移動手機定位在院前急救中的應用探討

陳 杰，魏 強*，刁成龍，倪 一，張念啟，尤

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

0 引言

院前醫療急救呼救定位是互聯網+院前醫療急救工作的重要組成部分。為貫徹落實《“健康中國2030”規劃綱要》《關于促進“互聯網+醫療健康”發展的意見》《關于開展互聯網+院前醫療急救試點工作的通知》要求，深入開展院前醫療急救呼救定位工作。南京作為江蘇省唯一試點城市，開展了院前醫療急救呼救定位試點工作，并對其如何快速有效定位進行了探討及落地。

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地方急救醫學的發展程度，也是衡量一個地方社會安全保障能力的重要參數，而衡量院前急救水平最重要的指標是急救反應時間[1]。對于120急救中心而言，如何快速找到病人所在的位置，并且調度急救車輛及時前往求救人員所在的位置進行救援，是保證救治效率、減少生命健康損失的重要一環。手機目前已經成為廣泛使用的移動通信工具，當手機移動或對外通信時，會和附近的基站進行通信，從而產生相關定位信息[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

根據歷史經驗，求助人員經常不知道自己當前所在位置，這樣醫療救助人員需要反復詢問求助人員的地點，導致院前急救時間拉長。尤其是部分呼救者撥打120后，因昏迷或身體原因無法說話，會導致錯過救援黃金時間。根據基站位置定位數據，可以調度急救車往目的地方向出發；同步撥打110，與110一起精準查詢病人具體位置。將手機定位應用到120院前急救場景，可以立即獲取求助人員的定位，減少單個求助人員的處理時間，提高處理效率。

1.2.2 提高了120急救指揮中心效率

通過手機定位系統獲得需要求助人員的有效地址后，救助人員可以準確及時地趕到現場。這樣因不知道自己方位或報錯地址導致的無效救助事件就會減少，不但提高了救助效率還節省了醫療救助人員的時間。

1.2.3 對需要救助人員的后續跟蹤

在某些情況下，需要救助人員在一段時間內的位置會有所變化，因此要對需要救助人員位置進行實時更新。通過二次定位可以獲得需要救助人員打120后30分鐘之內的當前位置坐標，可以對需要救助人員的位置進行實時更新。

將手機定位接入120指揮中心是信息化應用于醫療行業的一個重要標志，將極大地提高醫療救助的效率。在科技不斷發展的今天，120急救指揮中心手機定位系統能使醫療救助人員的調度游刃有余，實現更為快速有效的醫療救助。

2 相關技術介紹

2.1 定位技術

(1)LBS定位：LBS(Location Based Service)，是一種基于位置的服務，即通過通信運營商的無線電通信網絡在地理信息系統GIS(Geographic Information System)的支持獲得用戶地理位置信息的服務。其大致原理為：移動電話測量不同基站的下行導頻信號，得到不同基站下行導頻的到達時刻(Time of Arrival，TOA)或到達時間差(Time Difference of Arrivalm，TDOA)，根據該測量結果并結合基站的坐標，一般采用三角公式估計算法，就能夠計算出移動電話的位置。實際的位置估計算法需要考慮多基站(3個或3個以上)定位的情況，因此算法要復雜很多。一般而言，可供測量的基站數目越多，測量精度越高，定位性能改善越明顯。其主要優點如下：一是成本低，無需額外硬件、軟件支撐；二是時效性高，用戶撥打號碼，經用戶授權后，可實現在10 s內快速救援，大大提升效率和保障救援的黃金時間；三是覆蓋面廣，幾乎可覆蓋所有的環境。缺點是：定位的精度取決于基站覆蓋的密度，一般情況下，在市區內定位精度可達到300～500 m，而在郊區及農村地區，定位精度在500～1 000 m。如上數值為基于宏站定位的情況，如果在市區有一些如商場、綜合體的室分站，精度會在這個基礎上進一步提升。同時，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)衛星定位：衛星定位是通過接收衛星提供的經緯度坐標信號來進行定位。衛星定位系統主要有美國全球定位系統(GPS)、俄羅斯格洛納斯(GLONASS)、歐洲伽利略(GALILEO)系統、中國北斗衛星導航系統。衛星定位主要優點如下：一是精度高，可控制在10 m左右；二是成本低，目前智能機都已支持衛星定位能力；三是覆蓋范圍廣，目前GPS系統是現階段應用最廣泛、技術最為成熟的衛星定位技術。缺點是：首次定位需要10 min左右的時間，這對于緊急救援情況和報警業務是不允許的。此外, 在惡劣天氣、在室內或衛星信號無法覆蓋的地方[5]，定位效果很差，導致定位不準確、不連續。

基于衛星定位的方案須借助于手機本身或者衛星定位接收器，須開發App或者小程序，通過App或者小程序觸發救援呼叫。而基于基站的LBS定位流程簡單，只要求救者發出求救在授權后即可以定位。故選擇移動手機定位作為院前急救定位的技術方案。

3 基于運營商信令數據的120急救定位方法的設計

3.1 架構設計

南京市急救中心的院前醫療急救呼救定位系統由急救中心同3家江蘇省基礎電信企業共同搭建。該系統主要為南京市120調度指揮中心提供呼叫急救電話的用戶位置信息查詢服務，并通過互聯網VPN方式(要求加密)分別與3家江蘇省基礎電信企業定位代理對接；江蘇省基礎電信企業定位代理主要負責接收120定位查詢平臺操作請求，呼叫記錄核實，將請求轉發至南京市120呼救定位平臺；3家基礎電信企業定位平臺根據120定位查詢平臺的查詢請求，完成用戶的位置信息查詢，并將定位查詢結果通過專線加密返回至南京市120定位查詢平臺。

3.2 功能設計

3.2.1 需要救助人員主叫定位功能

當運營商獲得需要救助人員主叫后，通過定位平臺將該主叫當前所在的經緯度坐標和基站地址及基站ID等相關信息，通過LE接口POST到主叫用戶信息攔截系統；同時120指揮中心接到該主叫的語音信息，在指揮中心值班人員開始處理的時候，向主叫用戶信息攔截系統發起定位請求。主叫用戶信息攔截系統將該請求和定位結果進行匹配，并將定位結果發送到指揮中心。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指揮中心發起，將定位請求發送到主叫用戶信息攔截系統，并由主叫用戶信息攔截系統將該定位請求POST到移動定位平臺，獲得定位信息。獲得該定位信息后將定位信息發送到120指揮中心。指揮中心得到的定位信息在GIS上顯示，并翻譯成區域或街道名稱。運營商為保證指揮中心發來的位置請求為合法請求，設置醫療求助電話呼入保持的30 min為有效查詢時間，在這段時間內指揮中心可以對該號碼進行二次定位，對醫療求助電話人的位置進行有效跟蹤[6]。

3.2.3 區縣共享功能

通過120指揮中心的主叫用戶信息攔截系統，各個區縣的120指揮中心也可以通過CPIP接口接入，通過主叫用戶信息攔截系統獲得全市需要救助人員主叫的定位信息。

3.3 邏輯設計

基于運營商信令數據的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急救電話的用戶號碼，使用三網運營商定位查詢接口獲得該號碼的定位信息。

(2)通過120撥打記錄查詢接口，查詢與驗證120中心是否有此號碼今日撥打記錄，120撥打記錄查詢接口在查詢過程中將號碼進行MDT5加密。

(3)若今日未查詢到撥打記錄，則由三網運營商定位查詢接口返回結果通知，在120急救中心的應用系統界面上顯示暫無查詢數據，將此號碼進行過濾。

(4)若今日查詢到用戶撥打記錄，則根據號段匹配判斷所屬運營商，通過所屬運營商定位查詢接口查詢號碼的當前實時位置信息。

(5)當號碼為移動號碼時，則用加密后的號碼去匹配redis內存數據庫里面的實時信令數據，找到此號碼最新的實時信令數據；接著從此號碼的信令數據之中，找到此號碼上報信令數據的基站；最后，根據此基站的小區編碼，匹配到此基站的經緯度信息，對基站扇區中心點經緯度坐標進行優化，最后得到的基站的經緯度信息即為用戶的最新地理位置信息。

(6)如該號碼為非移動號碼，則將此號碼傳給所屬運營商，并將返回參數傳送至120數據中心；所述返回參數包括號碼和經緯度。

(7)若所屬運營商定位查詢接口未查詢到位置信息，有可能是遇到攜號轉網的情況，針對這種情況，則同時調用三網運營商定位查詢接口查詢號碼當前實時位置信息，并輸出經緯度信息。

(8)若同時調用三網運營商定位查詢接口進行查詢依舊查詢失敗，則返回狀態，暫無查詢數據。

所述步驟(5)中的對基站扇區中心點經緯度坐標進行優化，最后得到的基站的經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：

基于運營商的基站定位獲得撥打120急救電話時的位置信息；通過讀取已經錄入的撥打120急救電話時的基站信息，包括基站的對應的地區編碼(Lac)和基站小區編碼(Cellid)等，從而可得該基站設備信息。通過查詢基站設備安裝時登記的經緯度坐標信息，即可獲得撥打120急救電話時的基站位置，但是基站定位依賴基站的覆蓋半徑，有的基站覆蓋半徑小，可以做到較準確，有的基站覆蓋半徑大，容易與實際撥打急救電話時位置造成較大誤差，故需要進一步地對定位算法進行優化。

將基站中心點定位，向基站的扇區中心點定位轉移，一個基站包含多個扇區，通過對用戶位置和基站的關系計算出用戶所屬的扇區，再利用扇區中心點來定位。在基站建設中，通常一個基站會包含多個扇區，這些扇區以不同角度向覆蓋的用戶提供更高質量的通信服務，所以在定位優化過程中，將用戶在基站中心點定位問題轉向尋找用戶在扇區中心經緯度的定位，這樣可以更好地將用戶位置做范圍細分，通過基站的站高、仰角和衰減系數等指標，計算每個扇區的覆蓋范圍，進而計算出扇區的中心經緯度，并以此來定位，具體包括以下步驟：

(1)利用基站扇區公參信息中的仰角與高度計算每個扇區的信號半徑R，R的計算公式如下：

(1)

式中，w為信號衰減系數，h為基站高度，s為基站仰角。

(2)根據信號半徑R和方向角，計算扇區中心點與基站坐標的偏移距離：

(2)

(3)

式中，d為方向角，Xp為經度偏移距離，Yp為緯度偏移距離。

(3)依照基站位置經緯度信息，加上扇區中心點與基站坐標的偏移距離，得到扇區中心經緯度，計算公式如下：

扇區中心經度=基站經度+Xp；

扇區中心緯度=基站緯度+Yp。

綜上所述，相對于傳統的急救定位技術，通過基站定位能更準確地獲取報警人群位置，在社會效益上可提升急救和救援調度的效率，最大程度地保障人民生命安全，提升急救中心在社會上的影響力。相比傳統的定位方法存在定位能力覆蓋范圍小、定位成本高等問題，本發明只需要利用運營商已有的通信基站和網絡設施所采集的全量實時用戶數據即可獲得報警人群高精度定位，在經濟效益上可大大降低成本。

4 總結和展望

4.1 研究結論

自2019年9月開展試點工作以來，江蘇電信、江蘇移動、江蘇聯通急救呼救定位平臺運行穩定，平均接口響應時間低于0.3 s，響應成功率90%以上。南京市急救中心平均每天調取數據2 000余條，目前累計調取180萬余條。基于該部分的統計數據，院前急救受理響應時間平均縮短8 s，對院前急救工作有著重要的意義。移動手機定位技術可以實現面向5G網絡平滑演進，有利于急救未來5G網絡發展的接洽提升，可減少重復投資。

4.2 未來展望

在當今高速發展的信息時代，社會各行業都面臨著不斷提高管理效率，有效利用現有資源去實現資源增值及效益最大化的壓力。隨著信息及電子技術的飛速發展，利用手機定位技術去實現以上目標正為越來越多的行業用戶所重視[10]。在后續的工作中，筆者將持續研究如何提高融合定位方案的精度及響應速度。