黄捷，潘愈嘉

广西贵港市人民医院 信息科，广西 贵港 537100

引言

如今，医院移动设备的推广使用在很大程度上给患者与医护人员带来了舒适与便捷的体验效果，如院前急救设备、病区移动车辆、无线通信办公设备、科室治疗仪器及监测设备等，但随着医院的不断发展与建设，数量日益增长的移动医疗设备也逐渐成为医疗设备部门日常管理的难题。诸如：需要维护的抢救设备因错放位置而增加设备的故障排除时间；无线办公设备的丢失导致医院的重复采购；移动设备的项目多、归类复杂也增加了设备的盘点难度等[1-3]。

传统的设备定位管理系统中应用了物联网的无线射频技术（Radio Frequency Identification Technology，RFID）在移动设备上安装带有ID的电子标签[4-5]，通过电磁场以无线方式进行RFID读卡器之间的双向通信，从而识别标签ID并依靠定位服务器中的加权K近邻算法（k-Weighted Nearest Neighbor，KWNN）做区域定位。虽然传统的RFID定位方案具有抗干扰、高准确性、灵活性和可扩展性等一系列优点，但事实上由于RFID业务频段多变，而且有源RFID读卡器成本较高，在医院的院区范围内不可能密集性布置RFID读卡器，同时该定位方案并不支持称动办公设备如笔记本电脑，手持平板等基于TCP/IP协议通讯的无线网络设备。

1 设计目标

为了更好地解决上述问题，本文提出基于物联网与无线局域网技术结合的医院移动设备定位管理系统设计方案，在医院搭建一套针对资产的安防及监控系统，提升医疗设备的利用率的同时也降低医疗设备采购率，为设备的成本核算和绩效分析提供了准确的数据基础，达到有效提高医院资源管理的水平[6]。

2 系统架构

本设计方案是基于物联网与无线局域网技术结合的定位管理系统，从系统框架上可总结出三个部分，感知终端、传输网络、应用系统[1]，见图1。

图1 医院移动设备定位系统架构图

2.1 感知终端

通过二维码、条形码、无线射频等技术对医生查房车、院前抢救设备、医护移动智能终端、移动监测设备等进行分类并标识[7]。在大型移动设备上安装RFID电子标签，这些设备可以通过RFID标签进行标识，设备信息与唯一的ID对应，带有感知终端的设备被取走时可以跟踪到取用者ID，形成完整的使用链关系。RFID电子标签一般分为无源式标签和有源式标签。无源RFID标签的工作能量均需RFID阅读器发射的电磁场来提供，其最大有效感应距离只有几十厘米；有源RFID标签通过自带电源传输较强信号，因而具有更远的读写距离。本系统中的RFID标签均采用基于RFID 2.4G通信协议的有源标签，在极端测试环境中与RFID模块之间的无线传输范围为3～60 m。关于电池可靠性方面，标签在两节240 mAh的纽扣电池的驱动下间歇性自动对外广播ID，而且通过低功耗的设计方案使得标签使用时间长达三到五年[2]。

2.2 传输网络

传输网络的主要设备包括物联网AP、AP控制器AC、中间件控制器MC和物资定位辅助装置。其中物联网AP是系统的关键组成部分，它有别于传统AP的特点，是既可以提供千兆的无线速率也同时支持RFID射频信号的覆盖。其支持RFID射频信号的原理是AP内部除了有支持第三方RFID阅读器模块的应用插槽，还有可以直接将RFID阅读器的指令转换成标准的以太网数据格式的中间件技术，通过收集电子标签信息和下发控制指令来完成与应用程序的交互[8]。物联网AP部件结构如图2。

图2 物联网AP部件结构

通过在医院的重要位置如一楼出入口、病区走廊、临床科室与库房等关键区域，使用物联网AP+辅助定位器+馈线天线方式进行布线与设备安装。为了完成室内信号覆盖，根据实际测试结果，如我院某病区面积约500 m2，共布置了4个物联网AP和10个辅助定位器，其中AP中的RFID模块采用馈线方式进入病房，每条馈线通过天线发射的信号可覆盖相邻的两间病房，而走廊区域等开阔区域只需通过物联网AP即可完成信号覆盖。物联网AP部署如图3。

物联网AP作为无线接入点，在物资定位辅助装置协助下，将感知到带有电子标签的移动医疗设备的位置和信息通过千兆以太网快速发送到物联网中间件控制器。以上方案的优势包括：① 建设初期选用千兆的无线局域网传输网络再配合支持该速率的物联网AP可以更快速地响应控制指令和传输设备信息，而且可以回传大型多媒体数据如视频影像至手持终端设备；② RFID读卡器模块化的物联网AP结合了RFID与WLAN两种技术的优点，既沿用了RFID读写准确性高、速度快、抗污染和耐久性，也可以通过WLAN准确定位接入到无线局域网的非标签式无线办公设备，RFID与WLAN的有效融合不仅减少了医院在对物联网与无线局域网方面的重复建设，也节省了投资成本；③ 物联网AP配合中间件控制器同时使用，可以实现对RFID阅读器和标签进行统一管理和状态监控，控制器自动优化和调整RFID频道，集中下发硬件配置和系统固件，同时也包括多样灵活的用户安全和管理策略。

图3 物联网AP部署示意图

2.3 应用系统

设备定位管理系统实时接收被定位对象的MAC地址或ID信息以及获取到的信号强度值，通过RSSI（Received Signal Strength Indicator）核心三角定位算法，在事先导入的建筑平面图以电子地图形式显示移动设备的具体位置，再通过处理传感器数据并将事件发送至资产管理系统。资产管理系统的主要作用是对高价值、移动医疗设备进行高效管理，此时除了可以通过设备管理部门的电子屏幕上显示实时定位和移动轨迹，也可以在系统后台提供新的报表和指标透视库存、使用率和异常情况，见图4。

图4 应用系统示意图

3 主要功能

3.1 移动医疗设备自动盘点

首先由设备管理部门对移动医疗设备制作电子标签，由于RFID芯片数据容量足够大，可以存储设备的基础数据包括设备代码、拼音编码、名称、别名、计量单位等信息；然后由设备盘点人员使用带Wi-Fi功能和存储了设备基础数据的RFID手持扫描终端，按照科室为单位进行规划范围内走动，手持终端自动获取电子标签的信息并通过物联网AP上传至无线局域网；最后数据经过资产管理系统的后台分析自动生成盘点报表，如果在盘点过程中发现医疗设备摆放位置错误，则返回报警信息至盘点人员的手持终端，提醒工作人员到提示位置进行确认设备的缺失或错放。

3.2 移动设备生命周期活动轨迹查询

一般来说，设备全生命周期分为三个阶段，分别为开发制造阶段BOL（Beginning of Life），使用维护阶段MOL（Middle of Life）和回收利用阶段EOL（End of Life）。第一阶段移动医疗设备在设备入库时便由系统生成唯一ID对应的RFID信息；第二阶段移动设备在使用过程中，系统自动收集设备的使用地点、使用时间、使用条件等数据，由于在系统中提前录入维修工程师、电话、配件价格等明细信息，所以在设备发生维修情况时通过手持终端读取标签信息以便于缩短维护周期；第三阶段如果设备出现损坏无法维修的情况，可以通过系统查询设备以往的维修记录，巡检记录等信息，为管理人员确定责任事故提供有据可查[9]。

3.3 移动设备实时使用状态管理

该功能由两个模块提供系统所需的基础数据。电流检测模块：移动设备电源输入线路与电流检测模块连接，通过检测设备零线电流值数据变化并将模拟信号转变数字信号，由物联网AP经无线局域网上传电流数据到系统服务器，从而实时判断设备当前处于离线、待机或者工作状态[7]。RFID识别模块：物联网AP中的RFID插件通过感知移动设备的电子标签，经由无线局域网上传设备基本信息与位置情况到服务器进行数据分析，最终实现准确定位与显示实时的活动轨迹。

3.4 移动设备防丢失

移动设备防丢失功能主要应用对象是便携式的移动办公终端和带RFID标签的移动设备。针对限制活动范围的移动设备如手持终端、监护仪、雾化器等科内设备，首先需要在病区的主要出口安装无线传感器；然后通过无线网络与物联网AP联动后在资产管理系统界面设置电子围栏，将禁止外出的设备ID信息设置活动权限仅在隔离区内；最后当被锁定的移动设备一旦超出电子围栏允许范围的时候，系统可以通过声音或文字等提示方式，发送报警信息至设备管理员或安全管理部门。

4 应用效果与分析

系统在我院投入使用后，取得了良好的效果。首先，提高了我院设备管理人员的盘点速度，减少了盘点过程中出现的人为错误，提高了最终数据的准确性和账物符合率[10]。其次，通过无线射频与无线局域网技术收集数据形成可视化的移动设备生命周期活动轨迹查询，使得设备管理由被动管理变为主动管理，静态管理结合动态管理的同时不但减少了维修成本和维修周期，而且便于设备资源的合理利用，为医院管理者对设备购置决策提供重要的参考依据[11]。再次，通过监测设备工作状态与位置信息，移动设备实时使用状态管理功能既方便医院管理部门进行及时调配，又可以统计设备单次使用折旧成本和用电成本，为医疗设备的绩效核算提供数据依据[12]。最后，对逃逸资产产生实时预警，使设备管理人员及时并有效地处理设备丢失事件，减少了设备的重复购置，同时也为医院移动资产提供了安全保障。

但是，基于双网技术结合的医院移动设备定位管理系统在使用过程中还存在一些问题，需要在不断探索中持续改进。例如：① 由于自身发射功率的限制，本系统中使用的低功耗有源RFID标签在远离建筑的室外环境无法准确定位，若是使用大功率的板载电源，又会大大增加标签成本并产生电池续航等问题；② 原有的移动医疗设备的基本信息是通过条形码进行识别来录入系统，实现方式简单且投入成本低，当使用设备定位系统后设备的管理费用将会大量增加，如RFID标签的制作；③ 无线网络在物理层面上属于不可靠传输，由此产生的通信窃听等安全问题会导致一些隐私数据的外泄，虽然随着无线网络安全技术的不断发展，相应的安全感知与入侵检测设备已经可以很好地防御网络攻击，但是昂贵的安全保障成本也在制约着无线网络的应用[4]。

6 结语

基于物联网技术与无线局域网技术结合的医院移动设备定位系统，通过实时定位监控移动设备获得资产的可视性，不仅可以高效轻松地管理大量移动设备，方便医院管理部门进行灵活调配，而且有效延长了设备的生命周期，也减轻了维护人员的工作压力，提升医疗设备的利用率的同时也降低医疗设备采购率。本系统通过引入先进的物联网AP，不仅有效地融合了物理网与无线局域网，也实现了统一规划统一管理，减少了医院网络的重复建设[13-16]。