基于室內定位的醫院導醫信息系統研究

田文雅

摘 要： 結合患者在醫院就醫時的現實需求，研究基于Wi-Fi的高精度室內定位技術和移動終端技術，開發了一套Android智能手機上的室內導航信息系統，為患者以及相關人士提供醫院室內空間中的導醫信息服務。

關鍵詞： 室內定位； 就醫引導； 醫院信息化； 室內導航

中圖分類號：TP311 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2017）12-13-03

Research on hospital guidance information system based on indoor localization

Tian Wenya

（ZheJiang Economic & Trade Polytechnic， Hangzhou， Zhejiang 310018， China）

Abstract： Combining with the practical needs in the hospital， research on the Wi-Fi based high precision indoor localization technology and mobile terminal technology， a indoor navigation information system on Android smart phone is developed， to provide patients and related people with hospital guidance information service in hospital interior space.

Key words： indoor localization； medical guide； hospital informationization； indoor navigation

0 引言

目前絕大部分醫院采用人工的、固定的導醫模式（導醫臺和指引標牌）。由于現代醫療的專業化程度越來越高，各科室分工不斷細化，對于一般患者（特別是初次就醫的患者），在就醫過程中，往往產生不知道下一步應該去哪里的困惑。因此，如何在患者看病就醫過程中提供更加直觀有效的引導，提升患者的醫療體驗，是醫療信息化過程中需要解決的重要問題之一。本文提出的基于室內定位的醫院就醫引導信息系統，較為有效地解決患者就醫過程中的上述實際問題。

1 基于室內定位的醫院導醫信息系統技術方案

為了讓面向智能手機的醫院導醫平臺具有通用性，提高二次開發的效率，在開發過程中采用了分層的平臺架構（如圖1），自下而上將系統分為硬件層、軟件層、應用層三個層次。

⑴ 硬件層

硬件層主要指手持定位設備和數據服務器。其中手持定位設備支持Android平臺智能手機，具有加速度傳感器、角速度傳感器[1]、電子羅盤和WiFi模塊，安裝Android 操作系統。數據服務器基于Intel平臺，安裝Windows操作系統、數據庫存儲系統以及Java Web服務器。服務器端主要存儲核心的室內地圖信號數據，以及高級用戶的身份信息。

⑵ 軟件層

軟件層主要是定義和實現室內定位及導航的一系列功能，支持上層的導醫應用，包括系統部署、數據通信、定位等模塊。其中系統部署包括平面圖繪制和定位信號采集兩個子模塊，其分別用于生成醫院各樓層平面圖和信號指紋數據庫。數據通信包括手機端通信、服務器端通信及身份驗證二個子模塊，用來在系統運行時在手機和服務器之間進行身份驗證和數據交換（下載平面圖、信號指紋數據和信息數據[2]）。定位部分包括定位算法及定位接口及服務二個子模塊，定位算法根據當前的WiFi信號和指紋數據庫計算當前所處的位置，定位接口及服務用于在平面圖上顯示當前位置或觸發事件。

⑶ 應用層

應用層實現醫院室內空間定位、就醫路線引導和推薦、醫院靜態信息展示等功能。信息展示包括醫院綜合信息展示及醫院室內平面圖展示。此外，針對不同醫院在就醫流程上的差異性，除了提供一般的默認就醫流程之外，還支持醫院對就醫流程進行定義。

2 基于室內定位的導醫系統關鍵技術

本系統的關鍵技術在于室內定位的精準性，主要從以下二個方面進行研究。

2.1 有效WiFi信號的選擇

有效WIfi信號的選擇需要考慮以下三種情況：信號來自安裝在同一位置的AP，信號來自不同位置的AP；部分信號來自同一位置的AP。

因智能手機的計算能力有限，考慮到Wifi信號選取的及時性和精準性，需要在全局范圍確定可以選用的AP集合，我們采用的算法流程如圖2所示，主要步驟包括根據建筑物樓層的平面圖生成加權無向圖G（V，E）、利用頂點覆蓋算法和邊覆蓋算法[3]進行迭代對圖G進行染色，從而獲得AP的部署方案。如果選擇的頂點覆蓋算法和邊覆蓋算法在多項式時間內可解，則本算法也在多項式時間內可解，即可確定具體的AP位置。

2.2 無線信號演化和自學習

無線信息演化和自學習主要針對單個AP的刪除、增加和大范圍移動產生的信號明顯變化進行自動識別和學習，修改無線指紋地圖以保持高的定位精度。其主要思路如下。

對AP刪除或者移動的情況：定位設備獲得的信號強度矢量和最近校準點矢量[4]在某一維度發生重大的偏差，則上報服務器。如果服務器統計得到對同一AP出現重大偏差的概率大于設定的閾值時，則選用備用信號替換該信號或者從該定位點的信號矢量中去除該信號。

對AP增加的情況：定位設備獲取信號強度矢量進行匹配，若獲取的信號個數大于該校準點的信號強度矢量的維度，則選擇信號強度適中的1-3個冗余信號上報服務器。服務器統計得到某一信號在特定的校準點上報概率大于設定的閾值時，則將該信號作為備用信號。

3 系統實現的功能

本系統實現的功能如下。

⑴ 支持高級用戶通過Web界面對后端服務器的數據庫進行操作。包括醫院整體情況信息、科室信息、醫生信息的修改和增減；房間信息的修改。

⑵ 支持不同類型用戶的驗證和服務區分。分為普通用戶及內部用戶。對普通用戶不提供醫院內部不對外開放的空間位置信息，而僅僅對醫護人員和管理者展示。

⑶ 醫院室內平面圖的動態展示：在客戶端上分樓層動態展示醫院的室內平面圖。包含了醫院內部主要的功能單元和公共設施，地圖配色符合國家標準，并用圖標加以區分。

⑷ 醫院綜合信息的展示：綜合信息包括醫院概況、科室信息、醫生信息等醫療服務相關的信息。這些展示的信息，和導航功能、就醫引導功能緊密結合，讓用戶在導航過程中，能隨時了解醫院的各方面信息。

⑸ 室內空間精確定位：對用戶當前所在的位置進行定位，平均誤差小于5米，并在室內平面圖上實時標記用戶當前所處的位置。當用戶的位置發生改變或者處于移動狀態時，平面圖上的位置信息即刻更新，更新延遲小于3秒。

⑹ 基于室內導航的就醫引導：在室內定位的基礎之上，結合醫院特定的看病流程，為用戶提供基于室內導航的就醫引導服務，在平面圖上動態展現每一個環節所需要的路徑引導，以及關鍵信息提示。系統自動計算用戶的當前位置與就醫目的地之間的最優路線，用戶只需要依靠手中的智能移動終端，就能夠輕松完成看病就醫過程。

如圖3所示根據用戶輸入的求醫信息，系統采用最短路徑算法，給出優化后的推薦路線。

4 結束語

本文利用醫院內的Wi-Fi網絡信號，研究基于Wi-Fi的高精度室內定位技術和移動終端技術，開發了一套Android智能手機上的室內導航信息系統，實現患者就醫引導、求醫信息展示等功能，讓患者方便快捷地完成整個就醫過程，提升患者的醫療體驗。

本研究還存在一定的改進和提升空間，特別是在軟件使用的流暢性方面，需要通過后續的深入研究加以完善。

圖3 醫院室內導航推薦線路

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