醫(yī)院室內(nèi)定位導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)研究

摘要：針對(duì)目前在醫(yī)院患者難以找到科室的問(wèn)題，研制出一套室內(nèi)定位導(dǎo)航系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)分為兩個(gè)模塊：機(jī)器端和用戶端。機(jī)器端系統(tǒng)能夠識(shí)別使用者的聲音，并按照使用者所問(wèn)的問(wèn)題進(jìn)行路徑計(jì)劃，并產(chǎn)生相應(yīng)的二維碼。用戶端通過(guò)掃描二維碼，可以即時(shí)地獲取使用者的地理信息，并獲得相應(yīng)的導(dǎo)航信息。在此基礎(chǔ)上，對(duì)指紋識(shí)別算法和圓形定位算法進(jìn)行了研究。采用此方法可以節(jié)約醫(yī)師與患者的工作時(shí)間，并能有效提高效率。

關(guān)鍵詞：醫(yī)院;室內(nèi)定位導(dǎo)航系統(tǒng);應(yīng)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(chǎng)到門診掛號(hào)、就診、繳費(fèi)、檢查，再到辦理住院等一系列的診療流程，需要花費(fèi)很多時(shí)間和精力。根據(jù)調(diào)查，首次來(lái)醫(yī)院就診的患者，無(wú)論哪個(gè)年齡層，從進(jìn)醫(yī)院起，首先會(huì)先向到導(dǎo)診臺(tái)、服務(wù)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(fù)診病人，也會(huì)在診療過(guò)程中通過(guò)尋求幫助以找到自己的目標(biāo)科室。很多醫(yī)院都會(huì)在門診部設(shè)置樓層地圖和科室指引標(biāo)識(shí)，以緩解患者迷路、尋找科室困難等問(wèn)題，但實(shí)際的效果并不是特別理想。為了解決上述問(wèn)題，研制了一套室內(nèi)導(dǎo)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(dǎo)航技術(shù)概述

由于室內(nèi)場(chǎng)景空間變得越來(lái)越大，出現(xiàn)了很多綜合醫(yī)院、機(jī)場(chǎng)、停車場(chǎng)等場(chǎng)所，越來(lái)越需要定位導(dǎo)航。大型超市期望通過(guò)室內(nèi)導(dǎo)航技術(shù)為顧客提供即時(shí)導(dǎo)航，并根據(jù)地理位置進(jìn)行相應(yīng)的市場(chǎng)推廣。醫(yī)院期望能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)醫(yī)療儀器的即時(shí)位置，方便在有需求的情況下迅速呼叫，以期能對(duì)特定患者進(jìn)行有效的定位，避免出現(xiàn)不良事故;在患者進(jìn)入醫(yī)院后，提供定位導(dǎo)航功能，幫助患者定位并導(dǎo)航，提高患者就診的滿意度。高度危險(xiǎn)的化工企業(yè)必須進(jìn)行定位管理，以避免出現(xiàn)安全隱患等。可以說(shuō)，在零售、餐飲、物流、制造、化工、電力、醫(yī)療等領(lǐng)域，都顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＴ谶@樣的大環(huán)境下，無(wú)線定位技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、 RFID定位技術(shù)、 UWB定位技術(shù)、紅外技術(shù)、超聲波技術(shù)等技術(shù)相繼出現(xiàn)，為各個(gè)領(lǐng)域提供了大量的定位技術(shù)。技術(shù)上的技術(shù)基礎(chǔ)是無(wú)線局域網(wǎng)，利用新型信息采集平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)信息追蹤、監(jiān)測(cè)和定位。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)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(shù)完成對(duì)用戶的定位，它的體積很小，可以直接安裝在手機(jī)上，而且定位也很準(zhǔn)確，不會(huì)被視線所干擾，不過(guò)，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(huì)被噪音所影響。所以，技術(shù)工作者首先要了解成本費(fèi)用，然后再?zèng)Q定使用 Bluetooth技術(shù)。射頻識(shí)別技術(shù)是通過(guò)無(wú)線射頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)雙向通信交換數(shù)據(jù)的信息交流，實(shí)現(xiàn)識(shí)別和定位，它的工作范圍很小，通常能達(dá)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(shí)，射頻識(shí)別技術(shù)具有無(wú)接觸、無(wú)視野距離等特點(diǎn)，有望在未來(lái)的發(fā)展中，作為一種理想的室內(nèi)位置技術(shù)。當(dāng)前射頻識(shí)別技術(shù)的研究重點(diǎn)與難點(diǎn)是建立傳播模型、用戶的安全與保密以及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化。射頻識(shí)別技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于，體積和成本都很低，但它的使用范圍很短，沒(méi)有通訊功能。

二、系統(tǒng)架構(gòu)與實(shí)現(xiàn)

（一） 平臺(tái)架構(gòu)

如圖 1 所示，室內(nèi)定位導(dǎo)航系統(tǒng)的架構(gòu)主要分為定位云平臺(tái)、定位設(shè)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(wù)、地圖引擎伺服器及路線計(jì)劃引擎器。而定位裝置，則是利用 iBeacon的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，在后臺(tái)將使用者的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，以達(dá)到即時(shí)、精確的離線型室內(nèi)定位。在手機(jī)、 ipad等智能設(shè)備中，整合了加速度計(jì)、陀螺儀、羅盤等廉價(jià)的慣性測(cè)試設(shè)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(hào)中，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)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(dǎo)航設(shè)備，以作為線下入口處的顯示器，方便患者在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操作。

（二） 關(guān)鍵技術(shù)

1.興趣點(diǎn)

興趣點(diǎn)是地理信息系統(tǒng)中的一種概念，它通常被歸納成一個(gè)小的地理區(qū)域，例如：學(xué)校、銀行、餐館、加油站、超市等。每一個(gè) POI都包含了名字、類別、坐標(biāo)、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(lái)進(jìn)行規(guī)劃。對(duì)于具有一定地理位置的導(dǎo)航系統(tǒng)而言， POI的數(shù)量與質(zhì)量將直接關(guān)系到其使用的效果與實(shí)用性。在這個(gè)體系中，POI可以分為四個(gè)類別：建筑、樓層、科室名稱和職能設(shè)備。每一個(gè) 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(guò) POI的校準(zhǔn)后，根據(jù)最初位置的確定，可以根據(jù)距離從近到遠(yuǎn)的順序進(jìn)行分類。

2. iBeacon藍(lán)牙信標(biāo)

iBeacon是蘋果公司開發(fā)的一種全新的室內(nèi)定位技術(shù)，它使用 Bluetooth BLE4.0以及蘋果公司的 iBeacon標(biāo)準(zhǔn)，它能使周圍的手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備探測(cè)到 iBeacon發(fā)送的藍(lán)牙訊息，從而使其在10 m范圍內(nèi)的位置準(zhǔn)確率從數(shù)十米提升至1 m。通過(guò)使用低功率技術(shù)，iBeacon與 UWB、Wi-Fi、RFID等技術(shù)具有體積小、續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)、價(jià)格便宜、高感知能力強(qiáng)等特點(diǎn)，能夠在建筑物的任意位置進(jìn)行安裝和維修。采用 iBeacon的藍(lán)牙信號(hào)，可以在不破壞醫(yī)院現(xiàn)有設(shè)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(dǎo)航系統(tǒng)使用WGS-84的三維矢量圖，實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)和室外的三維立體立體圖的結(jié)合，整個(gè)醫(yī)院多個(gè)建筑都可以同時(shí)顯示，可以選擇 POI進(jìn)行導(dǎo)航，并使用 Flash技術(shù)將某一特定的地區(qū)建立在相應(yīng)的二維平面上。通過(guò)進(jìn)行加工處理后，得到的影像是一個(gè)單一的球形全景圖，它可以隨著運(yùn)動(dòng)方向而轉(zhuǎn)動(dòng)，并且可以在不同角度和方位角之間自由轉(zhuǎn)換，給人以更為直觀的視覺(jué)感受。

4. 基于電磁指紋比對(duì)的離線定位技術(shù)

電磁指紋比對(duì)原理：把一個(gè)房間劃分成幾個(gè)區(qū)域，每個(gè)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(hào)強(qiáng)度、方位等方面的特性信息。檢測(cè)到定位標(biāo)簽的特征信息后，將其與“指紋庫(kù)”相對(duì)應(yīng)，其中最靠近的一個(gè)點(diǎn)就是標(biāo)簽的所在。該方案利用電磁指紋比對(duì)技術(shù)，在離線定位技術(shù)上快速實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)定位、準(zhǔn)確、不跳閃，不依賴3 G、4 G、Wi-Fi等各種網(wǎng)絡(luò)。

5.融合定位技術(shù)

定位導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用了一種基于人體運(yùn)動(dòng)軌跡的預(yù)測(cè)算法，該算法使用與智能手機(jī)本身結(jié)合的加速傳感器進(jìn)行步數(shù)和步速的檢測(cè)，然后由指南針和陀螺儀來(lái)計(jì)算出行走方向，并將步速與軌跡結(jié)合起來(lái)計(jì)算出行人的相對(duì)位移量，由此可達(dá)到包含 GPS、電磁指紋比對(duì)、PDR等多項(xiàng)定位技術(shù)的結(jié)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(fèi)用，從而使室內(nèi)和室外定位之間的無(wú)縫結(jié)合。

三、室內(nèi)定位導(dǎo)航技術(shù)的分類

（一）超聲波定位技術(shù)

超聲測(cè)定位技術(shù)包括主測(cè)距儀和電子標(biāo)簽兩種，在實(shí)際定位中，首先通過(guò)計(jì)算機(jī)向各個(gè)電子標(biāo)簽發(fā)出同頻率的信號(hào)，再將其反饋回主測(cè)距儀，再通過(guò)測(cè)量電子標(biāo)簽的位置來(lái)獲得對(duì)應(yīng)的位置。

（二）紅外線定位技術(shù)

紅外線定位技術(shù)是利用超聲波技術(shù)進(jìn)行定位，利用紅外傳感器來(lái)觸發(fā)定位信號(hào)，再利用參照點(diǎn)超聲發(fā)射機(jī)將超聲波發(fā)送到被檢測(cè)的位置，再利用一定的算法和時(shí)間進(jìn)行測(cè)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(wèn)題。

（三）超寬帶無(wú)線定位技術(shù)

超寬帶無(wú)線技術(shù)是一種以超短脈沖為基礎(chǔ)的技術(shù)，具有較小的傳輸功率和較高的穿透力，在沒(méi)有載波的情況下，采用了室內(nèi)的定位方法進(jìn)行比較準(zhǔn)確的定位。利用信號(hào)到達(dá)時(shí)間差、雙曲線交叉等方法，相關(guān)的技術(shù)進(jìn)行超寬頻無(wú)線定位。

（四）射頻識(shí)別定位技術(shù)

射頻標(biāo)識(shí)定位控制技術(shù)操作簡(jiǎn)便，適合自動(dòng)控制，采用電子標(biāo)簽、射頻讀寫器和數(shù)據(jù)庫(kù)共同組成，電子標(biāo)簽和讀寫器通過(guò)空間電磁信號(hào)進(jìn)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(shí)別定位技術(shù)得到有效的利用，就必須與 WLAN技術(shù)協(xié)同工作。

四、醫(yī)院室內(nèi)定位導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用情況分析

（一）精度設(shè)定

在不同的醫(yī)院空間中，對(duì)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(chǎng)所，儀器的精確度和技術(shù)費(fèi)用都是非常高的。所以，在醫(yī)院的導(dǎo)航技術(shù)選擇過(guò)程中，必須要考慮到成本的問(wèn)題，選擇出性價(jià)比最佳的導(dǎo)航方案，與其他應(yīng)用結(jié)構(gòu)相比，醫(yī)院結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，有很多獨(dú)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(wù)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(dǎo)航系統(tǒng)的技術(shù)人員修改軟件運(yùn)算法則，或整合各種不同的軟體，提高其效能。

（二）導(dǎo)航應(yīng)用效果

導(dǎo)航是 GPS最大的優(yōu)勢(shì)之一，在人數(shù)眾多的情況下，能夠充分發(fā)揮導(dǎo)航系統(tǒng)的作用，在應(yīng)用醫(yī)療設(shè)備過(guò)程中，導(dǎo)航系統(tǒng)可以縮短尋找設(shè)備的時(shí)間，促使醫(yī)護(hù)人員可以有更多時(shí)間進(jìn)行緊急的治療。而且，在日常的體檢中，導(dǎo)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(dòng)識(shí)別應(yīng)用

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

（四）接受以及發(fā)送信號(hào)的方式

技術(shù)工作者在進(jìn)行導(dǎo)航設(shè)計(jì)時(shí)，必須采用射頻定位技術(shù)以及超帶寬定位系統(tǒng)，利用它們來(lái)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(xué)技術(shù)來(lái)支持衛(wèi)星導(dǎo)航，但光通信技術(shù)仍舊存在一定的發(fā)展?jié)摿Γ陌惭b方法非常的簡(jiǎn)單，成本也非常低，而且發(fā)射源獲取也非常快，可以達(dá)到較快的傳輸速度，與其他通信技術(shù)相比更加適合應(yīng)用于醫(yī)療機(jī)構(gòu)。

（五）地圖導(dǎo)航

現(xiàn)在的醫(yī)療設(shè)施已經(jīng)發(fā)展到了一定的程度，雖然每個(gè)樓層都會(huì)布置一張地圖，但是因?yàn)榭剖业膹?fù)雜程度，患者們還是會(huì)花費(fèi)大量的精力來(lái)查找自己的目標(biāo)科室，也會(huì)花費(fèi)更多的精力去找停車位，雖然這些問(wèn)題和治療沒(méi)有任何的關(guān)系，但也會(huì)讓患者的情緒受到影響。所以，要想提高醫(yī)療機(jī)構(gòu)的服務(wù)質(zhì)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(chǎng)的位置，并且能夠在定位的時(shí)候，迅速地標(biāo)注停車位。在找診室的過(guò)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(shí)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(huì)在等待的過(guò)程中浪費(fèi)太多的精力。導(dǎo)航系統(tǒng)還有其他的服務(wù)功能，如向患者發(fā)送醫(yī)療保健信息，并為病人實(shí)時(shí)了解周圍環(huán)境等。為病人提供有關(guān)醫(yī)院周圍環(huán)境等方面的資料，由于優(yōu)勢(shì)比較突出，使得導(dǎo)航設(shè)備受到醫(yī)務(wù)工作者和患者的青睞。各種定位技術(shù)在醫(yī)療機(jī)構(gòu)中的運(yùn)用，一直還處在實(shí)驗(yàn)階段，直到最近幾年，才逐步被采用，但是因?yàn)椴煌ㄎ欢加懈髯缘膬?yōu)點(diǎn)和不足，所以要找到最適合自己的方案，并且將它們結(jié)合起來(lái)，以達(dá)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(shù)不斷成熟，各種定位技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越方便，對(duì)人員和資產(chǎn)的定位也越來(lái)越方便。在醫(yī)療設(shè)備中，配備有源標(biāo)簽，利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，遠(yuǎn)程即可了解設(shè)備位置、狀態(tài)，提高工作的工作效率，做好設(shè)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(jié)合，方便患者在不同的地方進(jìn)行操作，同時(shí)也可以設(shè)置警報(bào)，如果患者遇到了什么危險(xiǎn)，可以通過(guò)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(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展，除了可以提供相應(yīng)的導(dǎo)航技術(shù)外，還可以產(chǎn)生海量的醫(yī)學(xué)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(dǎo)航技術(shù)可以對(duì)科室設(shè)置和就醫(yī)流程進(jìn)行分析，并依據(jù)相關(guān)科室的人員分布情況進(jìn)行智能分診，通過(guò)對(duì)應(yīng)的流程優(yōu)化提高醫(yī)院運(yùn)營(yíng)效率，提升醫(yī)院服務(wù)滿意度。

五、結(jié)束語(yǔ)

在醫(yī)院建設(shè)中，各種類型的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)都在逐步擴(kuò)大以及完善，為醫(yī)療系統(tǒng)的發(fā)展帶來(lái)了巨大變革，為人們提供了極大的方便，但也對(duì)醫(yī)院傳統(tǒng)的信息化建設(shè)提出了更高的需求，比如醫(yī)院的物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)醫(yī)療系統(tǒng)建設(shè)，都離不開室內(nèi)定位導(dǎo)航技術(shù)的支撐，它所涵蓋的領(lǐng)域非常廣，不僅要有各種硬件設(shè)備，還要有各種技術(shù)的支撐，要主動(dòng)整合各種資源，把室內(nèi)定位技術(shù)廣泛運(yùn)用到醫(yī)院場(chǎng)景中，充分發(fā)揮出新技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，更好地服務(wù)患者，提高綜合利用效率，提高醫(yī)院的服務(wù)質(zhì)量。

作者單位：邱小清? ? 莆田學(xué)院附屬醫(yī)院

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