醫(yī)院室內(nèi)定位導航系統(tǒng)的應用與實現(xiàn)研究

摘要：針對目前在醫(yī)院患者難以找到科室的問題，研制出一套室內(nèi)定位導航系統(tǒng)。整個系統(tǒng)分為兩個模塊：機器端和用戶端。機器端系統(tǒng)能夠識別使用者的聲音，并按照使用者所問的問題進行路徑計劃，并產(chǎn)生相應的二維碼。用戶端通過掃描二維碼，可以即時地獲取使用者的地理信息，并獲得相應的導航信息。在此基礎上，對指紋識別算法和圓形定位算法進行了研究。采用此方法可以節(jié)約醫(yī)師與患者的工作時間，并能有效提高效率。

關鍵詞：醫(yī)院;室內(nèi)定位導航系統(tǒng);應用分析

隨著醫(yī)療條件不斷改善，醫(yī)療資源的不斷優(yōu)化，規(guī)模以上的醫(yī)院科室比較多。患者從停車場到門診掛號、就診、繳費、檢查，再到辦理住院等一系列的診療流程，需要花費很多時間和精力。根據(jù)調(diào)查，首次來醫(yī)院就診的患者，無論哪個年齡層，從進醫(yī)院起，首先會先向到導診臺、服務中心、最近的醫(yī)院窗口等方式前去尋求幫助;甚至有30%的復診病人，也會在診療過程中通過尋求幫助以找到自己的目標科室。很多醫(yī)院都會在門診部設置樓層地圖和科室指引標識，以緩解患者迷路、尋找科室困難等問題，但實際的效果并不是特別理想。為了解決上述問題，研制了一套室內(nèi)導航系統(tǒng)，它不僅可以降低醫(yī)療成本，而且可以為病人制定全面的診療路徑，提升患者的就診滿意度。

一、室內(nèi)定位導航技術概述

由于室內(nèi)場景空間變得越來越大，出現(xiàn)了很多綜合醫(yī)院、機場、停車場等場所，越來越需要定位導航。大型超市期望通過室內(nèi)導航技術為顧客提供即時導航，并根據(jù)地理位置進行相應的市場推廣。醫(yī)院期望能夠實現(xiàn)對醫(yī)療儀器的即時位置，方便在有需求的情況下迅速呼叫，以期能對特定患者進行有效的定位，避免出現(xiàn)不良事故;在患者進入醫(yī)院后，提供定位導航功能，幫助患者定位并導航，提高患者就診的滿意度。高度危險的化工企業(yè)必須進行定位管理，以避免出現(xiàn)安全隱患等?？梢哉f，在零售、餐飲、物流、制造、化工、電力、醫(yī)療等領域，都顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿?。在這樣的大環(huán)境下，無線定位技術、藍牙技術、 RFID定位技術、 UWB定位技術、紅外技術、超聲波技術等技術相繼出現(xiàn)，為各個領域提供了大量的定位技術。技術上的技術基礎是無線局域網(wǎng)，利用新型信息采集平臺，可以實現(xiàn)信息追蹤、監(jiān)測和定位。無線網(wǎng)絡熱點的使用不僅可以滿足用戶的位置要求，而且可以利用 Bluetooth技術完成對用戶的定位，它的體積很小，可以直接安裝在手機上，而且定位也很準確，不會被視線所干擾，不過，它的成本要高得多，但是它的穩(wěn)定性也要低得多，很有可能會被噪音所影響。所以，技術工作者首先要了解成本費用，然后再決定使用 Bluetooth技術。射頻識別技術是通過無線射頻技術實現(xiàn)雙向通信交換數(shù)據(jù)的信息交流，實現(xiàn)識別和定位，它的工作范圍很小，通常能達到數(shù)十米。但是，這種方法能在幾毫秒之內(nèi)獲取位置，而且具有很大的傳播距離和更低廉的成本。同時，射頻識別技術具有無接觸、無視野距離等特點，有望在未來的發(fā)展中，作為一種理想的室內(nèi)位置技術。當前射頻識別技術的研究重點與難點是建立傳播模型、用戶的安全與保密以及國際標準化。射頻識別技術的優(yōu)勢在于，體積和成本都很低，但它的使用范圍很短，沒有通訊功能。

二、系統(tǒng)架構與實現(xiàn)

（一） 平臺架構

如圖 1 所示，室內(nèi)定位導航系統(tǒng)的架構主要分為定位云平臺、定位設備和定位終端三大部分。

在系統(tǒng)的中心位置，包括了位置引擎的位置服務、地圖引擎伺服器及路線計劃引擎器。而定位裝置，則是利用 iBeacon的無線網(wǎng)絡，在后臺將使用者的位置數(shù)據(jù)進行讀取，以達到即時、精確的離線型室內(nèi)定位。在手機、 ipad等智能設備中，整合了加速度計、陀螺儀、羅盤等廉價的慣性測試設備，并將其植入到醫(yī)院的 APP中，或集成到醫(yī)院的微信公眾號中，實現(xiàn)了導航的功能。定位系統(tǒng)可依據(jù)醫(yī)院的門診布局配置常用的導航設備，以作為線下入口處的顯示器，方便患者在現(xiàn)場進行操作。

（二） 關鍵技術

1.興趣點

興趣點是地理信息系統(tǒng)中的一種概念，它通常被歸納成一個小的地理區(qū)域，例如：學校、銀行、餐館、加油站、超市等。每一個 POI都包含了名字、類別、坐標、分類等四種功能，可以讓使用者在地圖上找到自己想要的位置，并根據(jù)地圖上的路線來進行規(guī)劃。對于具有一定地理位置的導航系統(tǒng)而言， POI的數(shù)量與質量將直接關系到其使用的效果與實用性。在這個體系中，POI可以分為四個類別：建筑、樓層、科室名稱和職能設備。每一個 POI的特定內(nèi)容包括名稱、經(jīng)度、緯度、樓層和屬性，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過 POI的校準后，根據(jù)最初位置的確定，可以根據(jù)距離從近到遠的順序進行分類。

2. iBeacon藍牙信標

iBeacon是蘋果公司開發(fā)的一種全新的室內(nèi)定位技術，它使用 Bluetooth BLE4.0以及蘋果公司的 iBeacon標準，它能使周圍的手機等移動設備探測到 iBeacon發(fā)送的藍牙訊息，從而使其在10 m范圍內(nèi)的位置準確率從數(shù)十米提升至1 m。通過使用低功率技術，iBeacon與 UWB、Wi-Fi、RFID等技術具有體積小、續(xù)航時間長、價格便宜、高感知能力強等特點，能夠在建筑物的任意位置進行安裝和維修。采用 iBeacon的藍牙信號，可以在不破壞醫(yī)院現(xiàn)有設施的前提下，安裝在屋頂和墻壁上，既方便又快速。

3. 3D矢量地圖

定位導航系統(tǒng)使用WGS-84的三維矢量圖，實現(xiàn)了室內(nèi)和室外的三維立體立體圖的結合，整個醫(yī)院多個建筑都可以同時顯示，可以選擇 POI進行導航，并使用 Flash技術將某一特定的地區(qū)建立在相應的二維平面上。通過進行加工處理后，得到的影像是一個單一的球形全景圖，它可以隨著運動方向而轉動，并且可以在不同角度和方位角之間自由轉換，給人以更為直觀的視覺感受。

4. 基于電磁指紋比對的離線定位技術

電磁指紋比對原理：把一個房間劃分成幾個區(qū)域，每個區(qū)域都有一種“指紋”。這種“指紋”并非常規(guī)的指紋，它還包含了諸如 RSSI的信號強度、方位等方面的特性信息。檢測到定位標簽的特征信息后，將其與“指紋庫”相對應，其中最靠近的一個點就是標簽的所在。該方案利用電磁指紋比對技術，在離線定位技術上快速實現(xiàn)了室內(nèi)定位、準確、不跳閃，不依賴3 G、4 G、Wi-Fi等各種網(wǎng)絡。

5.融合定位技術

定位導航系統(tǒng)應用了一種基于人體運動軌跡的預測算法，該算法使用與智能手機本身結合的加速傳感器進行步數(shù)和步速的檢測，然后由指南針和陀螺儀來計算出行走方向，并將步速與軌跡結合起來計算出行人的相對位移量，由此可達到包含 GPS、電磁指紋比對、PDR等多項定位技術的結合，可以使定位方式更好地發(fā)揮作用，提高定位精度和魯棒性，減少定位費用，從而使室內(nèi)和室外定位之間的無縫結合。

三、室內(nèi)定位導航技術的分類

（一）超聲波定位技術

超聲測定位技術包括主測距儀和電子標簽兩種，在實際定位中，首先通過計算機向各個電子標簽發(fā)出同頻率的信號，再將其反饋回主測距儀，再通過測量電子標簽的位置來獲得對應的位置。

（二）紅外線定位技術

紅外線定位技術是利用超聲波技術進行定位，利用紅外傳感器來觸發(fā)定位信號，再利用參照點超聲發(fā)射機將超聲波發(fā)送到被檢測的位置，再利用一定的算法和時間進行測距，從而降低了系統(tǒng)的能耗，并能有效地解決超聲反射定位中的短程問題。

（三）超寬帶無線定位技術

超寬帶無線技術是一種以超短脈沖為基礎的技術，具有較小的傳輸功率和較高的穿透力，在沒有載波的情況下，采用了室內(nèi)的定位方法進行比較準確的定位。利用信號到達時間差、雙曲線交叉等方法，相關的技術進行超寬頻無線定位。

（四）射頻識別定位技術

射頻標識定位控制技術操作簡便，適合自動控制，采用電子標簽、射頻讀寫器和數(shù)據(jù)庫共同組成，電子標簽和讀寫器通過空間電磁信號進行信息交流，目前已經(jīng)廣泛地用于各種類型的大型建筑物中，但大多局限于紙面文件系統(tǒng)，要使 射頻識別定位技術得到有效的利用，就必須與 WLAN技術協(xié)同工作。

四、醫(yī)院室內(nèi)定位導航系統(tǒng)應用情況分析

（一）精度設定

在不同的醫(yī)院空間中，對系統(tǒng)的精度控制要求是不一樣的，在某些特殊的醫(yī)療場所，儀器的精確度和技術費用都是非常高的。所以，在醫(yī)院的導航技術選擇過程中，必須要考慮到成本的問題，選擇出性價比最佳的導航方案，與其他應用結構相比，醫(yī)院結構更為復雜，有很多獨立存在的單元，例如醫(yī)生的診療室、辦公室、患者病區(qū)、醫(yī)務室等等，這些地方的位置都是非常精確的。在不改變硬件環(huán)境的情況下，由導航系統(tǒng)的技術人員修改軟件運算法則，或整合各種不同的軟體，提高其效能。

（二）導航應用效果

導航是 GPS最大的優(yōu)勢之一，在人數(shù)眾多的情況下，能夠充分發(fā)揮導航系統(tǒng)的作用，在應用醫(yī)療設備過程中，導航系統(tǒng)可以縮短尋找設備的時間，促使醫(yī)護人員可以有更多時間進行緊急的治療。而且，在日常的體檢中，導航可以讓醫(yī)生們更好的選擇合適的診斷路線，方便為病人診斷。

（三）自動識別應用

導航系統(tǒng)還具備自動識別功能，它將位置和識別功能相融合，可以向入院進行治療的患者發(fā)放識別裝置和手環(huán)，手環(huán)可以將病人的個人資料輸入到導航系統(tǒng)中，對患者身份進行確認，從而方便醫(yī)生在必要的情況下獲得病人的病床號碼、年齡、姓名等資料。

（四）接受以及發(fā)送信號的方式

技術工作者在進行導航設計時，必須采用射頻定位技術以及超帶寬定位系統(tǒng)，利用它們來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。雖然現(xiàn)在許多醫(yī)院都使用了光學技術來支持衛(wèi)星導航，但光通信技術仍舊存在一定的發(fā)展?jié)摿Γ陌惭b方法非常的簡單，成本也非常低，而且發(fā)射源獲取也非?？?，可以達到較快的傳輸速度，與其他通信技術相比更加適合應用于醫(yī)療機構。

（五）地圖導航

現(xiàn)在的醫(yī)療設施已經(jīng)發(fā)展到了一定的程度，雖然每個樓層都會布置一張地圖，但是因為科室的復雜程度，患者們還是會花費大量的精力來查找自己的目標科室，也會花費更多的精力去找停車位，雖然這些問題和治療沒有任何的關系，但也會讓患者的情緒受到影響。所以，要想提高醫(yī)療機構的服務質量，就必須要研發(fā)出掌上醫(yī)生等軟件，讓患者能夠知道停車場的位置，并且能夠在定位的時候，迅速地標注停車位。在找診室的過程中，患者還可以使用掌上醫(yī)生，快速地找到自己想要的診室，同時在患者較多的診療室患者也可以選擇不同的診治路線，這樣就不會在等待的過程中浪費太多的精力。導航系統(tǒng)還有其他的服務功能，如向患者發(fā)送醫(yī)療保健信息，并為病人實時了解周圍環(huán)境等。為病人提供有關醫(yī)院周圍環(huán)境等方面的資料，由于優(yōu)勢比較突出，使得導航設備受到醫(yī)務工作者和患者的青睞。各種定位技術在醫(yī)療機構中的運用，一直還處在實驗階段，直到最近幾年，才逐步被采用，但是因為不同定位都有各自的優(yōu)點和不足，所以要找到最適合自己的方案，并且將它們結合起來，以達到更好的效果。

（六）人員、資產(chǎn)的定位

隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，各種技術不斷成熟，各種定位技術的應用越來越方便，對人員和資產(chǎn)的定位也越來越方便。在醫(yī)療設備中，配備有源標簽，利用無線網(wǎng)絡進行實時定位，遠程即可了解設備位置、狀態(tài)，提高工作的工作效率，做好設備的安全和管理。根據(jù)病人的具體情況，可以與門禁系統(tǒng)相結合，方便患者在不同的地方進行操作，同時也可以設置警報，如果患者遇到了什么危險，可以通過定位器找到病人，從而防止突發(fā)事件。

（七）采集醫(yī)療大數(shù)據(jù)

隨著室內(nèi)定位導航系統(tǒng)的發(fā)展，除了可以提供相應的導航技術外，還可以產(chǎn)生海量的醫(yī)學數(shù)據(jù)，目前各種大型的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)已逐漸得到重視，利用內(nèi)部的 室內(nèi)定位導航技術可以對科室設置和就醫(yī)流程進行分析，并依據(jù)相關科室的人員分布情況進行智能分診，通過對應的流程優(yōu)化提高醫(yī)院運營效率，提升醫(yī)院服務滿意度。

五、結束語

在醫(yī)院建設中，各種類型的無線網(wǎng)絡建設都在逐步擴大以及完善，為醫(yī)療系統(tǒng)的發(fā)展帶來了巨大變革，為人們提供了極大的方便，但也對醫(yī)院傳統(tǒng)的信息化建設提出了更高的需求，比如醫(yī)院的物聯(lián)網(wǎng)、移動醫(yī)療系統(tǒng)建設，都離不開室內(nèi)定位導航技術的支撐，它所涵蓋的領域非常廣，不僅要有各種硬件設備，還要有各種技術的支撐，要主動整合各種資源，把室內(nèi)定位技術廣泛運用到醫(yī)院場景中，充分發(fā)揮出新技術的優(yōu)勢，更好地服務患者，提高綜合利用效率，提高醫(yī)院的服務質量。

作者單位：邱小清? ? 莆田學院附屬醫(yī)院

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