基于院内三维地图及蓝牙定位技术的诊间导航设计与实现

汪清 胡晓娟 张湘星

摘  要：本文以解决医院日常关于位置和流程相关的巨量咨询为切入口，向患者提供与就诊流程相结合的导航、自主查询导航以及位置分享等功能，构建一个精细化、移动化、自主化、智能化的医院智能导诊服务系统，进而打造“移动医疗+位置”的完整生态链。

关键词：院内三维地图;蓝牙定位技术;诊间导航

中图分类号：TP311.52      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）09-0181-04

0  引  言

医院尤其是三甲医院门诊具备就诊人流集中、内部结构复杂和指示牌离散等特点，病人在就诊中会经常面临找不到目的地的情况，据统计每日门诊患者中约有1/3的人会前往咨询台或找医护人员咨询求助，其中约42%的问题与地点位置相关。

现有医院室内导诊标识，是静态和离散的，只能告知就诊人目的地的大概方位，并且这些标识提供的信息是不连续的，导致患者在寻找目的地的时候需要不停地寻找医护人员进行询问，使医护人员也因此付出了相当多的服务成本。

因此，我们需要利用移动互联网导航技术帮助患者在医院内获得动态连续的位置指引，顺利找到目的地。

1  对策分析与关键技术

为应对上述突出的指引问题，需要首先搭建室内地图数据，地图数据是患者诊间导航的基础。结合院内引导需求，分层采集、制作室内建筑物数据、室内公共设施数据、室内路网数据等，实现地图展示、室内POI搜索和路径规划等功能;其次随着室内定位技术的日渐成熟，尤其是室内蓝牙定位技术的不断发展，从其定位的稳定性、精度、适用性及成本等综合进行考虑，该技术目前是最具有可用性的定位技术方案。采用基于蓝牙的综合定位方案，以确保枢纽导航定位的产品的稳定性和服务的可靠性。

1.1  院内空间测绘与三维室内地图发布技术

地图数据测绘是院内导航项目的关键技术，目前室外地图的测绘技术已经相当成熟和规范，对于室内地图数据尤其是院内的室内测绘技术，目前没有成熟的技术和规范，本项目在室外测绘技术的基础上逐渐在实践中总结室内测绘规范和技术。在室内测绘数据的基础上，结合三维GIS技术，制作三维室内地图并发布服务，提升室内地图的用户体验。

1.2  蓝牙通讯定位技术

蓝牙通讯是一种短距离低功耗的无线传输技术，在区域范围内安装蓝牙局域网接入点，将网络配置成基于多用户的基础网络连接模式。这样就可以获得用户的位置信息。蓝牙定位主要应用于小范围定位。

1.3  TBT语音导航技术

室内导航语音采用人工智能语音合成技术，以先进的大语料库和语音韵律描述体系为基础，支持面向各种导航引导情况的连续语音合成，合成音质可媲美真人发音。采用TBT级别的语音指引，在每个路口、转弯、换层等位置都会自动提示。

1.4  实景路口放大图技术

三维实景路口放大图，在导航至楼梯、电梯、扶梯、大厅、交叉路口等环境时自动弹出提示用户，具有强烈的实景参照效果。并且采用三维矢量箭头和门框进行指示，使乘客能够在换层、大厅及路口等复杂室内环境中快速确定行走的方向。

2  基于院内三维地图及蓝牙定位技术诊间导航的总体设计

2.1  总体设计

基于院内三维地图及蓝牙定位技术的诊间导航，需要建设院内地图数据并搭建室内定位环境，同时与院内移动医疗对接，系统由应用软件系统、配套硬件和地图数据构成，系统由基础层、数据层、服务层、应用层和表现层构成，系统结构图如图1所示。

基础层由在线云服务系统及蓝牙定位设备组成，为地图服务和人员定位搭建基础硬件支撑环境。空间数据由地图空间数据、蓝牙定位数据组成。地图空间数据包括三维数据、公共设施数据、室内路网数据、楼层数据和全景VR数据等。其中，三维数据来源于院内室内地图，需要通过室内测绘和踏勘获得平面图数据。公共设施数据是室内各种设备设施的位置点数据。地图空间数据变更后需要及时更新。蓝牙定位数据主要是室内蓝牙点室内的位置数据。架构于数据层之上，为应用层和表现层提供基础的地图服务，包括地图展示服务、POI搜索服务、室内定位服务、室内路算服务。应用层是在线地图服务及SDK，与院内移动医疗结合，为患者提供诊间导航服务。系统面向的用户主要是院内患者。其中，患者通过手机系统或全景导航机获取院内导航引导信息。

在对基于院内三维地图及蓝牙定位技术的诊间导航进行总体设计时，需要充分考虑系统的功能需求，从患者、医生等多用户方面考虑。以B/S为平台开发模式，整合多种技术，开发相应的数据标准统一接口，以体现平台的保密性、权威性、快捷性、实时性和开放性，真正满足患者诊间导航的需求。

2.2  模塊设计

基于院内三维地图及蓝牙定位技术的诊间导航，需要设计定位算法模块和路径算法来支撑。

2.2.1  定位模块

定位模块通过客户端程序定时扫描蓝牙设备信号，并匹配数据库中的蓝牙指纹信息，通过定位算法计算出位置信息，并返回相应的值，具体流程如图2所示。

2.2.2  导航模块

导航模块通过不断匹配目的地址，当前地址与目的地址重合时，结束算法，否则根据A*算法计算出引导路径并进行导航，具体流程如图3所示。

2.3  算法设计

导航中最重要的一步是根据出发地址及目的地址，规划出合理的路径并进行导航，因此导航的关键就在于路径选择算法。最常用的路径算法有：Dijkstra算法、A*算法等。

3  基于院内三维地图及蓝牙定位技术的诊间导航的实现

基于院内三维地图及蓝牙定位技术的诊间导航的实现，需要分四个步骤完成。

3.1  基于院内CAD平面图建设院内三维地图数据

3.1.1  地图数据采集的原则及规范

院内建筑物除中空区域、非开发区域、空铺、辅助面、洗手间辅助面外，其他要素均采集为专名。院内处、取药处、收费处需要分别采集室内形状（包含其所属的全部窗口）。名称按照医院现场标志命名，若标牌采集后名称存在多个重复，在名称后增加序号，如院内处1、院内处2、院内处3。对于专家院内窗口，需要独立采集面形状;多个并排的专家院内窗口采集一个面形状即可。抽血、CT等独立医疗功能的区域按照功能范围分别采集单独形状。更衣室、开水间等不为患者服务的区域采集为非开放区域。

各科诊疗室的名称按照现场标牌命名，名称中需包含其所属的科室名称，若没有标牌科室的名称，需要询问、判断并添加。导医台、分诊台、护士台的名称按照现场标牌命名，名称中需要包含其所属的科室名，若现场没有标牌，需要询问、判断并添加。医疗服务机：名称需要按照现场标牌或者服务机屏幕上的名称进行采集，例如打印化验报告自助机、缴费自助机、院内自助机等，若现场无法获取到具体名称，命名为“医疗服务机”，若两个及两个以上名称完全相同的医疗服务机并排放置，只采集一个点，绘制在中心位置。同時绘制包含所有医疗服务机的外轮廓作为辅助面，需要在面对用户的方向制作门要素。

供患者通行的室内道路都需要采集路网线。路网线采集在道路的中心位置，且需沿道路两边的科室或商铺的轮廓绘制，对于大面积空旷区域，如门诊大厅，路网线需要沿周边的科室绘制。所有的建筑物大门、正门、公共设施、通行设施，均需映射在路网数据上，且不可以穿过其他商铺或设施。

3.1.2  底图数据制作技术

获取院内CAD图，具体数据需要到医院进行现场测量，依据CAD进行现场绘制，具体制作方法：绘制轴线，横纵向五米为单位，轴线绘制完成后，用测距仪进行现场图纸的绘制。使用CAD绘制好地形图对应的坐标网格图框，使用图像TATCH将栅格图像插入CAD，然后使用相关命令，依次拾取四点源坐标（栅格图像坐标）和目标坐标（图框实际坐标），将栅格图像的坐标方格与CAD绘制的实际坐标方格对齐。以校正正确的栅格图像为底图，使用CAD工具，将底图中的各种地物、地貌和注记符号绘制出来，即可完成CAD平面图矢量化工作。基于院方提供的CAD平面图，对CAD底图进行简化处理，基于项目建设范围，进行现场核实。采集前须与院方接口人联系确定。

3.2  基于院内地图数据设计并部署蓝牙定位设备

根据蓝牙定位原理及蓝牙设备通讯频率，蓝牙定位设备的部署原则说明如下：室内部署在天花板、墙或者柱子上;室外部署在地面。蓝牙设备的部署间隔为5米-7米。部署位置周围1.5米内不允许有遮挡。根据路网数据，将蓝牙设备部署在人流量最大的位置。设备的信号可以覆盖所有可通行区域，不能有盲区。根据现场情况决定设备部署的间隔，根据现场情况决定设备的信号发射参数。在一定范围内，部署在道路中心线，并且蓝牙设备方向一致，整齐美观。蓝牙定位设备最关键的部件是定位芯片，芯片质量的高低直接决定设备定位的精度，本项目蓝牙定位设备芯片采用nRF51822，其是功能强大、高灵活性的多协议SoC，非常适用于Bluetooth®低功耗和2.4GHz超低功耗无线应用。nRF51822配备256kB flash+16kB RAM的32位元ARM® CortexTM M0 CPU而建构。嵌入式2.4GHz收发器支援蓝牙低功耗及2.4GHz运作，其中2.4GHz模式与Nordic Semiconductor的nRF24L系列产品无缝相容。

3.3  基于院内三维地图数据和蓝牙定位设备提供院内导航服务

院内导航服务，需要为患者提供院内地图展示、POI搜索、室内定位、路径规划及TBT语音导航功能。

地图展示：室内地图数据加载到用户智能手机侧，需要实时下载并渲染，自动化的室内数据生产能力，采用高效的算法，使得云平台的室内模型数据变小，占用带宽资源也很少，从而提高了室内地图的访问速度。提供室内三维地图发布展示功能，并能实现地图浏览、缩放、平移、换层等基础地图操作，支持苹果、安卓和微信端的地图发布功能。

POI搜索：医院科室和周边设施查询，如分诊台、缴费窗口、出入口、卫生间、自助查询机等，对查询结果可以进行语音指引，为医院患者提供门诊科室、室内公共设施等信息列表及图上定位功能;搜索支持中文信息分词系统、模糊搜索、按距离排序等方式，同时，支持同义词搜索。

室内定位：使用手机侧导航软件结合室内三维地图及室内蓝牙定位设备，便可完成手机端的室内定位，采用以蓝牙定位为主的，融合手机惯导、地磁等多源的定位方式实现精准定位。

路径规划：提供院内三维室内导航，提供点到点的精确语音引导，不仅具备路径规划指引功能，还提供室内导航语音指引、箭头文字描述功能，并能够在关键路口提供放大图，实时引导患者前往目的地，同时支持多个目的地的多点间路径规划功能，并提供直梯、扶梯、楼梯分组属性数据，支持不同换层方案的选择。

TBT语音导航：三维室内导航将语音引导、室内定位应用于室内三维地图上，实现三维室内TBT指引，将进一步降低患者的使用成本，用户只需使用智能手机的语音提示、箭头引导和路口放大图提醒即可前往目的地。

3.4  结合院内导航服务及移动医疗为患者提供诊间导航服务

接口数据的设计由患者就诊科室数据和院内地图数据组成，HIS部分需要包含科室ID和科室名称，院内地图数据部分包括科室对应的地理位置ID，如图4所示。

图4  诊间导航信息图

4  结  论

基于院内三维地图及蓝牙定位技术的诊间导航的设计与实现，极大地提升了患者就诊的效率和便捷性，促进医疗信息建设的可持续发展，进一步提高医疗服务水平，降低医院服务成本，使患者自主性选择最佳就医路径。同时，也能让医院管理人员更加专注于病人的治疗，更好地为病人服务，带来更大的社会效益和经济效益。

参考文献：

[1] 国卫办规划发〔2018〕4号.全国医院信息化建设标准与规范（试行） [S].北京：国家卫生健康委员会办公厅，2018.

[2] 国卫办医函〔2019〕236号.医院智慧服务分级评估标准体系（试行） [S].北京：国家卫生健康委办公厅，2019.

[3] GB/T 17986.1-2000.房产测量规范 第1单元：房产测量规定 [S].北京：国家质量技术监督局，2000.

[4] GB/T 17986.2-2000.房产测量规范 第2单元：房产图图式 [S].北京：国家质量技术监督局，2000.

作者简介：汪清（1987-），男，汉族，安徽桐城人，科员，助理工程师，硕士，研究方向：院内导航、大数据。