摘? 要：隨著“十三五”醫(yī)改的不斷深化，伴隨而來(lái)的醫(yī)療資產(chǎn)管理問(wèn)題日益凸顯。在分析無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)定位技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出一種優(yōu)化的基于RSSI定位技術(shù)的混合定位方法，并以近年來(lái)醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)中不斷普及的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)為基礎(chǔ)，給出了一套可行的醫(yī)療資產(chǎn)定位系統(tǒng)組網(wǎng)方案及定位流程，提供基于移動(dòng)臺(tái)的位置信息服務(wù)，解決龐大醫(yī)療系統(tǒng)內(nèi)的資產(chǎn)管理問(wèn)題，測(cè)試結(jié)果表明，利用該方案可有效降低醫(yī)療資產(chǎn)管理成本，提升管理效率。

關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng);信號(hào)強(qiáng)度;混合定位;資產(chǎn)管理

Abstract： With the deepening of the health care reform in The 13th Five-Year Plan， the problems of medical asset management have become increasingly prominent. Based on the analysis of Wireless Local Area Network （WLAN） positioning technology， the paper proposes an optimized hybrid positioning method based on Receive Signal Strength Indication （RSSI） positioning technology. Based on the increasingly popular WLAN technology in the health care system in recent years， the paper puts forward a set of feasible networking schemes and positioning processes of medical asset positioning system， and provides location information service based on mobile stations， to solve asset management problem in huge healthcare systems. Test results show that the scheme can effectively reduce medical asset management costs and improve management efficiency.

Keywords： WLAN; signal strength; hybrid positioning; asset management

1? ?引言（Introduction）

為滿(mǎn)足“十三五”醫(yī)改對(duì)醫(yī)院服務(wù)能力的要求提升，越來(lái)越多的醫(yī)療設(shè)備被購(gòu)入。如何在龐大的醫(yī)院系統(tǒng)中快速的發(fā)現(xiàn)、盤(pán)點(diǎn)、分析設(shè)備使用情況，是醫(yī)院資產(chǎn)管理應(yīng)該考慮的問(wèn)題。隨著移動(dòng)終端的普及，移動(dòng)終端的位置信息在基于位置的服務(wù)（Location-Based Services， LBS）和泛在環(huán)境感知應(yīng)用中具有重要作用[1]。最常用的定位系統(tǒng)如全球定位系統(tǒng)（GPS），在寬敞的室外環(huán)境下具有良好的定位性能，但當(dāng)終端活動(dòng)的熱點(diǎn)地區(qū)如室內(nèi)，則GPS直視路徑會(huì)被阻斷，很難接收到信道，定位誤差較大，無(wú)法滿(mǎn)足人們對(duì)室內(nèi)位置服務(wù)的要求，因此催生了對(duì)室內(nèi)復(fù)雜環(huán)境下的定位要求[2]。近十年來(lái)，無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)以部署方便，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建成本低、易于擴(kuò)展等優(yōu)勢(shì)快速發(fā)展起來(lái)，使WLAN資源迅速普及全國(guó)各地。大多數(shù)醫(yī)院WLAN網(wǎng)絡(luò)的全面覆蓋，為醫(yī)療資產(chǎn)精準(zhǔn)定位提供了良好的前提條件。通過(guò)在醫(yī)療設(shè)備上配置無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡，借助醫(yī)院部署的WLAN網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算網(wǎng)卡距離的遠(yuǎn)近變化實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的定位，無(wú)須額外硬件支持，具有部署便利、計(jì)算便攜、定位精度高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

2? WLAN定位基本技術(shù)（Basic WLAN positioning techniques）

對(duì)于自主移動(dòng)臺(tái)的定位，主要是通過(guò)接收到WLAN接入點(diǎn)（Access Point， AP）和自主移動(dòng)臺(tái)（Mobile Station）之間的無(wú)線(xiàn)電波信號(hào)來(lái)確定的。主要的定位技術(shù)有：到達(dá)時(shí)間（Time Of Arrival，TOA）、到達(dá)時(shí)間差（Time Difference Of Arrival，TDOA）、到達(dá)角度（Angle Of Arrival，AOA）、接收信號(hào)強(qiáng)度（Received Signal Strength Indicator，RSSI）。

其中，TOA定位技術(shù)對(duì)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間同步要求嚴(yán)苛，實(shí)施成本高[3];TDOA定位技術(shù)受到超聲波傳播距離短和非視距（NLOS）性質(zhì)的影響[4];AOA定位技術(shù)受外界環(huán)境影響較大[5];基于RSSI的定位方法，利用無(wú)線(xiàn)信號(hào)衰弱與距離的關(guān)系來(lái)估算距離，并使用算法來(lái)減小測(cè)距誤差[6]，提高定位精度，無(wú)須額外硬件支持，成本低，部署簡(jiǎn)單。上述分析可見(jiàn)，基于RSSI的定位方法相比其他方法具有較大優(yōu)勢(shì)。

2.1? ?基于測(cè)距的RSSI定位方法

通過(guò)測(cè)量接收到的無(wú)線(xiàn)信號(hào)強(qiáng)度大小，從而計(jì)算出信號(hào)的傳播損耗，利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ突蚶碚搶鞑p耗轉(zhuǎn)化為距離[7]。信號(hào)強(qiáng)度路徑傳播損耗規(guī)律如下。

其中，d為信號(hào)點(diǎn)和接收點(diǎn)之間的距離;A為常量，表示距離d為1m時(shí)測(cè)得的RSSI值;n為信號(hào)衰減因子，可理解為路徑損耗指數(shù)，環(huán)境越復(fù)雜，障礙物越多，路徑損耗指數(shù)越大。

基于測(cè)距的RSSI定位方法主要有兩種：一種是單點(diǎn)定位法，即最強(qiáng)基站法，選擇RSSI信號(hào)強(qiáng)度最大的AP坐標(biāo)作為移動(dòng)臺(tái)的定位坐標(biāo)，常用于AP數(shù)量少，AP間距較大的場(chǎng)景，無(wú)方向性，無(wú)法精確定位;另一種是三角定位法，又稱(chēng)三邊定位法，利用已知三個(gè)AP的坐標(biāo)及計(jì)算出的移動(dòng)臺(tái)到AP的距離，根據(jù)畢達(dá)哥拉斯定理，計(jì)算得到交點(diǎn)即移動(dòng)臺(tái)的位置坐標(biāo)，常用于較多AP的場(chǎng)景，定位精度較高。

2.2? ?基于位置指紋的RSSI定位方法

利用位置指紋進(jìn)行定位一般分成兩個(gè)階段：離線(xiàn)部署訓(xùn)練階段和在線(xiàn)運(yùn)行定位階段。離線(xiàn)部署訓(xùn)練階段，對(duì)每個(gè)采樣的信號(hào)進(jìn)行采樣數(shù)據(jù)，即指紋采集，形成指紋庫(kù);在線(xiàn)運(yùn)行定位階段，根據(jù)RSSI記錄，計(jì)算出指紋，和指紋庫(kù)進(jìn)行相似度匹配，獲得匹配度最高的指紋點(diǎn)的坐標(biāo)，即為待定位設(shè)備的位置[8]。

在實(shí)際的WLAN定位系統(tǒng)中，受室內(nèi)復(fù)雜環(huán)境的影響，無(wú)線(xiàn)信號(hào)在傳播過(guò)程會(huì)產(chǎn)生多徑效應(yīng)，因此同一位置接收同一個(gè)AP的RSSI值是會(huì)變化的，導(dǎo)致室內(nèi)定位精度降低[9]。在定位過(guò)程中結(jié)合算法提高定位精度是常見(jiàn)的做法，典型的指紋定位算法有最大似然估計(jì)法、核函數(shù)法、深度置信網(wǎng)絡(luò)法、指紋聚類(lèi)法、K最近鄰法等。其中K最近鄰（K-Nearest Neighbor， KNN）算法因原理簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)獲得了廣泛使用。

經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)優(yōu)化，基于WLAN的室內(nèi)定位方法已成為室內(nèi)復(fù)雜環(huán)境精確定位的主流技術(shù)，成為目前室內(nèi)定位技術(shù)中的研究熱點(diǎn)。

3? 基于WLAN定位技術(shù)的醫(yī)療資產(chǎn)定位系統(tǒng)（Medical asset positioning system based on WLAN positioning technology）

3.1? ?系統(tǒng)組網(wǎng)及定位流程

WLAN定位技術(shù)在醫(yī)療資產(chǎn)定位應(yīng)用中的系統(tǒng)組網(wǎng)如圖1所示，通過(guò)在WLAN網(wǎng)絡(luò)的核心層增加定位引擎服務(wù)器及業(yè)務(wù)平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能，并采用混合定位算法實(shí)現(xiàn)在不同網(wǎng)絡(luò)部署條件下的最佳定位。

系統(tǒng)運(yùn)行主要流程包括：

（1）將準(zhǔn)備好的SVG格式地圖及AP信息導(dǎo)入定位引擎的配置系統(tǒng);

（2）在預(yù)置的參考點(diǎn)（Reference Point， RP）進(jìn)行指紋采集，在定位引擎系統(tǒng)中生成指紋庫(kù);

（3）移動(dòng)臺(tái)在未關(guān)聯(lián)WIFI情況下，將向外發(fā)送廣播幀;在關(guān)聯(lián)WIFI情況下將向外發(fā)送數(shù)據(jù)幀;

（4）AP采集到來(lái)自移動(dòng)臺(tái)發(fā)送的廣播幀或數(shù)據(jù)幀，根據(jù)802.11協(xié)議從報(bào)文中獲取移動(dòng)臺(tái)的MAC地址，并從芯片層解析出RSSI信號(hào)強(qiáng)度信息，發(fā)送給定位引擎系統(tǒng);

（5）定位引擎系統(tǒng)采用RSSI定位技術(shù)，結(jié)合特定的定位算法，計(jì)算出移動(dòng)臺(tái)在地圖上的平面坐標(biāo)位置（x，y），將坐標(biāo)位置生成位置數(shù)據(jù)庫(kù);

（6）業(yè)務(wù)平臺(tái)從位置數(shù)據(jù)庫(kù)中周期性讀取定位數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，生成統(tǒng)計(jì)項(xiàng)、統(tǒng)計(jì)表等，以WEB頁(yè)面或圖表形式以供查詢(xún)展示或?qū)С鼋y(tǒng)計(jì)結(jié)果。

3.2? ?基于RSSI定位技術(shù)的混合定位算法

AP通過(guò)解析來(lái)自移動(dòng)臺(tái)的廣播幀或數(shù)據(jù)幀進(jìn)行RSSI過(guò)濾，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給定位引擎服務(wù)器的緩存，定位引擎服務(wù)器結(jié)合預(yù)先導(dǎo)入的地圖及AP信息，進(jìn)行移動(dòng)臺(tái)的樓層計(jì)算及坐標(biāo)計(jì)算，在進(jìn)行坐標(biāo)計(jì)算過(guò)程中將采用多樣化的混合定位算法，產(chǎn)生最終坐標(biāo)，最后進(jìn)行數(shù)據(jù)上報(bào)，定位引擎處理流程如圖2所示。

3.2.1? ?樓層定位算法

在多樓層建筑環(huán)境中進(jìn)行定位時(shí)，非常關(guān)鍵的是首先要進(jìn)行移動(dòng)臺(tái)的樓層定位，特別如中空、天井周邊區(qū)域，由于障礙物較少，信號(hào)強(qiáng)度隨距離衰減不明顯，容易出現(xiàn)樓層漂移問(wèn)題。為了最大限度地防止出現(xiàn)樓層漂移問(wèn)題，本系統(tǒng)采用以下算法進(jìn)行移動(dòng)臺(tái)的樓層判定：首先判斷該移動(dòng)臺(tái)是否有關(guān)聯(lián)AP，若有，則直接選定移動(dòng)臺(tái)所關(guān)聯(lián)的AP所在的樓層為移動(dòng)臺(tái)所在樓層;若無(wú)，則分析所有收到該移動(dòng)臺(tái)廣播幀的AP中，歸屬于各樓層的AP數(shù)量比例，選定比例最高的樓層為移動(dòng)臺(tái)所在樓層;若出現(xiàn)AP數(shù)量并列最高，則計(jì)算各AP接收到的RSSI權(quán)重比值，選定AP收到的RSSI中權(quán)重最大的樓層為移動(dòng)臺(tái)所在樓層。

3.2.2? ?混合定位算法

在進(jìn)行坐標(biāo)計(jì)算過(guò)程中，根據(jù)移動(dòng)臺(tái)所處的WLAN環(huán)境中AP數(shù)量、AP間距等因素，在單點(diǎn)、三角、指紋定位法等傳統(tǒng)算法基礎(chǔ)上，提出了一種優(yōu)化的混合定位算法，主要有三角+單點(diǎn)混合算法、指紋+單點(diǎn)混合算法。

三角+單點(diǎn)混合算法：定位時(shí)首先進(jìn)行三角定位算法計(jì)算，過(guò)濾掉[-25，-75]dBm范圍之外的RSSI報(bào)文及非本樓層的RSSI報(bào)文，若過(guò)濾后AP數(shù)量小于3個(gè)，則不進(jìn)行三角定位，而采用單點(diǎn)定位，否則進(jìn)行三角定位計(jì)算坐標(biāo)。若采用單點(diǎn)算法進(jìn)行計(jì)算，則首先過(guò)濾[-25，-38]dBm范圍之外的RSSI報(bào)文，過(guò)濾后AP數(shù)量如果是1，則定位坐標(biāo)為AP所在的位置，如果是2，則根據(jù)RSSI比重，得到兩個(gè)AP連線(xiàn)中的坐標(biāo)位置點(diǎn)。該算法適用于較多AP場(chǎng)景且AP間距較小，一般要求AP間距小于等于20米，滿(mǎn)足房間級(jí)的定位需求。

單點(diǎn)+指紋定位算法：定位時(shí)首先過(guò)濾掉[-25，-75]dBm范圍之外的RSSI報(bào)文及非本樓層的RSSI報(bào)文，若過(guò)濾后AP數(shù)量小于三個(gè)，則不進(jìn)行指紋定位，直接采用單點(diǎn)定位，否則采用K最近鄰法，計(jì)算移動(dòng)臺(tái)的RSSI指紋與各RP的RSSI指紋之間的歐式距離，找出距離移動(dòng)臺(tái)最近的K個(gè)RP，并將它們的位置坐標(biāo)進(jìn)行算術(shù)平均，得到指紋定位坐標(biāo)數(shù)據(jù)。然后采用單點(diǎn)定位法，計(jì)算出單點(diǎn)定位坐標(biāo)數(shù)據(jù)。若指紋定位及單點(diǎn)定位都有結(jié)果，則取兩種定位算法計(jì)算出來(lái)的坐標(biāo)均值，作為最終定位坐標(biāo)。該算法適用于AP部署較多，較密集，且定位精度要求較高的場(chǎng)景。

4? ?實(shí)驗(yàn)結(jié)果（Experimental result）

本文采用支持IEEE802.11g/n標(biāo)準(zhǔn)的WIFI模塊附著在被管理醫(yī)療資產(chǎn)上構(gòu)成移動(dòng)臺(tái)，構(gòu)建基于WLAN定位技術(shù)的定位系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)某縣級(jí)醫(yī)院病區(qū)的設(shè)備進(jìn)行盤(pán)點(diǎn)，設(shè)備清單如表1所示。

對(duì)以上設(shè)備，分2組同時(shí)進(jìn)行盤(pán)點(diǎn)，由病區(qū)護(hù)士組成。其中1組由2名護(hù)士組成直接進(jìn)行人工盤(pán)點(diǎn)，另1組則由1名護(hù)士直接使用平板電腦登錄本定位系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)平臺(tái)實(shí)時(shí)查看設(shè)備在病區(qū)的位置信息再進(jìn)行盤(pán)點(diǎn)，2組盤(pán)點(diǎn)時(shí)間統(tǒng)計(jì)如表2所示。

2 1 本定位系統(tǒng) 95

由表2可見(jiàn)，利用本文所提出的定位系統(tǒng)進(jìn)行該醫(yī)院病區(qū)的醫(yī)療資產(chǎn)進(jìn)行盤(pán)點(diǎn)，不僅將人工成本降低到原來(lái)的50%，同時(shí)將資產(chǎn)盤(pán)點(diǎn)效率提高了42%。根據(jù)不同醫(yī)院設(shè)備的數(shù)量多少、設(shè)備分散情況，所提升的效率有所不同，尤其設(shè)備數(shù)量越龐大、設(shè)備位置越分散，則通過(guò)本定位系統(tǒng)進(jìn)行資產(chǎn)管理其效益越高。

5? 醫(yī)療資產(chǎn)定位應(yīng)用實(shí)例分析（Analysis on the application of medical asset positioning）

（1）資產(chǎn)盤(pán)點(diǎn)：利用無(wú)線(xiàn)定位引擎探測(cè)移動(dòng)臺(tái)的位置信息，通過(guò)業(yè)務(wù)平臺(tái)可視化界面直觀(guān)顯示所有設(shè)備位置，也可查詢(xún)某特定設(shè)備的位置信息，從而實(shí)現(xiàn)醫(yī)療資產(chǎn)的快速盤(pán)點(diǎn)，提高效率，縮減人工成本。

（2）軌跡跟蹤：通過(guò)無(wú)線(xiàn)定位引擎，可進(jìn)一步生成特定移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)軌跡圖，對(duì)院內(nèi)重要醫(yī)療設(shè)備的運(yùn)行軌跡進(jìn)行跟蹤，尤其對(duì)于部分稀缺設(shè)備，通過(guò)軌跡跟蹤可有效分析各科室對(duì)設(shè)備的使用情況，在院內(nèi)進(jìn)行合理調(diào)配，有效提高設(shè)備使用率。

（3）設(shè)備利用率分析：通過(guò)業(yè)務(wù)系統(tǒng)對(duì)設(shè)備利用率數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。對(duì)于移動(dòng)醫(yī)療設(shè)備，根據(jù)其移動(dòng)頻率進(jìn)行分析判斷;對(duì)于固定醫(yī)療設(shè)備，則通過(guò)設(shè)備的實(shí)時(shí)位置與預(yù)置使用位置的吻合度進(jìn)行分析判斷。系統(tǒng)定期輸出設(shè)備使用效率報(bào)表，評(píng)估各科室的設(shè)備利用率，提供優(yōu)化調(diào)整建議，避免設(shè)備閑置。對(duì)于業(yè)務(wù)部門(mén)提出的采購(gòu)需求，根據(jù)同類(lèi)設(shè)備的使用效率，進(jìn)行合理性評(píng)估，優(yōu)化采購(gòu)計(jì)劃。

6? ?結(jié)論（Conclusion）

隨著醫(yī)藥衛(wèi)生體制改革的不斷深化，龐大的醫(yī)療系統(tǒng)內(nèi)種類(lèi)繁多的醫(yī)療資產(chǎn)的管理問(wèn)題不斷凸顯，尤其在抗擊類(lèi)似“新冠肺炎”重大疫情時(shí)，合理高效的利用有限的醫(yī)療設(shè)備尤為重要。借助日益普及的WLAN網(wǎng)絡(luò)，在分析各種WLAN定位技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了一種優(yōu)化的基于RSSI的混合定位方法，并給出了可行的醫(yī)院環(huán)境下的定位系統(tǒng)組網(wǎng)方案，無(wú)須額外硬件，投資成本低。測(cè)試結(jié)果表明該方法實(shí)用性高，有效提升了資產(chǎn)管理效率，降低管理成本。

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作者簡(jiǎn)介：

張碧仙（1986-），女，碩士，工程師/講師.研究領(lǐng)域：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議.