基于iBeacon技術在醫院室內定位導航和無線信息發布系統的研究

高喆，沈潔，湯振華，王誠

1.南京醫科大學附屬蘇州醫院，江蘇 蘇州 215153；2.蘇州科技城醫院 信息處，江蘇 蘇州 215153

引言

我院作為一家新建的三級醫院，建筑面積18萬平方米，科室病區眾多，設計日門診量5000人以上。日常大量門診患者和家屬從停車、掛號、排隊就診、繳費、檢查一系列的活動，需要尋找的地點至少要3個以上，雖然已有導診臺服務人員、院內信息發布終端和院內指示標示等輔助措施，但為了提高服務質量，我們需要一套醫院室內定位導航系統為大量的患者和家屬提供更加高效先進的指引服務。

基于iBeacon（蘋果公司開發的一種微定位的技術）技術定位和移動終端展示的定位導航方案符合我院的情況：① 已經完成弱電工程，無意愿二次弱電工程實施；② 部署快捷，成本低廉，使用壽命長；③ 基于醫院特殊場景的可定制化的環境；④ 在部署iBeacon定位系統過程中，iBeacon作為移動終端的信息入口的作用也符合醫院的在移動端拓展醫院其它服務的需求。在移動終端的普及下，院內指引、信息發布、市場化營銷等手段在院內并沒有完全走到患者手機里，尤其基于社交軟件、移動端APP的應用，僅僅是解決了有和無的問題。iBeacon的廣播功能，豐富醫院信息發布的手段，讓醫院可以根據院內具體位置。在患者和家屬的移動端推送定制化的信息，引導關注醫院社交媒體賬號，移動APP應用，直接連接到醫院的信息發布平臺，甚至有獨有的市場營銷功能[1-2]。

1 系統設計目標

1.1 移動端的醫院室內導航

患者可通過掌上醫院APP或醫院微信公眾號，隨時進行導航，并通過實用的功能吸引用戶，為醫院移動應用和社交媒體引流。

1.2 院內流程指引

系統可以根據掛號情況來推測患者可能前往的科室，從而推送相關地點以供選擇。在門診樓，借助室內地圖導航功能，不但可以快速找到去一個科室的路徑，如果需要到達多個科室，室內導航功能可以結合各科室擁擠情況，規劃出最短路徑以及最少耗時的路徑。另外系統還能夠推送預計等待時間與排隊信息到移動終端，患者可以自由安排時間，而無需一直在門口排隊等待。

1.3 院內基于用戶定位的信息發布

根據患者經常詢問醫護人員的就醫問題，對患者的定位進行該科室常見問題相關回答的推送。使患者更多地自主就醫，緩解醫護人員工作強度，提高工作效率，同時提高醫院數字化管理水平，改善就醫體驗，提高患者對醫院的信任度。

1.4 醫療信息知識庫

對用戶進行經過專業機構審核認證的醫療信息與養生保健知識的精確發布，提高用戶的醫療常識，避免當前濫用搜索引擎、選擇主觀判斷而拒絕專業求醫的社會風氣蔓延。同時還為用戶養成健康生活習慣、摒棄生活陋習、預防疾病提供了有力保障，并通過人工智能分析患者感興趣的知識類型，定向推送，預測用戶想知道的，應該知道的內容發布。

1.5 社會化營銷平臺

通過在護士站、醫聯體、機場、社區等地布設iBeacon，能夠與用戶通過微信搖一搖進行互動。用戶可通過微信搖一搖抽取就醫體驗券、折扣券等。通過這種互動，可增加用戶對醫院的持續關注度，提升醫院的影響力。

1.6 用戶行為分布大數據分析平臺

系統可以通過分析對比HIS、EMR、社交媒體、用戶位置信息、瀏覽院內醫療信息的熱點，建立多層次的數據分析模型，幫助醫院在資源分配，健康宣教，疾病預防等各方面工作有強大的數據支撐，提供更好的服務。

2 系統架構設計

無線定位是物聯網技術中的一項重要技術，在物聯網時代擁有廣闊的應用前景。藍牙定位是一種基于接收的信號強度指示的定位方式，成本較低、使用便捷。iBeacon就是基于當前最新的藍牙低功耗4.0技術的，可以用它來打造一個信號基站，對于持有集成了藍牙功能移動終端設備的用戶，只要設備的藍牙功能開啟，藍牙室內定位系統就能夠對其進行位置判斷，也可得到該基站的推送信息，因此很容易推廣普及[3]。

該項技術具有以下特點：① 免配對，蘋果在之前對藍牙設備的控制比較嚴格，所以只有通過MFI認證過的藍牙設備才能與iDevice連接，而藍牙4.0就沒有這些限制了；② 定位精準、距離更遠，藍牙4.0之前一般的傳輸距離在0.1～10 m，而iBeacon信號可以精確到毫米級別，并且最大可支持到50 m的范圍；③ 超低功耗，藍牙4.0又叫低功耗藍牙，一個普通的紐扣電池可供一個iBeacon基站硬件使用兩年；④ 適用廣泛，所有搭載有藍牙4.0以上版本的設備都可以作為iBeacon技術的發射器和接收器[4-6]。系統架構主要包括各種iBeacon設備、定位導航算法引擎、醫院內部iBeacon設備管理、信息發布平臺以及數據分析平臺等。針對實現院內室內定位導航及信息發布的目的，提出了基于iBeacon的室內定位系統方案，由iBeacon信息發布系統、iBeacon基站和移動端3部分組成[7]。其中硬件設備主要是由iBeacon設備組成，這些iBeacon可分別用于室內定位、信息發布以及物聯網傳感。通過院內各處布設的iBeacon，后臺可完成讀取用戶位置信息等操作。用戶通過ios/android終端以及醫院微信公眾號等與醫院信息系統進行對接，如打開關注的醫院微信公眾號后臺即可讀取用戶的掛號科室信息及病例報告等。用戶對接層與業務應用層數據互相傳輸，業務應用層包括由定位引擎、導航引擎、地圖引擎、iBeacon部署平臺組成的室內定位導航部分以及由信息發布平臺、醫療AI知識庫、營銷平臺、微信公眾號管理平臺組成的信息發布平臺。通過定位導航以及地圖引擎，后臺可實時獲得用戶位置信息，并在用戶通過終端發出導航請求后進行位置計算，推送定位及導航信息，經由H5展示。比如用戶在掛完號后，系統可智能推送您可能想要前往的科室，只要點擊科室名稱即可進行路線規劃。另外通過大數據用戶行為分析引擎可將用戶偏好、需求等量化、直觀化，有針對性地為用戶進行信息發布推送，更好地滿足用戶需求[8]。平臺各層構成，見圖1。

圖1 院內室內定位導航和信息發布管理平臺

3 關鍵算法

采用了基于幾何聚類指紋庫的約束KNN室內定位模型，首先，根據幾何布局結構將室內感興趣區劃分成若干子區域，并設計參考點控制網進行指紋庫數據采集，完成離線樣本訓練；根據定位點與各類指紋庫的有效AP最高相同比率決定待定點所處子興趣區；利用最大相似度確定移動端數據在該類指紋庫中的最鄰近點，根據該參考點的GSS判別所處RP控制網結構特征，動態選定參數K值，以K構建最佳線段或最佳多邊形自適應約束尋找后K-1個鄰近參考點，最終KNN算法實現移動終端定位[9-11]。根據醫院每層建筑情況，預計定位精度部署iBeacon設備，設計iBeacon部署點位；使用采集工具采集iBeacon廣播環境下的RSSI特征值，建立位置和對應特征值數據庫；用戶使用移動端收集到的RSSI特征值信息發送到后臺，經過平滑計算，匹配權重后得到位置坐標信息，在移動端顯示[12]。

4 核心業務模塊及工作流程

4.1 定位模塊及工作流程

4.1.1 iBeacon部署

根據醫院布局，和預期定位精度部署iBeacon設備約為1500個左右，同時可以根據地點不同發布不同信息，建立基于藍牙信號的廣播環境。在定位、發布信息的同時，可以把重要位置的環境參數如溫度、濕度、空氣質量等傳回給平臺[13]。

4.1.2 數據采集建模

根據醫院布局，沿著室內有特征的路徑進行信號特征采集和建立定位模型，特征值的數據包含：對應特征的x、y坐標，匹配算法，平滑算法，以及慣性校準算法[14]。

4.1.3 定位

用戶使用移動端，每秒鐘上傳自己位置的藍牙RSSI特征到定位數據庫，經過處理返回對應的地圖上的x、y坐標。實施人員通過現場采集iBeacon廣播信號對應的位置信息，輸入定位引擎，同時把院內真實室內數據轉化成矢量數據并生成可以在移動端各個平臺展示的地圖（圖2）。

圖2 iBeacon定位

4.2 導航模塊及工作流程

醫院作為一個特殊的機構，醫院的導航服務與其它消費類導航引擎不同，有更多的人性化醫療類提示。其導航提示有更多的醫療信息融入在導航服務部署。在移動端實現的室內定位導航以及停車位導航的服務，見圖3。

工作流程主要分為測繪、路徑規劃、興趣點（Point of Interest，POI）導航在移動端的實現[15-17]，見圖4。

圖3 院內服務化導航引擎部署

圖4 導航模塊工作流程

4.2.1 測繪

（1）根據醫院平面圖（CAD）繪制在移動端顯示的矢量圖。

（2）根據患者可能經過的平面路徑繪制路網信息。

（3）興趣點（POI）（如科室，公共設施等）與矢量圖綁定。

4.2.2 路徑規劃

（1）興趣點（POI）到興趣點（POI）的路徑規劃算法執行。

（2）坐標點x、y到興趣點（POI）的路徑規劃算法執行。

（3）興趣點（POI）導航在移動端的實現。

4.3 與醫院各個系統對接并嵌入掌上醫院與醫院微信公眾號

4.3.1 定位導航與HIS系統對接

為了實現在醫院客戶端導航功能，實現人性化的服務，導航模塊會自動接受HIS推送給患者可能要去的興趣點POI，如：付費窗口、科室、公共設施、藥房等，患者完成掛號后，只需要在移動端，如：掌上醫院APP、微信公眾號，點擊彈出的POI列表自動指引患者前往，見圖5。

圖5 HIS系統與定位導航對接

4.3.2 掌上醫院APP及微信公眾號嵌入和對接

提供了院內的導航服務讓患者和家屬方便地獲悉自己的位置，并提供需要去的位置的導航服務；根據院內信息的發布，在導航過程中，可以推送醫院簡介、醫生介紹、醫療知識等；通過與HIS對接，在患者完成掛號后，推送患者需要的位置，讓患者感受如一個專屬的導診員全程提供服務的感覺；通過在停車場的覆蓋，用戶可以通過客戶端記住自己的停車位置，完成診療后，可以無障礙的找到自己的車輛；人工智能醫療知識庫：在科室信息發布平臺上，會根據科室的情況推送默克診療手冊的基礎診療知識和患者經常性詢問的健教知識，通過智能系統的分析分類后，信息發布平臺會根據患者情況預測推送患者最感興趣的健康知識、養生、康復、醫保等相關知識。

5 其他業務模塊

5.1 iBeacon部署管理平臺

在醫院內部和外部，有1500多個iBeacon設備需要管理，在工程實施上，需要一個統一的管理平臺管理設備基礎信息、維護信息、電量、工作狀態、替換、增添并與具體位置所綁定關聯相關科室病區。

5.2 iBeacon信息發布營銷管理平臺

作為重要的一個功能模塊，在這個平臺上，宣傳部門可以迅速的關聯iBeacon設備與想要發布的內容。公眾號關注、引導、編輯發布內容，統計流量。根據不同地區推送營銷方案如：微信搖專家號、膏方優惠等信息，增加醫院在社交媒體上的關注度和流量導入。

5.3 用戶行為統計分析平臺

在記錄患者在移動端的交互，在本地分布的情況，病情和感興趣的信息做統計分析后，形成一套數字化分析模型，為醫院決策，資源分配，營銷方面提供有力的保障。

6 小結

通過院內定位導航系統的應用，有效提高了醫院數字化管理水平，改善了患者就醫體驗，提高患者對醫院的信任度。同時由于減少了醫護人員的日常工作量，使醫護人員能夠更專注于醫療服務的提供，提高了院內工作質量及效率。另外通過醫院信息發布系統，能夠根據需求為用戶推送醫療知識，提高患者自主就醫能力以及醫療意識。通過患者對醫院微信號的關注，可以達到增加醫院流量導入及訪問量的目的。然而在給醫護人員帶來極大便利的同時，也給傳統醫院的信息化建設帶來的前所未有的挑戰，如物聯網醫院的建設、移動醫療的建設、室內定位導航的建設等。隨著如今智能手機、醫療物聯網應用以及無線網絡技術成熟，院內定位導航技術作為一種改善就醫體驗、提高管理效率的增值應用必然將備受關注。在未來醫院的建設中，對業務做好統一規劃和建設，才能達到事半功倍的效果，更好的服務患者，提升資源利用率與管理效率。

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