基于物联网技术的病患可视化定位追踪解决方案

项目背景

随着现代社会生活节奏的增快，人们的压力越来越大，精神病人也越来越多，据国家卫健委疾病预防控制局公布的数据，截至2017年底，全国13.90亿人口中精神障碍患者达2亿4326万4千人，总患病率高达17.5%；严重精神障碍患者超1600万人，发病率超过1%。精神病人自杀率的升高以及频频行凶事件的发生，央视新闻调查2019年统计显示：精神病人暴力事件每年造成的严重肇事案件超过万起，使精神病人成为一颗“非定时炸弹”。目前我国绝大部分医院都实现了一定意义上的区域监控管理，但这些信息化管理均是基于人工监督方法，需要耗费大量的人力物力，稍有疏忽便会造成不可估量的后果，对实现意义上的信息化管理还有一定的距离。

项目意义

为了促进精神病管理工作的顺利开展，保障精神病人、工作人员及其他人生命安全和切身利益，维护正常社区秩序，医院自动监控识别体系的建立已是迫在眉睫。智能位置与健康管理系统对精神病人活动区域进行自动跟踪管理、以及生理健康数据的实时监测，一旦超出预置活动范围或生理数据突变，系统自动报警，医护人员可快速做出反应，有效预防发生老年病患、神精失常、肿瘤病患者等走失、或自杀等事件的发生。

方案设计

1、系统概述

基于蓝牙高低精度（AOA+RSSI）融合的定位技术的医院人员及资产定位管理系统是由我司为解决医疗机构在人员看护方面存在的困难和痛点而自主研制的。该系统基于“智能硬件+管理平台+手机移动端”为医疗机构提供室内电子地图展示、紧急救助、身体状况远程实时监测、人员位置实时追踪、虚拟安全电子围栏设置、轨迹追溯回放、视频联动、长时间静止告警、电子点名、人员查找、地下停车场寻车、大数据报表分析等功能，使病患、病患家属或医护人员群体通过信息化、数字化手段得到全天看护和帮助。
新导蓝牙AOA室内高精度定位技术结合基站的阵列天线并采用信号到达角定位算法，单基站即可实现二维定位，定位精度可达0.2-0.5米。蓝牙RSSI室内存在性检测定位，通过接收到的信号强弱测定信号点与接收点的距离，进而根据相应数据进行定位。两种定位方法基于蓝牙5.1版本的寻向功能，且向下兼容所有蓝牙4.2标签。通过在医院大楼内布设AoA高精度基站、RSSI存在性检测定位基站，不间断地采集人员、资产上的定位信标回传的各个感知坐标数据，实时定位并零延时地将其位置信息显示在医院控制中心，支持监管、分析与决策。同时通过获取各种感知数据，并通过丰富的API接口接入医院的门禁、消费等系统，提高医院中人员的无缝追踪、智能调配与高效协同，实现病患全方位服务及工作人员管理。

2、设计原则

实现人员的有效识别，使系统管理体现“人性化、信息化和高度自动化”

为医院提供考勤作业、人员进出限制等多方面的信息查询

实时报警，通过该系统立刻可以知道各种实时报警信息，保证医院安全工作的高效运作

系统设计的安全性、可扩容性、易维护性和易操作性

定位标签对人体辐射满足政府要求

系统设备满足医院管理的防拆、防水、防震、防爆要求

3、系统架构

整个系统分为四层：设备层、网络层、平台层和应用层

设备层：主要包括高精度定位基站和定位标签，为定位的核心设备

网络层：主要完成向下将应用层相关指令传输给基站，向上将定位原始数据传输给平台层

平台层：主要完成位置坐标的解算和业务应用的使能

应用层：主要实现前端页面操作逻辑以及数据展示

精神病人员定位系统主要由以下五部分构成：

（1）人员定位标签：包括病人佩戴的电子腕表、工作人员佩戴的工卡。定位标签对外不间断广播定位数据及体征数据。

（2）AoA定位基站：接收人员定位标签广播出来的数据，并将数据通过网络转发给定位引擎。同时定位基站还可进行数据、语音、视频、定位等多种业务的融合，多种应用使用同一平台传输，互相不受干扰和影响。

（3）定位引擎：接收由定位基站传回的数据，通过定位等算法，计算标签所处位置。并将位置信息，传送给定位管理系统。

（4）应用软件平台：用于接收定位引擎传来的位置信息，并将标签位置显示在平面图上。同时定位管理系统还可用于对标签的管理、标签的追踪、告警等。

（5）物联监护设备集成：系统支持对智能床垫、体征监测雷达、跌倒雷达、轨迹雷达、NB拉伸报警、IP摄像机、红外测温摄像机、LoRaWan传感设备等智能设备的整合与应用，可实现一个平台，实现以上所有终端的设备管理、数据采集与管理。实现对4/5G、NB、BLE、AoA、UWB、LoRa、GPS/BDS/RTK等不同技术协议的集成。

（6）集成第三方系统：可将定位管理系统所收到的定位数据，与医院现有的视频监控系统、广播系统、门禁系统、消防秕进行整合，从而实现更加丰富的功能。

4、系统功能

设备部署

基站可以部署在任何需要进行定位覆盖的区域，空旷区域内基站与标签的极限通讯距离是400米左右，室内环境中，由于格局等各种因素的影响，一般布署间距在10-60米左右。

根据不同区域或对位置精度的要求，可实行0维、1维、2维混合定位。如厕所、小房间内可用0维定位，检测在房间的存在；在走廊过道可用1维定位，定位在走廊的位置；在室外或大的房间内可以用2维定位，定位到大空间的具体在哪一个点。

深圳某精神病医院单层，共20个房间+1条走廊+8个厕所，按0维、1维、2维定位方式，总共布设58个UWB基站，具体部署形式如下图：

三、 系统功能

通过给患者佩戴智能健康监测&定位我w位置，分布区域，对患者实时点名，正确识别以及查询一段时间内患者的活动情况和行动轨迹，方便对患者的管理。同时具备异常预警功能，一旦患者有异常举动，如离开安全区域，擅闯禁区，某一区域滞留时间过长或者聚集异常，都会进行预警，安保人员可直接调取对应位置视频进行状况确认。

患者专属身份识别

患者以智能手环、医护人员卡作为在整个系统中的专属身份识别，与智能云监护统一管理，系统间无缝对接。

患者外出报警

患者一旦离开电子围栏即报警并切入全球定位管理，并通过地图实现移动追踪。

轨迹回放

可查询指定人、指定时间段的移动轨迹，这个时间段此人都去过哪些区域，可以进行活动轨迹播放。

电子围栏管理

可在医院病房内、窗口等高风险区域设置电子围栏，对电子围栏设置报警类型，当围栏内患者有异常行为时候，及时发出报警提醒医护人员。

软件系统平台功能清单：

序号	一级模块	二级模块	功能说明
1	监控大屏	智慧病房	实时定位、查看人员分布
2	人数统计、一键点名
3	实时告警:生命体征告警、电子围栏告警等
4	查看人员生命体征
5	护士站终端	支持展示佩带手环者生命体征，及异常情况。如患者信息 (姓名、年龄、性别、护理等级)生命件体征 (酒过手环采集)实时告警
6	报警管理	历史告警	历史告警:可以根据查询条件查询历史告警信息，报警统计显示报警统计信息
7	报警联动	支持各类报警的联动触发机制，如视频监控联动、红外测温与定位联动等；支持按业务需求，进行报警规则的自定义
8	定位引导	实时定位	实时在图层上展示佩戴定位手环人员位置信息，并可查询病患信息，包括个人基本信息、床位房间信息、家属信息、健康档案等
9	定位追踪	支持搜索绑定患者信息，在地图中显示查询标签所在的位置
10	轨迹查询	单人轨迹	支持通过选择开始时间、结束时间、标签筛选、绑定者信息筛选，查询佩带有定位手环人员的轨迹，并进行回放
11	轨迹联动	支持查询轨迹过程中，可细分不同楼层/区域，并详细显示进入/离开与时长信息
12	路网规划	支持在电子地图上预先规划路径，在展示轨迹时按预先设定的路径展示呈现人员轨迹，避免穿墙、漂移等现象的发生
13	信息管理	环境信息	支持管理环境信息:房间、床位、地点等不同维度 支持将传感露和环境绑定
14	人员信息	支持管理人员类型(如患者、护士、陪护家属) 支持将人员和标签信息绑定
15	设备管理	标签管理	支持管理标签类型(如手环);管理标签信息
16	基站管理	管理基站信息，包括IP地址，在线离线状态，数量统计；
17	摄像机管理	支持兼容各品牌IP摄像机或任何专业摄像机的集成，包括支持H264265，IPSAN、NVR等不同的监控架构与视频格式
18	地图管理	地图列表	支持导入2D平面图;管理地图信息；支持地图多级管理
19	传感器管理	支持管理各类传感器，包括摄像机、环境采集设备、行为分析设备等
20	区域管理	支持绘制区域、电子围栏，管理区域信息；支持区域人员统计查询
21	POI管理	支持在地图上创建信息点并实现信息点的交互，如详情查看、外网连接、图标自定义等
22	系统管理	告警规则	支持各告警类型:生命体征告警、标签告警、区域围栏告警、静止告警、越界告警、超员告警、超员报警、离线告警等
23	参数设定	支持设置系统图标、系统名称的自定义
24	用户管理	支持创建用户和账号，用此账号登录平台
25	角色管理	支持创建角色，给不同的角色分配不同的权限
26	菜单管理	支持菜单分类与自定义，可根据不同角色或账号，分配不同的可查看操作的菜单
27	权限管理	支持灵活自定义权限设置，如查看、删除、打印等
28	集成	接口	支持MQTT、API等不同方式的数据对接
29	系统环境	数据库	支持SQL、MySQL等数据库
30	OS	支持Windows、Linux等环境，支持国产化操作系统
31	运维	运维	可选可视化运维监测平台，实现对系统、数据库、设备等数据的实时可视化监测与预警

方案优势

技术比较

从定位效果来看：RFID定位可以实现存在性检测，但无法实现轨迹实时跟踪和回放；蓝牙AOA定位和UWB定位的定位精度都可以达到1m以内，都可以满足室内的实时定位跟踪和轨迹回放；

从运维角度分析：蓝牙AOA的定位标签比UWB定位标签功耗小，蓝牙AOA定位标签充一次电可以使用3-6个月，UWB定位标签充一次电能用1个月左右，所以蓝牙AOA需要充电维护的频次会少一些。
从设备成本角度分析：从基站来看，UWB实现二维定位至少需要三个基站，而AOA在特定区域一个足以。从设备价格方面来看，UWB基站和UWB标签会比蓝牙AOA的略贵，且手机内置蓝牙可作为标签。整体成本上来看，UWB定位方案会比蓝牙AOA的多。

从系统扩展性来分析：使用蓝牙信号对标签进行定位，任何支持BLE4.0以上且支持协议改写的蓝牙信号设备（手机，手环等）都可以作为标签，蓝牙基站都可以通过算法对其进行定位，后期的可扩展性更佳。

方案优势：

精确度高：室内环境定位精度可达0.2-0.5m。
兼容性好：任何具备蓝牙模块的设备诸如PDA、手机、手环等均可通过进行软件层面的简单改造即可作为定位标签。
抗干扰强：本方案产品利用 2.4GHz频道当中的最外侧信道进行通信，巧妙地避免了与使用同一频道的WiFi信号和其他蓝牙信号的冲突，保证了定位信号的流畅，保证了定位质量。
功耗小：蓝牙AOA定位标签功耗非常小，续航能力持久，如资产标签仅通过纽扣电池供电可续航3年。
成本低：由于蓝牙产业链成熟，芯片成本更低，且现有蓝牙设备也可利旧改造成定位标签，整体成本相对其他技术更低。
部署简单：定位基站可通过POE进行供电，且AoA单基站即可实现覆盖区域的二维定位，对于科室、办公室等区域采用RSSI基站做存在性检测定位，所需部署的基站数更少，因而部署更简单。

审核编辑 黄宇