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

曾 凡，姬曉波，劉 鋒

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

曾 凡，姬曉波，劉 鋒

圍繞到達時間定位和基于接收信號強度定位2種無線定位技術方法，深入分析了無線定位技術的原理及特點，分析了基于無線局域網絡（wireless local area networks，WLAN）的無線定位技術在醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)的應用實例，提出了基于WLAN的無線定位技術必將在醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)得到更加廣泛的應用。

WLAN；無線定位；醫(yī)院信息化

0 引言

無線局域網絡（wireless local area networks，WLAN）以其低成本、高性能、易部署、兼容性好的特點在各行各業(yè)迅速普及。目前，WLAN除了承載辦公自動化（office automation，OA）或者Internet接入業(yè)務外[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用?；赪LAN網絡的無線定位技術以其實施定位快、定位精度高等優(yōu)點受到廣泛關注，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

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

1.1 ToA定位技術

ToA定位技術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)據包。定位設備在報文發(fā)出時打上時間戳，AP在收到報文時同樣打上時間戳，并把這些時間戳發(fā)送給定位服務器，根據時間戳就可計算出報文從被定位點到AP傳輸所需的時間。根據光的傳播速度（300m/ms），就可計算出被定位點到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點交匯處即是被定位設備的位置（如圖1所示）。三角定位的優(yōu)點是計算過程簡單，無需復雜的學習過程，但其缺點也非常明顯。在存在較強發(fā)射的室內環(huán)境中，無線多徑效應對定位精度的影響非常大，因此，ToA定位技術一般只用在室外開闊區(qū)域，能夠達到的精度在10m左右。

1.2 RSSI定位技術

RSSI定位技術是一種指紋特征定位技術，在多個位置上（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度的RSSI（RSSI1、RSSI2、RSSI3…），特定的RSSI數(shù)據（也稱為RSSI指紋）將反映出特定物理位置的特征（如圖2所示）。據此，可以通過一系列算法來計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接收到的信號強度來還原出被定位對象的位置。目前，RSSI定位的精度可以達到2m。現(xiàn)在主流的無線定位方案都采用RSSI定位技術，而RSSI定位需要事先采樣才能使用[8]。根據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

圖2 RSSI定位技術

2 無線定位技術的應用

基于WLAN的無線定位技術依托于已經部署的WLAN，不需要添加和安裝大量的設備即可實現(xiàn)高精度定位，因此，在很多行業(yè)已經開始普及應用。醫(yī)療行業(yè)是無線定位技術應用最普及的行業(yè)，其主要應用有以下幾個方面。

2.1 患者識別

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

2.2 母嬰管理

新生嬰兒被抱錯或被偷走是醫(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問題。在新生嬰兒腳腕上戴上腕帶式Wi-Fi定位電子標簽（Wi-FiTag），出院之前無特殊情況不允許打開標簽，母親也佩戴電子標簽，醫(yī)院管理人員在母親入院和嬰兒出生時就可以實現(xiàn)Wi-FiTag的介質訪問控制（media access control，MAC）地址與母親、嬰兒信息進行配對記錄，成功比對嬰兒和母親的信息。當嬰兒腕帶拆卸或位置移動時，通過拆卸報警和嬰兒位置移動報警，可以確保嬰兒的安全和母嬰配對正確，從而避免嬰兒抱錯或被偷走等差錯發(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)護系統(tǒng)定位方案能夠較好地完成定位功能，幫助醫(yī)護人員及時準確地到達出事地點，加快救援速度[9]。無線定位系統(tǒng)可以提供實時位置信息查詢、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)療設備管理

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

2.5 特殊藥品監(jiān)管

一些藥品對溫度、濕度等要求較高，利用實時定位系統(tǒng)即可實現(xiàn)輕松管理。電子標簽內置或者外接傳感器，可以實時采集藥品所在環(huán)境的溫度、濕度、時間等參數(shù)上傳至定位服務器；可以在定位服務器端設置參數(shù)值，當藥品所處的環(huán)境溫度、濕度等超標時，標簽就會觸發(fā)告警提示，管理人員便可以根據告警提示信息及時對藥品進行有效管理，避免不必要的浪費。

2.6 內容推送

通過無線網絡向用戶進行內容推送可以為用戶帶來很多便利，與定位技術相結合進行的內容推送服務，則使得這項應用更具靈活性，更加人性化。如在病區(qū)，定位服務器可以根據醫(yī)生所處的不同位置進行不同病區(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信息。

2.7 醫(yī)護人員定位

通過給醫(yī)護人員佩戴定位電子標簽工作卡，可以對他們進行準確定位。管理人員可以在后端定位服務器界面看見醫(yī)生的實時位置信息，當有急診需要找到醫(yī)生時，就可以通過定位服務器發(fā)出指令信息到標簽上，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，定位系統(tǒng)與臨床信息系統(tǒng)相結合還可以監(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)結合還可以自動進行業(yè)務學習、上班考勤，以便管理人員及時了解學習及到崗情況，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簽，條碼電子稱用于打印污物質量，定位電子標簽用于定位污物車。在污物間門口以及污物通道、污物臨時存儲點內布置定位器，用于監(jiān)控污物車何時進出污物間以及污物車的移動路徑，可實現(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 結語

基于WLAN的無線定位技術能夠最好地利用已有的網絡規(guī)模和基礎以及不斷普及的最終用戶設備，其實施方便快捷，顯著降低了初始成本和長期支持成本。隨著物聯(lián)網的普及，基于WLAN的無線定位技術必將在醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)得到更加廣泛的應用[10]。

[1]金國芬，徐鵬，張秋生.計算機網絡技術與應用[M].北京：北京郵電大學出版社，2010.

[2]賈樹利，張強.無線定位技術研究[J].黑龍江科技信息，2011（9）：81.

[3]江施雨.WIFI技術研究[J].黑龍江科技信息，2012（11）：109.

[4]周文婷，朱巖.基于TDOA的無線定位系統(tǒng)的應用與分析[J].計算機與現(xiàn)代化，2012（1）：126-128.

[5]李麗，周彥偉，吳振強.無線網絡定位技術研究[J].計算機技術與發(fā)展，2011，21（10）：59-62.

[6]王琦.基于RSSI測距的室內定位技術[J].電子科技，2012，25（6）：64-66，78.

[7]胡文鵬.一種基于RSSI的無線傳感器網絡定位算法的設計與實現(xiàn)[D].長春：吉林大學，2009.

[8]朱登科.基于RSSI的無線傳感器網絡測距和定位技術研究[D]．湖南：國防科學技術大學，2010.

[9]花磊.無線網絡技術在醫(yī)院中的應用[J].中外醫(yī)學研究，2012，10（28）：141.

[10]周閩暉，陳多踐.無線網絡技術應用于醫(yī)院信息管理系統(tǒng)[EB/ OL].（2010-01-09）[2011-07-10].http：//news.hc3i.cn/art/201001/ 1178.htm.

（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