曾 凡，姬曉波，劉 鋒

基于WLAN的無線定位技術(shù)及其在醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)的應(yīng)用

曾 凡，姬曉波，劉 鋒

圍繞到達(dá)時(shí)間定位和基于接收信號強(qiáng)度定位2種無線定位技術(shù)方法，深入分析了無線定位技術(shù)的原理及特點(diǎn)，分析了基于無線局域網(wǎng)絡(luò)（wireless local area networks，WLAN）的無線定位技術(shù)在醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)的應(yīng)用實(shí)例，提出了基于WLAN的無線定位技術(shù)必將在醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)得到更加廣泛的應(yīng)用。

WLAN；無線定位；醫(yī)院信息化

0 引言

無線局域網(wǎng)絡(luò)（wireless local area networks，WLAN）以其低成本、高性能、易部署、兼容性好的特點(diǎn)在各行各業(yè)迅速普及。目前，WLAN除了承載辦公自動(dòng)化（office automation，OA）或者Internet接入業(yè)務(wù)外[1]，還可以提供無線語言、無線監(jiān)控、無線定位等多種增值應(yīng)用?；赪LAN網(wǎng)絡(luò)的無線定位技術(shù)以其實(shí)施定位快、定位精度高等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注，目前在醫(yī)療衛(wèi)生、物流等行業(yè)開始普及。

1 無線定位技術(shù)

定位技術(shù)是指獲得在參考坐標(biāo)系下物體的空間位置信息[2]。Wi-Fi定位的原理是采用三點(diǎn)定位的方式，即通過移動(dòng)設(shè)備和單個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)的無線信號交流來鑒別移動(dòng)設(shè)備所處的位置[3]。由于移動(dòng)設(shè)備距離單個(gè)無線接入點(diǎn)的距離不同，因此，反映在無線接入點(diǎn)上的該移動(dòng)設(shè)備的無線信號場強(qiáng)會有差異。通過差分算法，可以比較精確地確定被定位設(shè)備或物品的位置。目前，無線定位的算法主要有2種，一種是到達(dá)時(shí)間（time ofarrival，ToA）定位技術(shù)[4]，另一種是基于接收信號強(qiáng)度指示（received signalstrength indicator，RSSI）的定位技術(shù)[5]。這2種算法在很多設(shè)備和定位方案中均得到普遍應(yīng)用[6]。

1.1 ToA定位技術(shù)

ToA定位技術(shù)就是通常所說的三角定位，其原理就是客戶端和無線接入器（accesspoint，AP）之間傳送專門的無線定位數(shù)據(jù)包。定位設(shè)備在報(bào)文發(fā)出時(shí)打上時(shí)間戳，AP在收到報(bào)文時(shí)同樣打上時(shí)間戳，并把這些時(shí)間戳發(fā)送給定位服務(wù)器，根據(jù)時(shí)間戳就可計(jì)算出報(bào)文從被定位點(diǎn)到AP傳輸所需的時(shí)間。根據(jù)光的傳播速度（300m/ms），就可計(jì)算出被定位點(diǎn)到AP1、AP2、AP3的相對距離D1、D2、D3，然后以AP1、AP2、AP3為中心，半徑分別為D1、D2、D3畫圓，3點(diǎn)交匯處即是被定位設(shè)備的位置（如圖1所示）。三角定位的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算過程簡單，無需復(fù)雜的學(xué)習(xí)過程，但其缺點(diǎn)也非常明顯。在存在較強(qiáng)發(fā)射的室內(nèi)環(huán)境中，無線多徑效應(yīng)對定位精度的影響非常大，因此，ToA定位技術(shù)一般只用在室外開闊區(qū)域，能夠達(dá)到的精度在10m左右。

1.2 RSSI定位技術(shù)

RSSI定位技術(shù)是一種指紋特征定位技術(shù)，在多個(gè)位置上（P1、P2、P3…），被定位對象收集來自周圍AP的信號RSSI。由于被定位對象和這些采集位置的距離不同，所以，這些采集位置上將受到不同強(qiáng)度的RSSI（RSSI1、RSSI2、RSSI3…），特定的RSSI數(shù)據(jù)（也稱為RSSI指紋）將反映出特定物理位置的特征（如圖2所示）。據(jù)此，可以通過一系列算法來計(jì)算出被定位對象的位置[7]。RSSI定位的核心算法就是如何根據(jù)接收到的信號強(qiáng)度來還原出被定位對象的位置。目前，RSSI定位的精度可以達(dá)到2m?，F(xiàn)在主流的無線定位方案都采用RSSI定位技術(shù)，而RSSI定位需要事先采樣才能使用[8]。根據(jù)RSSI信息采集方式的不同，RSSI定位可以分為客戶端采集方式和AP采集方式?？蛻舳瞬杉绞骄褪强蛻舳瞬杉車煌珹P的RSSI信號強(qiáng)度用于定位，AP采集方式就是不同的AP采集客戶端RSSI信息用于定位。客戶端采集方式的好處是定位方案對WLAN沒有要求，可以和任何WLAN配合完成定位功能。

圖1 TOA定位技術(shù)

圖2 RSSI定位技術(shù)

2 無線定位技術(shù)的應(yīng)用

基于WLAN的無線定位技術(shù)依托于已經(jīng)部署的WLAN，不需要添加和安裝大量的設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)高精度定位，因此，在很多行業(yè)已經(jīng)開始普及應(yīng)用。醫(yī)療行業(yè)是無線定位技術(shù)應(yīng)用最普及的行業(yè)，其主要應(yīng)用有以下幾個(gè)方面。

2.1 患者識別

通過無線定位技術(shù)與其他手段的結(jié)合，做到正確識別患者，可以在很大程度上減少醫(yī)療事故。利用無線條碼標(biāo)志帶將患者的重要資料標(biāo)注其中，在患者入院時(shí)予以佩戴腕帶，入院后護(hù)理人員可以通過電子界面來查找并判定其將要服務(wù)的患者的位置，在病床旁及患者身邊，護(hù)士使用無線識別設(shè)備掃描患者的條碼標(biāo)志帶，關(guān)于患者的標(biāo)志、用藥、劑量及方法等詳細(xì)信息就會通過WLAN在護(hù)士工作站得到確認(rèn)，如果存在任何差異，報(bào)警系統(tǒng)會顯示警告。這樣，通過位置與患者信息的雙重確認(rèn)，便可以避免可能發(fā)生的大部分差錯(cuò)。

2.2 母嬰管理

新生嬰兒被抱錯(cuò)或被偷走是醫(yī)院很頭疼的事情，而采用母嬰定位管理系統(tǒng)可以較好地解決這個(gè)問題。在新生嬰兒腳腕上戴上腕帶式Wi-Fi定位電子標(biāo)簽（Wi-FiTag），出院之前無特殊情況不允許打開標(biāo)簽，母親也佩戴電子標(biāo)簽，醫(yī)院管理人員在母親入院和嬰兒出生時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)Wi-FiTag的介質(zhì)訪問控制（media access control，MAC）地址與母親、嬰兒信息進(jìn)行配對記錄，成功比對嬰兒和母親的信息。當(dāng)嬰兒腕帶拆卸或位置移動(dòng)時(shí)，通過拆卸報(bào)警和嬰兒位置移動(dòng)報(bào)警，可以確保嬰兒的安全和母嬰配對正確，從而避免嬰兒抱錯(cuò)或被偷走等差錯(cuò)發(fā)生。

2.3 特殊患者管理

在醫(yī)院中，對于一些精神病患者、殘疾患者、突發(fā)病患者、兒童患者等特殊患者群體較難管理，而基于RSSI測距的特殊患者群體監(jiān)護(hù)系統(tǒng)定位方案能夠較好地完成定位功能，幫助醫(yī)護(hù)人員及時(shí)準(zhǔn)確地到達(dá)出事地點(diǎn)，加快救援速度[9]。無線定位系統(tǒng)可以提供實(shí)時(shí)位置信息查詢、緊急情況告警、醫(yī)院特殊重地管理、安全范圍界定等功能，確保特殊患者在醫(yī)院得到合理的照顧。

2.4 醫(yī)療設(shè)備管理

無線定位技術(shù)可以幫助醫(yī)護(hù)人員查找醫(yī)療設(shè)備和加強(qiáng)設(shè)備的管理。在可移動(dòng)的醫(yī)療設(shè)備（如輪椅、呼吸機(jī)、心電監(jiān)護(hù)儀等）上安裝Wi-Fi Tag后，資產(chǎn)定位管理系統(tǒng)就可以對這些醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行定位，并通過電子界面準(zhǔn)確了解它們的位置。當(dāng)緊急情況醫(yī)護(hù)人員需要使用這些設(shè)備時(shí)，管理人員就能迅速把設(shè)備的具體位置告知醫(yī)護(hù)人員，以方便醫(yī)護(hù)人員在最短的時(shí)間內(nèi)找到醫(yī)療設(shè)備，不至于因?yàn)閷ふ以O(shè)備而耽誤患者的搶救。同時(shí)，資產(chǎn)定位管理系統(tǒng)也可以對貴重醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行定位，規(guī)定這些設(shè)備必須在某些區(qū)域，當(dāng)被監(jiān)控的設(shè)備移出這些特定區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)就會產(chǎn)生告警，從而最大限度地對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，避免設(shè)備遺失以及無法及時(shí)定位而造成的損失。

2.5 特殊藥品監(jiān)管

一些藥品對溫度、濕度等要求較高，利用實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)輕松管理。電子標(biāo)簽內(nèi)置或者外接傳感器，可以實(shí)時(shí)采集藥品所在環(huán)境的溫度、濕度、時(shí)間等參數(shù)上傳至定位服務(wù)器；可以在定位服務(wù)器端設(shè)置參數(shù)值，當(dāng)藥品所處的環(huán)境溫度、濕度等超標(biāo)時(shí)，標(biāo)簽就會觸發(fā)告警提示，管理人員便可以根據(jù)告警提示信息及時(shí)對藥品進(jìn)行有效管理，避免不必要的浪費(fèi)。

2.6 內(nèi)容推送

通過無線網(wǎng)絡(luò)向用戶進(jìn)行內(nèi)容推送可以為用戶帶來很多便利，與定位技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行的內(nèi)容推送服務(wù)，則使得這項(xiàng)應(yīng)用更具靈活性，更加人性化。如在病區(qū)，定位服務(wù)器可以根據(jù)醫(yī)生所處的不同位置進(jìn)行不同病區(qū)患者的檔案推送，使醫(yī)生更加快速和便捷地了解患者的相關(guān)信息。

2.7 醫(yī)護(hù)人員定位

通過給醫(yī)護(hù)人員佩戴定位電子標(biāo)簽工作卡，可以對他們進(jìn)行準(zhǔn)確定位。管理人員可以在后端定位服務(wù)器界面看見醫(yī)生的實(shí)時(shí)位置信息，當(dāng)有急診需要找到醫(yī)生時(shí)，就可以通過定位服務(wù)器發(fā)出指令信息到標(biāo)簽上，醫(yī)生收到提示信息后，就知道有急癥，即可馬上回到診室；同時(shí)，定位系統(tǒng)與臨床信息系統(tǒng)相結(jié)合還可以監(jiān)控臨床工作流程的執(zhí)行情況，減少醫(yī)療事故；與電子考勤系統(tǒng)結(jié)合還可以自動(dòng)進(jìn)行業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)、上班考勤，以便管理人員及時(shí)了解學(xué)習(xí)及到崗情況，提高管理效率。

2.8 醫(yī)療廢物定位

在污物車上安裝條碼電子稱以及定位電子標(biāo)簽，條碼電子稱用于打印污物質(zhì)量，定位電子標(biāo)簽用于定位污物車。在污物間門口以及污物通道、污物臨時(shí)存儲點(diǎn)內(nèi)布置定位器，用于監(jiān)控污物車何時(shí)進(jìn)出污物間以及污物車的移動(dòng)路徑，可實(shí)現(xiàn)醫(yī)療廢物的有效監(jiān)管，有效防止醫(yī)療廢物再次污染。

3 結(jié)語

基于WLAN的無線定位技術(shù)能夠最好地利用已有的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和基礎(chǔ)以及不斷普及的最終用戶設(shè)備，其實(shí)施方便快捷，顯著降低了初始成本和長期支持成本。隨著物聯(lián)網(wǎng)的普及，基于WLAN的無線定位技術(shù)必將在醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)得到更加廣泛的應(yīng)用[10]。

[1]金國芬，徐鵬，張秋生.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2010.

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[5]李麗，周彥偉，吳振強(qiáng).無線網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)研究[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2011，21（10）：59-62.

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（收稿：2013-03-04 修回：2013-08-16）

WLAN network-based wireless location technology and its application in healthcare industry

ZENG Fan,JIXiao-bo,LIU Feng
(Information Department,Research Institute of Field Surgery of Daping Hospital of the Third Military Medical University,Chongqing 400042,China)

The principle and characteristics of wireless location technology are analyzed,involvingmainly twomethods of time-arrival location and location based on received signal intensity.The wireless location technology based on wireless local area network(WLAN)is analyzed for its application in healthcare industry,which will draw more and more attention in the field.[Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（7）：134-136]

WLAN;wireless location;hospital informatization

R318；TN919.72

A

1003-8868（2014）07-0134-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.07.134

曾 凡（1962—），女，碩士，主任，副主任技師，主要從事醫(yī)院信息化管理方面的研究工作，E-mail：afan_215@163.com。

400042重慶，第三軍醫(yī)大學(xué)大坪醫(yī)院野戰(zhàn)外科研究所信息科（曾 凡，姬曉波，劉 鋒）

姬曉波，E-mail：bati0716@126.com