移動(dòng)手機(jī)定位在院前急救中的應(yīng)用探討

陳 杰，魏 強(qiáng)*，刁成龍，倪 一，張念啟，尤

(1.南京市急救中心，江蘇 南京 210003；2.中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)江蘇有限公司，江蘇 南京 210003)

0 引言

院前醫(yī)療急救呼救定位是互聯(lián)網(wǎng)+院前醫(yī)療急救工作的重要組成部分。為貫徹落實(shí)《“健康中國(guó)2030”規(guī)劃綱要》《關(guān)于促進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+醫(yī)療健康”發(fā)展的意見(jiàn)》《關(guān)于開(kāi)展互聯(lián)網(wǎng)+院前醫(yī)療急救試點(diǎn)工作的通知》要求，深入開(kāi)展院前醫(yī)療急救呼救定位工作。南京作為江蘇省唯一試點(diǎn)城市，開(kāi)展了院前醫(yī)療急救呼救定位試點(diǎn)工作，并對(duì)其如何快速有效定位進(jìn)行了探討及落地。

1 研究背景及意義

1.1 研究背景

院前急救水平的高低代表著一個(gè)地方急救醫(yī)學(xué)的發(fā)展程度，也是衡量一個(gè)地方社會(huì)安全保障能力的重要參數(shù)，而衡量院前急救水平最重要的指標(biāo)是急救反應(yīng)時(shí)間[1]。對(duì)于120急救中心而言，如何快速找到病人所在的位置，并且調(diào)度急救車輛及時(shí)前往求救人員所在的位置進(jìn)行救援，是保證救治效率、減少生命健康損失的重要一環(huán)。手機(jī)目前已經(jīng)成為廣泛使用的移動(dòng)通信工具，當(dāng)手機(jī)移動(dòng)或?qū)ν馔ㄐ艜r(shí)，會(huì)和附近的基站進(jìn)行通信，從而產(chǎn)生相關(guān)定位信息[2]。

1.2 研究目的及意義

1.2.1 提高了需要救助人員主叫效率

根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)，求助人員經(jīng)常不知道自己當(dāng)前所在位置，這樣醫(yī)療救助人員需要反復(fù)詢問(wèn)求助人員的地點(diǎn)，導(dǎo)致院前急救時(shí)間拉長(zhǎng)。尤其是部分呼救者撥打120后，因昏迷或身體原因無(wú)法說(shuō)話，會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)過(guò)救援黃金時(shí)間。根據(jù)基站位置定位數(shù)據(jù)，可以調(diào)度急救車往目的地方向出發(fā)；同步撥打110，與110一起精準(zhǔn)查詢病人具體位置。將手機(jī)定位應(yīng)用到120院前急救場(chǎng)景，可以立即獲取求助人員的定位，減少單個(gè)求助人員的處理時(shí)間，提高處理效率。

1.2.2 提高了120急救指揮中心效率

通過(guò)手機(jī)定位系統(tǒng)獲得需要求助人員的有效地址后，救助人員可以準(zhǔn)確及時(shí)地趕到現(xiàn)場(chǎng)。這樣因不知道自己方位或報(bào)錯(cuò)地址導(dǎo)致的無(wú)效救助事件就會(huì)減少，不但提高了救助效率還節(jié)省了醫(yī)療救助人員的時(shí)間。

1.2.3 對(duì)需要救助人員的后續(xù)跟蹤

在某些情況下，需要救助人員在一段時(shí)間內(nèi)的位置會(huì)有所變化，因此要對(duì)需要救助人員位置進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。通過(guò)二次定位可以獲得需要救助人員打120后30分鐘之內(nèi)的當(dāng)前位置坐標(biāo)，可以對(duì)需要救助人員的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。

將手機(jī)定位接入120指揮中心是信息化應(yīng)用于醫(yī)療行業(yè)的一個(gè)重要標(biāo)志，將極大地提高醫(yī)療救助的效率。在科技不斷發(fā)展的今天，120急救指揮中心手機(jī)定位系統(tǒng)能使醫(yī)療救助人員的調(diào)度游刃有余，實(shí)現(xiàn)更為快速有效的醫(yī)療救助。

2 相關(guān)技術(shù)介紹

2.1 定位技術(shù)

(1)LBS定位：LBS(Location Based Service)，是一種基于位置的服務(wù)，即通過(guò)通信運(yùn)營(yíng)商的無(wú)線電通信網(wǎng)絡(luò)在地理信息系統(tǒng)GIS(Geographic Information System)的支持獲得用戶地理位置信息的服務(wù)。其大致原理為：移動(dòng)電話測(cè)量不同基站的下行導(dǎo)頻信號(hào)，得到不同基站下行導(dǎo)頻的到達(dá)時(shí)刻(Time of Arrival，TOA)或到達(dá)時(shí)間差(Time Difference of Arrivalm，TDOA)，根據(jù)該測(cè)量結(jié)果并結(jié)合基站的坐標(biāo)，一般采用三角公式估計(jì)算法，就能夠計(jì)算出移動(dòng)電話的位置。實(shí)際的位置估計(jì)算法需要考慮多基站(3個(gè)或3個(gè)以上)定位的情況，因此算法要復(fù)雜很多。一般而言，可供測(cè)量的基站數(shù)目越多，測(cè)量精度越高，定位性能改善越明顯。其主要優(yōu)點(diǎn)如下：一是成本低，無(wú)需額外硬件、軟件支撐；二是時(shí)效性高，用戶撥打號(hào)碼，經(jīng)用戶授權(quán)后，可實(shí)現(xiàn)在10 s內(nèi)快速救援，大大提升效率和保障救援的黃金時(shí)間；三是覆蓋面廣，幾乎可覆蓋所有的環(huán)境。缺點(diǎn)是：定位的精度取決于基站覆蓋的密度，一般情況下，在市區(qū)內(nèi)定位精度可達(dá)到300～500 m，而在郊區(qū)及農(nóng)村地區(qū)，定位精度在500～1 000 m。如上數(shù)值為基于宏站定位的情況，如果在市區(qū)有一些如商場(chǎng)、綜合體的室分站，精度會(huì)在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升。同時(shí)，宏站定位精度的理論值也將隨著5G基站的全面覆蓋而提升。

(2)衛(wèi)星定位：衛(wèi)星定位是通過(guò)接收衛(wèi)星提供的經(jīng)緯度坐標(biāo)信號(hào)來(lái)進(jìn)行定位。衛(wèi)星定位系統(tǒng)主要有美國(guó)全球定位系統(tǒng)(GPS)、俄羅斯格洛納斯(GLONASS)、歐洲伽利略(GALILEO)系統(tǒng)、中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。衛(wèi)星定位主要優(yōu)點(diǎn)如下：一是精度高，可控制在10 m左右；二是成本低，目前智能機(jī)都已支持衛(wèi)星定位能力；三是覆蓋范圍廣，目前GPS系統(tǒng)是現(xiàn)階段應(yīng)用最廣泛、技術(shù)最為成熟的衛(wèi)星定位技術(shù)。缺點(diǎn)是：首次定位需要10 min左右的時(shí)間，這對(duì)于緊急救援情況和報(bào)警業(yè)務(wù)是不允許的。此外, 在惡劣天氣、在室內(nèi)或衛(wèi)星信號(hào)無(wú)法覆蓋的地方[5]，定位效果很差，導(dǎo)致定位不準(zhǔn)確、不連續(xù)。

基于衛(wèi)星定位的方案須借助于手機(jī)本身或者衛(wèi)星定位接收器，須開(kāi)發(fā)App或者小程序，通過(guò)App或者小程序觸發(fā)救援呼叫。而基于基站的LBS定位流程簡(jiǎn)單，只要求救者發(fā)出求救在授權(quán)后即可以定位。故選擇移動(dòng)手機(jī)定位作為院前急救定位的技術(shù)方案。

3 基于運(yùn)營(yíng)商信令數(shù)據(jù)的120急救定位方法的設(shè)計(jì)

3.1 架構(gòu)設(shè)計(jì)

南京市急救中心的院前醫(yī)療急救呼救定位系統(tǒng)由急救中心同3家江蘇省基礎(chǔ)電信企業(yè)共同搭建。該系統(tǒng)主要為南京市120調(diào)度指揮中心提供呼叫急救電話的用戶位置信息查詢服務(wù)，并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)VPN方式(要求加密)分別與3家江蘇省基礎(chǔ)電信企業(yè)定位代理對(duì)接；江蘇省基礎(chǔ)電信企業(yè)定位代理主要負(fù)責(zé)接收120定位查詢平臺(tái)操作請(qǐng)求，呼叫記錄核實(shí)，將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)至南京市120呼救定位平臺(tái)；3家基礎(chǔ)電信企業(yè)定位平臺(tái)根據(jù)120定位查詢平臺(tái)的查詢請(qǐng)求，完成用戶的位置信息查詢，并將定位查詢結(jié)果通過(guò)專線加密返回至南京市120定位查詢平臺(tái)。

3.2 功能設(shè)計(jì)

3.2.1 需要救助人員主叫定位功能

當(dāng)運(yùn)營(yíng)商獲得需要救助人員主叫后，通過(guò)定位平臺(tái)將該主叫當(dāng)前所在的經(jīng)緯度坐標(biāo)和基站地址及基站ID等相關(guān)信息，通過(guò)LE接口POST到主叫用戶信息攔截系統(tǒng)；同時(shí)120指揮中心接到該主叫的語(yǔ)音信息，在指揮中心值班人員開(kāi)始處理的時(shí)候，向主叫用戶信息攔截系統(tǒng)發(fā)起定位請(qǐng)求。主叫用戶信息攔截系統(tǒng)將該請(qǐng)求和定位結(jié)果進(jìn)行匹配，并將定位結(jié)果發(fā)送到指揮中心。中心得到的定位信息在GIS上顯示，并翻譯成區(qū)域或街道名稱。

3.2.2 主叫二次定位功能

主叫二次定位是由120指揮中心發(fā)起，將定位請(qǐng)求發(fā)送到主叫用戶信息攔截系統(tǒng)，并由主叫用戶信息攔截系統(tǒng)將該定位請(qǐng)求POST到移動(dòng)定位平臺(tái)，獲得定位信息。獲得該定位信息后將定位信息發(fā)送到120指揮中心。指揮中心得到的定位信息在GIS上顯示，并翻譯成區(qū)域或街道名稱。運(yùn)營(yíng)商為保證指揮中心發(fā)來(lái)的位置請(qǐng)求為合法請(qǐng)求，設(shè)置醫(yī)療求助電話呼入保持的30 min為有效查詢時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)指揮中心可以對(duì)該號(hào)碼進(jìn)行二次定位，對(duì)醫(yī)療求助電話人的位置進(jìn)行有效跟蹤[6]。

3.2.3 區(qū)縣共享功能

通過(guò)120指揮中心的主叫用戶信息攔截系統(tǒng)，各個(gè)區(qū)縣的120指揮中心也可以通過(guò)CPIP接口接入，通過(guò)主叫用戶信息攔截系統(tǒng)獲得全市需要救助人員主叫的定位信息。

3.3 邏輯設(shè)計(jì)

基于運(yùn)營(yíng)商信令數(shù)據(jù)的120急救定位方法，該方法包括下列順序的步驟：

(1)求助者撥打120后，獲取撥打120急救電話的用戶號(hào)碼，使用三網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商定位查詢接口獲得該號(hào)碼的定位信息。

(2)通過(guò)120撥打記錄查詢接口，查詢與驗(yàn)證120中心是否有此號(hào)碼今日撥打記錄，120撥打記錄查詢接口在查詢過(guò)程中將號(hào)碼進(jìn)行MDT5加密。

(3)若今日未查詢到撥打記錄，則由三網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商定位查詢接口返回結(jié)果通知，在120急救中心的應(yīng)用系統(tǒng)界面上顯示暫無(wú)查詢數(shù)據(jù)，將此號(hào)碼進(jìn)行過(guò)濾。

(4)若今日查詢到用戶撥打記錄，則根據(jù)號(hào)段匹配判斷所屬運(yùn)營(yíng)商，通過(guò)所屬運(yùn)營(yíng)商定位查詢接口查詢號(hào)碼的當(dāng)前實(shí)時(shí)位置信息。

(5)當(dāng)號(hào)碼為移動(dòng)號(hào)碼時(shí)，則用加密后的號(hào)碼去匹配redis內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)里面的實(shí)時(shí)信令數(shù)據(jù)，找到此號(hào)碼最新的實(shí)時(shí)信令數(shù)據(jù)；接著從此號(hào)碼的信令數(shù)據(jù)之中，找到此號(hào)碼上報(bào)信令數(shù)據(jù)的基站；最后，根據(jù)此基站的小區(qū)編碼，匹配到此基站的經(jīng)緯度信息，對(duì)基站扇區(qū)中心點(diǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，最后得到的基站的經(jīng)緯度信息即為用戶的最新地理位置信息。

(6)如該號(hào)碼為非移動(dòng)號(hào)碼，則將此號(hào)碼傳給所屬運(yùn)營(yíng)商，并將返回參數(shù)傳送至120數(shù)據(jù)中心；所述返回參數(shù)包括號(hào)碼和經(jīng)緯度。

(7)若所屬運(yùn)營(yíng)商定位查詢接口未查詢到位置信息，有可能是遇到攜號(hào)轉(zhuǎn)網(wǎng)的情況，針對(duì)這種情況，則同時(shí)調(diào)用三網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商定位查詢接口查詢號(hào)碼當(dāng)前實(shí)時(shí)位置信息，并輸出經(jīng)緯度信息。

(8)若同時(shí)調(diào)用三網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商定位查詢接口進(jìn)行查詢依舊查詢失敗，則返回狀態(tài)，暫無(wú)查詢數(shù)據(jù)。

所述步驟(5)中的對(duì)基站扇區(qū)中心點(diǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，最后得到的基站的經(jīng)緯度信息即為用戶的最新地理位置信息。具體包括以下步驟：

基于運(yùn)營(yíng)商的基站定位獲得撥打120急救電話時(shí)的位置信息；通過(guò)讀取已經(jīng)錄入的撥打120急救電話時(shí)的基站信息，包括基站的對(duì)應(yīng)的地區(qū)編碼(Lac)和基站小區(qū)編碼(Cellid)等，從而可得該基站設(shè)備信息。通過(guò)查詢基站設(shè)備安裝時(shí)登記的經(jīng)緯度坐標(biāo)信息，即可獲得撥打120急救電話時(shí)的基站位置，但是基站定位依賴基站的覆蓋半徑，有的基站覆蓋半徑小，可以做到較準(zhǔn)確，有的基站覆蓋半徑大，容易與實(shí)際撥打急救電話時(shí)位置造成較大誤差，故需要進(jìn)一步地對(duì)定位算法進(jìn)行優(yōu)化。

將基站中心點(diǎn)定位，向基站的扇區(qū)中心點(diǎn)定位轉(zhuǎn)移，一個(gè)基站包含多個(gè)扇區(qū)，通過(guò)對(duì)用戶位置和基站的關(guān)系計(jì)算出用戶所屬的扇區(qū)，再利用扇區(qū)中心點(diǎn)來(lái)定位。在基站建設(shè)中，通常一個(gè)基站會(huì)包含多個(gè)扇區(qū)，這些扇區(qū)以不同角度向覆蓋的用戶提供更高質(zhì)量的通信服務(wù)，所以在定位優(yōu)化過(guò)程中，將用戶在基站中心點(diǎn)定位問(wèn)題轉(zhuǎn)向?qū)ふ矣脩粼谏葏^(qū)中心經(jīng)緯度的定位，這樣可以更好地將用戶位置做范圍細(xì)分，通過(guò)基站的站高、仰角和衰減系數(shù)等指標(biāo)，計(jì)算每個(gè)扇區(qū)的覆蓋范圍，進(jìn)而計(jì)算出扇區(qū)的中心經(jīng)緯度，并以此來(lái)定位，具體包括以下步驟：

(1)利用基站扇區(qū)公參信息中的仰角與高度計(jì)算每個(gè)扇區(qū)的信號(hào)半徑R，R的計(jì)算公式如下：

(1)

式中，w為信號(hào)衰減系數(shù)，h為基站高度，s為基站仰角。

(2)根據(jù)信號(hào)半徑R和方向角，計(jì)算扇區(qū)中心點(diǎn)與基站坐標(biāo)的偏移距離：

(2)

(3)

式中，d為方向角，Xp為經(jīng)度偏移距離，Yp為緯度偏移距離。

(3)依照基站位置經(jīng)緯度信息，加上扇區(qū)中心點(diǎn)與基站坐標(biāo)的偏移距離，得到扇區(qū)中心經(jīng)緯度，計(jì)算公式如下：

扇區(qū)中心經(jīng)度=基站經(jīng)度+Xp；

扇區(qū)中心緯度=基站緯度+Yp。

綜上所述，相對(duì)于傳統(tǒng)的急救定位技術(shù)，通過(guò)基站定位能更準(zhǔn)確地獲取報(bào)警人群位置，在社會(huì)效益上可提升急救和救援調(diào)度的效率，最大程度地保障人民生命安全，提升急救中心在社會(huì)上的影響力。相比傳統(tǒng)的定位方法存在定位能力覆蓋范圍小、定位成本高等問(wèn)題，本發(fā)明只需要利用運(yùn)營(yíng)商已有的通信基站和網(wǎng)絡(luò)設(shè)施所采集的全量實(shí)時(shí)用戶數(shù)據(jù)即可獲得報(bào)警人群高精度定位，在經(jīng)濟(jì)效益上可大大降低成本。

4 總結(jié)和展望

4.1 研究結(jié)論

自2019年9月開(kāi)展試點(diǎn)工作以來(lái)，江蘇電信、江蘇移動(dòng)、江蘇聯(lián)通急救呼救定位平臺(tái)運(yùn)行穩(wěn)定，平均接口響應(yīng)時(shí)間低于0.3 s，響應(yīng)成功率90%以上。南京市急救中心平均每天調(diào)取數(shù)據(jù)2 000余條，目前累計(jì)調(diào)取180萬(wàn)余條。基于該部分的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，院前急救受理響應(yīng)時(shí)間平均縮短8 s，對(duì)院前急救工作有著重要的意義。移動(dòng)手機(jī)定位技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)面向5G網(wǎng)絡(luò)平滑演進(jìn)，有利于急救未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的接洽提升，可減少重復(fù)投資。

4.2 未來(lái)展望

在當(dāng)今高速發(fā)展的信息時(shí)代，社會(huì)各行業(yè)都面臨著不斷提高管理效率，有效利用現(xiàn)有資源去實(shí)現(xiàn)資源增值及效益最大化的壓力。隨著信息及電子技術(shù)的飛速發(fā)展，利用手機(jī)定位技術(shù)去實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)正為越來(lái)越多的行業(yè)用戶所重視[10]。在后續(xù)的工作中，筆者將持續(xù)研究如何提高融合定位方案的精度及響應(yīng)速度。