肖紅玉，賀 輝，陳紅順

(北京師范大學(xué)珠海分校 信息技術(shù)學(xué)院，廣東 珠海 519087)

0 引 言

自動體外除顫儀(automated external defibrillator，AED)作為一種通過電擊來搶救和治療致命性心律失常的便攜式設(shè)備是院外心搏驟停(out-of-hospital cardiac arrest，OHCA)的“救命神器”。近20年來，歐美、日本、韓國、臺灣、香港等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)在公共場所密集配置自動體外心臟除顫儀(AED)，美國每10萬人口便擁有198.9臺AED設(shè)備，日本每10萬人擁有234臺，英國作為發(fā)達(dá)國家，在AED配置方面與美國類似，英國政府早在1999年就制定了在大型購物商場、機場、火車站等公共場所安置AED的政策。由于發(fā)達(dá)國家和地區(qū)AED設(shè)備投放幾乎達(dá)到消防設(shè)施配置標(biāo)準(zhǔn)，使心臟驟停的救活率從20年前的不足6%提高到50%以上。

國內(nèi)這方面的工作起步較晚，2006年北京首都機場在二號航站樓內(nèi)安裝了11臺AED設(shè)備，開創(chuàng)了國內(nèi)公共場所安裝AED設(shè)備的先河[1]，14年來，全國各地在公共場所安裝的AED總數(shù)達(dá)到數(shù)千臺，主要集中在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)。上海在機場、火車站、地鐵、公交樞紐、體育場館、商業(yè)中心、學(xué)校等人流密集的公共場所設(shè)置AED計1 400余臺，上海市民可通過微信公眾號“上海市紅十字會服務(wù)號”和“上海120”的置底菜單獲取這些設(shè)備的位置分布情況。從2017年開始，深圳在機場、地鐵站、火車站、體育館等人流密集公眾場所配備AED(自動體外除顫儀)，這些AED自安裝以來，已成功救治多名心臟驟?；颊?，據(jù)深圳市急救中心2020年4月的數(shù)據(jù)，深圳已完成首期500臺AED、二期1 000臺AED安裝配置工作，第三期2 000臺AED正在安裝中。安裝完成后，深圳公共場所AED救命神器將增至3 500臺。2017年珠海在珠海度假村酒店投放首臺AED設(shè)備，此后陸續(xù)在機場、學(xué)校、政府辦事機構(gòu)、車站、碼頭、大型商場、街道社區(qū)等人群密集區(qū)域進(jìn)行了投放；據(jù)不完全統(tǒng)計，珠海機場投放了16臺AED設(shè)備，金灣區(qū)應(yīng)急辦向轄區(qū)的5所高校及16所中小學(xué)校發(fā)放了AED，完成了全區(qū)校園AED全覆蓋工作；珠海市橫琴新區(qū)管理委員會社會事務(wù)局通過組織、統(tǒng)籌協(xié)調(diào)轄區(qū)內(nèi)各機關(guān)、口岸、學(xué)校、單位、鄉(xiāng)村等部門，在公共場所投放22臺AED；其他投放AED的設(shè)備還包括圓明新園、橫琴長隆度假區(qū)、農(nóng)科中心等人口密集區(qū)域。但是已投放的AED設(shè)備缺乏有效的管理機制和平臺，導(dǎo)致存在以下問題：市民不了解AED在全市的分布情況，意外發(fā)生時，無法第一時間獲取相關(guān)信息；公眾對AED的認(rèn)識嚴(yán)重不足，超過半數(shù)的市民不了解AED，甚至沒聽說過。因此，該文利用GIS(geographic information system，地理信息系統(tǒng))、LBS(location based services，基于位置服務(wù))、微信小程序等技術(shù)，設(shè)計研發(fā)珠海AED急救地圖，便于管理機構(gòu)對AED設(shè)備進(jìn)行有效統(tǒng)一管理，便于珠海市民了解、熟悉、使用AED設(shè)備，充分發(fā)揮“救命神器”的作用。

1 系統(tǒng)總體框架

珠海AED急救地圖系統(tǒng)架構(gòu)的主要設(shè)計思想是將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的處理、計算和存儲交給云端，移動終端(手機)向云端發(fā)出HTTP通信請求并獲取數(shù)據(jù)[2]。鑒于移動終端的存儲、計算、處理能力有限，這一設(shè)計思想能夠充分發(fā)揮云服務(wù)器快速處理、海量存儲的優(yōu)勢，結(jié)合了移動終端的便捷性，帶給用戶更佳的使用體驗。系統(tǒng)架構(gòu)主要有三層，分別是最上層的移動終端應(yīng)用層、中間AED急救地圖管理層和底層的云服務(wù)層。移動端由微信小程序接入，采用WXML、WXSS和JavaScript語言完成，其中WXML負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)綁定、組件樣式等工作；WXSS負(fù)責(zé)對WXML組件樣式渲染；JavaScript負(fù)責(zé)應(yīng)用邏輯層設(shè)計。急救地圖管理層采用MVC設(shè)計模式、SpringBoot開發(fā)框架，通過阿里云平臺架構(gòu)，應(yīng)用服務(wù)器采用支持高并發(fā)的Ngnix，數(shù)據(jù)庫采用MySQL。登錄界面采用小程序授權(quán)無感登錄方式，方便快捷，一鍵獲得用戶的微信號及微信頭像信息。所有數(shù)據(jù)存儲在服務(wù)器端，服務(wù)器通過提供restful api接口，以JSON格式和小程序間進(jìn)行交互，服務(wù)器通過訪問MySQL數(shù)據(jù)庫獲取數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)返回給小程序端[2-5]。具體的架構(gòu)如圖1所示。

圖1 珠海AED急救地圖系統(tǒng)架構(gòu)

2 主要功能模塊設(shè)計

2.1 AED急救地圖移動端(微信小程序)

文中的AED急救地圖移動端以微信小程序為載體，微信小程序具有無需下載、無需安裝的優(yōu)勢，避免了App繁瑣下載注冊等步驟，真正做到了用完即走的理念，用戶不用擔(dān)心手機上安裝過多的軟件以及內(nèi)存占用的問題。2018年，微信小程序獲得“世界互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)先科技成果”，累計至2019年11月，小程序數(shù)量超過450萬。微信小程序依賴微信應(yīng)運而生，提供了全套的微信小程序端和后臺服務(wù)器端的API應(yīng)用，適合當(dāng)下主流的“接口開發(fā)”模式。微信小程序的標(biāo)簽語言與HTML5高度相似，其腳本語言使用當(dāng)下最流行的前端框架之一——VUE框架，使得邏輯層和渲染層分開設(shè)計，邏輯層運行在JSCore中。

文中的小程序端在功能上主要由以下部分組成：查看AED分布、地圖導(dǎo)航、一鍵撥打120急救電話、瀏覽急救資訊。小程序以其豐富的地理信息相關(guān)API接口為GIS的應(yīng)用開發(fā)提供了便利，利用第三方地圖API通過查找并展示定位地點周邊的POI信息，快速知道“我周圍有什么”。利用用戶手機獲取當(dāng)前位置，通過逆地址解析，把當(dāng)前位置的經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為地址，展示定位地點的詳細(xì)地址信息及周邊高權(quán)重的POI分布數(shù)據(jù)，快速知道“我在哪”，逆地址解析服務(wù)默認(rèn)對當(dāng)前定位后的坐標(biāo)進(jìn)行解析，也可以在調(diào)用時指定經(jīng)緯度進(jìn)行解析。檢索返回的結(jié)果包含完整AED數(shù)據(jù)項，當(dāng)用戶位置發(fā)生變化時，地圖上的標(biāo)識符也會實時改變。

目前公眾對AED的認(rèn)識嚴(yán)重不足，超過半數(shù)的市民不了解AED，甚至沒聽說過，只有少數(shù)人充分了解并且愿意使用AED，因此，移動終端的另一個功能是AED科普知識宣傳推廣。在微信小程序中的資訊模塊可實時獲得AED地圖管理層發(fā)布的AED科普知識、資訊、視頻、音頻材料等。

2.2 POI服務(wù)模塊

為了便于用戶一鍵獲得珠海全市AED投放信息，需要在基礎(chǔ)地圖上繪制自定義POI，首先將AED的投放位置經(jīng)緯度、狀態(tài)、地址名稱、廠家、型號、生產(chǎn)日期、檢修日期等數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中，調(diào)用百度/高德/騰訊等地圖API創(chuàng)建AED標(biāo)注并且打到地圖上，調(diào)整視野使得添加的標(biāo)注可見。為了使標(biāo)注直觀、清晰、可快捷獲得豐富的有效信息，該文還在標(biāo)注點上放置了自定義覆蓋物，將包含標(biāo)注Marker、文字標(biāo)簽Label、信息窗口InfoWindow、圓形Circle、多邊形Polygon和折線Polyline的自定義覆蓋物繪制在AED地圖上，當(dāng)用戶打開地圖時，將顯示珠海市的全部AED標(biāo)注，選中某一個AED標(biāo)注時將彈出信息窗口，顯示該AED設(shè)備的詳細(xì)信息。啟用定位服務(wù)，將顯示周邊附近的AED設(shè)備。

2.3 角色服務(wù)模塊

文中的AED急救地圖系統(tǒng)設(shè)計了3個角色：普通用戶(游客)、安全員、系統(tǒng)管理員。普通用戶可利用系統(tǒng)查找全市AED并導(dǎo)航至最近或選定的AED，安全員負(fù)責(zé)AED設(shè)備管理，包括AED設(shè)備上新、AED設(shè)備運維管理，系統(tǒng)管理員負(fù)責(zé)急救資訊發(fā)布、信息審核、角色操作權(quán)限分配、系統(tǒng)運維等。

普通用戶無需登錄，安全員和系統(tǒng)管理員需要登錄。當(dāng)安全員和系統(tǒng)管理員首次掃碼微信登錄碼的時候，需要授權(quán)允許獲取一些數(shù)據(jù)信息，如openid、unionid、微信號、微信頭像等，系統(tǒng)驗證用戶的唯一標(biāo)識openid是否已經(jīng)存在數(shù)據(jù)庫中，且是否分配了相應(yīng)模塊的操作權(quán)限，如果openid已保存在數(shù)據(jù)庫中表明用戶已經(jīng)將相應(yīng)的個人信息補充完整，可操作獲得權(quán)限的功能模塊；若不存在則需要用戶同意授權(quán)獲得其微信號、微信頭像等信息，此過程相當(dāng)于在系統(tǒng)中進(jìn)行注冊，以后的登錄操作掃碼即可，便捷方便。

2.4 設(shè)備服務(wù)模塊

設(shè)備服務(wù)模塊主要完成AED設(shè)備上新及AED日常運維工作，包括定期檢查AED的狀態(tài)并保存至云數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中。當(dāng)上新AED設(shè)備時，需要提供AED設(shè)備的編號、AED設(shè)備的生產(chǎn)時間、AED設(shè)備的購買時間、AED設(shè)備的安裝時間、AED設(shè)備的狀態(tài)、AED設(shè)備的生產(chǎn)廠家、AED設(shè)備的型號、AED設(shè)備的放置位置信息(經(jīng)度、緯度、所在的區(qū)域、詳細(xì)地址等)，安全員負(fù)責(zé)將以上信息填寫完整，并發(fā)送給系統(tǒng)管理員審核，審核通過后即完成上新，普通用戶可在地圖上查找到該設(shè)備。運維工作主要為安全員完成設(shè)備的定期巡檢，并實時記錄設(shè)備的運行狀態(tài)。

2.5 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

文中設(shè)計的數(shù)據(jù)表包括：用戶表、AED設(shè)備基礎(chǔ)信息表、AED設(shè)備巡檢表、資訊表、角色表、菜單表、用戶角色表、角色菜單表等。

用戶表，用于存儲用戶基本信息，系統(tǒng)采用微信掃碼登錄的方式，所以把openid作為用戶的唯一標(biāo)識，同時也是用戶表的主鍵，除此之外還記錄unionid，此為用戶在開放平臺的唯一標(biāo)識符，nickName用于記錄用戶昵稱，wxId表示獲取到的微信號，avator表示微信頭像，mobile記錄用戶手機號(非必填項)，手機號可通過用戶授權(quán)獲得，也可以由用戶在用戶中心補充填寫，createTime記錄用戶賬號創(chuàng)建時間(必填，默認(rèn)為系統(tǒng)時間)，loginTime記錄用戶最后登錄時間(必填，默認(rèn)獲取用戶最后登錄時的系統(tǒng)當(dāng)前時間)。

AED設(shè)備基礎(chǔ)信息表，用于用戶記錄AED設(shè)備的基礎(chǔ)信息，包括：AED設(shè)備的編號，每個AED設(shè)備有唯一的標(biāo)號，同時編號為基礎(chǔ)信息表的主鍵；AED設(shè)備的生產(chǎn)時間(必非填)；AED設(shè)備的購買時間(必填)；AED設(shè)備的安裝時間(非必填)；AED設(shè)備的狀態(tài)，狀態(tài)可細(xì)分為：正在調(diào)試、正在維修、可用、損毀等情況，可在運維過程中根據(jù)實際情況定制狀態(tài)碼；AED設(shè)備的生產(chǎn)廠家；AED設(shè)備的型號(必填)；AED設(shè)備的放置位置信息，位置信息包括經(jīng)度、緯度、所在的區(qū)域、詳細(xì)地址。

AED設(shè)備巡檢表，用于用戶記錄AED設(shè)備的定期或不定期巡檢記錄，包括主鍵列巡檢id；AED設(shè)備的編號，設(shè)備編號為外鍵，引用AED設(shè)備基礎(chǔ)信息表中的AED設(shè)備的編號列；巡檢時間(必填，默認(rèn)獲取記錄填寫時的系統(tǒng)時間)；AED設(shè)備的狀態(tài)；設(shè)備詳情，設(shè)備的詳情不僅僅包括文字，也可以包括圖片或者視頻等信息，在操作界面上提供的是一個富文本插件，方便用戶上傳這些詳細(xì)信息。

資訊表，用于記錄系統(tǒng)上發(fā)布的各種資訊，包括資訊的編號(主鍵，資訊的唯一標(biāo)識)；資訊的發(fā)布時間(必填，默認(rèn)為發(fā)布時系統(tǒng)的當(dāng)前時間)；資訊標(biāo)題；資訊的內(nèi)容，資訊內(nèi)容不僅僅包含文字，還可上傳圖片、視頻、鏈接、附件等富文本信息；發(fā)布者的微信號，此列為外鍵，引用用戶表中的微信號列；資訊的狀態(tài)，狀態(tài)包括：草稿、待審核、審核通過等。

用戶權(quán)限管理指的是用戶通過角色與權(quán)限進(jìn)行關(guān)聯(lián)，簡單地說，一個用戶擁有若干角色，每個角色擁有若干權(quán)限，構(gòu)造成“用戶-角色-權(quán)限”授權(quán)模型。在該模型中，用戶與角色之間，角色與權(quán)限之間通常都是多對多的關(guān)系，涉及的表結(jié)構(gòu)也比較多。文中跟權(quán)限管理相關(guān)的表有：角色表、菜單表、用戶角色表、角色菜單表等。角色表有2個字段，分別用于記錄角色I(xiàn)D和角色名稱；菜單表記錄菜單編號、菜單名稱、菜單URL以及父菜單編號；用戶角色表記錄用戶和角色的對應(yīng)關(guān)系，可有2列，分別是用戶id和角色id；角色菜單表記錄角色和菜單的對應(yīng)關(guān)系，可有2列，分別是角色id和菜單id。

在此僅給出用戶表、AED設(shè)備基礎(chǔ)信息表、AED設(shè)備巡檢表、資訊表，分別如表1～表4所示。

表1 用戶表

表2 AED設(shè)備基礎(chǔ)信息表

表3 AED設(shè)備巡檢表

表4 資訊表

續(xù)表4

2.6 室內(nèi)導(dǎo)航服務(wù)模塊

部分AED設(shè)備投放在機場、火車站、地鐵站、體育館等大型的建筑物內(nèi)，如何在建筑物內(nèi)快速定位并導(dǎo)航到最近的AED設(shè)備爭取救援生命的“黃金4分鐘”，是非常關(guān)鍵的問題。室內(nèi)導(dǎo)航服務(wù)模塊由定位和路徑規(guī)劃兩部分組成，與室外常用GPS定位不同，室內(nèi)的定位通常利用WiFi(wireless fidelity)和智能手機傳感器實現(xiàn)[6]。該文采用基于粒子濾波融合定位方法進(jìn)行室內(nèi)定位，該方法融合了PDR(pedestrian dead reckoning，行人航跡推算)算法和WiFi信號指紋定位[7-11]，可以有效提高定位精度。結(jié)合PDR和WiFi定位的粒子濾波融合算法如圖2所示，PDR分為2個階段：①構(gòu)建WiFi指紋數(shù)據(jù)庫，此為離線階段，采用行走采集的方式，記錄PDR坐標(biāo)和WiFi信號并存儲入庫；②計算用戶位置，此為在線實時計算，將PDR定位和WiFi定位結(jié)果進(jìn)行粒子濾波融合并計算獲得用戶實時位置[12-15]。

圖2 融合PDR和WiFi定位的粒子濾波算法流程

該文依據(jù)Dijkstra算法為用戶提供路徑規(guī)劃，Dijkstra算法基于1個包含頂點和弧的有向圖，在地圖中，頂點即為道路節(jié)點，弧的長度為節(jié)點之間的距離。所以，需要預(yù)先建立定位區(qū)域的導(dǎo)航路網(wǎng)：將地圖中所有的拐點、道路終點、進(jìn)出門口的兩側(cè)設(shè)為節(jié)點；若相鄰節(jié)點之間的距離大于5 m，則每隔5 m在室內(nèi)道路上設(shè)定1個節(jié)點；連接所有相鄰節(jié)點并標(biāo)記節(jié)點之間的距離即形成到導(dǎo)航路網(wǎng)。用戶開啟導(dǎo)航功能時，以距離用戶定位位置最近的道路節(jié)點為起點，距離目標(biāo)位置最近的道路節(jié)點為終點，Dijkstra算法便能計算得到1條起點到終點的最短路徑，結(jié)合航向就能夠為用戶提供路徑導(dǎo)航[16-18]。

3 實驗及結(jié)果分析

該文對室內(nèi)定位與導(dǎo)航進(jìn)行了實驗及結(jié)果分析，實驗場地為珠海機場，機場已安裝了16臺AED設(shè)備及數(shù)十個WiFi路由器。實驗所用設(shè)備為華為nova 7，操作系統(tǒng)為Android 6.0。首先進(jìn)行PDR實驗，為驗證PDR實驗中的步態(tài)檢測和步長估計是否準(zhǔn)確，在長度為50米的直行道路上，實驗者手持手機在該路徑進(jìn)行了30次測試并取其平均值，結(jié)果表明，與實際距離的平均誤差為2.2米，相對精度約95.6%，穩(wěn)定性與相對精度均符合要求。接著在總長度為40米環(huán)形道路上測試，同樣是實驗者手持手機在該路徑進(jìn)行了30次測試并取其平均值，結(jié)果表明，平均誤差為2.9米，具有較好的航向和精度。其次構(gòu)建WiFi指紋數(shù)據(jù)庫，實驗中，測繪人員手持移動終端沿著機場候機樓的各主要干道勻速行走，記錄行走坐標(biāo)并采集WiFi信號，建立實驗指紋庫，當(dāng)經(jīng)過拐點時，進(jìn)行PDR坐標(biāo)修正，保證PDR軌跡與實際行走路徑基本重合。雖然室內(nèi)存在干擾WiFi信號的因素，但由于行走采集方法的采用密度較大，在一定程度上彌補了信號的不穩(wěn)定性，結(jié)果表明基于行走采集方法構(gòu)建的WiFi指紋數(shù)據(jù)庫具有較大的可靠性，且具有較好的時間效率。第三步進(jìn)行粒子濾波融合定位實驗驗證，實驗中每隔2.5 s獲取一次WiFi定位結(jié)果，測試過程中勻速行走，粒子初識數(shù)量設(shè)為1 500，結(jié)果表明粒子濾波融合定位軌跡與真實路徑的基本重合，最大誤差約5.91米，平均誤差3.12米。最后進(jìn)行路徑規(guī)劃驗證，用戶在候機樓一樓入口打開AED急救地圖，找到最近的AED設(shè)備，開啟路徑導(dǎo)航功能，終端顯示從用戶當(dāng)前位置到AED設(shè)備所在位置的最短路徑，用戶根據(jù)規(guī)劃路徑快速找到AED設(shè)備，結(jié)果表明規(guī)劃的最短路徑與真實的最短路徑吻合度較高。

4 結(jié)束語

該文以微信小程序為載體，基于百度/高德/騰訊地圖API設(shè)計并實現(xiàn)了珠海AED急救地圖，系統(tǒng)由移動終端應(yīng)用層、AED急救地圖管理層和云服務(wù)層組成，用戶使用移動終端可一鍵獲得珠海AED設(shè)備的投放數(shù)據(jù)信息，可定位查找周邊附近的AED設(shè)備；采用融合PDR和WiFi指紋數(shù)據(jù)庫的粒子濾波融合定位算法，可較精確定位用戶室內(nèi)位置，采用Dijkstra最短路徑規(guī)劃算法，推薦的最短導(dǎo)航路徑與實際路徑基本吻合。資訊管理模塊有助于AED科普知識的推廣。POI服務(wù)模塊、設(shè)備服務(wù)模塊、角色服務(wù)模塊為系統(tǒng)的輔助管理模塊。