空军标准化伤员发生训练系统的设计

张洁琼，胡 杨，陈瑞霖，李永琛，康 健，陈活良，任 杰*

（1.空军军医大学卫勤训练基地，西安 710032；2.空军军医大学基础医学院学员三大队，西安 710032；3.联勤保障部队第921 医院，长沙 410003）

0 引言

未来空军伤员救治面临作战环境复杂、搜救难度高、救治时效性强的问题[1-2]，因此根据空军作战样式、作战环境和武器打击效果等因素设计标准化伤员发生训练系统至关重要。全程依靠人工处理的常规伤员部署方式往往存在模拟伤员的设置与演练想定不适应，伤员的伤类、伤情不尽合理的问题[3]，且标准化伤员模拟训练中计划编排烦琐、伤员设计复杂，往往需要投入大量的专业人员和时间精力，训练难以迅速开展。目前，暂无用于空军卫勤训练的伤员发生系统。因此，本文设计一种伤员发生训练系统，不仅可充分管理标准化伤员的数据，还可迅速、准确、全面、系统地部署伤员，训练救护人员面对批量伤员时的救治能力和应变能力。本系统主要具有以下特点：（1）可存储并分析空军部队战时伤员伤部、伤因、伤型、伤势等要素组成的具体战伤信息，可快速检索不同的伤员信息，且可多终端使用，便于资料的管理和查阅。（2）传统的伤员部署采用提前预设、现场安排的方式实施，存在不合理性。而本系统设计伤员数据库，并按训练要求和想定计划来部署伤员，制订训练计划和任务，设置伤员数量和伤员参数，可以自动生成伤员部署计划和伤员案例数据。（3）可编辑伤妆扮演标准，随时进行伤员信息展示，便于组训人员、伤员化妆和模拟人员更好地了解伤情。（4）可跟踪登记伤员表现，采集实况素材并反馈记载以便于实时评价。总之，本系统在快速完成伤员发生并执行训练任务的同时，使伤员信息的传递更为详细、可靠、实时。

1 需求分析

在近几年的实战化训练背景下，无论是全要素训练还是专项技能考核均对标准化伤员的多样式、逼真性、智能化等方面提出了更高的要求。课题组在空军卫勤的教学训练和专业研究过程中，持续探索空军各兵种在多种环境和致伤因素中的创伤情况和要素特点，搜集和累积了大量战伤历史资料、敌方武器及致伤有关数据，经过持续归纳分析和研究预测，整理出较为完备的标准化伤员伤情要素，制定了相对统一的编码规范和数据管理流程。但在这些研究成果中，各种数据指标多为纸质或电子文件方式存放，标准规范多以工作中口头约定或人工干预方式施行。为此，亟须开发一种面向卫勤训练的空军标准化伤员发生训练系统，运用先进多样的信息化技术并配套相应的计算机硬件设备，基于体系化建设思路将这些数据资料电子化存储、规范化管理和可视化展示，实现标准化伤员案例的采编查询和在线维护。在使用过程中还能够统计分析、持续更新，在教学训练中自动发生伤员、指导伤妆，促进研究成果转化和应用价值发挥。

系统在设计和开发过程中，应依托现有的专业领域模型和伤情案例数据作为核心能力建立案例库及管理系统，围绕训练背景和要素需求对接教学训练场景，借助分析算法和信息技术精确匹配伤情要素、创建模拟伤员，适配智能终端、覆盖不同训练场景、辅助快速发生伤员和化妆指导，达到丰富优化伤情案例库、提升伤员标准化能力和提高训练效能的目标。

2 架构设计和关键技术

空军标准化伤员发生训练系统从使用场景上面向教学人员、医疗专家、训练单位、模拟伤员伤情化妆和扮演人员设计开发，适用于教学、训练等场景，可满足日常案例设计管理、训前伤情救治推演和伤员部署、训中伤员模拟和动态跟踪、训后效果分析和数据优化等多种场景应用需求。结合计算机和便携设备在使用场景中的各自特点，分别开发浏览器客户端软件和应用程序并使两端能够连接互通、协同操作，具备业务电子化处理、数据集中存储和信息共享的能力。据此要求，总体上采用关系型数据库持久存储、应用微服务分布式部署和多用户分角色访问的设计思路，提供网络化和本地化2 种部署安装与接入访问方式。整个系统将依托服务器、计算机、移动端3 种类型硬件载体按照分布式架构体系部署运行，其中标准化伤员管理系统运用MVC（Model-View-Controller）设计模式分层、分模块提高性能且易于扩展，划分的数据存储层、业务控制层、视图层之间独立运行、有序控制，系统内部各模块遵循微服务模式和业务流程封装发布机制并由微服务引擎调度控制。系统在多端协同交互需求和业务扩展能力的设计上采用网络接口方式，根据实际需要进行规划的同时考虑后期预留，按照标准协议定义并预置多个功能服务接口和数据共享接口，可实现与标准化伤员终端的协同操作以及与外部系统间的业务交互。系统架构图如图1 所示。

图1 空军标准化伤员发生训练系统架构图

参考分布式架构体系并结合应用需求，将系统划分为标准化伤员管理系统和标准化伤员终端2 个软件，2 个软件之间的协同衔接关系、业务运转流程以及功能运转过程如图2 所示。

图2 空军标准化伤员发生训练系统运转流程图

标准化伤员管理系统是基于浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）架构的分布式应用系统，根据能力定位和部署位置不同分别由服务端软件、中间件软件、客户端软件、关系型数据库组成。其中，服务端软件采用先进可靠的微服务引擎，支持部署于Windows、Linux 多种操作系统的服务器并以后台方式运行，接收和处理客户端软件请求，具备数据存储访问控制、业务体系流程驱动、业务管理功能及接口的核心服务承载能力。客户端软件基于浏览器运行，用户通过网络接入访问服务端软件完成功能操作，是采用HTML5、层叠样式表（cascading style sheets，CSS）和JavaScript 脚本等前端技术实现的可视化用户交互界面，可适配Chrome、IE、360SE 等多种常见浏览器。标准化伤员管理系统主要面向卫生医疗专家和训练管理单位，用于管理维护伤情案例和伤员数据，在实践场景中与训练计划衔接协同，为其定制编排和发生部署标准化伤员，并结合训练情况分析应用效果，进一步优化完善伤员数据。系统模块结构图如图3 所示。

标准化伤员终端安装于便携式移动端设备（手机、平板计算机等），使用Android Studio 集成开发工具和移动端组件技术开发，采用MVVC（Model-View-View-Controller）模式设计，用Java 语言开发，采用超文本传输协议（hyper text transfer protocol，HTTP）和JS 对象简谱（JavaScript object notation，JSON）格式通过远程服务调用方式与标准化伤员管理系统对接，实现业务操作和数据交换。考虑到某些特定场景下无法提供网络，该终端采用SQLite 数据存储技术实现移动端本地存储，再搭配扩展坞、数据线等物理方式从终端设备中离线读取和写入数据，完成与标准化伤员管理系统间的数据同步。该终端主要面向伤员模拟人员和化妆人员，用于训练中部署伤员、辅助化妆和扮演模拟，跟踪伤员训练实况、采集现场素材，为系统收集更多实践应用数据，进一步评价数据质量，其主要功能包括伤员信息展示、伤员部署、伤员化妆指导、伤员实况登记、伤员案例评价和案例离线处理。

3 标准化伤员管理系统设计

本系统的伤情案例、伤员管理和伤员训练3 个模块是基于Web 应用的软件模块，后端使用Java 语言编程开发，通过开源基础服务框架SpringBoot 整合数据访问对象（data access object，DAO）接口插件Mybatis 和MySQL 数据库进行业务封装和数据存储，以Windows 操作系统为支持环境、JDK（Java development kit）为开发运行环境，部署于Tomcat 应用容器。客户端用户交互界面基于HTML、JavaScript 语言编程开发，运用ElementUI、Vue、CSS、HighCharts等前端可视化及组件化技术实现视图渲染控制和数据可视化展现，采用Axios+HTTP+JSON 框架协议实现与后端业务模块服务的操作请求和数据交互。在安全方面，依托Auth2 框架的Token 机制和安全策略对会话请求和数据资源进行访问控制，参考基于角色的访问控制（role-based access control，RBAC）权限模型和控制机制建立用户管理和认证授权体系。

3.1 伤情案例模块

伤情案例模块保存着整个系统的基础数据资源并负责相应的业务管理和信息维护，主要是围绕体系标准、业务要素、流程管理3 个方面，按照既定的管理方式和流程机制实现案例设计视图、自动生成编码、伤情案例管理、案例批量导入、案例审核发布等可视化功能，旨在依据编码体系规范来定义伤情要素和数据字典，建立标准的专业模型和统一的伤情案例数据库，通过可视化设计与管理视图达到伤情案例的快速创建、批量录入、审核发布和分享查阅的目的。

（1）案例设计视图。

案例设计视图（如图4 所示）是为了降低使用难度和简化操作过程而开发的可视化交互界面，用于案例信息的加载输出和组合编辑，可将伤情要素、属性、参数、数值等数据经过加工处理后在交互界面有序布局和直观显示，并能以动态灵活方式生成可编辑的数据表单，结合多种类型组件实现案例数据和参数属性的填写输入，还可根据需要上传关联案例素材作为附件（照片、视频、文件等）。交互界面创建和编辑的案例数据将封装成JSON 格式采用HTTP由前端通信框架Axios 调用后台服务提交保存至伤情案例库。

图4 伤情案例设计视图

（2）自动生成编码。

自动生成编码功能是以后台功能函数形式表达的，通常为案例设计视图所调用，贯穿并维持着编码体系规范在系统中的作用。编码体系规范是参考卫勤专业领域的相关标准并结合多年研究实践经验，将字母数字代码赋予符合伤情特点的专业名词或语义，设计长度合理且易于辨识的序列组合规则且经过持续编制验证而逐渐形成。为了能够将编码体系规范映射转换并应用存储到数据库，首先使用Navicat 工具设计创建伤情案例的要素、属性、字典，并对字典数据和预设规则进行维护管理（如图5 所示）；然后通过MVEL（MVFLEX expression language）和FreeMarker 模板技术载入预设规则及其所需参数自动生成案例编码；最后将案例编码与创建的伤情案例数据绑定存入数据库，既能确保数据唯一性，亦可提高专业语义辨识度。

图5 通用字典和规则管理

（3）伤情案例库管理。

伤情案例库管理的核心是伤情案例库，用于存储基础字典参数、医学指标特征、人员基本信息、伤情要素类别、案例信息等结构化数据。在伤情案例模型库的创建过程中，参考收集各类伤情研究资料、抽象提炼实体要素、归纳分析信息维度和属性参数形成数据模型，运用Navicat 工具设计创建出模型对应的系列表结构（如图6 所示），并选用MySQL 结构数据库和结构化查询语言（structured query language，SQL）转换导入数据完成实体表模型和案例数据物理层的持久化存储[4-7]。其中关键目标数据是伤情案例数据，存储于伤情案例库表，其与其他数据的联系通过编码ID 方式建立表间关系来实现，其表结构设计如图7 所示。

图6 伤情案例库的系列表结构

图7 伤情案例表结构设计

伤情案例库管理依托伤情案例模型库、围绕伤情案例数据，提供案例数据的添加录入、查询显示、编辑删除、批量导入、审核发布等可视化流程式管理操作，实现伤情案例数据的信息化、体系化管理，采取多用户协同共享、按账号赋权访问机制，以预定的流程和简单直观的操作模式完成伤情案例的日常维护管理工作，确保案例数据保持准确一致和及时有效。伤情案例库管理基本操作包括案例数据的创建、编辑、删除、搜索，均以在线实时方式完成。伤情案例库管理界面如图8 所示。

图8 伤情案例库管理界面

另外，考虑到批量案例数据处理的需要，伤情案例管理视图具备针对格式化文件的批量导入功能（如图9 所示），技术上采用Java POI 插件调用Office文件的应用程序编程接口（application program interface，API），实现对Word、Excel 等格式案例数据文件的读取加载、解析识别、转换架构和导入存储。

图9 伤情案例批量导入界面

创建或导入的伤情案例数据仅作为初稿，必须经过管理人员和专家的评审修订才可发布共享和训练使用。伤情案例管理视图为评审人员提供查看审阅功能，有权限的审核人员通过所属账号访问系统即可对所收到的伤情案例数据进行审核操作。伤情案例审核发布界面如图10 所示。

图10 伤情案例审核发布界面

3.2 伤员管理模块

标准化伤员在卫勤训练中扮演着重要的角色，是关键的专业要素和资源实体。伤员管理模块旨在围绕训练目标和想定背景，调取伤情案例库的专业数据，建立起人、伤、情景的特定联系，产生更加准确真实的标准化伤员实例，以满足训练的专业化要求和实战化模拟。训练前通过自动发生伤员、自主定义伤员创建预备既定标准化伤员实例，持续积累形成伤员库，训练后使用伤员库管理、伤员数据统计功能面向伤员库进行业务管理和数据维护。目前自动发生伤员方式基于MVEL 动态语言和存储过程调用相结合的技术实现规则算法的识别处理，主要采用按比例分配、按总量统筹随机发生算法，其他更精准多样的算法将作为后期重点扩展方向；自主定义伤员方式则需要专业人员根据经验主观选取伤情案例和人员信息，进一步根据具体要求对伤情要素和医学特征编制调整后产生单个或批量伤员实例。伤员库管理通过多维度或属性组合对伤员库进行查询，按需提取伤员数据和详情信息，以列表和表单方式显示，结合编辑、删除操作完成维护操作。伤员库管理界面如图11 所示。伤员数据统计则以伤员库的数量、时间、类别等为特征维度，针对全量数据进行汇总统计，以图表形式展示数据的综合指标、特征分布以及变化趋势，以便透视和掌握伤员库的总体情况。伤员数据统计界面如图12 所示。

图11 伤员库管理界面

图12 伤员数据统计界面

3.3 伤员训练模块

能够在教学训练中将标准化伤员数据应用到化妆和扮演实际场景中，通过模拟操作和对照验证获得更好的训练效果是本系统设计的重要目标，而伤员训练是完成该目标的首要任务。伤员训练模块是针对标准化伤员在实际训练中的组织和管理，主要实现伤员部署设置（如图13 所示）、制订训练计划（如图14 所示）、伤员实况展示、训练效果分析等功能。主要操作步骤和训练过程是：（1）首先根据训练情景、想定背景和实际场地的需要创建训练计划，按训练要求设置伤员位置、兵种类型、数量配比、伤情分布、化妆模拟等部署参数，为伤员部署做好目标情景的具体化准备工作；（2）训练开始前部署人员参照训练计划的部署参数，从已发生就绪的伤员库查询选定符合要求的标准化伤员并归入训练计划，通过对这些标准化伤员数据及部署参数的匹配分析和计算赋值，完成部署参数的实例化处理而形成模拟伤员，经进一步的训练编排和信息调整生成伤员部署结果数据；（3）化妆人员携带移动终端通过伤员ID查询到模拟伤员详情，根据伤情及伤妆信息的引导实施化妆作业；（4）训练过程中，为每个模拟伤员佩戴记录有伤员ID 的伤员卡片（如条件允许可使用电子卡片作为介质存储伤员伤情信息），模拟伤员根据伤员卡片可获取伤情和扮演信息以开展更准确的扮演作业；（5）训练管理人员通过后台系统查看部署情况并实时跟踪伤员动态，协同使用标准化伤员终端随时采集、记录模拟伤员在训练全程中的实况信息（状态、文字、图片、视频），系统自动按时间、科目、类别等维度有序存储，用于后期调取查阅和应用效果分析评价。

图13 伤员部署设置界面

图14 制订训练计划界面

4 标准化伤员终端设计

标准化伤员终端基于Java、SQL 开发，以数字化、网络化、可视化思路设计，选用Fast Jackson、OkHttp3、RFID SDK、Paho MQTT 等技术框架并采用Android Studio、Gradle 工具集成编译而成。该终端可安装运行在Android 8.0 版本及以上系统的手机或平板计算机上，具备HTTP 通信、拍照摄像、数据存储等设备调用能力，采用Auth2+Token 授权认证机制安全接入标准化伤员管理系统后台服务，获取相应的操作权限。作为标准化伤员管理系统在户外环境移动作业场景下的拓展，标准化伤员终端与标准化伤员管理系统的功能对应、逻辑一致、流程衔接，用于在训练过程中连接配合标准化伤员管理系统共同完成训练计划管理（如图15 所示）、伤员部署操作（如图16 所示）、伤员信息展示（如图17 所示）、伤妆指导（如图18 所示）等各项数据准备和训练作业，同时可在训练过程中跟踪登记模拟伤员表现、采集实况素材、记录反馈效果。为了适应特殊安全环境下的无网络要求，该终端采用SQLite 轻量数据库实现对系统数据（账号授权、训练计划、伤员部署、实况素材、案例评价等）的本地化存储，以自定义数据文件方式完成与标准化伤员管理系统之间的打包、校验、导入、导出等数据交换功能。

图15 训练计划管理界面

图16 伤员部署操作界面

图17 伤员信息展示界面

图18 伤妆指导界面

5 应用效果

本系统于2021 年建成，并已在我单位正式运行使用，通过收集历年来的纸质研究资料、自主设计编辑、批量导入等方式将913 份伤情案例收录存储至系统中进行管理维护，可随时检索不同类型的伤员信息。在2021—2022 年度的救治训练和标准化伤员教学工作中，本系统担负3 次伤员发生任务，共产生5 批/次300 例伤员案例，完成约600 人/次标准化伤员发生任务。本系统一方面有利于训练单位对参训人员开展更有针对性的培训，帮助化妆人员更好地掌握伤员伤情的化妆要领，增强模拟人员对伤员伤情扮演的逼真感，提高救治人员的伤情辨识度和战场处置能力，一定程度上增加了训练教学维度，丰富强化了训练教学体验，使卫勤训练中伤员的部署效率得到提升。另一方面，还可以通过在训练中跟踪采集安排部署、模拟扮演、化妆指导、救治处置的实际情况进行效果分析和评价，持续对伤情案例和标准化伤员数据进行优化调整。

6 结语

伤员数据库是对标准化伤员以及案例的强化管理，对于空军卫生训练迅速展开和规划具有极强的辅助作用[8-9]。本系统可以为空军卫勤训练提供标准化伤员案例，使伤员数据切实贴合实战，在训练中提高伤员模拟的合理性和科学性，实现伤员救治信息整合及救治流程的完整跟踪，更好地把握伤员发生规律，形成伤员相关大数据，为以后卫勤训练相关研究提供基础数据。但是在系统运行期间经过多次使用和评估，还有诸多问题和不足的地方，尚存在一定的局限性，主要体现在以下几个方面：一是案例的设计和伤情信息的展现方式过于简单，不能准确表达伤情特点和医学特征，而且设计编辑功能操作不够简洁易用，难以快速学习使用；二是目前伤情案例数据对伤情属性、体征指标、救治过程等维度的信息量化指标提取不够精细，所以系统对伤情案例数据的分析透视粒度和深度不足，缺少更丰富的数据展示视图；三是考虑到保密安全因素，目前系统主要为本地网络或离线方式使用，限制了在训练过程中的扩展性和灵活性，便携终端设备缺少安全的无线网络功能，无法实时采集上传数据，影响协同作业效率；四是随着高技术向军事领域的渗透，高技术武器的杀伤性能大大增强[10]，伴随未来战争中新概念武器的应用，还可能出现一些新的伤类，如激光损伤、微波损伤和粒子束损伤等。未来将继续维护更新和改进完善系统，使之更加贴合实战化训练，提高卫勤训练的科学性和真实性。