基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的病患可視化定位追蹤解決方案

項(xiàng)目背景

隨著現(xiàn)代社會(huì)生活節(jié)奏的增快，人們的壓力越來越大，精神病人也越來越多，據(jù)國家衛(wèi)健委疾病預(yù)防控制局公布的數(shù)據(jù)，截至2017年底，全國13.90億人口中精神障礙患者達(dá)2億4326萬4千人，總患病率高達(dá)17.5%；嚴(yán)重精神障礙患者超1600萬人，發(fā)病率超過1%。精神病人自殺率的升高以及頻頻行兇事件的發(fā)生，央視新聞?wù){(diào)查2019年統(tǒng)計(jì)顯示：精神病人暴力事件每年造成的嚴(yán)重肇事案件超過萬起，使精神病人成為一顆“非定時(shí)炸彈”。目前我國絕大部分醫(yī)院都實(shí)現(xiàn)了一定意義上的區(qū)域監(jiān)控管理，但這些信息化管理均是基于人工監(jiān)督方法，需要耗費(fèi)大量的人力物力，稍有疏忽便會(huì)造成不可估量的后果，對(duì)實(shí)現(xiàn)意義上的信息化管理還有一定的距離。

項(xiàng)目意義

為了促進(jìn)精神病管理工作的順利開展，保障精神病人、工作人員及其他人生命安全和切身利益，維護(hù)正常社區(qū)秩序，醫(yī)院自動(dòng)監(jiān)控識(shí)別體系的建立已是迫在眉睫。智能位置與健康管理系統(tǒng)對(duì)精神病人活動(dòng)區(qū)域進(jìn)行自動(dòng)跟蹤管理、以及生理健康數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦超出預(yù)置活動(dòng)范圍或生理數(shù)據(jù)突變，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警，醫(yī)護(hù)人員可快速做出反應(yīng)，有效預(yù)防發(fā)生老年病患、神精失常、腫瘤病患者等走失、或自殺等事件的發(fā)生。

方案設(shè)計(jì)

1、系統(tǒng)概述

基于藍(lán)牙高低精度（AOA+RSSI）融合的定位技術(shù)的醫(yī)院人員及資產(chǎn)定位管理系統(tǒng)是由我司為解決醫(yī)療機(jī)構(gòu)在人員看護(hù)方面存在的困難和痛點(diǎn)而自主研制的。該系統(tǒng)基于“智能硬件+管理平臺(tái)+手機(jī)移動(dòng)端”為醫(yī)療機(jī)構(gòu)提供室內(nèi)電子地圖展示、緊急救助、身體狀況遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、人員位置實(shí)時(shí)追蹤、虛擬安全電子圍欄設(shè)置、軌跡追溯回放、視頻聯(lián)動(dòng)、長時(shí)間靜止告警、電子點(diǎn)名、人員查找、地下停車場(chǎng)尋車、大數(shù)據(jù)報(bào)表分析等功能，使病患、病患家屬或醫(yī)護(hù)人員群體通過信息化、數(shù)字化手段得到全天看護(hù)和幫助。
新導(dǎo)藍(lán)牙AOA室內(nèi)高精度定位技術(shù)結(jié)合基站的陣列天線并采用信號(hào)到達(dá)角定位算法，單基站即可實(shí)現(xiàn)二維定位，定位精度可達(dá)0.2-0.5米。藍(lán)牙RSSI室內(nèi)存在性檢測(cè)定位，通過接收到的信號(hào)強(qiáng)弱測(cè)定信號(hào)點(diǎn)與接收點(diǎn)的距離，進(jìn)而根據(jù)相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行定位。兩種定位方法基于藍(lán)牙5.1版本的尋向功能，且向下兼容所有藍(lán)牙4.2標(biāo)簽。通過在醫(yī)院大樓內(nèi)布設(shè)AoA高精度基站、RSSI存在性檢測(cè)定位基站，不間斷地采集人員、資產(chǎn)上的定位信標(biāo)回傳的各個(gè)感知坐標(biāo)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)定位并零延時(shí)地將其位置信息顯示在醫(yī)院控制中心，支持監(jiān)管、分析與決策。同時(shí)通過獲取各種感知數(shù)據(jù)，并通過豐富的API接口接入醫(yī)院的門禁、消費(fèi)等系統(tǒng)，提高醫(yī)院中人員的無縫追蹤、智能調(diào)配與高效協(xié)同，實(shí)現(xiàn)病患全方位服務(wù)及工作人員管理。

2、設(shè)計(jì)原則

實(shí)現(xiàn)人員的有效識(shí)別，使系統(tǒng)管理體現(xiàn)“人性化、信息化和高度自動(dòng)化”

為醫(yī)院提供考勤作業(yè)、人員進(jìn)出限制等多方面的信息查詢

實(shí)時(shí)報(bào)警，通過該系統(tǒng)立刻可以知道各種實(shí)時(shí)報(bào)警信息，保證醫(yī)院安全工作的高效運(yùn)作

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的安全性、可擴(kuò)容性、易維護(hù)性和易操作性

定位標(biāo)簽對(duì)人體輻射滿足政府要求

系統(tǒng)設(shè)備滿足醫(yī)院管理的防拆、防水、防震、防爆要求

3、系統(tǒng)架構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)分為四層：設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層

設(shè)備層：主要包括高精度定位基站和定位標(biāo)簽，為定位的核心設(shè)備

網(wǎng)絡(luò)層：主要完成向下將應(yīng)用層相關(guān)指令傳輸給基站，向上將定位原始數(shù)據(jù)傳輸給平臺(tái)層

平臺(tái)層：主要完成位置坐標(biāo)的解算和業(yè)務(wù)應(yīng)用的使能

應(yīng)用層：主要實(shí)現(xiàn)前端頁面操作邏輯以及數(shù)據(jù)展示

精神病人員定位系統(tǒng)主要由以下五部分構(gòu)成：

（1）人員定位標(biāo)簽：包括病人佩戴的電子腕表、工作人員佩戴的工卡。定位標(biāo)簽對(duì)外不間斷廣播定位數(shù)據(jù)及體征數(shù)據(jù)。

（2）AoA定位基站：接收人員定位標(biāo)簽廣播出來的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)給定位引擎。同時(shí)定位基站還可進(jìn)行數(shù)據(jù)、語音、視頻、定位等多種業(yè)務(wù)的融合，多種應(yīng)用使用同一平臺(tái)傳輸，互相不受干擾和影響。

（3）定位引擎：接收由定位基站傳回的數(shù)據(jù)，通過定位等算法，計(jì)算標(biāo)簽所處位置。并將位置信息，傳送給定位管理系統(tǒng)。

（4）應(yīng)用軟件平臺(tái)：用于接收定位引擎?zhèn)鱽淼奈恢眯畔?，并將?biāo)簽位置顯示在平面圖上。同時(shí)定位管理系統(tǒng)還可用于對(duì)標(biāo)簽的管理、標(biāo)簽的追蹤、告警等。

（5）物聯(lián)監(jiān)護(hù)設(shè)備集成：系統(tǒng)支持對(duì)智能床墊、體征監(jiān)測(cè)雷達(dá)、跌倒雷達(dá)、軌跡雷達(dá)、NB拉伸報(bào)警、IP攝像機(jī)、紅外測(cè)溫?cái)z像機(jī)、LoRaWan傳感設(shè)備等智能設(shè)備的整合與應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)一個(gè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)以上所有終端的設(shè)備管理、數(shù)據(jù)采集與管理。實(shí)現(xiàn)對(duì)4/5G、NB、BLE、AoA、UWB、LoRa、GPS/BDS/RTK等不同技術(shù)協(xié)議的集成。

（6）集成第三方系統(tǒng)：可將定位管理系統(tǒng)所收到的定位數(shù)據(jù)，與醫(yī)院現(xiàn)有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、消防秕進(jìn)行整合，從而實(shí)現(xiàn)更加豐富的功能。

4、系統(tǒng)功能

設(shè)備部署

基站可以部署在任何需要進(jìn)行定位覆蓋的區(qū)域，空曠區(qū)域內(nèi)基站與標(biāo)簽的極限通訊距離是400米左右，室內(nèi)環(huán)境中，由于格局等各種因素的影響，一般布署間距在10-60米左右。

根據(jù)不同區(qū)域或?qū)ξ恢镁鹊囊?，可?shí)行0維、1維、2維混合定位。如廁所、小房間內(nèi)可用0維定位，檢測(cè)在房間的存在；在走廊過道可用1維定位，定位在走廊的位置；在室外或大的房間內(nèi)可以用2維定位，定位到大空間的具體在哪一個(gè)點(diǎn)。

深圳某精神病醫(yī)院單層，共20個(gè)房間+1條走廊+8個(gè)廁所，按0維、1維、2維定位方式，總共布設(shè)58個(gè)UWB基站，具體部署形式如下圖：

三、 系統(tǒng)功能

通過給患者佩戴智能健康監(jiān)測(cè)&定位我w位置，分布區(qū)域，對(duì)患者實(shí)時(shí)點(diǎn)名，正確識(shí)別以及查詢一段時(shí)間內(nèi)患者的活動(dòng)情況和行動(dòng)軌跡，方便對(duì)患者的管理。同時(shí)具備異常預(yù)警功能，一旦患者有異常舉動(dòng)，如離開安全區(qū)域，擅闖禁區(qū)，某一區(qū)域滯留時(shí)間過長或者聚集異常，都會(huì)進(jìn)行預(yù)警，安保人員可直接調(diào)取對(duì)應(yīng)位置視頻進(jìn)行狀況確認(rèn)。

患者專屬身份識(shí)別

患者以智能手環(huán)、醫(yī)護(hù)人員卡作為在整個(gè)系統(tǒng)中的專屬身份識(shí)別，與智能云監(jiān)護(hù)統(tǒng)一管理，系統(tǒng)間無縫對(duì)接。

患者外出報(bào)警

患者一旦離開電子圍欄即報(bào)警并切入全球定位管理，并通過地圖實(shí)現(xiàn)移動(dòng)追蹤。

軌跡回放

可查詢指定人、指定時(shí)間段的移動(dòng)軌跡，這個(gè)時(shí)間段此人都去過哪些區(qū)域，可以進(jìn)行活動(dòng)軌跡播放。

電子圍欄管理

可在醫(yī)院病房內(nèi)、窗口等高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域設(shè)置電子圍欄，對(duì)電子圍欄設(shè)置報(bào)警類型，當(dāng)圍欄內(nèi)患者有異常行為時(shí)候，及時(shí)發(fā)出報(bào)警提醒醫(yī)護(hù)人員。

軟件系統(tǒng)平臺(tái)功能清單：

方案優(yōu)勢(shì)

技術(shù)比較

從定位效果來看：RFID定位可以實(shí)現(xiàn)存在性檢測(cè)，但無法實(shí)現(xiàn)軌跡實(shí)時(shí)跟蹤和回放；藍(lán)牙AOA定位和UWB定位的定位精度都可以達(dá)到1m以內(nèi)，都可以滿足室內(nèi)的實(shí)時(shí)定位跟蹤和軌跡回放；

從運(yùn)維角度分析：藍(lán)牙AOA的定位標(biāo)簽比UWB定位標(biāo)簽功耗小，藍(lán)牙AOA定位標(biāo)簽充一次電可以使用3-6個(gè)月，UWB定位標(biāo)簽充一次電能用1個(gè)月左右，所以藍(lán)牙AOA需要充電維護(hù)的頻次會(huì)少一些。
從設(shè)備成本角度分析：從基站來看，UWB實(shí)現(xiàn)二維定位至少需要三個(gè)基站，而AOA在特定區(qū)域一個(gè)足以。從設(shè)備價(jià)格方面來看，UWB基站和UWB標(biāo)簽會(huì)比藍(lán)牙AOA的略貴，且手機(jī)內(nèi)置藍(lán)牙可作為標(biāo)簽。整體成本上來看，UWB定位方案會(huì)比藍(lán)牙AOA的多。

從系統(tǒng)擴(kuò)展性來分析：使用藍(lán)牙信號(hào)對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行定位，任何支持BLE4.0以上且支持協(xié)議改寫的藍(lán)牙信號(hào)設(shè)備（手機(jī)，手環(huán)等）都可以作為標(biāo)簽，藍(lán)牙基站都可以通過算法對(duì)其進(jìn)行定位，后期的可擴(kuò)展性更佳。

方案優(yōu)勢(shì)：

精確度高：室內(nèi)環(huán)境定位精度可達(dá)0.2-0.5m。
兼容性好：任何具備藍(lán)牙模塊的設(shè)備諸如PDA、手機(jī)、手環(huán)等均可通過進(jìn)行軟件層面的簡單改造即可作為定位標(biāo)簽。
抗干擾強(qiáng)：本方案產(chǎn)品利用 2.4GHz頻道當(dāng)中的最外側(cè)信道進(jìn)行通信，巧妙地避免了與使用同一頻道的WiFi信號(hào)和其他藍(lán)牙信號(hào)的沖突，保證了定位信號(hào)的流暢，保證了定位質(zhì)量。
功耗?。核{(lán)牙AOA定位標(biāo)簽功耗非常小，續(xù)航能力持久，如資產(chǎn)標(biāo)簽僅通過紐扣電池供電可續(xù)航3年。
成本低：由于藍(lán)牙產(chǎn)業(yè)鏈成熟，芯片成本更低，且現(xiàn)有藍(lán)牙設(shè)備也可利舊改造成定位標(biāo)簽，整體成本相對(duì)其他技術(shù)更低。
部署簡單：定位基站可通過POE進(jìn)行供電，且AoA單基站即可實(shí)現(xiàn)覆蓋區(qū)域的二維定位，對(duì)于科室、辦公室等區(qū)域采用RSSI基站做存在性檢測(cè)定位，所需部署的基站數(shù)更少，因而部署更簡單。

審核編輯 黃宇