新導物聯(lián)基于物聯(lián)網技術的病患可視化定位追蹤解決方案

項目背景

隨著現(xiàn)代社會生活節(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2億4326萬4千人，總患病率高達17.5%；嚴重精神障礙患者超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，央視新聞調查2019年統(tǒng)計顯示：精神病人暴力事件每年造成的嚴重肇事案件超過萬起，使精神病人成為一顆“非定時炸彈”。目前我國絕大部分醫(yī)院都實現(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，需要耗費大量的人力物力，稍有疏忽便會造成不可估量的后果，對實現(xiàn)意義上的信息化管理還有一定的距離。

  項目意義

為了促進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，維護正常社區(qū)秩序，醫(yī)院自動監(jiān)控識別體系的建立已是迫在眉睫。新導物聯(lián)智能位置與健康管理系統(tǒng)對精神病人活動區(qū)域進行自動跟蹤管理、以及生理健康數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測，一旦超出預置活動范圍或生理數(shù)據(jù)突變，系統(tǒng)自動報警，醫(yī)護人員可快速做出反應，有效預防發(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。

  方案設計

1、系統(tǒng)概述

基于藍牙高低精度（AOA+RSSI）融合的定位技術的醫(yī)院人員及醫(yī)院資產定位管理系統(tǒng)是由我司為解決醫(yī)療機構在人員看護方面存在的困難和痛點而自主研制的。該新導物聯(lián)系統(tǒng)基于“智能硬件+管理平臺+手機移動端”為醫(yī)療機構提供室內電子地圖展示、緊急救助、身體狀況遠程實時監(jiān)測、人員位置實時追蹤、虛擬安全電子圍欄設置、軌跡追溯回放、視頻聯(lián)動、長時間靜止告警、電子點名、人員查找、地下停車場尋車、大數(shù)據(jù)報表分析等功能，使病患、病患家屬或醫(yī)護人員群體通過信息化、數(shù)字化手段得到全天看護和幫助。
新導藍牙AOA室內高精度定位技術結合基站的陣列天線并采用信號到達角定位算法，單基站即可實現(xiàn)二維定位，定位精度可達0.2-0.5米。藍牙RSSI室內存在性檢測定位，通過接收到的信號強弱測定信號點與接收點的距離，進而根據(jù)相應數(shù)據(jù)進行定位。兩種定位方法基于藍牙5.1版本的尋向功能，且向下兼容所有藍牙4.2標簽。通過在醫(yī)院大樓內布設AoA高精度基站、RSSI存在性檢測定位基站，不間斷地采集人員、資產上的定位信標回傳的各個感知坐標數(shù)據(jù)，實時定位并零延時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、消費等系統(tǒng)，提高醫(yī)院中人員的無縫追蹤、智能調配與高效協(xié)同，實現(xiàn)病患全方位服務及工作人員管理。

2、設計原則

·      實現(xiàn)人員的有效識別，使系統(tǒng)管理體現(xiàn)“人性化、信息化和高度自動化”

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

·      實時報警，通過該系統(tǒng)立刻可以知道各種實時報警信息，保證醫(yī)院安全工作的高效運作

·      系統(tǒng)設計的安全性、可擴容性、易維護性和易操作性

·      定位標簽對人體輻射滿足政府要求

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

3、系統(tǒng)架構

l  整個系統(tǒng)分為四層：設備層、網絡層、平臺層和應用層

l  設備層：主要包括高精度定位基站和定位標簽，為定位的核心設備

l  網絡層：主要完成向下將應用層相關指令傳輸給基站，向上將定位原始數(shù)據(jù)傳輸給平臺層

l  平臺層：主要完成位置坐標的解算和業(yè)務應用的使能

l  應用層：主要實現(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成：

（1）人員定位標簽：包括病人佩戴的電子腕表、工作人員佩戴的定位工卡。定位標簽對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：接收人員定位標簽廣播出來的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過網絡轉發(fā)給定位引擎。同時定位基站還可進行數(shù)據(jù)、語音、視頻、定位等多種業(yè)務的融合，多種應用使用同一平臺傳輸，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，計算標簽所處位置。并將位置信息，傳送給定位管理系統(tǒng)。

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

（5）物聯(lián)監(jiān)護設備集成：系統(tǒng)支持對智能床墊、體征監(jiān)測雷達、跌倒檢測雷達、尿濕感應墊、軌跡雷達、NB拉伸報警、IP攝像機、紅外測溫攝像機、LoRaWan傳感設備等智能設備的整合與應用，可實現(xiàn)一個平臺，實現(xiàn)以上所有終端的設備管理、數(shù)據(jù)采集與管理。實現(xiàn)對4/5G、NB、BLE、AoA、UWB、LoRa、GPS/BDS/RTK 等不同技術協(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)、消防秕進行整合，從而實現(xiàn)更加豐富的功能。

4、系統(tǒng)功能

  設備部署

基站可以部署在任何需要進行定位覆蓋的區(qū)域，空曠區(qū)域內基站與標簽的極限通訊距離是400米左右，室內環(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)域或對位置精度的要求，可實行0維、1維、2維混合定位。如廁所、小房間內可用0維定位，檢測在房間的存在；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可以用2維定位，定位到大空間的具體在哪一個點。

深圳某精神病醫(yī)院單層，共20個房間+1條走廊+8個廁所，按0維、1維、2維定位方式，總共布設58個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&定位我w位置，分布區(qū)域，對患者實時點名，正確識別以及查詢一段時間內患者的活動情況和行動軌跡，方便對患者的管理。同時具備異常預警功能，一旦患者有異常舉動，如離開安全區(qū)域，擅闖禁區(qū)，某一區(qū)域滯留時間過長或者聚集異常，都會進行預警，安保人員可直接調取對應位置視頻進行狀況確認。

1.    患者專屬身份識別

患者以智能手環(huán)、醫(yī)護人員卡作為在整個系統(tǒng)中的專屬身份識別，與智能云監(jiān)護統(tǒng)一管理，系統(tǒng)間無縫對接。

2.    患者外出報警

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

3.    軌跡回放

可查詢指定人、指定時間段的移動軌跡，這個時間段此人都去過哪些區(qū)域，可以進行活動軌跡播放。

4.    電子圍欄管理

可在醫(yī)院病房內、窗口等高風險區(qū)域設置電子圍欄，對電子圍欄設置報警類型，當圍欄內患者有異常行為時候，及時發(fā)出報警提醒醫(yī)護人員。

軟件系統(tǒng)平臺功能清單：

  方案優(yōu)勢

技術比較

l  從定位效果來看：RFID定位可以實現(xiàn)存在性檢測，但無法實現(xiàn)軌跡實時跟蹤和回放；藍牙AOA定位和UWB定位的定位精度都可以達到1m以內，都可以滿足室內的實時定位跟蹤和軌跡回放；

l  從運維角度分析：藍牙AOA的定位標簽比UWB定位標簽功耗小，藍牙AOA定位標簽充一次電可以使用3-6個月，UWB定位標簽充一次電能用1個月左右，所以藍牙AOA需要充電維護的頻次會少一些。
從設備成本角度分析：從基站來看，UWB實現(xiàn)二維定位至少需要三個基站，而AOA在特定區(qū)域一個足以。從設備價格方面來看，UWB基站和UWB標簽會比藍牙AOA的略貴，且手機內置藍牙可作為標簽。整體成本上來看，UWB定位方案會比藍牙AOA的多。

l  從系統(tǒng)擴展性來分析：使用藍牙信號對標簽進行定位，任何支持BLE4.0以上且支持協(xié)議改寫的藍牙信號設備（手機，手環(huán)等）都可以作為標簽，藍牙基站都可以通過算法對其進行定位，后期的可擴展性更佳。

方案優(yōu)勢：

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