田文雅

摘 要： 結(jié)合患者在醫(yī)院就醫(yī)時(shí)的現(xiàn)實(shí)需求，研究基于Wi-Fi的高精度室內(nèi)定位技術(shù)和移動(dòng)終端技術(shù)，開(kāi)發(fā)了一套Android智能手機(jī)上的室內(nèi)導(dǎo)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(dǎo)醫(yī)信息服務(wù)。

關(guān)鍵詞： 室內(nèi)定位； 就醫(yī)引導(dǎo)； 醫(yī)院信息化； 室內(nèi)導(dǎo)航

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(dǎo)醫(yī)模式（導(dǎo)醫(yī)臺(tái)和指引標(biāo)牌）。由于現(xiàn)代醫(yī)療的專(zhuān)業(yè)化程度越來(lái)越高，各科室分工不斷細(xì)化，對(duì)于一般患者（特別是初次就醫(yī)的患者），在就醫(yī)過(guò)程中，往往產(chǎn)生不知道下一步應(yīng)該去哪里的困惑。因此，如何在患者看病就醫(yī)過(guò)程中提供更加直觀有效的引導(dǎo)，提升患者的醫(yī)療體驗(yàn)，是醫(yī)療信息化過(guò)程中需要解決的重要問(wèn)題之一。本文提出的基于室內(nèi)定位的醫(yī)院就醫(yī)引導(dǎo)信息系統(tǒng)，較為有效地解決患者就醫(yī)過(guò)程中的上述實(shí)際問(wèn)題。

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

為了讓面向智能手機(jī)的醫(yī)院導(dǎo)醫(yī)平臺(tái)具有通用性，提高二次開(kāi)發(fā)的效率，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中采用了分層的平臺(tái)架構(gòu)（如圖1），自下而上將系統(tǒng)分為硬件層、軟件層、應(yīng)用層三個(gè)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(wù)器。其中手持定位設(shè)備支持Android平臺(tái)智能手機(jī)，具有加速度傳感器、角速度傳感器[1]、電子羅盤(pán)和WiFi模塊，安裝Android 操作系統(tǒng)。數(shù)據(jù)服務(wù)器基于Intel平臺(tái)，安裝Windows操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)系統(tǒng)以及Java Web服務(wù)器。服務(wù)器端主要存儲(chǔ)核心的室內(nèi)地圖信號(hào)數(shù)據(jù)，以及高級(jí)用戶(hù)的身份信息。

⑵ 軟件層

軟件層主要是定義和實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位及導(dǎo)航的一系列功能，支持上層的導(dǎo)醫(yī)應(yīng)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(hào)采集兩個(gè)子模塊，其分別用于生成醫(yī)院各樓層平面圖和信號(hào)指紋數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)通信包括手機(jī)端通信、服務(wù)器端通信及身份驗(yàn)證二個(gè)子模塊，用來(lái)在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)在手機(jī)和服務(wù)器之間進(jìn)行身份驗(yàn)證和數(shù)據(jù)交換（下載平面圖、信號(hào)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(wù)二個(gè)子模塊，定位算法根據(jù)當(dāng)前的WiFi信號(hào)和指紋數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算當(dāng)前所處的位置，定位接口及服務(wù)用于在平面圖上顯示當(dāng)前位置或觸發(fā)事件。

⑶ 應(yīng)用層

應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)醫(yī)院室內(nèi)空間定位、就醫(yī)路線(xiàn)引導(dǎo)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(duì)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(rèn)就醫(yī)流程之外，還支持醫(yī)院對(duì)就醫(yī)流程進(jìn)行定義。

2 基于室內(nèi)定位的導(dǎo)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(zhǔn)性，主要從以下二個(gè)方面進(jìn)行研究。

2.1 有效WiFi信號(hào)的選擇

有效WIfi信號(hào)的選擇需要考慮以下三種情況：信號(hào)來(lái)自安裝在同一位置的AP，信號(hào)來(lái)自不同位置的AP；部分信號(hào)來(lái)自同一位置的AP。

因智能手機(jī)的計(jì)算能力有限，考慮到Wifi信號(hào)選取的及時(shí)性和精準(zhǔn)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(wú)向圖G（V，E）、利用頂點(diǎn)覆蓋算法和邊覆蓋算法[3]進(jìn)行迭代對(duì)圖G進(jìn)行染色，從而獲得AP的部署方案。如果選擇的頂點(diǎn)覆蓋算法和邊覆蓋算法在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)可解，則本算法也在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)可解，即可確定具體的AP位置。

2.2 無(wú)線(xiàn)信號(hào)演化和自學(xué)習(xí)

無(wú)線(xiàn)信息演化和自學(xué)習(xí)主要針對(duì)單個(gè)AP的刪除、增加和大范圍移動(dòng)產(chǎn)生的信號(hào)明顯變化進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別和學(xué)習(xí)，修改無(wú)線(xiàn)指紋地圖以保持高的定位精度。其主要思路如下。

對(duì)AP刪除或者移動(dòng)的情況：定位設(shè)備獲得的信號(hào)強(qiáng)度矢量和最近校準(zhǔn)點(diǎn)矢量[4]在某一維度發(fā)生重大的偏差，則上報(bào)服務(wù)器。如果服務(wù)器統(tǒng)計(jì)得到對(duì)同一AP出現(xiàn)重大偏差的概率大于設(shè)定的閾值時(shí)，則選用備用信號(hào)替換該信號(hào)或者從該定位點(diǎn)的信號(hào)矢量中去除該信號(hào)。

對(duì)AP增加的情況：定位設(shè)備獲取信號(hào)強(qiáng)度矢量進(jìn)行匹配，若獲取的信號(hào)個(gè)數(shù)大于該校準(zhǔn)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度矢量的維度，則選擇信號(hào)強(qiáng)度適中的1-3個(gè)冗余信號(hào)上報(bào)服務(wù)器。服務(wù)器統(tǒng)計(jì)得到某一信號(hào)在特定的校準(zhǔn)點(diǎn)上報(bào)概率大于設(shè)定的閾值時(shí)，則將該信號(hào)作為備用信號(hào)。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能如下。

⑴ 支持高級(jí)用戶(hù)通過(guò)Web界面對(duì)后端服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)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(lèi)型用戶(hù)的驗(yàn)證和服務(wù)區(qū)分。分為普通用戶(hù)及內(nèi)部用戶(hù)。對(duì)普通用戶(hù)不提供醫(yī)院內(nèi)部不對(duì)外開(kāi)放的空間位置信息，而僅僅對(duì)醫(yī)護(hù)人員和管理者展示。

⑶ 醫(yī)院室內(nèi)平面圖的動(dòng)態(tài)展示：在客戶(hù)端上分樓層動(dòng)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，并用圖標(biāo)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(wù)相關(guān)的信息。這些展示的信息，和導(dǎo)航功能、就醫(yī)引導(dǎo)功能緊密結(jié)合，讓用戶(hù)在導(dǎo)航過(guò)程中，能隨時(shí)了解醫(yī)院的各方面信息。

⑸ 室內(nèi)空間精確定位：對(duì)用戶(hù)當(dāng)前所在的位置進(jìn)行定位，平均誤差小于5米，并在室內(nèi)平面圖上實(shí)時(shí)標(biāo)記用戶(hù)當(dāng)前所處的位置。當(dāng)用戶(hù)的位置發(fā)生改變或者處于移動(dòng)狀態(tài)時(shí)，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(dǎo)航的就醫(yī)引導(dǎo)：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(hù)提供基于室內(nèi)導(dǎo)航的就醫(yī)引導(dǎo)服務(wù)，在平面圖上動(dòng)態(tài)展現(xiàn)每一個(gè)環(huán)節(jié)所需要的路徑引導(dǎo)，以及關(guān)鍵信息提示。系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算用戶(hù)的當(dāng)前位置與就醫(yī)目的地之間的最優(yōu)路線(xiàn)，用戶(hù)只需要依靠手中的智能移動(dòng)終端，就能夠輕松完成看病就醫(yī)過(guò)程。

如圖3所示根據(jù)用戶(hù)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(xiàn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文利用醫(yī)院內(nèi)的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，研究基于Wi-Fi的高精度室內(nèi)定位技術(shù)和移動(dòng)終端技術(shù)，開(kāi)發(fā)了一套Android智能手機(jī)上的室內(nèi)導(dǎo)航信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)患者就醫(yī)引導(dǎo)、求醫(yī)信息展示等功能，讓患者方便快捷地完成整個(gè)就醫(yī)過(guò)程，提升患者的醫(yī)療體驗(yàn)。

本研究還存在一定的改進(jìn)和提升空間，特別是在軟件使用的流暢性方面，需要通過(guò)后續(xù)的深入研究加以完善。

圖3 醫(yī)院室內(nèi)導(dǎo)航推薦線(xiàn)路

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