，且無法對患者流量信息進(jìn)行收集、處理和再利用。

隨著智能手機(jī)、醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用以及無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟，高精度位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛。傳統(tǒng)衛(wèi)星定位系統(tǒng),如全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）、北斗定位系統(tǒng)，在室外空曠環(huán)境擁有較高的定位精度,但因很容易受到遮擋或干擾，導(dǎo)致其在室內(nèi)環(huán)境定位不準(zhǔn)甚至無法定位[3]。為解決此問題，新型的室內(nèi)定位技術(shù)的相關(guān)研究已成為近年來定位導(dǎo)航領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。

智慧醫(yī)院導(dǎo)航系統(tǒng)就是基于新型的室內(nèi)定位技術(shù)，通過互聯(lián)網(wǎng)+與醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)行業(yè)的合作[4]，結(jié)合醫(yī)院信息系統(tǒng)構(gòu)建的一個移動化、自助化、智能化的院內(nèi)精準(zhǔn)導(dǎo)航服務(wù)體系，實(shí)時對接動態(tài)就診信息，讓線下的人和物，也能像在線信息一樣被搜索、定位、聯(lián)接，從而為患者提供動猶如專人引導(dǎo)一般的動態(tài)連續(xù)指引；同時為醫(yī)院延伸服務(wù)窗口，有效疏導(dǎo)及分流就診人群，切實(shí)降低醫(yī)院導(dǎo)診投入，提高醫(yī)院管理效率和綜合形象。本文根據(jù)江蘇省中醫(yī)院（后文中簡稱我院）信息化建設(shè)中的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對智慧醫(yī)院導(dǎo)航系統(tǒng)的架構(gòu)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了探討，并針對涉及的最新室內(nèi)定位技術(shù)進(jìn)行了較為全面的介紹。

1 系統(tǒng)架構(gòu)與實(shí)現(xiàn)

1.1 平臺架構(gòu)

如圖1所示，本系統(tǒng)的架構(gòu)主要分為定位云平臺、定位設(shè)備和定位終端三大部分。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

其中，作為本系統(tǒng)的核心部分，定位云平臺包含定位引擎服務(wù)器、地圖引擎服務(wù)器和路徑規(guī)劃引擎服務(wù)器[5]。而定位設(shè)備則是通過院內(nèi)iBeacon藍(lán)牙信標(biāo)等硬件的部署，在后臺完成對移動端用戶位置信息的讀取操作[6]，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時、精準(zhǔn)的離線型室內(nèi)定位。

定位終端的線上入口主要包括集成有加速度計、陀螺儀和指南針等低成本慣性測量單元的手機(jī)、iPad等智能移動客戶端，通過將核心功能模塊嵌入到醫(yī)院官方APP或者集成到醫(yī)院微信公眾號的模式，在移動終端能夠便捷的啟用導(dǎo)航相關(guān)功能。同時，也可根據(jù)醫(yī)院門診區(qū)域的構(gòu)造部署業(yè)內(nèi)通用的導(dǎo)航機(jī)作為線下入口的顯示終端，供患者現(xiàn)場操作使用。

1.2 關(guān)鍵技術(shù)

1.2.1 興趣點(diǎn)

興趣點(diǎn)（Point of Interest，POI）是地理信息系統(tǒng)中的一個術(shù)語，泛指一切可以抽象為點(diǎn)的地理對象，如學(xué)校、銀行、餐館、加油站、超市等。每個POI包含名稱、類別、坐標(biāo)、分類四方面信息，能及時地提醒用戶路況分支及周邊建筑的詳盡信息，也能方便地在導(dǎo)航中查到所需要的各個地方，選擇最為便捷和通暢的道路來進(jìn)行路徑規(guī)劃。對導(dǎo)航系統(tǒng)這樣一個含地理位置的信息系統(tǒng)來說，POI的數(shù)量和質(zhì)量直接影響到系統(tǒng)的使用友好度和實(shí)用價值。

在本系統(tǒng)中，POI大致上可分為樓棟、樓層、科室名稱以及功能設(shè)施四大類。每個POI的具體信息內(nèi)容包括名稱、經(jīng)度、緯度、樓層和屬性，通過對上述信息進(jìn)行專業(yè)的POI校準(zhǔn)，可在確認(rèn)初始定位后，將各POI按照由近至遠(yuǎn)自動進(jìn)行排序。

1.2.2 iBeacon藍(lán)牙信標(biāo)

iBeacon是蘋果公司推出的一項(xiàng)新型室內(nèi)定位技術(shù)，采用了Bluetooth BLE 4.0和蘋果公司標(biāo)準(zhǔn)iBeacon協(xié)議，可以讓附近的手機(jī)等移動電子設(shè)備檢測到由一個iBeacon信號發(fā)射器發(fā)出的藍(lán)牙信號，通過軟硬件結(jié)合的方式將室內(nèi)定位精度從原來的幾十米提高到一米以內(nèi)。

由于采用了低功耗的技術(shù)，iBeacon相比傳統(tǒng)的UWB、Wi-Fi、RFID等技術(shù)有著設(shè)備體積小、續(xù)航能力強(qiáng)、價格低廉和感知能力強(qiáng)的特性，可靈活布置在樓宇的任何地點(diǎn)，后期的維護(hù)和升級也非常方便[7]。在本系統(tǒng)中，iBeacon藍(lán)牙信標(biāo)直接部署在天花板里或者墻頂上，方便快捷的同時不會對醫(yī)院現(xiàn)有設(shè)施造成任何損壞。

1.2.3 3D矢量地圖

本系統(tǒng)采用符合國際標(biāo)準(zhǔn)WGS-84規(guī)范的3D向量地圖，室內(nèi)外地圖融合，全院區(qū)多樓棟統(tǒng)一展示，可在地圖上點(diǎn)選POI進(jìn)行導(dǎo)航，并通過Flash方法將全景圖像中的特定區(qū)域構(gòu)建到二維平面的對應(yīng)區(qū)域；經(jīng)過處理之后的圖像就是一個單場景的球型全景圖[8]，地圖可隨前進(jìn)方向自動旋轉(zhuǎn)，并可任意切換視角和方位角，帶來更加真實(shí)直觀的體驗(yàn)。

1.2.4 基于電磁指紋比對的離線定位技術(shù)

電磁指紋比對的基本概念：將室內(nèi)環(huán)境分為若干塊，每一塊都有一個特定的“指紋”。該“指紋”并不是傳統(tǒng)意義上的指紋，而是例如該位置的信號強(qiáng)度RSSI值、方向等特征信息。測出待定位標(biāo)簽的特征信息后與“指紋庫”進(jìn)行匹配，最接近的一個位置指紋即為該標(biāo)簽的位置[9]。本系統(tǒng)通過采用基于電磁指紋比對的離線定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)定位的迅速、精準(zhǔn)、不跳閃[10]，且不依賴3G、4G、Wi-Fi等任何形式的網(wǎng)絡(luò)連接。

1.2.5 融合定位技術(shù)

本系統(tǒng)采用了行人航跡推算（Pedestrian Dead Reckon，PDR）技術(shù)，即利用集成到智能移動終端自身平臺的加速度計來測量步數(shù)和步行速度，再通過指南針和陀螺儀確定航向，融合步速和航向進(jìn)行行人相對位移量的推算[11]，從而實(shí)現(xiàn)了含GPS、電磁指紋比對、PDR等多種定位技術(shù)的融合定位模式，進(jìn)而達(dá)到優(yōu)勢互補(bǔ)，提高定位精度、魯棒性，降低定位成本[12]，實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)外定位的無縫融合。

1.3 核心功能

如圖2所示，智慧醫(yī)院導(dǎo)航系統(tǒng)可深入到實(shí)際就診中的掛號、看診、檢查、治療、取藥等各個環(huán)節(jié)，能快速定位到目的科室位置，并根據(jù)實(shí)際的室內(nèi)布局情況規(guī)劃最少耗時的路徑[13]，通過室內(nèi)外地圖的無縫融合，提供跨樓層和跨樓棟的實(shí)時導(dǎo)航和全程語音播報。即便患者不在醫(yī)院，也可以自動搜索相應(yīng)路線，并進(jìn)行模擬導(dǎo)航。

圖2 系統(tǒng)工作流程圖

支持電梯模式、扶梯模式等多元最適路徑規(guī)劃，直接顯示于地圖上供使用者選擇；同時，為不同需求的患者提供了智能最優(yōu)路徑推薦，如針對門診低樓層智能推薦樓梯模式或手扶梯模式、對高樓層推薦電梯模式、對輪椅患者推薦無障礙通道模式等。

1.4 功能實(shí)現(xiàn)界面

如圖3所示，醫(yī)院微信公眾號、醫(yī)院官方APP作為線上導(dǎo)航的集成入口，患者掛號成功后，系統(tǒng)實(shí)時調(diào)用患者診療科室的位置名稱，對接動態(tài)就診信息；患者則可通過點(diǎn)擊自動彈出的通知框來調(diào)用導(dǎo)航功能，通過系統(tǒng)為患者或其家屬規(guī)劃最短及最少耗時的路線[14]，準(zhǔn)確、快速地導(dǎo)引到下一個流程點(diǎn)的位置。

圖3 自動導(dǎo)航

如圖4所示，患者可主動通過分類搜索頁面、語音搜索關(guān)鍵字或直接在地圖上點(diǎn)選的方式，手動搜索相關(guān)目的地，并規(guī)劃最佳路徑進(jìn)行實(shí)時導(dǎo)航。

圖4 用戶自搜索導(dǎo)航

患者也可通過掃描導(dǎo)航大屏上生成的二維碼在手機(jī)端獲取目的地的室內(nèi)導(dǎo)航信息，并開啟查詢線程，獲取前往目的地的路徑[15]，轉(zhuǎn)而進(jìn)行手機(jī)實(shí)時動態(tài)導(dǎo)航。

2 研究方法和結(jié)果分析

2.1 研究對象

首先是針對系統(tǒng)上線前后患者的尋路用時進(jìn)行分析。智慧醫(yī)院導(dǎo)航系統(tǒng)于2019年7月至12月陸續(xù)在我院門診區(qū)域推廣使用，故而我們從我院2019年6月的患者中隨機(jī)抽取1000名作為傳統(tǒng)模式下觀察對象（對照組），納入標(biāo)準(zhǔn)為：患者年齡在40歲及以下，在HIS中辦理過掛號手續(xù)且就診科室在門診2～5樓區(qū)域。同時，從我院2020年6月的患者中隨機(jī)抽取1000名作為系統(tǒng)上線后的觀察對象（實(shí)驗(yàn)組），納入標(biāo)準(zhǔn)為：在就診期間使用過智慧導(dǎo)航系統(tǒng)，且導(dǎo)航的目的地科室在門診2～5樓區(qū)域。無論是常規(guī)組還是實(shí)驗(yàn)組，在抽取數(shù)據(jù)時均保證其中500名患者的就診時間在8:00～10:00或者14:00～15:00（高峰期），另外500名患者的就診時間在其他時間段（平峰期）。

傳統(tǒng)模式下，單個患者尋路用時=到達(dá)診區(qū)的登記時間-掛號完成時間，其中登記時間和掛號時間數(shù)據(jù)均來自于我院HIS；系統(tǒng)上線后，患者的尋路用時=選取觀察對象導(dǎo)航功能的使用時間，此數(shù)據(jù)可利用導(dǎo)航系統(tǒng)后臺的地圖時間分布表直接統(tǒng)計。

此外，我們還采集了2019年6月及2020年6月的每診區(qū)所需導(dǎo)醫(yī)人數(shù)和日門診量兩項(xiàng)數(shù)據(jù)并進(jìn)行了對比和研究。其中，每診區(qū)安排的導(dǎo)醫(yī)數(shù)來源于我院管理資料，門診量數(shù)據(jù)則從我院HIS中直接獲取。

2.2 統(tǒng)計分析

本研究采用SPSS 25.0軟件工具進(jìn)行分析，計量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，取95%置信區(qū)間。其中，患者尋路用時采用單因素ANOVA檢驗(yàn)，日門診量則采用配對樣本t檢驗(yàn)，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2.3 研究結(jié)果

從表1可見，無論是高峰期還是平峰期，對照組和實(shí)驗(yàn)組的尋路用時均存在顯著差異，且該差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.01）。此外，兩組間均方的對比可以說明，高峰期尋路用時的降低效果相較平峰期的更為顯著，數(shù)據(jù)模型對該指標(biāo)變化具備解釋能力。從表2可見，系統(tǒng)上線之后，門診每診區(qū)安排的導(dǎo)醫(yī)數(shù)降低了50%，同時日門診量存在顯著性的上升（P＜0.01）。

表1 系統(tǒng)上線前后尋路用時對比

表2 系統(tǒng)上線前后導(dǎo)醫(yī)數(shù)及日門診量對比

3 討論

如圖5所示，快速、精準(zhǔn)、自助的智慧醫(yī)院導(dǎo)航服務(wù)代替了傳統(tǒng)低效的人工問詢，極大縮短了患者的尋路用時，且縮短效果在門診高峰期時尤為顯著；這也在很大程度上節(jié)約了門診導(dǎo)醫(yī)環(huán)節(jié)的人力成本，使得門診工作人員得以從繁雜、重復(fù)的地點(diǎn)咨詢工作中解脫出來，將更多的精力集中在患者的救治方面[16]。雖然智慧導(dǎo)航系統(tǒng)不能作為醫(yī)院門診量增加的直接原因，但是，系統(tǒng)的應(yīng)用使得我院在工作人員精簡的前提下得以應(yīng)對日益增長的門診量，從而在很大程度上提高了門診的接診能力，也間接地為門診量的提升提供了巨大的助力。

圖5 研究結(jié)果對比圖

此外，本文在分析患者尋路用時的研究方法上，采取了一定程度的創(chuàng)新。

首先，相較同類研究的純文字?jǐn)⑹龆?，本研究從我院信息系統(tǒng)中抽取了足量真實(shí)數(shù)據(jù)并進(jìn)行了統(tǒng)計學(xué)的分析比對，配合以直觀的圖表說明，極大地增強(qiáng)了說服力和可信度。

其次，在觀察對象的篩選方面，由于使用智慧導(dǎo)航系統(tǒng)的多為年輕人，為保證系統(tǒng)上線前后的對比人群總體上在同一年齡段，故將對照組隨機(jī)抽取的患者的年齡段定義在了40周歲及以下。此外，特將觀察對象的就診地點(diǎn)選取在了我院患者較為集中的門診2～5樓區(qū)域，以保證研究更具備代表價值。

最后，本研究采取了分時段采集數(shù)據(jù)、對比分析的模式。從HIS的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以得知，我院8:00～10:00以及14:00～15:00是門診量的峰值，滿足這些時間段的患者更容易遇到人流量大、尋路難、無人解答的情形，這也意味著分時段的尋路時間研究會更精細(xì)、更具比對價值。

4 結(jié)論

新型室內(nèi)定位技術(shù)使得智慧醫(yī)院導(dǎo)航系統(tǒng)得以成功架構(gòu)與實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)在我院上線以來運(yùn)行穩(wěn)定，成功地覆蓋了患者就診的全流程，基本上實(shí)現(xiàn)了患者尋路、咨詢業(yè)務(wù)的數(shù)字化，切實(shí)優(yōu)化了門診流程，為就診者營造了一個便利、良好、有序的就醫(yī)環(huán)境，減少了門診就診者的隱性投訴和醫(yī)患糾紛[17]，取得了良好的運(yùn)營效果，在全面提升醫(yī)院公共服務(wù)技術(shù)水平和形象檔次方面，具有重大意義。

室內(nèi)定位技術(shù)作為當(dāng)前熱門研究領(lǐng)域，將來很可能會有新的定位方法或者新的無線介質(zhì)誕生[18]，這必將把室內(nèi)定位技術(shù)帶入一個全新的領(lǐng)域。同時，隨著智慧醫(yī)院建設(shè)的不斷推進(jìn)，以及新型的物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療系統(tǒng)的逐漸完善[19]，圍繞整個門診流程的硬件配置將更為先進(jìn)和復(fù)雜，患者對就診中信息種類、數(shù)量、及時性和方便性的要求也會越來越高[20]。在此背景下，如何持續(xù)優(yōu)化智慧醫(yī)院導(dǎo)航系統(tǒng)，使之與醫(yī)院的特色診療流程相契合，讓醫(yī)院門診的流程管理更加系統(tǒng)化、規(guī)范化、整體化，是需要今后進(jìn)一步探討的問題。