基于無線局域網RTLS技術在杭州某醫院的應用

　　1 方案概述

　　當今，國內醫療行業面臨不斷增加的財政壓力、亟待改進提高的醫療服務水平、病患的安全監護等，問題的產生是缺乏一種針對病患、醫護人員、醫療設備和其他可移動資產的位置及狀態實時監控的可視化解決方案。如：因錯位放置以致不能得到及時維護的醫療器械;走錯病房的病人;門被打開放有溫度敏感物品的冷藏室，所有這些對醫院的醫護工作都將產生極大的負面影響。

　　本文針對上述問題，介紹基于標準無線局域網(Wi-Fi)的醫療追蹤解決方案。無須重新搭建其他網絡或設施，在原有無線局域網基礎上即能快速部署安裝，搭起醫療可視化平臺，為醫療機構提供完整的資產、病患和職員追蹤解決方案，以利于降低運行成本，提高運行效率和醫療服務水平。本方案是適用于國內醫院的解決方案。

　　2 無線局域網實時定位系統(Wi-Fi RTLS)介紹

　　2.1 主要組成

　　無線實時定位系統由無線網絡接入點(AP)、Wi-Fi定位電子標簽或者Wi-Fi模式無線終端設備(如手機、PDA、筆記本電腦)、定位服務器組成。

　　2.2 工作原理

　　電子標簽或者無線設備周期性向AP發出信號，或者AP周期性主動搜索電子標簽或者無線設備，AP得到信號以后，傳送到后端定位服務器，定位服務器根據精準定位算法，實時在Web界面的電子地圖上顯示電子標簽或者無線設備的具體位置。同時，標簽可以通過AP實現與服務器之間進行雙向通訊，標簽可以向定位服務器發出信息，定位服務器也可以向標簽發出指令，對標簽進行分類管理。

　　2.3 系統優勢

　　(1)基于全球通用標準的Wi-Fi網絡，無需讀寫器，無須重新搭建其他網絡或設施，安裝實施靈活方便迅捷，降低成本;

　　(2)集實時定位、歷史運行軌跡回放與分析、標簽即時報警、標簽消失報警、進出禁止區域自動告警、智能傳感控制與報警等多項功能于一體;

　　(3)支持各種不同類型的WiFi電子標簽、手持終端、WiFi電話、移動電腦，滿足各種行業的特殊需求;

　　(4)遠距離識別，室外300米以上， 室內 100米

　　(5)室內、外精準定位最高可達3米;

　　(6)集合了無線上網、實時定位監控、與攝像頭聯動、智能化傳感、門禁、考勤、電子消費、視頻、語音為一體的綜合性系統。

　　優頻科技的中美技術團隊在多名留美博士的帶領下，結合了無線射頻信號優化、多種定位算法整合、電子地圖數據分析和生成、軟件平臺架構優化等多方面技術，十多年自主研發了WiFi實時定位系統。系統的定位引擎核心技術獲得了2項國家發明專利和11項軟件著作權，并經過上百個實際案例不斷完善，具有精度高、靠干擾性強、穩定性好、擴容性強等特點，達到國際領先水平。

　　2.4 優頻科技的實時定位系統具有以下優勢：

　　定位精度高：可以實現定位精度3-5米，重點區域1-2米，完全滿足養老院人員定位需求;

　　定位算法多：支持多種定位算法，包括三角定位、無線指紋定位、來回時間定位、自組網定位并結合歷史軌跡分析和場景結構分析，提高定位精度和穩定性;

　　定制化計算：可以根據不同的環境場所，設置運行軌跡，增加定位精度和穩定性，不會出現穿墻而過或跳樓層的情況;

　　自適應性強：可以自動判斷不同終端的WiFi芯片廠家和人體干擾，自動調整定位參數，增加定位精度和穩定性;

　　定位數量可擴展：單個定位引擎1秒內可以同時定位2000個終端設備，采用分布式的構架，可以同時支持多個定位引擎，并管理上百萬個終端設備;

　　支持任何WiFi終端設備定位：定位引擎同時支持AP主動掃描模式和終端掃描模式，雖然蘋果的iOS7禁止APP獲取WiFi的MAC地址，我們的獨特解決方案可以實現iOS設備定位，而且支持在iOS設備上根據MAC地址推送信息的功能;

　　支持WiFi標簽： 支持單向發射的超低功耗WiFi定位標簽、腕帶、WiFi傳感器，實現對人員、物品的跟蹤和狀態監控;

　　支持云計算：任何地方的定位AP都可以通過互聯網傳到云服務器上;

　　合作AP廠商多：國內外主流AP廠家的設備都支持我們的定位引擎;

　　集成一卡通： 集人員定位、消費、門禁系統于一體，實現智能化一卡通服務;

　　實際經營豐富：優頻科技在國內外有上百個成功的WiFi定位案例，包括養老院、展館、辦公大樓、工廠、港口、監獄、煤礦等多個行業，各種復雜環境;

　　3 實時定位系統(Wi-Fi RTLS)在醫療行業的應用

　　3.1 母嬰管理

　　剛出生的嬰兒在外型上基本差異不大，沒有自我保護的意識，需要醫護人員給予細致的呵護。實時定位系統可以解決母嬰配對以及嬰兒防盜問題，實現母嬰的安全保障。目前針對母嬰管理解決方案基本上都采用的RFID射頻技術，給嬰兒和母親都佩戴無源腕帶標簽，醫護人員手持RFID讀寫器，分別讀取母親和嬰兒的信息，比對是否配對。在嬰兒室安裝RFID讀寫器，只有持有無源標簽的人員才可進入嬰兒室，定期讀取讀寫器的來訪記錄，不能做到實時監控，而且無法避免持有無源標簽的人偷盜或者掉包嬰兒。

　　(1)母嬰配對

　　嬰兒與母親分別佩戴腕帶標簽和卡式標簽，在后端定位服務器輸入嬰兒和目前的標簽信息，如：個人信息、病歷信息、喂奶次數、衛生狀況、用藥記錄等等。醫護人員手持 PDA 可以實時讀取標簽信息，只有母親信息與嬰兒信息配對時，醫護人員才可以走出嬰兒房，否則配對信息不匹配，后端軟件即會實時鎖住門禁，醫護人員無法走出。

　　(2)二次配對確保萬無一失的母嬰配對

　　醫護人員將嬰兒抱出嬰兒房以后，送入母親的病房，母親的標簽與嬰兒的標簽近距離在一起，如果兩標簽不匹配，后端服務器即會出現告警提示。這樣就避免了醫護人員走出嬰兒房后，由于疏忽或其他人為原因走錯母親病房導致配對錯誤發生。

　　(3)嬰兒防盜

　　拆卸告警：嬰兒佩戴的腕帶標簽是具有防拆、防水、防高溫、防間斷的功能，嬰兒從出生佩戴標簽直到出院，標簽都是不離開嬰兒的。腕帶標簽以任何方式被脫離系統都會告警。

　　位置移動報警：嬰兒被抱離嬰兒房或母親的房間，后端服務器會告警提示，實時提供嬰兒的位置信息，以及回放嬰兒的歷史運行軌跡。

　　實時定位與視頻監控聯動：實時定位系統可以攝像監控聯動，當帶有標簽的嬰兒發生位置移動時，標簽會激發攝像機拍照或者錄像，上傳后端定位服務器，管理人員實時可以查看到嬰兒的安全狀況。從而，有效防止嬰兒被盜。

　　3.2 特殊病人管理

　　(1)實時位置信息查詢：給病人佩戴電子標簽，可在后端定位服務器上查看到病人在醫院的實時位置信息以確定病人處于安全的環境中。

　　(2)緊急情況告警：當病人遇見緊急情況，例如：殘疾病人在洗手間摔倒、兒童找不到自己的病房、突發病患者病情突然發作等，病人可以自己按自己所佩戴的標簽告警按鈕，后端定位服務器即刻出現告警提示，管理人員可以馬上做出反應，安排援救。

　　(3)醫院特殊重地管理：醫院有很多禁止病人入內的區域，需要嚴格監控和管理。如果帶有標簽的病人闖入此區域時，就會觸發后端定位服務器的報警功能，提醒管理人員即時處理。

　　(4)安全范圍界定：為了更加維護特殊病人的安全，醫院可根據實際狀況安排特殊病人在安全的區域內，如果病人走出安全區域，病人攜帶的標簽即會向后端定位服務器發出告警信息，管理人員可以實時安排醫護人員前去處理。

　　(5)離開醫院報警：如果病人擅自醫院，即標簽在無線網絡覆蓋區域范圍內消失，后端服務器就會顯示消失告警提示。

　　(6)重癥監護室管理：標簽內置傳感模塊，可以實時采集重癥監護室的溫度、空氣濕度等參數;標簽與門禁、攝像聯動，實時監控進入重癥監護室的人員情況;設置訪問權限，避免外來人員的干擾。

　　(7)傳染病患者隔離管理：給傳染病患者佩戴標簽，如果傳染病患者擅自走出隔壁病房，標簽會觸發門禁系統，門即刻被鎖死，后端服務器發出告警提示，以防止傳染病蔓延至其他人員。

　　3.3 醫療設備管理

　　(1)急救設備實時位置查詢：醫院急救設備，例如呼吸機、輸液泵、急救手術器材、輸氧裝置等，裝配上電子標簽，需要時在服務器上輸入設備名稱，即可實時查詢到設備的存放位置，不至于因為尋找設備而耽誤病人的搶救。

　　(2)對于行動不便需要使用輪椅的人，可在輪椅上配上標簽，當輪椅上的病人需要幫助時可以按報警按鈕，后端系統實時接收到報警信息，可安排人員去幫助。同時也可以實時查詢到輪椅的實時位置，提高輪椅的有效使用率。

　　3.4 特殊藥品監管

　　(1)對外界環境要求高的藥品管理：內置傳感器的標簽可以實時采集藥品所處環境的溫度、濕度等參數信息，根據藥品對環境的要求，在后端服務器設置溫度、濕度等參數極限值，當標簽傳遞過來的數值超過極限值時，即會觸發告警信息提示。

　　(2)對藥品有效使用時間的管理：各種藥品都有優先使用的時間限制，在后端服務器對藥品的標簽進行歸類劃分，輸入藥品標簽的相關時間信息，設置時間提醒，藥品到期或者接近有效期時會觸發告警提示。

　　3.5 優化醫院工作流程

　　(1)即時尋找到醫生：醫生佩戴電子標簽，管理人員可以在后端定位服務器界面看見醫生的實時位置信息，當有急診需要找到醫生時，就可以通過定位服務器發出指令信息到標簽上，醫生收到提示信息后，就知道有急癥，即可馬上回到診室。

　　(2)保證醫護人員的安全：如果醫護人員遇到緊急狀況，例如被病人襲擊、或者因為急事不能回到診室等，醫生可以按標簽上的告警按鈕，告知后端管理中心他的實時狀況。

　　(3)通過無線方式隨時掌握病人的各種信息，如病歷、喂藥情況，特殊病人(如糖尿病人)每日營養配餐。

　　4 系統主要功能描述

　　4.1 定位監控

　　4.1.1 實時監控

　　1) 在地圖上顯示圖標對應于標簽綁定的人或物;

　　2) 對標簽進行實時監控，并在地圖中顯示標簽的當前位置;

　　3) 標簽閃爍表示有報警;

　　4) 標簽分組，用不同的圖標顯示;

　　5) 定位過程中能實時看到圖標平滑移動;

　　6) 搜索人員姓名、狀態：

　　7) 可跟蹤指定的標簽，地圖隨著標簽的移動自動切換;

　　8) 將鼠標移到圖標上可以看到圖標的信息和狀態;

　　9) 點擊圖標后可以顯示人員的詳細信息;

　　10) 可以手動切換地圖，查看指定地圖上的所有標簽的活動情況;

　　11) 地圖可以放大和縮小，調整到合適的大小;

　　12) 跟蹤單個標簽時地圖會自動切換樓層。

　　4.1.2 實時告警

　　1) 觸發告警，彈出頁面，聲音報警，并且顯示對應的視頻錄像;

　　2) 點擊處理后，頁面可以關閉，否則會一直提醒;

　　3) 實時報警列表。

　　4.1.3 軌跡回放

　　1) 可以自定義、修改軌跡;

　　2) 移動軌跡是平滑顯示的;

　　3) 可以鎖定一個標簽，按時間段播放，顯示移動(可選擇有軌跡或無軌跡)，地圖切換;

　　4) 可以全屏播放;

　　4.2 標簽管理

　　標簽管理分為醫護人員和病人管理。

　　(1)標簽發放，通過發卡機，自動獲取標簽ID;

　　(2)將標簽與人員綁定：將指定的人員信息和其佩戴的標簽進行綁定，在系統中顯示的標簽即代表佩戴該標簽的人員;

　　(3)標簽更換對應的人員;

　　(4)人員信息設置：可在系統中對人員的信息進行設置和管理;

　　(5)標簽分組、分類：標簽可以根據實際情況進行分組和分類。

　　4.3 報警管理

　　(1)按鈕報警設置：標簽有按鈕報警功能，當發生緊急情況時可按下按鈕發出報警信息;

　　(2)腕帶剪斷報警設置;

　　(3)越界報警：某些區域屬于禁區，未經允許的標簽進入將發出報警信息，或某些病人不能離開某個區域，一旦離開將發出報警信息;

　　(4)與管理信息系統不符報警： 病人在系統中已經設定好了房間號，一旦病人進錯房間，將及時發出報警信息。

　　(5)消失報警設置——標簽消失有多種因素(如電池沒電、標簽越過信號覆蓋區域等)，可以設置指定標簽的消失報警條件和報警級別，如該標簽消失了，將會觸發相應的報警;

　　(6)電池低電報警設置—— 一旦標簽電量低于某個界限將會發出報警信息;

　　(7)未按規定路線報警——指定某個標簽在某段時間的行走軌跡，一旦發現該標簽偏離指定的行走軌跡達一定的時間，發出報警信息;

　　(8)無隨同人員報警——將病人標簽和醫護人員標簽綁定，一對一或多對多進行綁定，當病人標簽的行走軌跡和醫護人員標簽的行走軌跡不一致，并達一定時間，發出報警信息。

　　4.4 系統管理

　　(1)用戶管理：可設定各種用戶權限，用戶登錄系統后根據自己的權限進行相應的操作和瀏覽符合權限的內容。

　　(2)地圖如果已經劃分區域，可設定各個標簽進出各區域的條件。

　　(3)AP定位器管理：監控AP定位器工作狀態，查詢歷史記錄。

　　4.5 統計報表

　　(1)標簽警告記錄：查看所有標簽或指定標簽的所有警告記錄;

　　(2)查看標簽報表：查看標簽的重要報警，出入區域次數及停留時間統計;

　　(3)操作歷史記錄：查看用戶的操作歷史記錄;

　　5 定位算法和網絡設計

　　5.1 定位算法介紹

　　Wi-Fi定位系統是基于標準的IEEE 802.11無線局域網(WLAN)。定位算法是基于接收到Wi-Fi信號的強度(RSSI)。在覆蓋無線局域網的地方，定位標簽周期性地發出信號，無線局域網訪問點(AP)接收到信號后，將信號傳送給定位服務器。定位服務器根據信號的強弱判斷出標簽距離AP的位置，通過標簽到至少3個AP的距離可以算出標簽的位置，并通過電子地圖顯示具體位置。這是傳統的三角定位原理。

　　Wi-Fi 無線信號經過反射后才到達接收器，而不是一條徑直的路徑，這樣就給定位計算帶來了很大的誤差，這種現象叫多路徑。因為室內空間的障礙物會造成多路徑干擾,導致訊號變化較大,所以傳統的三角定位法不適用於室內環境。我們采用基于RF指紋識別(FINGERPRINTING)的定位方法。在定位區域內設置多個采樣點，將定位終端放在給個采樣點。我們的場景規劃工具可以把定位終端發射的信號特征記錄下來，根據這些特征和不同位置的信號建立信號紋來指示定位終端的位置。利用信號紋和相對應的位置信息建立起數據庫后，定位系統根據實時收集到的信號特征，就能計算位置了。人體對標簽是有干擾的，我們的定位系統采用歷史移動軌跡、增加AP定位器、修正信號突變等方法盡量在算法上降低干擾帶來的定位誤差。

　　5.2 定位精度

　　定位精度與定位目標、環境和定位器鋪設密度有關，定物可以達到3米甚至更好，定位人時由于人體干擾，精度在5-10米的半徑范圍。定位精度是和定位器分布密度、環境、定位對象的干擾有關的，所以無線定位的精度不是一個絕對的數字。一般說， 精度能達到3米-5米，有時會10米甚至更差。我們也有應用能做到1.5米。定位器部署密度越高，定位精度越高。任何無線定位的技術，都會有定位誤差及不確定因素存在。我們建議實際應用中，考慮到無線定位的特性，通過軟件解決精度的不確定因素。定位中會出現跳動，這是由于定位位置處于幾個定位點中間。

　　醫院環境復雜，在某些地方需要判斷門里門外的情況或者1米左右的高精度位置，我們可以采用雙頻標簽125KHz觸發激活的方式。

　　定位頻率可以設置為1秒或以上。網頁刷新時間為1秒。網絡傳輸也會耗費一定的時間，定位算法上為了避免人體對定位精度的干擾，在算法上做了特別調整，所以可能出現3-6秒的延時。 AP定位器 數量雖然會多，但是AP定位器的成本低，可以集中管理，可以通過POE方式供電。AP定位器無線發射功能可以禁止，所以大量AP定位器并沒有產生任何無線信號，這和普通AP是不同的，不會造成無線干擾。

　　5.3 AP部署原理

　　在確定具體節點數量和位置之前，首先要從定位的需求考慮，確定需要定位區域和具體房間信息，需要考慮每個位置點的終端數量峰值，以及每個AP的吞吐能力。根據AP的功率，判斷AP的有效信號所能覆蓋范圍，保證覆蓋范圍內的任何一個定位點所收到的AP信號中，至少有3個AP的RSSI值要大于-70，并且至少有一個AP的RSSI值要大于-50，根據實際的地理環境合理的安裝AP，具體布局因地而異，建議每3個AP的布局。一般每個AP的同時客戶端掃描能力在100-200之間 ，吞吐頻率在0.5毫秒。綜合以上參數合理的確定AP的位置點和安裝數量。

　　6 實際案例-移動門診輸液管理系統

　　在杭州某醫院，根據數字化醫院建設的需求，遵循醫院現有的輸液流程規范，利用先進、安全、便捷的“移動計算技術”和“移動識別技術”幫助護士杜絕輸液流程中容易出錯的環節，解決可能存在的安全隱患。

　　1.門診輸液管理系統需求

　　(1)通過與HIS系統接口的數據共享，輸液系統調用處方信息，產生并打印條碼輸液標簽;

　　(2)建立排隊叫號系統，并增強病人等候次序;

　　(3)利用PDA手持移動設備進行數據的采集和核對，建立輸液、接瓶全過程條碼核對方式，增強病人和藥物匹配的準確性;杜絕出錯隱患;

　　(4)建立輸液座位管理系統，及時了解座位實時使用情況，方便調度;

　　(5)建立病人無線呼叫求助系統，方便護士及時獲得病人求助信息以及病人位置;

　　(6)實現護士業務處理的移動化、實時化和條碼核對化。

　　2. 系統實施后新輸液業務流程：

　　(1)病人藥物及輸液單信息在輸液接待處收取后，護士劃卡或輸入輸液號碼，電腦打印該病人的藥物條碼標簽和對應的輸液病人身份核對標簽---兩聯標簽，一聯為藥物外貼標簽(含輸液排隊叫號標簽)、一聯為對應的輸液病人身份核對標簽(含輸液排隊叫號標簽)。

　　(2) 護士將輸液病人身份核對標簽(含輸液排隊叫號標簽)交于病人，病人根據呼叫屏顯示的輸液排隊信息等侯輸液。使病人能按呼叫次序估計等候輸液時間，減少環境嘈雜，避免了護士大聲叫喊輸液者;

　　(3)護士掃描病人的藥物條碼標簽，系統即自動呼叫病人排隊號碼，病人到位后，護士掃描輸液病人身份標簽核對無誤后操作輸液。電腦自動分配病人合適的座位號(或病人通過觸摸屏自主選擇)。打印的座位號碼標簽交于病人作為分配憑證，避免病人爭搶座位造成的環境混亂。同時，護士發給病人一張帶有呼叫按鈕的無線呼叫單元(WiFi標簽)。在系統中病人身份已經和該標簽綁定;

　　(4)病人輸液中有不適反應、或接瓶、輸液完畢時需要呼喊護士進行幫助時，病人通過手中的無線呼叫單元(呼叫鈕)進行呼叫;呼叫信息及位置信息可發送至輸液室LED顯示屏，也可選擇呼叫至巡查護士手中移動計算終端;護士查看PDA上病人輸液信息，作接瓶準備(如：取第二份輸液等);

　　(5)護士在病人接受接瓶前，使用移動計算終端進行病人身份條碼標簽及藥物的條碼進行掃描，可以實現快速而準確的識別，保證正確的病人接受正確的輸液，杜絕差錯發生;

　　(6)病人輸液輸液完畢后護士需掃描病人身份條碼標簽，確認輸液已經完成。此時，系統自動將座位重新激活;

　　(7)護士下班或當班護士交接班時，生成每個護士或整班護士的工作情況統計表。統計表中包含護士名字、工作內容、時間標記等。

　　3. 系統配置清單

　　門診輸液移動管理系統包括基礎設備及軟件，主要設備和系統配置清單如下：

　　序號 設備名稱 數量 備注

　　1 無線智能天線 4

　　2 無線交換機 1 8端口無線交換機

　　3 企業數字終端 6 包括充電底座

　　4 無線呼叫單元 230 　WiFi定位標簽

　　5 無線AP定位器 12

　　6 普通交換機 1

　　7 定位服務器 1

　　8 輸液系統軟件 1

　　9 掃描槍 1

　　10 斑馬條碼打印機 1

　　11 標簽80*50 10

　　12 液晶顯示器 1

　　13 HIS接口 1