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摘 要： 结合患者在医院就医时的现实需求，研究基于Wi-Fi的高精度室内定位技术和移动终端技术，开发了一套Android智能手机上的室内导航信息系统，为患者以及相关人士提供医院室内空间中的导医信息服务。
关键词： 室内定位； 就医引导； 医院信息化； 室内导航
中图分类号：TP311 文献标志码：A 文章编号：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
目前絕大部分医院采用人工的、固定的导医模式（导医台和指引标牌）。由于现代医疗的专业化程度越来越高，各科室分工不断细化，对于一般患者（特别是初次就医的患者），在就医过程中，往往产生不知道下一步应该去哪里的困惑。因此，如何在患者看病就医过程中提供更加直观有效的引导，提升患者的医疗体验，是医疗信息化过程中需要解决的重要问题之一。本文提出的基于室内定位的医院就医引导信息系统，较为有效地解决患者就医过程中的上述实际问题。
1 基于室内定位的医院导医信息系统技术方案
为了让面向智能手机的医院导医平台具有通用性，提高二次开发的效率，在开发过程中采用了分层的平台架构（如图1），自下而上将系统分为硬件层、软件层、应用层三个层次。
⑴ 硬件层
硬件层主要指手持定位设备和数据服务器。其中手持定位设备支持Android平台智能手机，具有加速度传感器、角速度传感器[1]、电子罗盘和WiFi模块，安装Android 操作系统。数据服务器基于Intel平台，安装Windows操作系统、数据库存储系统以及Java Web服务器。服务器端主要存储核心的室内地图信号数据，以及高级用户的身份信息。
⑵ 软件层
软件层主要是定义和实现室内定位及导航的一系列功能，支持上层的导医应用，包括系统部署、数据通信、定位等模块。其中系统部署包括平面图绘制和定位信号采集两个子模块，其分别用于生成医院各楼层平面图和信号指纹数据库。数据通信包括手机端通信、服务器端通信及身份验证二个子模块，用来在系统运行时在手机和服务器之间进行身份验证和数据交换（下载平面图、信号指纹数据和信息数据[2]）。定位部分包括定位算法及定位接口及服务二个子模块，定位算法根据当前的WiFi信号和指纹数据库计算当前所处的位置，定位接口及服务用于在平面图上显示当前位置或触发事件。
⑶ 应用层
应用层实现医院室内空间定位、就医路线引导和推荐、医院静态信息展示等功能。信息展示包括医院综合信息展示及医院室内平面图展示。此外，针对不同医院在就医流程上的差异性，除了提供一般的默认就医流程之外，还支持医院对就医流程进行定义。
2 基于室内定位的导医系统关键技术
本系统的关键技术在于室内定位的精准性，主要从以下二个方面进行研究。
2.1 有效WiFi信号的选择
有效WIfi信号的选择需要考虑以下三种情况：信号来自安装在同一位置的AP，信号来自不同位置的AP；部分信号来自同一位置的AP。
因智能手机的计算能力有限，考虑到Wifi信号选取的及时性和精准性，需要在全局范围确定可以选用的AP集合，我们采用的算法流程如图2所示，主要步骤包括根据建筑物楼层的平面图生成加权无向图G（V，E）、利用顶点覆盖算法和边覆盖算法[3]进行迭代对图G进行染色，从而获得AP的部署方案。如果选择的顶点覆盖算法和边覆盖算法在多项式时间内可解，则本算法也在多项式时间内可解，即可确定具体的AP位置。
2.2 无线信号演化和自学习
无线信息演化和自学习主要针对单个AP的删除、增加和大范围移动产生的信号明显变化进行自动识别和学习，修改无线指纹地图以保持高的定位精度。其主要思路如下。
对AP删除或者移动的情况：定位设备获得的信号强度矢量和最近校准点矢量[4]在某一维度发生重大的偏差，则上报服务器。如果服务器统计得到对同一AP出现重大偏差的概率大于设定的阈值时，则选用备用信号替换该信号或者从该定位点的信号矢量中去除该信号。
对AP增加的情况：定位设备获取信号强度矢量进行匹配，若获取的信号个数大于该校准点的信号强度矢量的维度，则选择信号强度适中的1-3个冗余信号上报服务器。服务器统计得到某一信号在特定的校准点上报概率大于设定的阈值时，则将该信号作为备用信号。 3 系统实现的功能
本系统实现的功能如下。
⑴ 支持高级用户通过Web界面对后端服务器的数据库进行操作。包括医院整体情况信息、科室信息、医生信息的修改和增减；房间信息的修改。
⑵ 支持不同类型用户的验证和服务区分。分为普通用户及内部用户。对普通用户不提供医院内部不对外开放的空间位置信息，而仅仅对医护人员和管理者展示。
⑶ 医院室内平面图的动态展示：在客户端上分楼层动态展示医院的室内平面图。包含了医院内部主要的功能单元和公共设施，地图配色符合国家标准，并用图标加以区分。
⑷ 醫院综合信息的展示：综合信息包括医院概况、科室信息、医生信息等医疗服务相关的信息。这些展示的信息，和导航功能、就医引导功能紧密结合，让用户在导航过程中，能随时了解医院的各方面信息。
⑸ 室内空间精确定位：对用户当前所在的位置进行定位，平均误差小于5米，并在室内平面图上实时标记用户当前所处的位置。当用户的位置发生改变或者处于移动状态时，平面图上的位置信息即刻更新，更新延迟小于3秒。
⑹ 基于室内导航的就医引导：在室内定位的基础之上，结合医院特定的看病流程，为用户提供基于室内导航的就医引导服务，在平面图上动态展现每一个环节所需要的路径引导，以及关键信息提示。系统自动计算用户的当前位置与就医目的地之间的最优路线，用户只需要依靠手中的智能移动终端，就能够轻松完成看病就医过程。
如图3所示根据用户输入的求医信息，系统采用最短路径算法，给出优化后的推荐路线。
4 结束语
本文利用医院内的Wi-Fi网络信号，研究基于Wi-Fi的高精度室内定位技术和移动终端技术，开发了一套Android智能手机上的室内导航信息系统，实现患者就医引导、求医信息展示等功能，让患者方便快捷地完成整个就医过程，提升患者的医疗体验。
本研究还存在一定的改进和提升空间，特别是在软件使用的流畅性方面，需要通过后续的深入研究加以完善。
图3 医院室内导航推荐线路
参考文献（References）：
[1] Malik Salman， Alonso Silva， and Jean-Marc Kelif. Optimal
base station placement： a stochastic method using interference gradient in downlink case[A].Samson Lasaulce. Proceedings of the 5th International ICST Conference on Performance Evaluation Methodologies and Tools[C]. Belgium，ICST，2011：66-73
[2] 王欣，张亚君，陈龙.一种基于环境磁场的室内移动人员定位
方法[J].杭州电子科技大学学报，2013.3：1-4
[3] 杨清.基于指纹的无线室内精确定位方法研究[D].浙江大学
硕士学位论文，2011.
[4] 梁尧，徐玉滨，邓志安等.用于WLAN指纹匹配定位的室内接
收信号强度特性研究[J].计算机科学，2009.36（4）：39-41
关键词： 室内定位； 就医引导； 医院信息化； 室内导航
中图分类号：TP311 文献标志码：A 文章编号：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
目前絕大部分医院采用人工的、固定的导医模式（导医台和指引标牌）。由于现代医疗的专业化程度越来越高，各科室分工不断细化，对于一般患者（特别是初次就医的患者），在就医过程中，往往产生不知道下一步应该去哪里的困惑。因此，如何在患者看病就医过程中提供更加直观有效的引导，提升患者的医疗体验，是医疗信息化过程中需要解决的重要问题之一。本文提出的基于室内定位的医院就医引导信息系统，较为有效地解决患者就医过程中的上述实际问题。
1 基于室内定位的医院导医信息系统技术方案
为了让面向智能手机的医院导医平台具有通用性，提高二次开发的效率，在开发过程中采用了分层的平台架构（如图1），自下而上将系统分为硬件层、软件层、应用层三个层次。
⑴ 硬件层
硬件层主要指手持定位设备和数据服务器。其中手持定位设备支持Android平台智能手机，具有加速度传感器、角速度传感器[1]、电子罗盘和WiFi模块，安装Android 操作系统。数据服务器基于Intel平台，安装Windows操作系统、数据库存储系统以及Java Web服务器。服务器端主要存储核心的室内地图信号数据，以及高级用户的身份信息。
⑵ 软件层
软件层主要是定义和实现室内定位及导航的一系列功能，支持上层的导医应用，包括系统部署、数据通信、定位等模块。其中系统部署包括平面图绘制和定位信号采集两个子模块，其分别用于生成医院各楼层平面图和信号指纹数据库。数据通信包括手机端通信、服务器端通信及身份验证二个子模块，用来在系统运行时在手机和服务器之间进行身份验证和数据交换（下载平面图、信号指纹数据和信息数据[2]）。定位部分包括定位算法及定位接口及服务二个子模块，定位算法根据当前的WiFi信号和指纹数据库计算当前所处的位置，定位接口及服务用于在平面图上显示当前位置或触发事件。
⑶ 应用层
应用层实现医院室内空间定位、就医路线引导和推荐、医院静态信息展示等功能。信息展示包括医院综合信息展示及医院室内平面图展示。此外，针对不同医院在就医流程上的差异性，除了提供一般的默认就医流程之外，还支持医院对就医流程进行定义。
2 基于室内定位的导医系统关键技术
本系统的关键技术在于室内定位的精准性，主要从以下二个方面进行研究。
2.1 有效WiFi信号的选择
有效WIfi信号的选择需要考虑以下三种情况：信号来自安装在同一位置的AP，信号来自不同位置的AP；部分信号来自同一位置的AP。
因智能手机的计算能力有限，考虑到Wifi信号选取的及时性和精准性，需要在全局范围确定可以选用的AP集合，我们采用的算法流程如图2所示，主要步骤包括根据建筑物楼层的平面图生成加权无向图G（V，E）、利用顶点覆盖算法和边覆盖算法[3]进行迭代对图G进行染色，从而获得AP的部署方案。如果选择的顶点覆盖算法和边覆盖算法在多项式时间内可解，则本算法也在多项式时间内可解，即可确定具体的AP位置。
2.2 无线信号演化和自学习
无线信息演化和自学习主要针对单个AP的删除、增加和大范围移动产生的信号明显变化进行自动识别和学习，修改无线指纹地图以保持高的定位精度。其主要思路如下。
对AP删除或者移动的情况：定位设备获得的信号强度矢量和最近校准点矢量[4]在某一维度发生重大的偏差，则上报服务器。如果服务器统计得到对同一AP出现重大偏差的概率大于设定的阈值时，则选用备用信号替换该信号或者从该定位点的信号矢量中去除该信号。
对AP增加的情况：定位设备获取信号强度矢量进行匹配，若获取的信号个数大于该校准点的信号强度矢量的维度，则选择信号强度适中的1-3个冗余信号上报服务器。服务器统计得到某一信号在特定的校准点上报概率大于设定的阈值时，则将该信号作为备用信号。 3 系统实现的功能
本系统实现的功能如下。
⑴ 支持高级用户通过Web界面对后端服务器的数据库进行操作。包括医院整体情况信息、科室信息、医生信息的修改和增减；房间信息的修改。
⑵ 支持不同类型用户的验证和服务区分。分为普通用户及内部用户。对普通用户不提供医院内部不对外开放的空间位置信息，而仅仅对医护人员和管理者展示。
⑶ 医院室内平面图的动态展示：在客户端上分楼层动态展示医院的室内平面图。包含了医院内部主要的功能单元和公共设施，地图配色符合国家标准，并用图标加以区分。
⑷ 醫院综合信息的展示：综合信息包括医院概况、科室信息、医生信息等医疗服务相关的信息。这些展示的信息，和导航功能、就医引导功能紧密结合，让用户在导航过程中，能随时了解医院的各方面信息。
⑸ 室内空间精确定位：对用户当前所在的位置进行定位，平均误差小于5米，并在室内平面图上实时标记用户当前所处的位置。当用户的位置发生改变或者处于移动状态时，平面图上的位置信息即刻更新，更新延迟小于3秒。
⑹ 基于室内导航的就医引导：在室内定位的基础之上，结合医院特定的看病流程，为用户提供基于室内导航的就医引导服务，在平面图上动态展现每一个环节所需要的路径引导，以及关键信息提示。系统自动计算用户的当前位置与就医目的地之间的最优路线，用户只需要依靠手中的智能移动终端，就能够轻松完成看病就医过程。
如图3所示根据用户输入的求医信息，系统采用最短路径算法，给出优化后的推荐路线。
4 结束语
本文利用医院内的Wi-Fi网络信号，研究基于Wi-Fi的高精度室内定位技术和移动终端技术，开发了一套Android智能手机上的室内导航信息系统，实现患者就医引导、求医信息展示等功能，让患者方便快捷地完成整个就医过程，提升患者的医疗体验。
本研究还存在一定的改进和提升空间，特别是在软件使用的流畅性方面，需要通过后续的深入研究加以完善。
图3 医院室内导航推荐线路
参考文献（References）：
[1] Malik Salman， Alonso Silva， and Jean-Marc Kelif. Optimal
base station placement： a stochastic method using interference gradient in downlink case[A].Samson Lasaulce. Proceedings of the 5th International ICST Conference on Performance Evaluation Methodologies and Tools[C]. Belgium，ICST，2011：66-73
[2] 王欣，张亚君，陈龙.一种基于环境磁场的室内移动人员定位
方法[J].杭州电子科技大学学报，2013.3：1-4
[3] 杨清.基于指纹的无线室内精确定位方法研究[D].浙江大学
硕士学位论文，2011.
[4] 梁尧，徐玉滨，邓志安等.用于WLAN指纹匹配定位的室内接
收信号强度特性研究[J].计算机科学，2009.36（4）：39-41