基于室內(nèi)定位的醫(yī)院導醫(yī)信息系統(tǒng)研究

田文雅

摘 要： 結(jié)合患者在醫(yī)院就醫(yī)時的現(xiàn)實需求，研究基于Wi-Fi的高精度室內(nèi)定位技術(shù)和移動終端技術(shù)，開發(fā)了一套Android智能手機上的室內(nèi)導航信息系統(tǒng)，為患者以及相關(guān)人士提供醫(yī)院室內(nèi)空間中的導醫(yī)信息服務。

關(guān)鍵詞： 室內(nèi)定位； 就醫(yī)引導； 醫(yī)院信息化； 室內(nèi)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(yī)院采用人工的、固定的導醫(yī)模式（導醫(yī)臺和指引標牌）。由于現(xiàn)代醫(yī)療的專業(yè)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(yī)的患者），在就醫(yī)過程中，往往產(chǎn)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(yī)過程中提供更加直觀有效的引導，提升患者的醫(yī)療體驗，是醫(yī)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(nèi)定位的醫(yī)院就醫(yī)引導信息系統(tǒng)，較為有效地解決患者就醫(yī)過程中的上述實際問題。

1 基于室內(nèi)定位的醫(yī)院導醫(yī)信息系統(tǒng)技術(shù)方案

為了讓面向智能手機的醫(yī)院導醫(yī)平臺具有通用性，提高二次開發(fā)的效率，在開發(fā)過程中采用了分層的平臺架構(gòu)（如圖1），自下而上將系統(tǒng)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(shè)備和數(shù)據(jù)服務器。其中手持定位設(shè)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(tǒng)。數(shù)據(jù)服務器基于Intel平臺，安裝Windows操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫存儲系統(tǒng)以及Java Web服務器。服務器端主要存儲核心的室內(nèi)地圖信號數(shù)據(jù)，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(xiàn)室內(nèi)定位及導航的一系列功能，支持上層的導醫(yī)應用，包括系統(tǒng)部署、數(shù)據(jù)通信、定位等模塊。其中系統(tǒng)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(yī)院各樓層平面圖和信號指紋數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)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(tǒng)運行時在手機和服務器之間進行身份驗證和數(shù)據(jù)交換（下載平面圖、信號指紋數(shù)據(jù)和信息數(shù)據(jù)[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(jù)當前的WiFi信號和指紋數(shù)據(jù)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(fā)事件。

⑶ 應用層

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

2 基于室內(nèi)定位的導醫(yī)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

本系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)在于室內(nèi)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(jù)建筑物樓層的平面圖生成加權(quán)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(nèi)可解，則本算法也在多項式時間內(nèi)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(chǎn)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(shè)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(fā)生重大的偏差，則上報服務器。如果服務器統(tǒng)計得到對同一AP出現(xiàn)重大偏差的概率大于設(shè)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(shè)備獲取信號強度矢量進行匹配，若獲取的信號個數(shù)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(tǒng)計得到某一信號在特定的校準點上報概率大于設(shè)定的閾值時，則將該信號作為備用信號。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

本系統(tǒng)實現(xiàn)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(shù)據(jù)庫進行操作。包括醫(yī)院整體情況信息、科室信息、醫(yī)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(qū)分。分為普通用戶及內(nèi)部用戶。對普通用戶不提供醫(yī)院內(nèi)部不對外開放的空間位置信息，而僅僅對醫(yī)護人員和管理者展示。

⑶ 醫(yī)院室內(nèi)平面圖的動態(tài)展示：在客戶端上分樓層動態(tài)展示醫(yī)院的室內(nèi)平面圖。包含了醫(yī)院內(nèi)部主要的功能單元和公共設(shè)施，地圖配色符合國家標準，并用圖標加以區(qū)分。

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

⑸ 室內(nèi)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(nèi)平面圖上實時標記用戶當前所處的位置。當用戶的位置發(fā)生改變或者處于移動狀態(tài)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(nèi)導航的就醫(yī)引導：在室內(nèi)定位的基礎(chǔ)之上，結(jié)合醫(yī)院特定的看病流程，為用戶提供基于室內(nèi)導航的就醫(yī)引導服務，在平面圖上動態(tài)展現(xiàn)每一個環(huán)節(jié)所需要的路徑引導，以及關(guān)鍵信息提示。系統(tǒng)自動計算用戶的當前位置與就醫(yī)目的地之間的最優(yōu)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(yī)過程。

如圖3所示根據(jù)用戶輸入的求醫(yī)信息，系統(tǒng)采用最短路徑算法，給出優(yōu)化后的推薦路線。

4 結(jié)束語

本文利用醫(yī)院內(nèi)的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)信號，研究基于Wi-Fi的高精度室內(nèi)定位技術(shù)和移動終端技術(shù)，開發(fā)了一套Android智能手機上的室內(nèi)導航信息系統(tǒng)，實現(xiàn)患者就醫(yī)引導、求醫(yī)信息展示等功能，讓患者方便快捷地完成整個就醫(yī)過程，提升患者的醫(yī)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(xù)的深入研究加以完善。

圖3 醫(yī)院室內(nèi)導航推薦線路

參考文獻（References）：

[1] Malik Salman， Alonso Silva， and Jean-Marc Kelif. Optimal

base station placement： a stochastic method using interference gradient in downlink case[A].Samson Lasaulce. Proceedings of the 5th International ICST Conference on Performance Evaluation Methodologies and Tools[C]. Belgium，ICST，2011：66-73

[2] 王欣，張亞君，陳龍.一種基于環(huán)境磁場的室內(nèi)移動人員定位

方法[J].杭州電子科技大學學報，2013.3：1-4

[3] 楊清.基于指紋的無線室內(nèi)精確定位方法研究[D].浙江大學

碩士學位論文，2011.

[4] 梁堯，徐玉濱，鄧志安等.用于WLAN指紋匹配定位的室內(nèi)接

收信號強度特性研究[J].計算機科學，2009.36（4）：39-41