基于最優(yōu)匹配跟蹤算法的醫(yī)療物資調(diào)度系統(tǒng)設計

劉遠初

（首都醫(yī)科大學附屬北京天壇醫(yī)院，北京 100070）

最優(yōu)匹配跟蹤算法首先對待測目標進行分塊處理，在使用分塊模型獲取目標局部信息的過程中，需要針對每個塊狀結(jié)構體構造獨立的稀疏字典；然后獲取與每個塊狀結(jié)構體目標圖像相對應的投票圖；再把所有已知的投票圖合并起來，得到可用來描述目標全局情況的總體投票圖，并以此為基礎，確定待測目標所處的實際位置[1-2]。最優(yōu)匹配跟蹤算法的最主要應用目的在于確定目標對象在下一幀表示圖像中所處的位置，且通過計算分塊所得到的投票圖，不僅能夠確定目標對象在達到終點前所獲得的投票得分，也可作為分數(shù)值條件，對下一幀目標的位置節(jié)點進行細致搜索。

由于醫(yī)療物資的特殊性，在運輸過程中，必須對資源信息的傳輸行為進行準確追蹤與記錄，然而在大規(guī)模運輸情況下，醫(yī)療物資的短期調(diào)度數(shù)量有限，并不能完全滿足實際應用需求。為避免上述情況的發(fā)生，傳統(tǒng)調(diào)度系統(tǒng)借助GSI 標準框架，構建完整的供應鏈結(jié)構，再聯(lián)合相應數(shù)據(jù)庫，記錄醫(yī)療物資在單位時間內(nèi)的實際運輸數(shù)量。然而該系統(tǒng)所生成的傳輸行為追蹤記錄并不能完全滿足醫(yī)療物資的統(tǒng)一調(diào)度需求，不能實現(xiàn)對物資運輸量的最大化處理。為解決此問題，設計基于最優(yōu)匹配跟蹤算法的醫(yī)療物資調(diào)度系統(tǒng)，聯(lián)合MVC 框架，確定物資搜索、物資追蹤模塊的實際連接形式，再通過信息量編解碼的方式，實現(xiàn)對調(diào)度節(jié)點的實時讀取。

1 系統(tǒng)硬件結(jié)構設計

醫(yī)療物資調(diào)度系統(tǒng)的總體硬件結(jié)構由MVC 框架、物資搜索模塊、物資追蹤模塊3 部分共同組成，具體搭建方法如下。

1.1 MVC框架

MVC（Model View Controller）框架也叫模型—視圖—控制器結(jié)構，可遵循最優(yōu)匹配跟蹤算法，對系統(tǒng)環(huán)境中的數(shù)據(jù)信息資源進行整合，從而將相關業(yè)務邏輯體系聚集到同一個應用部件組織中。對于醫(yī)療物資調(diào)度系統(tǒng)而言，MVC 框架可分別從模型、視圖、控制器三方面著手，確定醫(yī)療物資實際運輸速率，同時及時統(tǒng)計未調(diào)度的資源信息量，實現(xiàn)對資源信息傳輸行為的準確追蹤與記錄[3-4]。在實際應用過程中，醫(yī)療物資信息只能從底層控制器結(jié)構不斷向上傳輸，且由于視圖組織的存在，在生成狀態(tài)查詢指令時，醫(yī)療物資調(diào)度需求可能會出現(xiàn)一定的改變，這也是調(diào)度系統(tǒng)追蹤記錄文件始終具備較強實時性的主要原因，其中MVC 框架結(jié)構圖如圖1 所示。

圖1 MVC框架結(jié)構圖

1.2 物資搜索模塊

物資搜索模塊作為MVC 框架的下級附屬架構，可根據(jù)醫(yī)療物資的實時傳輸需求，對資源信息的存儲情況進行分析與診斷，且在通信接口的作用下，未注冊物資信息以及已注冊物資信息可同時向調(diào)度主機發(fā)起連接請求。一般來說，物資搜索模塊內(nèi)部必須負載一個獨立的資源信息集成結(jié)構，一方面可按照既定應用標準，對醫(yī)療物資進行打包處理，另一方面也可將暫時存儲的資源信息分割成多個小型傳輸結(jié)構，分析異構系統(tǒng)調(diào)度主機的直接消耗情況[5-6]。從全局性角度來看，物資搜索模塊具備一定的信息過濾作用，既能對非必要醫(yī)療物資進行排除處理，也能對待調(diào)度參量進行最優(yōu)化調(diào)整。

1.3 物資追蹤模塊

物資追蹤模塊負責應對與醫(yī)療物資調(diào)度相關的各類應用需求，在功能性角度上，實現(xiàn)了方便查看物資運輸狀態(tài)以及查詢歷史運輸訂單情況。根據(jù)醫(yī)療物資成分的不同，追蹤模塊所表現(xiàn)出的執(zhí)行能力也有所不同。

1）物資運輸狀態(tài)查看：作為物資追蹤模塊的主體執(zhí)行功能，隨著醫(yī)療物資運輸量的增大，查看指令的執(zhí)行速度也會不斷加快，直至調(diào)度系統(tǒng)中的所有信息參量都不再面臨轉(zhuǎn)存與傳輸壓力[7-8]。在最優(yōu)匹配跟蹤算法作用下，物資運輸狀態(tài)查看指令只記錄醫(yī)療物資信息，且在單位執(zhí)行周期內(nèi)，待調(diào)度的物資信息量越大，調(diào)度資源的運輸狀態(tài)也就越連貫。

2）歷史運輸訂單查詢：隨著醫(yī)療物資調(diào)度指令的運行，已生成的資源運輸訂單會在系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中不斷累積，且由于最優(yōu)匹配跟蹤算法的存在，訂單與訂單之間始終存在較強的相互干擾作用。在物資追蹤模塊中，物資運輸狀態(tài)查看指令針對未生成的醫(yī)療物資調(diào)度文件，而歷史運輸訂單查詢指令則針對已生成的醫(yī)療物資調(diào)度文件，前者注重對模塊應用環(huán)境的完善，后者則注重對現(xiàn)有數(shù)據(jù)信息傳輸關系的構建[9-10]。

2 系統(tǒng)軟件結(jié)構設計

在相關硬件設備架構的支持下，按照物資信息編解碼、調(diào)度節(jié)點讀取、資源傳輸流程完善的處理流程，實現(xiàn)基于最優(yōu)匹配跟蹤算法的醫(yī)療物資調(diào)度系統(tǒng)軟件的應用。

2.1 物資信息的編解碼

在醫(yī)療物資調(diào)度系統(tǒng)中，信息編碼、信息解碼是兩個互為相反關系的處理過程，前者在于將散亂分布的醫(yī)療物資信息排列成相對穩(wěn)定的新型傳輸形式，后者則負責將已經(jīng)匯集成塊狀結(jié)構的信息參量再次打散成散亂分布的排列形式[11-12]。一般情況下，資源信息編碼與資源信息解碼通常采用不同的密碼本文件，但在已知最優(yōu)匹配跟蹤算法作用強度的情況下，兩種處理行為在單位時間內(nèi)所轉(zhuǎn)存的醫(yī)療物資信息量水平始終保持一致。

設β1代表醫(yī)療物資信息的編碼系數(shù)，代表單位時間內(nèi)的醫(yī)療物資信息轉(zhuǎn)存量，聯(lián)立上述物理量，可將物資信息編碼結(jié)果表示為：

式（1）中，i代表編碼特征值，代表最優(yōu)匹配跟蹤算法的實際作用強度。

設β2代表醫(yī)療物資信息的解碼系數(shù)，在解碼特征值為e、解碼權限為μ的情況下，可將物資信息解碼結(jié)果表示為：

2.2 調(diào)度節(jié)點讀取

調(diào)度節(jié)點讀取是醫(yī)療物資調(diào)度系統(tǒng)應用過程中的關鍵處理環(huán)節(jié)，在最優(yōu)匹配跟蹤算法作用下，醫(yī)療物資的數(shù)量水平能夠直接影響調(diào)度節(jié)點的實際分配形式，一般來說，待傳輸?shù)奈镔Y信息越多，調(diào)度節(jié)點的分配范圍也就越廣泛。在已知物資信息編碼與解碼條件的情況下，調(diào)度節(jié)點讀取結(jié)果受到調(diào)度指令步長值、醫(yī)療物資運輸量兩項物理指標的直接影響[13-14]。調(diào)度指令步長值可表示為f，隨著醫(yī)療物資運輸環(huán)境覆蓋區(qū)域范圍的不斷擴大，該項物理量的數(shù)值結(jié)果也會出現(xiàn)不斷增大的變化趨勢。醫(yī)療物資運輸量可表示為D，在實際應用過程中，該項物理指標的數(shù)值水平基本能夠長期保持在一個穩(wěn)定值的狀態(tài)。在上述物理量的支持下，聯(lián)立式（1）和式（2），可將系統(tǒng)調(diào)度節(jié)點讀取結(jié)果表示為：

式（3）中，rmin代表最小的物資信息匹配跟蹤量，rmax代表最大的物資信息匹配跟蹤量，y1、y2分別代表兩個不同的醫(yī)療物資信息編碼條件。

2.3 資源的傳輸

資源傳輸流程完善是醫(yī)療物資調(diào)度系統(tǒng)設計的終端操作環(huán)節(jié)，可在已知調(diào)度節(jié)點讀取結(jié)果的基礎上，確定物資信息的實際傳輸方向。在傳統(tǒng)調(diào)度系統(tǒng)中，醫(yī)療物資所能到達的傳輸距離相對較短，且在大規(guī)模運輸情況下，由于調(diào)度位置的快速改變，實際物資運輸量很可能會出現(xiàn)持續(xù)減少的情況[15-16]。而在基于最優(yōu)匹配跟蹤算法的調(diào)度系統(tǒng)中，資源傳輸?shù)奈锢砭嚯x水平開始不斷增大，且相鄰節(jié)點之間的運輸跳轉(zhuǎn)行為也得到了有效抑制。在此情況下，醫(yī)療物資的調(diào)度速度不斷加快，在單位時間內(nèi)實現(xiàn)了對醫(yī)療物資的大規(guī)模調(diào)度。醫(yī)療資源的傳輸與調(diào)度流程圖如圖2 所示。

圖2 醫(yī)療資源的傳輸與調(diào)度流程圖

根據(jù)上述內(nèi)容實現(xiàn)相關軟硬件執(zhí)行環(huán)境的搭建，在最優(yōu)匹配跟蹤算法的支持下，完成醫(yī)療物資調(diào)度系統(tǒng)的設計與應用。

3 實例分析

對醫(yī)療物資的調(diào)度行為進行監(jiān)督，在資源運輸過程中，通過計算機軟件記錄醫(yī)療物資的單次轉(zhuǎn)運重量，具體的醫(yī)療物資的調(diào)度環(huán)境如圖3 所示。

圖3 醫(yī)療物資的調(diào)度環(huán)境

為保證實驗結(jié)果的準確性，選取兩條距離相等的物理路線作為醫(yī)療物資的實際運輸路徑，其中一條運輸路徑匹配給實驗組調(diào)度主機，另一條運輸路徑匹配給對照組調(diào)度主機，其中實驗組主機搭載基于最優(yōu)匹配跟蹤算法的醫(yī)療物資調(diào)度系統(tǒng)，對照組主機搭載調(diào)度系統(tǒng)。

記錄在單位時間內(nèi)，實驗組、對照組醫(yī)療物資實際調(diào)度量的具體變化情況，如圖4 所示。

圖4 醫(yī)療物資調(diào)度量

分析圖4 可知，在整個實驗過程中，對照組醫(yī)療物資調(diào)度量的數(shù)值波動情況相對較大，全局最大值達到了40.8 kg，其表現(xiàn)時間為第4 個單位時長（每一單位時長為5 min），全局最小值為10.2 kg，其表現(xiàn)時間為第5 個單位時長，二者之間的差值為30.6 kg。實驗組醫(yī)療物資調(diào)度量的數(shù)值波動情況則相對較小，全局最大值達到了71.4 kg，其表現(xiàn)時間為第5 個單位時長，全局最小值為56.1 kg，其表現(xiàn)時間為第2 個單位時長，二者之間的差值為15.3 kg，低于對照組物理差值，整個實驗過程中，實驗組均值水平遠高于對照組。

記錄實驗組、對照組實際醫(yī)療物資調(diào)度量與系統(tǒng)主機所記錄調(diào)度量數(shù)值的對比情況，如表1 所示。

分析表1 可知，除第10 min 的記錄數(shù)值產(chǎn)生了0.1 kg 的記錄偏差外，實驗組系統(tǒng)主機所記錄的調(diào)度量數(shù)值結(jié)果均與實際數(shù)值結(jié)果保持一致。對照組系統(tǒng)主機所記錄的調(diào)度量數(shù)值僅在第25 min 時，與實際數(shù)值結(jié)果一致，其余時間節(jié)點處，記錄數(shù)值與實際數(shù)值之間的差值結(jié)果依次為4.5 kg、0.2 kg、0.1 kg、0.8 kg、1.6 kg。綜上可知，對照組調(diào)度主機的數(shù)值記錄準確度只能達到17%，遠低于實驗組記錄準確度83%。

表1 醫(yī)療物資調(diào)度量的數(shù)值記錄結(jié)果

綜上可知，與調(diào)度系統(tǒng)相比，應用基于最優(yōu)匹配跟蹤算法的調(diào)度系統(tǒng)后，醫(yī)療物資在單位時間內(nèi)的調(diào)度量數(shù)值明顯增大，且系統(tǒng)主機所記錄的物資調(diào)度量結(jié)果也更為精準，在大規(guī)模運輸情況下，該系統(tǒng)能夠?qū)︶t(yī)療物資進行統(tǒng)一的調(diào)度與傳輸，在一定程度上滿足了實時追蹤與記錄資源信息傳輸行為的應用需求。

4 結(jié)束語

在最優(yōu)匹配跟蹤算法的影響下，新型醫(yī)療物資調(diào)度系統(tǒng)從MVC 框架入手，一方面規(guī)劃物資搜索模塊與追蹤模塊的連接能力，另一方面通過物資信息編解碼的處理方式，對相關調(diào)度節(jié)點進行讀取與安排，從而促進資源的傳輸與調(diào)度流程不斷趨于完善。從實用性角度來看，單位時間內(nèi)醫(yī)療物資調(diào)度量的增大，能夠幫助系統(tǒng)主機對運輸資源進行統(tǒng)一調(diào)度，與調(diào)度系統(tǒng)相比，具有較高的應用價值。