海訓一線移動救護系統的研究與應用

海訓一線移動救護系統的研究與應用

0 前言

軍事訓練作為提高戰斗力的基本手段，積極推進軍事訓練向信息化條件下轉變，是部隊順應中國特色軍事變革趨勢，提高部隊信息化條件下維穩能力，有效履行新世紀新階段歷史使命的重要課題和長期任務[1]。近年來隨著周邊海域領土糾紛及國際形勢的日益復雜化，部隊裝備與戰法更新迅速，其機動化、多功能化、水陸兩棲化能力也在不斷得到加強[2]，需要日漸頻繁的海上訓練來模擬演練突發事件的應對方案、檢驗裝備及戰法的實操性。為了保障海軍多樣化軍事訓練任務的醫療救護需求，做好非戰爭軍事行動時醫療救護實踐[3-5]，需要建立信息化條件下合理高效的海上訓練醫療救護體系[6-9]。但是目前的海訓救護普遍采用救護艇巡邏搜索的方式來搜索傷病員，這種方式僅憑救護人員的經驗來尋找可能的傷病員，通常等發現傷病員后再實施援救已錯過了最佳時機。另外，若巡邏時離海訓官兵距離過遠難以及時發現異常情況，也不容易組織搜救，離官兵過近又易造成誤傷，或因規避救護艇而影響海訓效果。

海上訓練時發生的意外情況多因溺水或碰撞導致的外傷引起，海訓官兵發生意外后常伴隨有生理參數的非正常變化，通過監測這些參數的變化即可診斷傷病員的身體狀況。隨著電子與計算機技術的迅猛發展，嵌入式生理參數采集技術逐漸成熟及微型化，穿戴式生理參數監測設備逐步走向市場。本研究結合嵌入式技術設計用于海訓的一線移動救護系統，通過生理參數異常狀況監測，系統自動將記錄的參數信息、診斷結果以及定位信息經由無線數據傳輸網絡發送給海訓指揮中心，指揮中心根據傷員生理狀況、定位信息以及救援條件調度人員物資組織搜救，從而達到實時診斷發現傷員情況并及時分享搜救信息的目的，最大限度地保障海訓官兵的生命安全，并為探索更合適的海上訓練方案提供數據參考。

1 總體思路

海訓一線移動救護系統是為海訓官兵提供的一種信息化救護管理模式，該系統充分考慮了海訓時的致傷特點及環境因素，能適應未來信息化環境的海上訓練救護需要，提升救護的時效性，改善一線救護工作的質量和效率，降低非戰斗減員。

海訓一線移動救護系統由一線移動救護終端和指揮中心監測端兩大部分組成。一線移動救護終端實時采集海訓官兵的生理參數，對采集到的生理參數信息進行診斷分析，同時增加實時定位與無線數據傳輸功能，確認出現危險或異常生理狀況時移動終端會及時完成傷員定位（北斗衛星定位與移動網絡定位），并通過無線網絡將所有數據信息傳輸至指揮決策中心，由指揮中心進行救護派遣工作。

2 一線移動救護終端

2.1 整體框架

一線移動救護終端采用雙核控制，分為采集部分和主控部分。采集部分以STM32為控制核心，連接心電電極、血氧探頭及體溫探頭，完成ECG、RESP、TEMP、SpO2等生理參數的采集，為適應多模塊應用需求采用了多電源處理電路；主控部分采用A20處理器芯片，接收采集板采集到的信息，同時進行定位控制，完成參數的存儲及到服務器端的無線傳輸。采集板與主控板之間通過串口通訊完成數據的傳輸；通過JTAG接口實現終端與PC機的程序讀寫；DC電路完成隔離與串口通信的電源轉換（圖1）。

圖1 系統數據采集框圖

2.2 硬件設計

2.2.1 生理數據采集

一線移動救護終端的采集板是一款基于意法半導體（ST）公司STM32系列處理器（ARM Cortex-M3內核）設計的生理信號采集板。采用STM32F103ZET6[10]（LQFP144）作為主控芯片，集成了512 KB Flash、64 KB RAM、1個USB、1個CAN、8個定時器、5個USART、3個ADC、2個DAC、3個SPI、2個I2C、2個I2S、1個SDIO、112個GPIO、FSMC總線（支持NOR、NAND、SRAM）等元件。CPU主頻為72MHz，廣泛適用于各種應用場合。本設計分為數字電路和模擬電路兩部分。數字電路以CPU為核心，通過I/O端口控制采集后的A/D轉換；模擬電路以各傳感探頭為核心，包括ECG、呼吸、血氧和體溫等參數測量部分（圖2）。

圖2 一線移動救護終端采集板框架圖

2.2.2 系統定位控制

GPS導航衛星其覆蓋區域之大是任何地面導航臺所不可及的，其工作波段為L波段，該波段電波傳播基本不受電離層、對流層、氣象因素以及晝夜溫差等因素影響，可以進行連續定時、定位與導航。另外，采用GPS定位可以有效地修正普通地面無線電導航系統因電波傳播的復雜環境產生的誤差，為準確獲得海巡戰士的位置信息提供了保障。GPS模塊采用ALIENTEK生產的一款高性能ATK-NEO-6M-V23定位模塊[11]，該模塊核心采用UBLOX公司的NEO-6M模組，具有50個通道，追蹤靈敏度高達161dBm，測量輸出頻率最高可達5 Hz，可以在3.3 或5 V電壓下工作。GPS模塊通過TXD、RXD與微處理器接口連接。位置信息通過串口以NMEA-0183格式傳送至控制芯片，再經移動數據模塊發送出去。

2.2.3 無線傳輸

無線傳輸采用MU509[12]，MU509是工業級的3G模塊，采用聯通制式，支持移動與聯通的SIM卡，同時支持USB與UART接口，內嵌TCP協議。采用串口控制時由UART發送控制指令，UART與MU509模塊接口連接，見圖3。MU509模塊的RXD、TXD分別與處理器的UART2上TXD、RXD連接。SIM上的CCVCC、CCCLK、CCIO、CCRST、CCIN和CCGND通過SIM卡的閱讀器與MU509模塊的同名端直接相連。

圖3 控制器與移動數據模塊連接圖

2.3 軟件設計

終端軟件的設計采用嵌入式Linux系統架構，利用Linux開源特性，定制所需的系統功能，包括bootloader、Linux內核及應用程序的交叉編譯移植。設計部分主要涉及驅動程序設計和應用程序設計兩部分。系統采用Linux內核集成串口驅動和常見的音頻驅動；存儲模塊驅動通過加載對應的補丁實現；按鍵驅動則依據要求設計不同按鍵功能的中斷處理程序；移動數據網絡模塊與GPS模塊均采用串口與微控制器通信，只需在串口驅動的基礎上進行應用開發即可。應用程序根據智能應用需求與開發需求，采用Java語言，多線程編程，主線程創建3個任務子線程，分別實現數據采集存儲、數據無線傳輸和報警控制功能。程序運行后無線傳輸子線程定時向指定的服務器端上傳包括HR、RR、T1等參數數據，設定任務延時為1s。應用軟件主程序流程見圖4。

圖4 應用軟件主程序流程圖

3 指揮中心監測端軟件

海上訓練移動救護系統監測端軟件使指揮中心能實時掌握海訓官兵身體狀況，確定傷病員位置并組織搜救工作，提升了海上訓練衛勤保障能力。該軟件主要包括移動醫療終端機的分組發放與登記、電子海圖設置、終端機通信與數據采集測試、持續收集生理參數與定位信息、數據處理線程、搜救調度等功能模塊，其相互之間的關聯見圖5。

圖5 海上訓練移動救護系統監控調度軟件的功能模塊與關聯圖

監控端軟件基于Microsoft Visual Studio 2008 C#與SQL Server 2005數據庫系統開發，主界面包括菜單欄、用戶區和狀態欄3部分。菜單欄包含發放終端機、電子海圖、海訓進程、搜救調度4個一級菜單，每個一級菜單設立相應操作子菜單；用戶區主要由3部分組成，最左邊是終端機及分組信息目錄，目錄中分組顯示了海訓時使用的所有移動醫療終端機的編號信息，當終端機監測到異常的生理參數時，目錄中對應的終端機名稱以及對應分組的組名都將以紅色字體顯示，同時在目錄表右側的列表框中顯示異常終端機的編號、異常信息和經緯度信息，鼠標右鍵單擊目錄表中的終端機編號或者列表框中對應的異常信息欄，系統將在用戶區中間的繪圖控件上按從上到下的順序依次顯示該終端機采集到的心電圖、脈搏波、血氧曲線和呼吸波形；狀態欄主要用于顯示系統的操作狀態。

4 應用測試

連接外接心電電極，通過三導聯心電傳感器記錄心電信號，戰士佩戴好后開啟電源。移動醫療救護終端電極貼片具體佩戴位置，見圖6。指揮中心準備一臺PC電腦及服務器，首先在服務器上安裝Microsoft SQL Server 2005；臺式機上安裝Microsoft.NET Framework 3.5及設計監控軟件。

圖6 移動醫療救護終端電極貼片佩戴位置

由于海訓一線移動救護數據采集軟件需要與硬件部分配合使用，海訓戰士佩戴好移動醫療救護終端后啟動電源，先測試無線通信網絡情況，確認網絡正常后，再啟動指揮中心監測軟件。

5 討論

將海訓一線移動救護系統應用于我軍某海域開展的海上訓練中，海訓過程中發現該系統的監控端出現聲光報警，屏幕上顯示某戰士心率118次/min，心電波形可見J點，S-T段降低，呼吸異常報警，提示為疑似溺水癥狀，指揮中心迅速調度救護艇，根據監控端經緯度信息及電子海圖標示的位置直接行駛至該戰士所在位置[13]。由于系統已診斷為溺水癥狀，救護艇行駛途中救護人員已做好相關準備，迅速將其救起后即刻展開救治，從發現到派遣整個過程僅耗時約20s，派遣救護艇至事發現場救起溺水戰士不到2min，整個搜救過程的效率較以往有了顯著提高。

6 結論

海訓一線移動救護系統在海訓特殊條件下應用于提高醫療救護保障，對信息技術、數字化技術在海上醫療救護實踐發展具有重要的參考意義。該系統具有部署快速、操作便利、可靠性高等特點，能提高海上醫療保障能力，降低海訓過程造成的非戰斗減員。

[1]徐鵬.武警部隊軍事訓練向信息化條件轉變的幾點思考[J].卷宗,2014,（4）：546.

[2]付留杰,劉元東,高偉,等.海訓部隊衛勤保障特點及疾病預防控制措施[J].實用醫藥雜志,2013,30（8）：737-738.

[3]謝培增,陳大軍,汪先兵,等.軍隊醫院野戰醫療所在非戰爭軍事行動時醫療救護的展開實踐[J].華南國防醫學雜志,2009,23（5）：64-67.

[4]謝培增,汪先兵,白曉,等.大批海上災害傷病員的醫療救護[J].中華急診醫學雜志,2010,19（11）：1140-1142.

[5]謝培增,汪先兵,白曉,等.平時海上災害大批傷病員的海上醫療救護[J].中國危重病急救醫學,2010,22（12）：763-764.

[6]劉曉榮,顧仁萍,陳國良,等.多樣化軍事行動海上醫療救護模擬訓練系統的研發與應用[J].醫療衛生裝備,2009,30（1）：1-3.

[7]羅晶,錢陽明,翁盛鑫,等.數字醫療技術在海上醫療救治中的應用研究[J].中國急救復蘇與災害醫學雜志,2011,6（7）：590-593.

[8]石磊,耿子平,孫文橋,等.信息化在海上醫療救護中的應用與發展[J].醫療衛生裝備,2011,32（12）：84-85,89.

[9]王曉波,欒振濤,韓敏,等.海上醫療救護體系的分析與思考[J].醫療衛生裝備,2011,32（12）：79-81.

[10]STMICROELECTRONICS.STM32F103ZET6XXXdatasheet[EB/OL].http://pdf1.alldatasheetcn.com/datasheet-pdf/view/303568/STMICROELECTRONICS/STM32F103ZET6XXX.html.

[11]ALIENTEK.ATK-NEO-6M用戶手冊[EB/OL].http://wenku.baidu.com/link？url=7Dj3OFhgVfooVmmki1iz2rzpdj3TrpOB SSTrpdiv_83wwL4SAR3bz-GISpg1sEVe32kzOCX_1E7whIq VFsdvEVqhZtN02MpWJu66iGNC78u.

[12]HUAWEI.HUAWEIMU509 Series HSDPA LGAModule Hardware Guide[EB/OL].http://wenku.baidu.com/link？url=YF3ZdEpo8e49R68 LCQvbefyX6DSH0oZPcgO5y3jU_f8skC4Fnx-UmyHj9vYSk GNJP_6n5uqYQohFyWWNa1UZuPI_1kLq5gkWPNtxif5aZK.

[13]蘇秋玲,洪范宗,董少良,等.基于海訓救護系統的移動監護子系統數據采集部分的研制[J].中國醫療設備,2014,29（9）：2022,37.

Research and Application of a Front-LineMobile Rescue System for Navy Training Staff

洪范宗，蘇秋玲，董少良，王偉，羅奕中，劉志梁
中國人民解放軍第180醫院 醫學工程科，福建 泉州 362000

HONG Fan-zong, SU Qiu-ling, DONG Shao-liang, WANG Wei, LUO Yi-zhong, LIU Zhi-liang
Department ofMedical Engineering, The 180thHospital of PLA, Quanzhou Fujian 362000, China

目的 研究應用于海訓的一線移動救護系統，提高一線救護的行動速率和搜救準確率。方法結合嵌入式技術的生理參數采集技術設計可用于單兵佩戴的便攜式終端，增加實時定位與無線數據傳輸功能，并自主研發監控中心軟件實現位置信息的接收及搜救調度處理。結果 海訓一線移動救護系統可以實時監控多個移動醫療終端的數據，實現海訓中的24 h生理參數監測與實時救護調度。海訓一線移動救護系統配置簡單、操作便利、終端體積小、便于攜帶、即連即用，大大縮短從發現到派遣救護的時間。結論 海訓一線移動救護系統能夠顯著降低監控端的搜救反應時間，提高搜救效率，從而減少海訓戰士意外受傷導致溺水傷亡的事故發生率，最大限度地降低非戰斗減員，有效保障海訓戰士生命安全，具有極 高的實用價值。

海訓；一線移動救護；搜救；實時調度；非戰斗減員

Objective Todevelop a front-line mobile rescuesystem for navy trainingsso as to improve the response rate and accuracy of front-linesearch and rescue actions.Methods A wearable terminal wasdesigned in combination with the embedded technology and physiologicaldata acquisition technology. Equipped with the real-time positioning and wirelessdata transmitting functions, thesystem utilized aself-innovated monitoringsoftware for the control center to receive location information and process the rescuescheduling. Results The front-line mobile rescuesystem could monitor multiple terminals and achieve 24-h monitor of physiological parameters and real-time rescuescheduling. With adaption of wearable terminals, this portable and easy-to-configure-and-operatesystem had proven its advantages in great reduction ofdispatch time.Moreover, once connected it could be used immediately. Conclusion The front-line mobile rescuesystem couldsignificantly reduce thesearch time for monitor terminals and improvesearch and rescue efficiency, thereby reducing the accidental-injury-causeddrowningdeath and injury rate forsoldiers. It also minimized non-combat attrition, and effectively protected thesafety of navy trainingstaff, which had high practical utility.

navy training；front-line mobile rescue；search and rescue；real-timescheduling；non-combat attrition

R821

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.08.005

1674-1633（2015）08-0017-04

2015-02-11

2015-02-26

南京軍區“十二五”醫藥衛生課題（11MA084）。

郵箱：suqiuling0818@163.com