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医院室内位置服务技术方案的综合评价研究

作者:佳作论文网  来源:佳作论文网 日期:2022-09-08 15:41:59 人气:18

摘要:近年来,随着智慧医院建设的兴起,医院对如何实现人、物、流程、监管的 统一协调管理有了更高的需求,此时存在多种室内位置服务(Location Based Services, LBS技术方案,医院的困惑在于选择何种室内位置服务技术方案才 能满足医院对人、物、流程、监管的协调管理。从智慧医院建设的咨询方视角出 发,针对医院在使用室内位置服务技术的困惑难点,本文研究室内位置服务技术 方案综合评价体系的构建,以帮助医院选择合适的室内位置服务技术方案。

针对医院室内位置服务技术方案的综合评价体系,本文的主要研究工作包 括:

(1) 以 T 医院新建院区为例,构建了医院室内位置服务技术方案的综合评 价研究体系,将综合评价模型分为三层:目标层、准则层、方案层。运用资料收 集和专家访谈两种方式,筛选准则层评价因子,建立了 5 个1 级评价因子和 22 个 2 级评价因子,初步构建出医院室内位置服务技术方案的综合评价研究模型。

(2) 通过专家问卷调研,采用层次分析法计算各评价因子权重以及各方案 对评价因子的权重,加权后构建出除目标层权重以外的评价模型参数。

( 3)应用上制定了应用评价模型的流程,根据所提出的评价流程及模型,T 医院的室内位置服务技术方案进行了具体的评价和选择,结果发现:低功 耗蓝牙方案X2>蓝牙AOA方案X3>地磁方案X5>WiFi方案XI,最终为医院推 荐的室内位置服务技术方案为低功耗蓝牙方案 X2

本文调研了医院室内位置服务技术方案的应用现状,自2018 年至2020年国 内皆是近千万级市场,这说明了我们的研究是有一定的现实意义。而医院室内位 置服务技术方案综合评价体系的建立,不仅可以解决医院选择室内位置服务技术 方案的困惑,为医院决策提供方便,还可以使智慧医院建设商根据不同医院的需 求,提供相应适合医院的室内位置服务技术方案,支持我国智慧医院的建设。本 文的研究亦可为其他场景下的室内位置服务技术方案选择提供一定的参考意义。

关键词:室内位置服务;评价模型;工程管理;院内导航

Abstract

With the rise of smart hospital construction, the hospital has a higher demand on how to realize the unified and coordinated management of people, things, processes and supervision in recent years. At this time, several of location based services technical solutions appear to hospital managers, The hospital managers are puzzled about what kind of Indoor Location Based Services Technical Solutions can provide better service for patients and satisfy the hospital's management of people, things, processes and supervision. As the consultant of smart hospital construction, the author found the confusion and difficulties in the use of Indoor Location Based Services Technical Solutions with the communication of hospital managers. In order to study this problem, the author raises to build a comprehensive evaluation system of Indoor Location Based Services Technical Solutions to help the hospital managers choose the appropriate indoor location based service technical solution.

The thesis has the research on Indoor Location Based Services Technical Solutions as follows:

(1) Taking the newly-built area of T hospital as an example, the thesis constructs a comprehensive evaluation research system of Indoor Location Based Services Technical Solutions. The comprehensive evaluation model is divided into three layers: target layer, criterion layer and solution layer. Using data collection and expert interviews to screen the evaluation factors of criteria level, five level-1 evaluation factors and 22 level-2 evaluation factors are established, and the comprehensive evaluation research model of Indoor Location Based Services Technical Solutions is initially constructed.

(2) Through expert questionnaire survey, the weight of each evaluation factor and the weight of each solution to the evaluation factor are calculated by The Analytical Hierarchy Process. After weighting the evaluation model parameters except the weight of target layer are constructed.

(3)    In terms of application, the process of application evaluation model is formulated.According to the proposed evaluation process and model, the specific evaluation and selection of T Hospital is made. It is found that the low power Bluetooth scheme X2> Bluetooth AOA scheme X3> Geomagnetic solution X5> WiFi solution X1, and the final recommended indoor location service technical scheme for the hospital is the low power Bluetooth solution X2.

The thesis investigates the application status of the indoor location service technology scheme in the hospital. From 2018 to 2020, there were nearly 10 million domestic markets, which shows that our research has some practical significance.And the establishment of the comprehensive evaluation system of hospital indoor location service technical system, hospital not only can solve the confusion of indoor location service technical solution, provide convenience for hospital decisions, but also can make consulting enterprises, wisdom hospital builders according to the needs of different hospitals, provide corresponding suitable for hospital indoor location service technical scheme, support the construction of wisdom hospital in China.The study in this paper can also provide some reference significance for the selection of indoor location service technology scheme in other scenarios.

Keywords: Indoor Location Based Service; Evaluation Model; Engineering Management; Hospital Navigation 

目录

致谢................................................................. IV

摘要.................................................................. V

第一章 绪论........................................................  1 1

1.1.   研究背景..................................................  1 1

1.2.      论文研究目的及意义........................................  1 2

1.2.1    研究目的.............................................  1 2

1.2.2     研究意义............................................  1 3

1.3.      国内外研究现状............................................  1 3

1.3.1    室内定位相关技术的成果研究..........................  1 3

1.3.2     室内定位技术方案的对比研究............................ 15

1.4.      论文研究思路及方法........................................  1 6

1.4.1 研究思路.............................................  1 6

1.4.2     研究方法............................................  1 7

1.5.     论文框架..................................................  1 8

第二章 相关技术理论及评价方法........................................ 20

2.1.      室内位置服务技术概述......................................  20

2.1.1     WiFi 室内定位技术.................................... 20

2.1.2      蓝牙室内定位技术...................................... 21

2.1.3      UWB 室内定位技术.................................... 22

2.1.4      地磁室内定位技术..................................... 23

2.1.5      ZigBee 室内定位技术.................................. 23

2.1.6      RFID 室内定位技术.................................... 24

2.1.7      超声波定位技术........................................ 25

2.2.      室内位置服务技术方案的比较................................. 25

2.3.      评价方法相关理论概述....................................... 26

2.3.1     问卷调查法............................................ 26

2.3.2     专家咨询法............................................ 27

2.3.3      层次分析法( AHP) ................................. 27

2.4. 本章小结...................................................  32

第三章 医院场景下室内位置服务技术方案的应用现状....................  34

3.1.      医院室内位置服务技术方案发展的政策背景....................  34

3.1.1《全国医院信息化建设标准与规范(试行)》............... 34

3.1.2《医院智慧服务分级评估标准体系(试行)》............... 34

3.2.      医院室内位置服务技术方案的应用场景........................  35

3.2.1 院内导航..............................................  35

3.2.2      医护安全管理.........................................  35

3.2.3 特殊患者定位监护......................................  35

3.2.4 医院工友定位管理......................................  36

3.2.5      医院重点区域管理...................................... 36

3.2.6 设备资产定位管理......................................  36

3.3.      国内医院室内位置服务方案应用现状..........................  36

3.4.      医院室内位置服务方案面临的问题............................  39

3.5. 本章小结...................................................  40

第四章 医院室内位置服务技术方案的评价指标体系建立..................  41

4.1. 综合评价体系的建立目标及原则...............................  41

4.1.1 医院室内位置服务技术综合评价的目标.................... 41

4.1.2 医院室内位置服务技术综合评价的原则.................... 41

4.2. 综合评价指标选取...........................................  42

4.2.1 评价指标总体框架初建..................................  42

4.2.2 评价指标选取方法......................................  43

4.2.3      评价指标初选.........................................  46

4.2.4      评价专家选择.........................................  48

4.2.5 评价指标选择过程......................................  50

4.2.6      各评价指标含义.......................................  51

4.3       判断矩阵及评价指标权重的确立..............................  52

4.3.1      指标框架确定.........................................  52

4.3.2      判断矩阵建立.........................................  53 

4.3.3     指标权重的确定方法.................................... 54

4.3.4      确定2 级准则层各指标权重............................  54

4.3.5      数据技术检查.........................................  59

4.3.6      确定1 级准则层各指标权重............................. 60

4.3.7      确定目标层各指标权重以及评价等级..................... 66

4.4      本章小结...................................................  66

第五章 医院室内位置服务技术方案综合评价体系的应用研究............... 67

5.1.     医院室内位置服务技术方案综合评价体系的流程................. 67

5.1.1     应用评价体系流程...................................... 67

5.1.2     评价结果修正.......................................... 68

5.2.      应用综合评价体系........................................... 69

5.2.1     医院概况介绍.........................................  69

5.2.2     综合评价问卷设计...................................... 69

5.2.3     调研目标层评价指标权重................................ 70

5.2.4      综合评价计算结果...................................... 72

5.3.     评价结果分析............................................... 73

5.4.     本章小结.................................................... 75

第六章 总结与展望...................................................  76

6.1. 总结.......................................................  76

6.2. 展望.......................................................  77

参考文献............................................................. 78

附录 A 院内导航系统招标清单........................................  84

附录 B 评价指标归集.................................................  87

附录 C 判断矩阵归集.................................................  89

附录 D 问卷一及调查问卷结果、计算过程............................... 92

第一章 绪论

1.1.     研究背景

随着信息技术的快速发展,各式各样的高科技给人们带来了全新的体验,提 供了非常大的便利。而智能终端尤其是手机的普及,让人们享有了享受便利服务 的条件,以位置服务(LocationBased Services, LBS)为基础的业务也因此受到 了人们关注,其中导航服务已经和我们的日常生活深度结合,人们日常出行已经 离不开定位导航系统。

现今全球定位导航系统最著名的主要有四个系统:普及度最高的美国全球定 位系统(Global Positioning Systems, GPS)、中国的北斗导航系统、欧洲的伽利 略系统(Galileo Satellite Navigation System)和俄罗斯的格格纳斯系统(Global Navigation Satellite Systems,GLONASS)。欧洲的伽利略系统和俄罗斯的格格 纳斯系统由于各种原因,实际应用较少,而美国全球定位系统和中国的北斗导航 系统是目前世界上最主流的两种定位导航技术。美国 GPS 系统早在上世纪 70 年 代就开始研发,最初仅是用于军事目的,现今 GPS 系统以其连续性高精度定位、 覆盖范围广、抗干扰性强等优势独占鳌头,占据了全球导航系统的大多数份额。 中国的北斗导航工程自 1994 年启动,历经 20 余年的建设,到 2020 年 7 月完成 北斗三号系统调试并成功开通服务,使得中国成为自美国、俄罗斯之后世界上第 三个独立拥有全球卫星导航系统的国家。

卫星定位导航系统能实现跨区域性的导航定位需求,比如飞机导航、军事上 的弹道导航等,而在我们日常生活中对于室外区域定位所采用的技术是蜂窝无线 定位。得益于智能手机的普及,蜂窝无线定位凭借其具有双向通信能力和信号强 度稳定的特点,常常取代 GPS 系统用于日常导航应用。

室外位置服务主要包括以 GPS 全球定位技术和北斗全球定位技术为基础的 位置服务和以蜂窝无线定位为基础的位置服务,室外位置服务的应用发展已经相 对完善,有非常多的商业化应用,比如百度地图和高德地图、美团外卖和饿了吗、 摩拜单车和哈罗单车、滴滴出行等。

但是在室内的位置服务中却呈现出了另外的一番景象。据调查统计,多数人 一天 80%以上的时间在室内度过,因此对各种环境的室内位置服务提出了巨大需 求。由于建筑物对卫星信号的天然屏蔽、室内环境的复杂多变以及室内复杂信道 的多重影响下,卫星定位无法用于室内位置服务的精确定位。在这种情况下,用 于室内位置服务的定位导航技术如雨后春笋般被学者们研发了出来,比如如 WiFi定位、蓝牙定位、地磁定位、UWB定位、RFID定位、ZigBee定位、超声 波技术等。

随着医疗改革的纵深发展,以及配合国家全面推动面向未来智慧城市建设的 战略,国家卫健委医疗管理服务指导中心启动了《国家智慧医疗专项研究项目》 的项目。卫健委内部启动了智慧医疗项目组,根据国家标准化管理委员会制定的 《智慧城市评价指标体系总体框架》和《智慧城市评价指标体系分项制定的总体 要求》的文件精神要求,构建了一套智慧医疗评价指标体系总体框架和智慧医院 评价指标,综合评价医院的智慧应用与管理,加强医院信息化建设和管理,为我 国智慧医疗建设提供必要的指导[1]。我国的医院发展在当前国家政策的引导下, 逐步走向了智慧医院。智慧医院中如何实现人、物、流程、监管的统一协调管理, 很多都需要借助室内位置服务技术。

1.2. 论文研究目的及意义

1.2.1    研究目的

我国的医院发展在当前国家政策的引导下,逐步走向了智慧医院。智慧医院 中如何实现人、物、流程、监管的统一协调管理,很多都需要借助室内位置服务 技术。目前在一些学者和医疗信息化的厂商的共同努力下,医院中已经有一些室 内位置服务应用,比如医院室内导航、平安医护定位管理、特殊患者定位管理、 婴儿防盗、工友定位管理(工友主要指医院护工、保洁、保安等从事后勤事务的 人员)、移动资产定位管理、医废追溯管理等。而室内位置服务应用的实现都是 基于较高精度的室内定位技术上,卫星定位系统以及现有的蜂窝无线定位系统无 法满足医院需求,如何选择新型的室内定位技术来支持医院室内位置服务应用的 发展成了一个关键问题。

本文旨在通过查阅相关文献资料,结合室内定位技术特点,在满足医院的实际需求情况下,建立一个医院室内位置服务技术方案的综合评价体系,为不同医 院提供合适的室内位置服务技术方案。

本次课题的关键在于如何科学的建立室内位置服务技术的评价体系,如何合 理的选择评价指标和评价方法,构建评价模型,使用模型来进行实证,并取得较 好的实证效果,证明解决该问题的评价体系具有一定的科学性和合理性。

1.2.2     研究意义

1. 理论意义

在国家政策的支持下,我国大部分医院将逐步迈向智慧医院。智慧医院建设 涉及范围广,技术品类多,如何建设智慧医院是未来医院管理者以及众多智慧医 院建设企业面临的重大难题。本次研究涉及到智慧医院的位置服务方面,针对医 院的室内位置服务技术,为医院、医疗咨询企业、智慧医院建设商提供一套可评 价室内位置服务技术的评价体系,支持智慧医院的发展,满足智慧医院中关于位 置服务的发展需求。

2. 实际意义

医院室内位置服务技术方案评价体系的建立,不仅可以解决医院室内位置服 务技术方案的选择困难,为医院决策提供方便,还可以使咨询企业、智慧医院建 设商根据不同医院的需求,提供相应的医院室内位置服务技术,支撑我国智慧医 院建设。同时,在本文指标的构建中,多样性的选择了五个大类指标,从技术、 成本、施工、效果和患者五大角度进行了评价体系的构建。其中患者角度尤为新 颖,更加契合医院内位置服务的多样性诉求,因此,本文的研究亦可为其他场景 下的室内位置服务技术选择提供一定的参考意义。

1.3. 国内外研究现状

1.3.1     室内定位相关技术的成果研究

近年来,随着社会经济地飞速发展,各行各业频频出现“智慧”一词。“智 慧医院”就是我国卫生领域建设的热潮。现阶段的“智慧医院”可以解释为:综 合运维云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能等信息技术和通信技术 手段,感测、分析、整合、感知医院相关信息系统的数据或信息,从而满足医疗、 服务、管理的各种需求做出智能响应,其目标就是利用先进的信息技术,实现医 院智慧医疗、智慧服务和智慧管理[2]。在整个智慧医院建设中有一部分是关于位 置服务应用的,包括患者院内导航、特殊患者定位、医护安全定位、工友定位绩 效管理、资产定位管理、医废追溯管理等。现阶段,已经有不少采用室内位置服 务技术的应用出现在国内外医院当中。

Hernandez N等人在比利时根特大学医院使用基于WiFi技术的实时定位系 统来监控病人的生命体征[3]。该系统包括具有 WiFi 功能的实时定位标签,病区 级定位网络,WiFi通讯技术和基于WiFi技术的生命体征监控设备。系统在定位 患者位置的同时可以接收患者生命体征数据,护士在护士站通过终端设备可以得 知患者的各项生命体征,甚至可以自动报警。在一般情况下,该系统能监控病区 内患者的实时位置信息。

麻省总医院采用射频身份识别(RFID)技术来追踪手术室的患者和工作人 员,提升了就医效率;印度孟买的 Seven Hills 医院采用了 RFID 技术的数据采 集系统,提高了患者就医的精确度;Pure RFid公司在美国推出一款RFID防丢 系统,通过在出入口安装读卡器来帮助用户监控可能走失的患者,一旦患者靠近 出入口,系统会自动报警[4]。

美国很多医院已经采用了基于 RFID 的婴儿防盗系统,将婴儿标签与母亲的 腕带进行绑定,可有效避免婴儿抱错[5]。

西门子公司设计了一款基于 RFID 的手术室定位追踪系统,该系统在每间手 术室门口布置读卡器,进入手术室前会为每一个参与手术的医务人员佩戴一个带 有 RFID 芯片的手环,当医务人员进入手术室时,读卡器将读取的 RFID 信号和 时间传给系统,结束手术后,离开手术室时读卡器再记录一次 RFID 信号和时间, 这样就完成了手术过程的记录[6]。

黄长兵等人在湖南省科技厅项目“特殊患者精确定位系统的设计与临床应用 研究”支持下,在湘南学院附属医院中实现了基于 iBecacon 技术的医院患者院 内自动定位,能够满足医院患者院内自动定位需求,减少意外情况的发生[7]。

高喆等人在南京医科大学附属苏州医院部署了一套基于 iBecacon 技术的医院室内定位导航系统,实现了医院门诊区域内患者及家属移动端的院内导航,并在导航过程中可推送医院信息、医疗知识等内容,并且可进一步与诊疗流程相结 合,让患者感受入一个专属导诊员全程陪伴,有效改善了患者的就医体验,提高 了患者对医院信任度[8]

陈长骏等人在浙江大学医学院附属第二医院和浙江省人民医院提出了一种 基于 iBecacon 技术的医疗设备定位管理的应用,实现医疗设备远程定位监管[9]。

左四琴等人在苏北人民医院研究了采用蓝牙精准定位技术的医疗废物信息 化管理系统[10]。

蒋蓓等人在上海交通大学附属儿童医院建设了一套应用 ZigBee 技术的室内 定位系统,通过对定位系统深入开发,主要实现了特殊病人管理、医院特殊地管 理、医疗设备管理、特殊药品监管等方面的功能[11]。

黄捷等人在广西贵港市人民医院建设了一套基于 RFID 和 WiFi 双网融合的 定位网络,实现了移动医疗设备的自动盘点、活动轨迹查询、使用状态管理等功 能[12]。

李盈涛等人在北京中医医院与腾讯公司一起构建了一套基于 WiFi 的院内导 航系统,实现了患者自动定位、目的科室导航等多种惠民服务功能[13]。

胡亮等人在浙江大学医学院附属第四医建设了一套基于 WiFi 定位技术的医 院暴力预警应用,防止医护卫生人员在医院受到辱骂、威胁和攻击[14]。

林洋等人在中日友好医院提出了一套基于RFID的手术室医疗设备定位管理 系统的方案,实现了对医疗设备进出手术间的记录和跟踪,并可实时查看手术间 现有医疗设备,将医疗设备的静态台账记录与动态定位信息有机整合了起来[15]。

山其君等人在中国医学科学院背景协和医院提出了一种基于RFID技术的高值耗材全流程精细化管理系统,可实现医用高值耗材的精细化管理[16]

1.3.2      室内定位技术方案的对比研究

当前针对室内定位技术的研究各有侧重。

Yang G 提出,利用 WI-FI 网络测量各个信息点的信号强度,将信号强度换算为距离,并利用三角测量就可得出位置信息。 [17]

朱颖在研究中表现:WI-FI信号的定位精度在3m左右,穿墙能力较差[18]。 童笑宏等人将卡尔曼滤波方法引入 Wi-Fi 室内定位中,将过滤后的信号强度 之和加权,通过数学算法进行距离求解[19]。

张震等人提出一样信号强度与实际坐标的映射模型,其利用多核最小二乘法 并将其改进[20]。

石柯等学者提出了一种可借用多种传感器定位的 WiFi 定位模式,其采集陀 螺仪、加速度计等数据并加以计算,最终确定信号点的位置[21]。

毛万葵等人利用机器学习算法对RSSI指纹定位进行优化,提升定位精度[22]。

PriyanthaN B 通过射频和超声波进行混合定位,该系统根据射频信号与超声 波信号的传输速率差进行测距,选取最小距离差最小的接收机信标作为定位的结 果区域[23]。

综上所述,目前在国内外医院中已经存在有多种多样的位置服务技术以及应 用,包括基于蓝牙 iBeacon 的定位导航应用、基于 ZigBee 的定位系统、基于 WiFi 定位导航应用、基于 RFID 的定位系统等,智慧医院建设离不开位置服务应用的 支持,以上系统是否适合医院部署,什么样的技术方案更适合向医院推广,根据 医院的需求如何选择最佳技术方案,目前还未有人进行系统的研究。

1.4. 论文研究思路及方法

1.4.1     研究思路

本文的主要问题对医院位置服务技术方案进行评价和选择,研究内容主要分 为如下几个部分:

第一章:绪论。绪论主要介绍了本文的选题背景、医院室内位置服务国内外 研究现状、全文研究目的及意义、本文研究思路及方法以及整体论文框架。

第二章:相关技术理论及评价方法。本章主要介绍了国际上流行各种室内位 置服务技术及比较,并且对本文的调查方法进行了详细的总结。同时,立足本文 的核心内容,通过文献查询以及实际技术供应商的咨询,完成室内位置服务技术 的对比,作为建立准则层权重的依据,梳理出适合建立此次评价体系的评价方法。

第三章:医院场景下室内位置服务的应用现状。通过对相关文献资料的梳理 及自身的实际分析,本章主要介绍了现阶段医院场景下位置服务技术的政策支 持、发展现状、国内市场规模以及主要面临的问题。本章主要就是讲为什么要发 展医院的室内位置服务技术以及发展医院室内位置服务技术所面临的难题。

第四章:医院室内位置服务技术方案的综合评价体系建立。本章主要介绍了 医院室内位置服务技术综合评价的目标、原则、总体框架、评价因子、指标处理、 指标权重以及评价标准。首先根据综合评价的目标,本文是为了选取适合医院需 求并满足智慧医院发展的室内位置服务技术,构建综合评价的框架,并分为目标 层、准则层、方案层,目标层是最终医院的选择,准则层是医院的需求及各室内 位置服务的技术对比,方案层为不同的室内位置服务技术。框架建成后需要选择 评价因子,也就是评价指标。通过文献查询以及医院实地调研,确定各个评价指 标,并标注各个指标的含义。通过 AHP 层次分析法确立各个评价指标的权重, 并通过一致性检验。最后确立综合评价标准,选取适合医院的室内位置服务技术。

第五章:医院室内位置服务技术方案综合评价体系的应用研究。本章主要制 定了综合评价体系的应用流程以及实例应用研究。根据设计的指标和模型参数, 获取相关医院的目标层权重,对医院的室内位置服务技术方案进行评价,并最终 和医院选择的技术做对比,验证实际的可行性。

第六章:总结与展望。本章将对全文进行总结,分析不足,总结经验,为医 院室内位置服务技术的推广以及智慧医院的建设做出一定的贡献。

1.4.2    研究方法

本文的研究主要采用了如下几种方法:

1. 文献分析 文献阅读是进行科研的一种基础的研究方法。通过文献阅读法,可以了解相 关理论的前沿和其他学者的研究情况,对研究课题有个整体的了解。本文研究课 题和工作息息相关,所以研究内容相对明确。此次文献阅读主要查找了下列主题 的文献:室内定位技术、评价体系、技术应用评价、智慧医院建设,所搜集的文 献包含期刊、硕博论文、专著、国家政策等。对所收集到的文献进行归纳、整理 和总结,形成对本文具有价值的文献体系,为文章的写作提供详实的理论基础。

2. 实地调研

文章基于实践工作所确立的。通过细致分析医院的管理者沟通智慧医院的建 设问题,在位置服务又是智慧医院建设的一个重要方面,所以经常会谈及位置服 务技术选型的问题。通过实地和医院沟通需求,从智慧医院角度,为医院提供一 个适合医院的室内位置服务技术。

3. 专家咨询

通过问卷调查和专家访谈等方法,并就医院室内位置服务技术的需求进行咨 询,并确定评价指标及相关权重。期间,设计了“医院室内位置服务技术方案综 合评价指标权重的调查问卷”,就医院室内位置服务技术的需求对有关专家进行 了咨询。

4. 理论分析

本文在研究中主要采用了问卷调查法、专家咨询法、层次分析法。通过建立 数学模型从定量的角度去评价医院室内位置服务技术的优劣。在构建医院室内位 置服务技术评价体系和方法过程中,筛选出合适的评价方法,用问卷调查法和专 家咨询法来确定评价指标,用文献阅读法、层次分析法来确定权重,构建判断矩 阵,明确指标重要性,完成医院室内位置服务技术评价体系的构建,为应用评价 体系做准备。

1.5.      论文框架

论文框架如图 1.1 所示。

image.png

第二章 相关技术理论及评价方法

2.1.     室内位置服务技术概述

当前,室内位置服务技术的研究已比较成熟,比如 WiFi 定位、蓝牙定位、 地磁定位、UWB定位、RFID定位、ZigBee定位、超声波定位等技术都已经落 地。而随着国家政策及信息技术的发展,智慧医疗成为了医院建设的新目标,如 何为医院选择合适的室内位置服务技术,如何评价室内位置服务技术,成为了关 键。

本次评价研究主要是以现阶段成熟的商用技术为主,不涉及到算法的改进。

2.1.1WiFi 室内定位技术

现有的无线局域网以 WiFi 协议为主,而我们每个人的手机、电脑等各类移 动设备均有 WiFi 芯片,在室内场景中,许多大型公共场所均已实现 WiFi 全覆盖, 因此,基于WiFi的室内定位技术具有很大的优势[24]。WiFi定位方法主要采用测 RSSI 信号强度值。

基于 RSSI 的 WiFi 定位技术主要是通过预先采集位置指纹信息,然后通过 比对指纹信息确定实际位置,其主要分为两个阶段,一为离线收集指纹阶段,一 为在线定位比对阶段[25]。离线收集指纹阶段主要是在原先地图上将实际 AP 点位 标出,收集区域内各个位置上的可采集到的各个AP信号强度信息,并做好RSSI 和采样点位置映射的指纹数据库。在线定位比对阶段是将移动终端设备在定位点 采集到的信号强度值与指纹数据库中的位置指纹数据进行比对匹配,选出最相近 的一个或者一组数据,然后确定目标点位置[26]。

国内外比较出名的系统主要有Microsoft公司的RADAR[25],它是通过无线 局域网的信号强度来估计目标的位置。

Ye Yuan等人认为基于RSSI的指纹定位法是目前主流的WiFi定位方法,定 位精度依赖 AP 点部署密度,定位误差在 2m 至 10m 之间[27]。 Sunkywu Woo, Seongsu Jeong 等人在 WiFi 定位系统采用了指纹比对方法,利用 RFID 读卡器的 辅助,实现了 lm至5m的定位精度[28]。HarishReddy等人认基于RSSI测距的各 类定位方法在复杂环境下,信号衰减与距离的关系常常会发生改变,导致定位效 果不太好[29]。胡朗在其关于 WiFi 定位技术研究中认为 WiFi 定位系统架设成本 低廉,可利用现有的网络设备及智能终端,且易于扩展,具有很大的优势[30]

2.1.2 蓝牙室内定位技术

 目前,主流的蓝牙定位技术有两种,一种是布设蓝牙局域网,现在常用的蓝 牙 AOA 方案;一种是基于低功耗蓝牙标签,现在俗称的低功耗蓝牙方案。

第一种方案,蓝牙定位技术主要依靠蓝牙局域网。在相关区域部署蓝牙网关, 组成蓝牙局域网,需要定位的物品或者设备上部署蓝牙标签或者具有蓝牙通讯模 组的智能设备,实现双向通信,最后通过定位算法计算出标签或者设备的位置。 蓝牙定位技术的优点是:芯片设备体积小,价格低廉,可集成在各种终端设备中, 如笔记本电脑和手机等,也可作为独立标签[31]。

第二种方案,低功耗蓝牙方案是根据苹果公司开发的 iBeacon 信标作为网络 基础,实现智能定位。该方案会在定位区域中部署适量的蓝牙信标,将蓝牙信标 与地图位置一一映射,建立坐标体系。蓝牙信标周期性对外广播自身信号,当该 区域存在蓝牙接收设备时,蓝牙接收设备可接收多个蓝牙信标信号,根据 RSSI 信号强度衰减模型,利用三边定位法就可计算出蓝牙接收设备的位置信息[24]。基 于BLE的iBeacon,与经典蓝牙显著的区别是:①极低的功耗,相对于第一种蓝 牙局域网方案,iBeacon可降低90%以上的功耗;②无需配对,蓝牙信标通过广 播的方式进行位置信号传播[32]。

Suguna P.Subramanian 等人通过研究认为经典蓝牙室内定位技术采用基于蓝 牙信号强度的三角定位技术,运用蓝牙网关和具有蓝牙模块的智能终端,可在区 域内获得分米级定位能力。该技术的优点在于适合小范围内的精确定位,但其缺 点在于蓝牙网关或者蓝牙基站价格较高,受限于蓝牙传输距离,想要实现区域分 米级定位,需要部署较多的蓝牙网关或者蓝牙基站,致使整体成本偏高,且定位 系统稳定性差,易受噪声干扰[33]。

许鑫硕在研究中发现蓝牙局域网定位相对其他多数室内厘米级定位技术如 UWB 定位技术,蓝牙设备更加低功耗,价格成本也会更低;缺点主要在于芯片 面积及芯片成本由于增加了射频天线和调制解调器等模块,都有一部分增加,而 且蓝牙刷新频率依旧是制约蓝牙精确定位的一项不利条件,另外,由于 AOA 定 位方式的固有缺陷,定位精度与距基站距离成反比[34]。

张叶、高喆等人在研究中发现 iBeacon 技术在医院中使用具有以下优点:一、 iBeacon 蓝牙定位技术可根据医院的场景和需求进行专业定位开发。二、蓝牙信 标部署快捷,其芯片成本低廉并具有较长使用寿命。三、系统本身具有广播功能, 可根据所在院内具体位置,推送定制化的信息给患者及家属手机端。四、系统施 工无需二次弱电工程实施[35、36]。

张瑶琴等人通过运用 iBeacon 蓝牙定位技术,实现了院内医疗废物的实时定 位和轨迹追溯管理,保证了院内每一袋医疗废物的可追溯性。这证明了 iBeacon 技术除了在人员定位与导航上可以使用,在资产定位、设备定位上也具有丰富的 应用场景[37]。

2.l.3 UWB 室内定位技术

美国联邦通信委员会(FCC)对UWB技术的定义是带宽>500MHz,或相对 带宽〉20%的无线电技术[38]。UWB技术是通过极窄脉冲来传输数据,所以其数 据传输速度极高,与此同时, UWB 技术具有抗多径衰落能力强、信息安全性高、 等优点[39]。

超宽带脉冲(IR—UWB)具有极高的分辨时间能力,结合基于TOA的测距算 法,从理论上来讲,定位精度可至厘米级[40]。再结合非视距(NLOS)距离误差信 息,修正 TOA 测距结果,试验证明定位精度可达 5cm 至 45cm[4l]。

UWB 信号的脉冲宽度为纳秒级,信号的带宽可以达到 GHz 量级,主要有以 下优势[42]: (1)系统实现简单、成本低。(2)功耗低。(3)传输速度高。(4) 时间分辨率高、多径分辨率高。(5)抗干扰能力强。(6)隐蔽性好、安全性高。 (7)定位精度高。

目前 UWB 技术研发较为成熟的国外企业有:欧洲 Ubisense 公司的 UWB 定 位系统、美国 Time Domain 公司的 UWB 定位系统[43]。我国最早参与 UWB 技术 研究的唐恩科技,有 ilocate TM 定位系统,可实现 UWB 实时定位并应用于商业 化[44]。

宫晓艺通过研究认为超宽带技术使用纳秒级的窄脉冲直接传递信号,非常适 用于室内定位领域,相对于其他定位方法,在复杂室内环境中, UWB 信号的抗 干扰效果好、时间分辨率高、多径分辨能力更强、功耗低、定位精度高[45]。

2.1.4 地磁室内定位技术

由于地球本身带有地磁场,不同地方的磁场强度以及磁场方向受其他带有磁 性的物质影响也大不相同[17]。地磁定位是指利用地磁场特征的特异性获取位置信 息的技术方案[46]。现代建筑物基本为钢筋混凝土结构,建筑物内磁场受建筑结构 以及其内部署的电器设备部署影响,具有较强的稳定性 [47]。

地磁定位的主要流程如下:首先测量需定位区域内地磁场信息的特征,在地 图上将磁场信息与位置一一关联,建立地图磁场基准数据库。当具有地磁测量的 终端在可定位区域时,将收集到的磁场数据与地图磁场基准数据库进行匹配,直 到找到相似程度最大的地图点位,即可认为时当前目标的实际位置,从而实现地 磁定位功能[48]。

国内对地磁定位技术的研究相对落后,百度在 2014 年投资了芬兰的 Indoor Atlas 公司,将该公司地磁定位技术与 WiFi 定位、惯性导航相结合,成功应用在 百度地图等导航软件中,提高了室内定位精度。杭州十域科技有限公司研发的地 磁定位导航结合低功耗蓝牙信标已成功部署在多个商业地产项目中。北京识途科 技有限公司在地磁定位方面拥有多项专利,其定位精度平均达到 1-2 米[49]。

王忠涛在研究中发现运用地球磁场进行定位导航具有两个最突出的优点:

(1)不需要定位网络,不需要其他定位设备辅助,投入较少,成本较低,易于 推广;(2)不受室内区域和场景的限制,无盲区[50]。

张孟祺等人在研究中发现地磁定位存在定位精度低、地磁指纹采集工作量 大、地磁定位实时性低等一些问题[51]。

2.1.5 ZigBee 室内定位技术

ZigBee 无线网络相较其他无线网络具有通信效率高、安全高、功耗低、成 本低等优势, ZigBee 采用自组网技术,节点之间互相联通,可以扩展通信距离, ZigBee自组网节点有一个连入Internet,其整个网络就可都接入因特网。ZigBee 定位技术一般采用基于测量信号强度(RSSI)的定位方法,具有接收ZigBee信 号的终端通过测量多个可接收到节点的信号强度,根据 RSSI 信号强度衰减模型, 利用三边定位法就可计算终端的坐标位置[52]。

林小泉、王韦刚在研究中认为基于 ZigBee 的无线定位网络具有“一免二高三低”的特点:免执照频段、高安全、高容量、低功耗、低成本、低时延[5354]。 张凤英等人认为 ZigBee 技术是一种低能耗、易实施、低成本、低复杂度的 无线通信技术。 ZigBee 技术的数据传输速率相对较低,相比其他技术其更加适 用于节点个数多、分布区域广、所处环境复杂等特点的定位需求[55]

2.1.6 RFID 室内定位技术

RFID 技术是一种远程的自动识别技术,它通过射频信号来识别 RFID 芯片 并读取芯片相关数据[56]。 RFID 定位常应用的方法是邻近检测法和基于 RSSI 的 多边定位算法。RFID技术分为无源RFID和有源RFID。无源RFID标签没有电 池,系统只依赖读卡器和标签的电感耦合,实现定位多采用近邻法。有源 RFID 标签内含电池,自身信号广播距离可达 30m 以上,故多采用基于 RSSI 的多边定 位算法。

国内外 RFID 技术最具代表性系统有 LANDMARC 定位系统[57], SpotON 定 位系统[58], VIRE 定位系统[59]等。

Ni Lionel M 等人开发的 LANDMARC 系统,运用 K 最近邻算法算法,将 RFID 读卡器和有源 RFID 标签应用于室内定位中[57]。

SpotON 是一个利用 RFID 定位网络,采取测有源 RFID 标签 RSSI 强度,实 现位置信息获取的定位系统[58]。

Mi Jian 等人为了实现室内机器人的自动定位,将高频 RFID 技术结合多个 RFID 读卡器和无源 RFID 标签等设备,设计了一整套 RFID 室内定位系统[60]。

Own Chung-Ming 等人为了解决公交车的实时定位问题,将高频有源 RFID 设备部署在公交车上,利用红外线接收设备,实现了公交车的实时定位[61]。

Hsu Chien-Chang 等人为了实现对独居老人的定位监护,开发了一套 RFID 的室内定位追踪系统,完成了对独居老人的定位监护管理[62]。

张拓通过研究认为 RFID 系统具有多重优势:造价低、体积小、部署简单等, 同时又具有较强的穿透性,被广泛应用于库存管理、信用卡、驾驶执照、车辆系 统、门禁卡以及医疗等领域[63]。

孙大洋等通过RFID定位技术可以实时监控特殊患者的位置信息和生命体征 信息,定位精度约为 1 米,该系统具备实时定位监护、实时生理信息监护的功能,同时还具有病人的病例管理、紧急事件通知、支持接入局域网的终端访问等功能 [64]

2.1.7 超声波定位技术

超声波定位主要采用反射式测距法,系统在定位区域内部署若干接收器,主 发射器放置在定位目标上。主发射器向接收器发射超声波信号,接收器反射给主 发射器,根据发射与接收的时间差可计算出目标距各个接收器的距离,从而确定 目标位置[65]。

Ward 于 1997 年建立的 Active Bat 系统达到 3cm 的定位精度,但是研究发现 虽然超声波定位整体定位精度较高,结构简单,但超声波受多普勒效应、温度、 多径效应和非视距传播等关系影响,非常不稳定,同时也需要大量的接收器,导 致成本较高[66]。

2.2.      室内位置服务技术方案的比较

表 2.1 各种室内位置服务技术方案对比

定位技术

技术

成本

安装

优点

缺点

定位精度

功耗

可靠性

时延

WiFi 技术

3-10m

中等

中等

中等

中等

中等

覆盖范围广、易部 署 低功耗、低成本、

易受干扰、容量

低、定位精度差

低功耗蓝牙

1-5m

中等

中等

易安装不用拉线、

易受干扰、传播距

技术

方便接入、容量

离短、安全性差








大、


蓝牙AOA技

0.3-0.5m

较低

中等

中等

中等

中等

精度高、低成本

易受干扰、传播距 离短、安全性差

UWB 技术

0.1-0.3m

较低

中等

中等

低功耗、抗干扰能 易干扰其他的无

力强、穿透力强   线电系统、成本高









地磁信号不敏感

地磁技术

3-5m

中等

中等

低成本、覆盖范围 广

的区域定位精度 极低、指纹采集过









程复杂

ZigBee 技术

1-5m

较低

中等

中等

中等

低功耗、低成本、 低时延、容量大

覆盖范围小

 


RFID 技术 3-5m

较低

较低

较低

较低

低功耗、低成本、传播距离短,存在

低时延、覆盖范围 广、穿透力强

性定位

超声波技术 0.01-0.1m

高精度

成本高,受室内环 境影响大、安装难 度高、难与其他系

统整合

 2.1 各种室内位置服务技术方案对比总体展示了各室内位置服务技术方案 的特点,通过文献查询以及技术学习,明确了各室内位置服务技术的优缺点。

2.3.      评价方法相关理论概述

2.3.1 问卷调查法

1 )方法简述

问卷调査法是以有效的数字实现复杂宏观世界中现象或问题的精确把握的 科学方法,是为解决问题、改进现况并计划未来提供现实依据的研究方法,是研 究社会现象背后的各种社会力量作用下产生的客观事实的研究方法[67]。

问卷调査法是目前研究中最常用的方法。近年来,在我国的调查研究中普遍 地使用问卷调查法。问卷调査法的产生和广泛运用,为解决问题和改进现况提供 依据。

2)           问卷设计步骤

(1)      明确调查的目的和内容: 要充分了解调查的目的,将需要调查的问 题具体化和条理化,确定问卷设计所需的信息;

(2)      搜集有关调查所需的资料:确定调查所要了解的内容和所要搜集的 资料, 确定需要通过问卷调查来获取的资料(调查问卷应限于收集由其他方法 所无法得到的资料)

(3)      确定每个问答题的内容:确定问卷中具体包括的问题,确定问题询 问的内容;

(4)      决定问答题的结构:封闭式问题、开放式问题;

(5)      决定问答题的措辞:问题措辞要准确清楚,用词要确切,封闭式问题的答案要穷尽、互斥;

(6)      合理安排问题的顺序:简单的、容易回答、易选择的问题放在前面, 被调查者感兴趣的问题放在前面,复杂的、较难的问题放在后面,具有多答案、 需要很长思考的问题放在后面,问题的排列需要符合问题的逻辑顺序;

(7)      确定格式和排版,除了需要调查的问答题外,还应该包括:卷头语 和卷尾语、问卷答题说明(应采用非问卷主体使用的字体)、调查对象的背景信 息调查(一般放在问卷的最后,如果是比较简单且不敏感的信息,可以所以放在 问卷开头);

(8)      问卷的模拟调查试验和定稿:模拟调查试验和修正、定稿。

2.3.2 专家咨询法

专家咨询法利用专家们专业的技术能力,在客观事实的基础上,让专家们以 打分等方式做出定量评价。专家评分法的优势在于当处于缺乏原始资料、缺乏足 够统计数据的情况下,可以将很多问题依据专家能力做出定量评价[68]。

主要步骤是:首先根据评价对象选择合适的专家,再根据评价对象的具体情 况选取评价指标,对每个因子均要做出评价等级,用分值表示每个评价等级的标 准要求;由相关专家对评价对象进行评价,依据标准要求打出各个因子的分值; 最后采用一定的算法求出各评价对象的总分值,得到最后的评价结果。考虑到专 家权威性的大小和各指标重要程度的不同,最终评价结果可用加权评分法计算。 专家的技术水平、阅历经验是影响专家评价的准确程度的重要因子。

2.3.3层次分析法(AHP)

1)方法简述

层次分析法(The Analytical Hierarchy Process ,简称AHP )是美国运筹学家 萨迪(A.L.Saaty)提出的一种综合评价方法,其目的是在复杂的决策问题中进行 已有方案的比较排序[69]。

它的基本思想是遇到一个复杂决策问题,将问题提炼然后划分出影响问题的 评价指标,将评价指标分组并按支配关系化为多个层级,从而形成一个有序的递 阶层次结构。框架建立后,每层评价指标通过两两比较的方式来计算层次中诸因子的相对重要性,然后综合专家的判断以确定决策各因子相对重要性的总排序。

2)基本步骤 层次分析法的运用主要分为四个步骤进行:

(1)      依据系统中各因子之间的关系,建立该问题的递阶层析结构;

(2)    将同一层次的各因子进行两两比较,构造两两比较判断矩阵,其判断规则为 关于上一层次中某一准则的重要性;

(3)      由构造的两两判断矩阵计算被比较因子对于该准则的相对权重;

(4)    分别汇总计算各层因子相对目标层的合成权重,并将方案层进行排序。 第一,递归层次结构的建立

如图 2.1 所示。

(1)      顶层:问题的预定目标、理想结果或决策难题,称为目标层;

(2)    中间层:包括为了完成目标所涉及的中间环节,亦可是影响目标完成的各个 因子,也可以有若干层次组成,称为准则层;

(3)      底层:完成目标的各种决策方案等,称为方案层。

image.png

图 2.1 递归层次结构图 

第二,构造两两比较判断矩阵

以某准则C1为例,构造方案P1、方案P2.............  方案Pn的两两判断矩阵如2.2 所示:

表 2.2 方案两两比较矩阵

C1

方案   P1

方案 P2                      ...

方案 Pn

方案 P1

a11

a12                              ...

a1n

28


 

 


C1

方案   P1

方案 P2                      ...

方案 Pn

方案 P2

a21

a22                                                            ...

a2n


构造关于ClA = (ayn*n判断矩阵,其中aij是方案i与方案j相对于C1重要性比较程度。判断矩阵中各个元素ajanaika」i具有如下特征:

a」> 0, aj =丄,a = 1, ay =坐

ij                ji      aij ii                   ij    ajk

关于aij的判断标准如下表2.3所示:

表 2.3 aij 的判断标准

标度                含义

1                             表示两个因素相比,具有同样的优势(同样重要)

3                                     表示两个因素相比,一个因素比另一个因素稍微有优势(稍微重要)

5                                     表示两个因素相比,一个因素比另一个因素明显有优势(明显重要)

7                                     表示两个因素相比,一个因素比另一个因素强烈有优势(强烈重要)

9                                     表示两个因素相比,一个因素比另一个因素极度有优势(强烈重要)

2, 4, 6, 8              上述两个相邻判断的中间值

倒数                若元素方案i与方案j的重要性之比为aij,那么方案j与方案i的

1

aji =—

重要性之比为     aij

第三,单一准则下元素相对权重的计算如表 2 所示,构造上述关于准则 C1 的判断矩阵 A构造各元素相对于准则 Cl 的相对权重:

e =(®i,®i,…,%i)T                                 (2-1)

将 A 的元素按列归一化:

判断矩阵必须具有一致性,其结果才有效。

一致性检验:假设e为矩阵A的与特征根n的特征向量,只有当矩阵完全一 致时,判断矩阵A才存在2max = n,而不一致时,存在2max >n,即可用(2max -n) 这个差值大小来判断一致性的程度,此时一般用C. I. (consistency index)这 个一致性指标, C.I. 愈小,说明一致性愈大。

ci . = 2max - n

n-1                                                                                              (2-6)

一致性偏差有可能是由于主观判断、因子数量大等随机原因造成的,所以在 检验判断矩阵是否具有一致性时,还需要将平均随机一致性指标 R.I. (random index) 加入,将 C.I. 与 R.I. 进行相除,得出检验数 C.R. ,即

C.I.

C.R. =     < 0.1

R.I.                                                                                               ( 2-7)

其中 R.I. 与判断矩阵的阶数有关,如下表 4 数据所示,一般阶数愈大,出 现一致性随机偏离的可能性也愈大。

表 2.4 R.I. 取值表

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

R.I.

0

0

0.58

0.90

1.12

1.24

1.32

1.41

1.46

1.49

1.52

1.54

1.56

1.58

1.59

当 C.R.<0.1 时,我们认为判断矩阵的一致性是可以接受的,其结果是可信 的。

第四,计算各层因子对目标层的合成权重

同理,计算准则 C2、 ... 、 Cn 的相对权重,再计算关于总目标的各个准则的 权重,总目标准则层如表 2.5 所示:

表 2.5 目标层各准则权重

构造各准则相对于总目标的相对权重e =(e,e2,...,en)T

计算方法如公式( 2-2)、( 2-3)、( 2-4)、( 2-5)所示。

接下来进行目标层各权重的计算,如表 2.6 所示。

表 2.6 目标各权重计算方法因素及权重

计算结果需要从上到下逐层进行统一的一致性检验。若已经求得 C 层上因Cj为准则的一致性检验指标C.lj,平均随机一致性指标R.lj, 一致性比例

C.Rj,那么C层的综合指标C.I.⑵、R.I.⑵、C.R.⑵应为:

C.I.(2) = (C.I.1(2),C.I.2(2),..., C.I.k(2)) e(1)

R.I.(2) = (R.I.1(2), R.I.2(2),..., R.I.k(2)) e(1)

实际应用时,整体一致性检验常常可以省略。整体一致性的必要性有待于进一步讨论。

2.4.      本章小结

本章主要介绍了室内位置服务应用的相关技术包含目前在医院常用的WiFi、蓝牙、UWB、地磁、ZigBee、RFID、超声波技术等以及可用的相关评价方法包含问卷调查、专家访谈、层次分析法等,通过相关技术方案对比,初步明 确室内位置服务技术的优劣,再通过评价方法的介绍,明确了运用的评价方法模 型和算法。

第三章 医院场景下室内位置服务技术方案的应用现状

3.1.     医院室内位置服务技术方案发展的政策背景

近年来,国家大力推进智慧医院的发展,分别在 2018年和 2019年颁布了《全 国医院信息化建设标准与规范(试行)》和《医院智慧服务分级评估标准体系(试 行)》。医院室内位置服务作为智慧医院的一部分,在上述两个政策中都有明文 要求,具体为:

3.1.1           《全国医院信息化建设标准与规范(试行)》

2018 年4 月13 日,国家卫健委规划与信息司发布《全国医院信息化建设标 准与规范(试行)》政策,主要针对医院信息化的一些顶层设计和具体的应用要 求,其根据目前医院信息化建设现状,对全国医院未来 5 年至 10 年的信息化系 统建设提出指导性的建设要求。

《全国医院信息化建设标准与规范(试行)》中在便民服务就诊服务里院内 导航中有规定:通过专用固定终端或移动终端为患者提供医院范围内的智能导 航。三甲医院要求具有具备地点标注、目的地导航、线路图标注、信息提醒、支 持室内 3D 和室外地图、预期步行时间、室内室外定位功能切换、最优路径算 法和提示、室内3D图像处理等9项功能中的其中6项功能,提供医院范围内包 括科室分布导航、地图导航、车位定位等 3 项智能导航服务中的其中 2项服务。 三乙医院要求略低,需具备 4项功能、提供 1项服务。

在便民服务就诊服务里患者定位中有规定:三甲医院要求提供婴儿、丧失自 控能力等特殊患者的定位服务。三甲医院需要具备包括支持室内3D和室外地图、 定位对象坐标信息获取、患者定位信息自动提醒、室内室外定位功能自动切换、 电子标签被拆实时报警、偏离报警等 6 项功能中的 4 项功能。三乙医院无此要求。 3.1.2《医院智慧服务分级评估标准体系(试行)》

2019 年 3 月 5 日,国家卫健委办公厅发布《医院智慧服务分级评估标准体 系(试行)》,主要为了指导全国各级医疗机构如何开展智慧医院建设,希望能 构建出适合中国国情的医院智慧服务分级评估体系。

《医院智慧服务分级评估标准体系(试行)》中在诊中服务标识与导航项里 要求医院为患者提供电子化就医引导的环境与功能,在全程服务智能导医项里要 求医院为患者提供个性化就医引导的功能。该政策要求医院如果要评估医院智慧 服务四级的话,就必须上院内导航系统。

3.2.      医院室内位置服务技术方案的应用场景

智慧医院主要包含智慧医疗、智慧服务和智慧管理等方面,国家政策大力推 进智慧医院的建设,带来了医院在门诊、住院、后勤、运维也上迫切的发展需求。 应用室内位置服务技术可以帮助医院解决多个场景的智慧服务和智慧管理问题。

3.2.1     院内导航

应用室内位置服务技术可以有效的解决医院院内导航问题,结合智慧服务评 价体系的要求,通过建立院内导航系统,贯穿整个患者的诊疗流程。院内导航系 统结合医院 HIS 系统,可实现基于患者就诊流程的自动导航。根据患者的就诊 环节及流程,向患者推送下一步的就诊提示信息(例如内科诊室、抽血处、影像 科、药房等)。基于移动端推送的就诊信息,患者点击后进入移动端小程序,为 患者提供基于移动端精准的院内实时导航服务。院内导航系统能有效解决各类型 医院就诊流程的繁琐、就医效率低下的问题,减少“三长一短”现象,优化资源 配置,提升服务质量。

3.2.2     医护安全管理

本着为医护工作人员安全着想的宗旨,针对突发性医患争执而引发的伤医事 件,平安医护管理系统可以在医护工作者遇到紧急情况的位置通知到安保人员, 安保接到消息后可以立即感到事发地点,阻止医闹的发生。系统的建成,可有效 减轻医闹事件造成的后果,保障医护人员的人身安全,为医院医护人员提供一个 良好的工作环境,提高了医院的整体品牌形象。

3.2.3     特殊患者定位监护

本着以患者为中心的宗旨,基于室内位置服务技术可以建设医院的特殊患者 定位管理系统。在医院各类人员皆可实时定位的情况下,针对医院特殊患者在院这一场景,做相关医院的个性化功能开发。在医院布设定位网络,通过给特殊患 者(包括但不限于传染病患者、精神病患、老年患者、新生儿等)佩戴实时定位 标签,可在医院后台实时观察其位置信息,方便医护人员管理。

3.2.4     医院工友定位管理

医院工友主要包括护工、保洁、保安等后勤人员,很多医院后勤主要靠外包 公司服务,服务质量难以管控。

基于室内位置服务技术开发的工友定位管理系统,将定位技术和通讯技术相 结合,可以高效地进行工友工单派发,实时监管工单的执行情况。系统符合医院 对工友的管理需求,可进行智能排班,可对工友进行在线管理。通过对工友进行 位置追踪,详细查看每天的工作数据,包括一天内的服务内容、区域、服务的病 人,以及对每个病人服务的时间等;采用自动化统计方式,提高对工友的监管, 保证工友的工作质量,从而提高服务效率,最终可达到精细化管理,提升医院服 务水平。

3.2.5     医院重点区域管理

医院内不同的区域有着不同的功能属性,如药房药库、放射间、弱电间等区 域并不方便患者及家属进入,因此这些区域需要设立电子围栏,防止不相关人员 进入。一旦有人误入危险区域,医院安保等部门应立马收到信息,从而做出相应 的处理。

3.2.6     设备资产定位管理

资产定位管理系统是基于全套室内位置服务网络下,定位标签与资产设备绑 定,定位标签所提供的位置信息即资产设备的位置信息。该系统可实时查看各个 医疗设备的位置,方便医院使用者和管理者能快速找到所需设备,同时可实现区 域内资产的一键盘点,减轻管理人员的压力,为设备资源的合理调配以及采购提 供管理决策参考。

3.3.     国内医院室内位置服务方案应用现状

据了解,由于 2019 年国家有《医院智慧服务分级评估标准体系(试行)》 出台,医院院内导航应用在很多医院有了落地,而其他的位置服务应用由于不是 36

刚需,在全国范围内只有零星落地。故文章以“导航系统”为题,在中国政府采 购网站(https:///www. ccgp. gov, cn/)及各省市政府采购网站查询采购公告, 截至 2021 年 3 月 31 日,去除非医疗相关内容,去除重复公告,共获得以下 37 条医院院内导航系统的招标通告,具体内容见附录A,该统计并不完全,部分省 市的政府招投标数据未同步至中国政府采购网站,所以该统计只能用作参考。如图 3.1 可以发现,医院院内导航系统自 2017 年开始有落地项目, 2018 -2020 年平均每年有 10 个以上的落地项目, 2021 年由于只统计到 3 31 日,故 暂不列入考虑。这其实也反应了真正落地的位置服务应用也就是从 2017 年开的。

图3.2 年度预算-增长率-时间图

自从 2017年第一个项目落地,截至 2021 年 3 月 31日,医院院内导航项目 市场总体预算超过 2900万元,分年度来看, 2017 年有两家医院共安排了100万 的预算。2018年随着技术方案的推广,共有11 家医院准备了超过800 万的预算, 同比增长率超过 700%。2019 年随着政策的鼓励,技术方案案例落地数的增加, 共有 10家医院准备了超过 936 万的预算,同比增长率超过 15%。而在2020 年, 随着技术方案的进一步成熟,市场竞争越加激烈,很多医院也获得了更为准确的 成本案例信息, 12 家医院安排了超过 878 万的预算,同比增长率为-6.21%,预 算的多少除了与技术方案本身有关,也与医院部署面积有关,不排除2020 年医 院部署面积有减少的情况。2021 年由于只有一季度的数据,所以无法全民评估 全年院内导航系统预算的情况,但是根据《医院智慧服务分级评估标准体系(试 行)》的进一步推行, 2021 年全年全国医院预计有1000 万级的院内导航系统预 算。总体来说室内位置服务应用近几年发展迅速,并逐渐被医院发现了其中的应 用价值,新医院规划与老病区改造中涉及到室内位置服务应用的项目越来越多, 故而研究医院室内位置服务应方案迫在眉睫。

image.png

图 3.3 预算价格 -成交价格对比表

从 2017 年室内位置服务刚进入医院时,由于竞争厂商较少,成交价格与预 算价格差距不大,而当 2018 年开始,技术逐渐发展成熟,随着竞争厂商的增多, 成交价格相对于预算折扣越来越大, 2018 年整体折扣幅度为 82.8%, 2019 年整 体折扣幅度为 74.4%, 2020 年整体折扣幅度 68.0%, 2021 年目前整体折扣幅度 为 80.5%, 2018-2020 年三年中可以看出来市场的竞争压力逐步加大,各厂商急 需评估自身的技术方案和价格是否能满足医院需求。

3.4.      医院室内位置服务方案面临的问题

目前,室内位置服务技术在很多医院已经有试点落地,有部分医院也已经全 院部署,基于室内位置服务技术开发的室内位置服务应用也有很多已经落地,但 其中也存在着一些问题。通过大量的实地走访,发现目前针对医院室内位置服务 技术的评价尚属空白,大部分医院未对对医院室内位置服务技术进行评价,很多 医院都是听从供应商建议而盲目的选择技术,从医院的角度来看,医院缺乏顶层 规划。具体问题总结如下:

1.     缺乏方案评价的标准。通过大量的实地走访,发现目前针对医院室内位置服务技术的评价基本上没有,大部分医院都没有去对医院室内位置服务技术做 过评价,很多医院都是供应商推荐什么技术应用什么技术,缺乏统一的评价标准。

2.    评价指标难以量化。对于室内位置服务技术方案来说,很多评价指标都 是定性指标,比如施工难度、施工影响、患者满意度等,这些都是难以进行量化 的指标。

3.    评价过程缺乏透明度,医院内部分歧较大。政府在推进智慧医院建设的 过程中所推行的政策只是指导性政策,现阶段不强制要求医院按照政策建设,医 院在选择医院室内位置服务技术时主要由信息科主导,其他科室参与度很低,导 致医院内部存在建设分歧。

4.    技术品类众多,难以抉择。物联网技术的发展促进了室内位置服务技术 的发展,多种类多频段的协议均可应用于室内位置服务应用,但是又由于每种技 术的特点不一,很多技术只适用于单独的某一场景,如果建设多种技术会给医院 后期运维带来较大的困难,医院对室内位置服务技术的选择难以确定。

3.5.     本章小结

本章主要对医院室内位置服务技术发展的政策背景、医院室内位置服务技术 的应用场景、国内医院室内位置服务方案应用现状以及医院室内位置服务技术面 临的问题进行了介绍。从政策中可以发现目前国家对医院发展室内位置服务技术 的鼓励,虽然只是指导性政策,不强制要求新建,但也体现了日后的发展方向, 也是让部分发展较快的医院有了新的发展方向。政策的鼓励和技术的发展,使得 部分医院已经有了室内位置服务技术的试点应用,院内导航应用已经是一个千万 级市场,证明了本文具有一定的现实意义,与此同时也展现了医院在这方面的需 求以及面临的问题。如何选择合适的室内位置服务技术也成为了医院的一大难 题,因此,建立医院室内位置服务技术的综合评价体系成为了解决医院难题的关 键。

第四章 医院室内位置服务技术方案的评价指标体系建立

4.1.      综合评价体系的建立目标及原则

4.1.1      医院室内位置服务技术综合评价的目标

智慧医院的建立离不开位置服务网络的确立。有关医院位置服务的应用,不 仅能方便患者的日常就诊,还能减轻医护工作者的压力和负担,给医院区域管理 和设备管理带来全新的模式。位置服务技术的合理选择,是关系到智慧医院建设 的新高度。

医院室内环境比较复杂,建立医院室内位置服务技术的综合评价体系是为了 科学、准确的了解室内位置服务技术的优劣,及其在医院环境中的适配性,不同 技术其技术特征和应用场景均不同,通过评价则可以将室内位置服务技术进行量 化,就可以室内位置服务技术在医院场景下的适用情况,根据评价结果的比较, 选择最适合当前医院的使用技术。医院室内位置服务技术的综合评价体系应当在 满足医院需求的同时,选出具有合理的性价比的技术,支撑未来智慧医院的发展。

在建立医院室内位置服务技术综合评价体系的过程中,其关键在于构建医院 室内位置服务技术综合评价的指标体系,选取合理的评价要素,经过充分的调研 分析和专家访谈,科学地确立各评价指标的权重,选择合适的综合评价方法,最 终筛选出最合适的技术。

4.1.2      医院室内位置服务技术综合评价的原则

1)科学性和客观性

科学性,所有的评价研究都应坚持科学性原则,只有这样才能够确保其最终 的结论为技术评价提供有效的价值。室内位置服务技术的评价,必须符合技术本 身的实际特点,经得起实践的检验。

2)目的性和导向性

目的性,任何指标评价体系都是为了一定的目的设立的,室内位置服务技术 的评价,就是为了帮助医院及相关从业者,选出目前最适合医院的室内位置服务技术。

3)独立性和层次性

独立性,指标评价体系中的各个指标在选取时,应在不失准确的前提下尽量 相互独立,不要重复计算。我们在评价室内位置服务技术时,可相应设立层级, 尽量减少重复指标。

4)实用性

实用性,指标评价体系中各个指标取舍不应将所有指标因素都囊括在内,而 是既要体现评价目标的特点,又要便于操作和调整,满足实际评价的需要。

5)可操作性

可操作性,指标评价体系中各个指标应可以以数量化或者行为化来反映评价 指标,可通过多种统计学的方式来保证评价行为的可信度。

4.2. 综合评价指标选取

4.2.1 评价指标总体框架初建

室内位置服务技术主要是指能支持室内位置服务应用的技术,现阶段主要有 蓝牙iBeacon技术、WiFi技术、ZigBee技术、UWB技术、地磁定位技术、RFID 技术、超声波定位技术等。室内位置服务应用主要有导航、定位以及结合定位的 有效管理等。现阶段应用主要分两种,一种是主动定位,一种是被动定位。主动 定位是指导航一类的应用,智能终端结合定位网络就可以实现定位;被动定位是 指采用定位标签一类如资产定位标签、人员定位胸牌等的应用,同过标签和定位 网络来实现定位。作为评价室内位置服务应用的基础技术,应具备同时支持主动 定位和被动定位的能力。

通过我们对医院室内位置服务技术的研究,按照层次分析法的评价方法,我 们把室内位置服务技术评价体系可归纳为一个指标体系,该指标体系由三个层次 构成,分别为:目标层、准则层、方案层。

目标层:目标层为室内位置服务技术的选取,是最高层的综合指标。目标层 的权重应由医院相关科室和相关领导所决定,用以判断医院最终会选择何种室内 位置服务技术。

准则层:准则层是影响室内位置服务技术选取的因子,包括了技术层面、实 施层面、成本层面等多方面一级准则以及一级准则下面的详细分类的二级准则。 准则层的评价指标的选择由医院相关人员、医疗信息化专家、部分患者代表、技 术厂家等综合调研得出,是整个评价体系的基础。

方案层:方案层是各个室内位置服务技术方案关于准则层的排序对比,可根 据准则的属性分为定量和定性两种,定量的准则就按照各个位置服务技术实际情 况对比,定性的准则就按照相关人员的调研结果来计算。本次方案中共计 8 个方 案可供医院选择,分别是WiFi方案XI、低功耗蓝牙方案X2、蓝牙AOA方案 X3、UWB方案X4、地磁方案X5、ZigBee方案X6、RFID方案X7、超声波方 案 X8 。

4.2.2 评价指标选取方法

为了能客观公正的建立评价指标体系,合理选取评价指标是基础,各个评价 指标的权重则是关键。评价指标的选取,文章决定采取资料收集和专家访谈两种 方法结合。收集室内位置服务方案的各类方案及市场招投标数据,研究招投标方 案中的技术参数,结合日常工作经验,初步列出影响的评价指标,然后选择部分 专家进行专家访谈,分析评价指标的合理性,经过多轮意见反馈,得出医院室内 位置服务方案综合评价的评价指标系。

整体流程如图 4.1 所示:

image.png

图 4.1 评价指标选取流程图

在资料的收集上,根据日常工作了解,医疗信息化行业的技术方案的选择通 常由省市级政府公开招标,而医院室内位置服务方案中以院内导航系统应用最为 广泛,所以以“导航系统”为题,在中国政府采购网站 (https : ///www. ccgp. gov, cn/ )及各省市政府采购网站查询采购公告,截至 2021年3月31 日,去除非医疗相关内容,去除重复公告,共获得附录A的内容。 排除部分无法接入中国政府采购网站的招标数据,附录 A 的内容基本为全国医 院院内导航系统的招标清单,经过初步筛选,去除无法获得招标文件的项目,去 除未成功招标的项目,获得如表 4.1 以下清单:

表 4.1 经筛选后的项目清单

序 号

招标时间

招标编号

项目名称

1

2021年1月7

SDGP370000202002007065

山东省立第三医院院内导航项

2

2020 年 12 月

23日

0613-207133054810

复旦大学附属中山医院院内智

能化导航系统


序 号

招标时间

招标编号

项目名称

3

2020 年 12 月

510201202078718

四川省肿瘤医院院内就诊导航

9日

系统采购项目

4

2020 年 11 月

CZ2020-1562

广

广州市花都区人民医院院内导

4日

航系统采购项目

5

2020 年 1 月

510201201912357

四川省人民医院门诊智能导航

16日

系统

6

2019 年 10 月

24日

czcg201909-246

明光市人民医院院内导航与智

能腕带采购项目

7

2019 年 8 月

29日

YG2019-SB1965-ZFCG089

金华市中心医院智能导航系统

项目

8

2019 年 3 月

ZJWS2019-TZEZ01

台州恩泽医疗中心(集团)智能

28日

导航系统采购项目

9

2018 年 12 月

SDGP370000201802001256

济宁医学院附属医院互联网咨

28日

询平台及院内导航项目

10

2018 年 10 月

0625-18215690-2

浙江大学医学院附属妇产科医

22日

院室内导航系统项目

11

2018年8月1

[3500]FJXW[GK]2018015

福建省立金山医院院区院内导


2018 年 2 月

14日


首都医科大学附属北京天坛医

12

BIECC-ZB4434

院新院迁建工程信息化建设(二

期)-智能导航系统

13

2017 年 12 月

27日

[3500]0814[GK]2017109

福建医科大学附属第一医院院

内导航系统

14

2017 年 10 月

16日

[3500]FJLQ[GK]2017085

福建省立医院院内导航系统一

4.2.3 评价指标初选

以上述筛选出的 14 个项目招标方案为基础,结合日常工作经验,筛选评价 指标。招标方案中评标方案有关于医院关注的院内导航系统的评标方法,其中含 有医院的重点关注内容,可以将其主要分为三大类:商务类、技术类和价格类。 商务类内容主要是厂商的信誉、业绩以及售后能励,技术类内容主要就是医院所 需要的技术参数和想达到效果,价格类内容就是整个系统的建设成本,这三项都 是医院现在普遍关注的内容。

商务类内容由于每个厂商各自的特点不同而有一定的差异,而此次研究是以 技术方案为主讨论,商务类评价指标不影响技术方案的选择,故此次研究不考虑 商务类因素。

技术类内容主要包含室内位置服务技术选择、定位精度、时延、并发、使用 寿命、实施方案以及实现效果等,此次研究主要是研究室内位置服务技术方案的 选择,故重点研究对象在技术类内容。

价格类内容和技术方案选择息息相关,所以价格类内容也是本次研究的重点 方面。

对 14个招标项目技术类和价格类进行系统性分析,筛选评价指标,如表 4.2 所示。

专家选择应该从了解技术与实际应用场景的人中选择,和该技术方案相关的 角色对象主要有医院相关人员、医院建设咨询专家、技术应用生产厂家、患者等。 专家如下表 4.4

表   4.4 专家打分选择表

专家类别

专家来源

专家介绍

人数



医院技术骨干人员,在医院内从




业多年,主要负责医院室内位置



医院方面技术类专家

服技术运维,包含 T 医院与其他

5

技术类人员


医院,从业时间 5年以上




医院室内位置服技术企业方技



投标方技术类专家

术人员,从业时间5 年以上

5



医院方负责技术类管理领导,包



医院方领导

含T医院与其他医院,从业时间

2

管理类人员


5 年以上



投标方领导

投标方负责技术类管理领导

2


医院方主任医师/教授

医院方自身医生,包含 T 医院与

3


其他医院,从业时间 5年以上

运营/使用类

医院方采购

医院方采购人员,包含 T 医院与

3

人员

投标方市场及运营人

其他医院,从业时间 5年以上




投标方的市场营销人员

3


医院患者,对室内位置各项技术


患者

医院患者

比较熟悉

4



高校此方面技术专业教授,职称



高校教授

要求:副教授以上

2

科研类人员

医疗机构科研人员

此方面技术专业技术人员,从业

2



时间   5 年以上


合计


31


如表 4.4,为确保专家打分结果的公正、客观,打分的专家选择了技术类专 家、管理类专家、运营/使用类专家、患者和科员人员,来源分别为:医院方面 技术类专家、投标方技术类专家、医院方领导、投标方领导、医院方主任医师/ 教授等、医院方采购、投标方市场及运营人员、医院患者、高校教授和医疗机构 科研人员,共计 31人。

4.2.5 评价指标选择过程

指标最初的选择基于的是目前不同方案的通用特征、招标文件种的技术特 点,并且结合学者们的研究基础,对指标进行了提炼,

根据上述思路构建指标,通过专家打分的方式进行风险评估指标修正,打分 的方式为“非常重要、比较重要、一般重要、不太重要、不重要”五个选项,结 合得分的结果,对评估指标进行排序,最终修正后的指标结果如表 4.5:

表 4.5 最终评价指标

目标层

1 级准则层

2 级准则层

得分结果

结果



定位精度 C1

4.91

保留



功耗 C2

4.91

保留



时延 C3

4.73

保留



使用寿命 C4

4.89

保留



并发量 C5

4.88

保留


技术方面 B1

垂直定位能力 C6

4.86

保留

室内位置


设备可靠性 C7

4.85

保留

服务技术


数据保密性 C8

4.81

保留

方案的综


架构统一性 C9

4.81

保留

合评价 A


应用可拓展性 C10

4.71

保留



工作环境 C11

4.66

保留



室内外融合性 C12

4.54

保留


成本方面 B2

建设成本 C13

4.39

保留



运营成本 C14

4.38

保留


施工方面 B3

施工难度 C15

4.22

保留



施工时间 C16

4.13

保留


 

目标层

1 级准则层

2 级准则层

得分结果

结果



施工影响 C17

4.05

保留



使用难易度   C18

4.12

保留



运维便捷性   C19

4.26

保留


效果方面 B4

使用损耗度   C20

3.87

剔除



使用维修率   C21

3.84

剔除



患者便捷性   C22

4.68

保留


患者方面 B5

患者服务性   C23

4.72

保留



患者满意度   C24

4.88

保留

如表 4.4,其中,使用损耗度和使用维修率得分低于 4 分,在访谈中,有专 家表示:使用损耗度和使用维修率可算作运营成本中,因此,指标构建中将其进 行剔除。最终,评价指标分为五大类,共计 22 项。

4.2.6 各评价指标含义

本研究中各评价指标的详细介绍如下表 4.6 展示:

表 4.6 各级评价指标详细描述

目标

1 级准则层 2 级准则层                评价指标描述

医院地图上测量位置与其真实位置之间的


定位精度 C1

接近程度

室内

功耗 C2

整套系统运行时的耗电量

位置

时延 C3

定位时发送请求到显示定位内容的时间

服务

使用寿命 C4

整套系统从建成直到报废时的使用时间

技术

并发量 C5

整套系统同时可容纳的最高用户访问数量


技术方面 B1


方案

垂直定位能力 C6

技术方案识别楼层的能力,是否可以判断出

的综


定位目标所在楼层

合评

设备可靠性 C7

系统设备防止入侵的能力,室内位置服务设

价A


备是否会被简单侵入

 

数据传输是否经过加密处理,数据在传输过 数据保密性 C8

程中是否会泄露

51

目标

1 级准则层 2 级准则层 评价指标描述 层

架构统一性 C9

目前的多种位置服务应用是否可以采用一

种室内位置技术


同一室内位置服务技术是否可以支持应用

应用可拓展性 C10



的扩展


整套系统工作环境,包括温湿度、场地布置、

工作环境 C11



网络环境


室内导航和室外导航的融合性,是否可以无

室内外融合性 C12



缝切换


按照一定定位精度布置所需要的单位建设

建设成本 C13


成本方面 B2

成本

运营成本 C14

系统上线后每年的运营维护成本


系统安装时所需要的穿线、打孔及其他方面

施工难度 C15


施工方面 B3

的难度

施工时间 C16

系统安装时所需施工时间

施工影响 C17



医护人员使用的便捷度,流程是否简单合

使用难易度 C18


效果方面 B4

理,是否可用手机,是否需要外带标签。

运维便捷性 C19

医院运维时的便捷程度

患者便捷性 C20

患者操作是否便捷

患者方面 B5 患者服务性 C21

是否提升了患者的服务质量

患者满意度 C22

患者对其是否满意

 

综上所述,本次研究利用资料收集与专家打分相结合的方法,研究构建出医院室内位置服务技术方案的综合评价指标,按照原先制定的研究思路,接下来就 需要选择合适的评价方法去确认各评价指标的权重,为实例研究做好准备。

4.3 判断矩阵及评价指标权重的确立

4.3.1 指标框架确定

上文已经确定了综合评价模型的各级评价指标,按照层次分析法,构建医院室内位置服务技术方案的综合评价模型,分为目标层、1 级准则层、2 级准则层、方案层,如图 4.2 所示:

image.png

图 4.2 评价模型建立

4.3.2 判断矩阵建立

按照图 4.2 所示,依次构建目标层判断矩阵、1 级准则层判断矩阵、2 级准 则层判断矩阵。判断矩阵归集在附录 C 中。

目标层判断矩阵共1个,为1级准则层相对于目标的综合权重,由于a” =丄 ji aij 故只需填写一半即可,如附录 C 所示。

1    级准则层判断矩阵共四个,为 2 级准则层相对于 1 级准则层各个指标下的 对应权重,分别为B1-C判断矩阵、B2-C判断矩阵、B3-C判断矩阵、B4-C判断 矩阵、 B5-C 判断矩阵,如附录 C 所示:

2     级准则层判断矩阵共计 22 个,为方案层相对于 1 级准则层下各指标的相 对权重,分别为 C1-X、 C2-X、 C3-X、 C4-X、 C5-X、 C6-X、 C7-X、 C8-X、 C9-X、 C10-X、 C11-X、 C12-X、 C13-X、 C14-X、 C15-X、 C16-X、 C17-X、 C18-X、 C19-X、 C20-X、 C21-X、 C22-X 判断矩阵,由于方案层一致, 2 级准则层判断矩阵的构 造差异主要在 2 级指标上,故以 C1-X 判断矩阵示例,如附录 C 所示。

4.3.3 指标权重的确定方法

本次研究拟采用层次分析法来确定各评价因子的权重,层次分析法可将目前 很多体系里的定性评价指标定量化,是一种比较经典的评价方法。层次分析法的 介绍在本文 2.3.3 小节已有详细介绍,此处不在赘述。

判断矩阵共分为 3种,分别为目标层判断矩阵、1 级准则层判断矩阵、2 级 准则层判断矩阵。目标层判断矩阵由于各个医院理念不同、人员关注点不同,所 以由实际受访医院给出。1 级准则层判断矩阵和2 级准则层判断矩阵由本次调研 得出。编写相关调研问卷,包含 27 个判断矩阵,将调研问卷发放给表 4.4 的各 个专家,判断矩阵的填写方式如表 2.2 所示,根据重要程度或者优劣势来进行判 断,收集各个专家关于 1级准则层判断矩阵和 2级准则层判断矩阵判断矩阵,进 行汇总,按照公式(2-2)、(2-3)、(2-4)、(2-5),先计算单一准则层下 各元素的相对权重,然后根据表2.6 所示方法,计算各层指标对上层的合成权重, 最后计算出方案层相对 1级准则层的权重。

4.3.4 确定2 级准则层各指标权重

将31位专家填写的22个2级准则层判断矩阵收集汇总,分别按照公式(2-2)、 (2-3)、(2-4)、(2-5)进行计算,并进行简单的数据处理,以定位精度 C1 的计算过程举例,表 4.7 为某位专家的 C1-X 判断矩阵。

表 4.7 某位专家定位精度 C1 的判断矩阵

定位精度 C1

X1

X2

X3

X4

X5

X6

X7

X8

WIFI 方案 X1

1

1/2

1/5

1/6

1

1/2

1

1/7

低功耗蓝牙方案 X2

2

1

1/4

1/5

2

1

2

1/6

蓝牙AOA方案X3

5

4

1

1

4

3

6

1/2

UWB 方案 X4

6

5

1

1

6

4

6

1/2

地磁方案 X5

1

1/2

1/4

1/6

1

1/2

1

1/7

zigbee 方案 X6

2

1

1/3

1/4

2

1

2

1/6

RFID 方案 X7

1

1/2

1/6

1/6

1

1/2

1

1/7

超声波方案 X8

7

6

2

2

7

6

7

1

按照公式(2-1)建立矩阵A及权重向量3


表 4.9 2 级准则层各评价因子权重

评价因子

定位精

功耗

时延

使用寿

并发

垂直定位

设备可靠

数据保密

架构统一

应用可拓

工作环

室内外融

建设成

度   C1

C2

C3

命   C4

量   C5

能力   C6

性   C7

性   C8

性   C9

展性   C10

境   C11

合性   C12

本   C13

WiFi 方案

X1

0.0372

0.0626

0.0954

0.0612

0.0507

0.15

0.1123

0.1242

0.1392

0.1093

0.1756

0.0653

0.1305

低功耗蓝牙

方案   X2

0.0620

0.2685

0.0533

0.2877

0.137

0.15

0.0609

0.1242

0.4207

0.4032

0.1756

0.3502

0.3623

蓝牙 AOA

方案   X3

0.1968

0.068

0.063

0.1734

0.137

0.15

0.1123

0.0405

0.0821

0.1730

0.1756

0.0653

0.0547

UWB 方案

X4

0.2266

0.0891

0.092

0.0648

0.2619

0.15

0.3953

0.4048

0.0804

0.0659

0.0348

0.0653

0.0235

地磁方案

X5

0.0384

0.1976

0.0286

0.1814

0.2619

0.05

0.0986

0.1188

0.1392

0.0647

0.0831

0.1924

0.1305

ZigBee 方案

X6

0.0654

0.1506

0.2528

0.0612

0.0785

0.15

0.1123

0.0790

0.0462

0.1118

0.1654

0.0653

0.056

RFID 方案

X7

0.0363

0.1347

0.1511

0.0612

0.0273

0.15

0.0626

0.0439

0.0462

0.0434

0.1654

0.0653

0.2121

超声波方案

X8

0.3373

0.0288

0.2639

0.1091

0.0457

0.05

0.0458

0.0645

0.0462

0.0286

0.0244

0.131

0.0306


 

 

浙江大学硕士学位论文

评价因子

运营成本

施工难度

施工时间

施工影响

使用难易度

运维便捷性

患者便捷性

患者服务性

患者满意度

C14

C15

C16

C17

C18

C19

C20

C21

C22

WiFi方案 X1

0.0849

0.1164

0.1424

0.1523

0.1257

0.1152

0.0988

0.1106

0.109

低功耗蓝牙

方案   X2

0.2977

0.4370

0.4136

0.4653

0.3782

0.3252

0.2401

0.2700

0.1775

蓝牙 AOA

方案   X3

0.1537

0.1164

0.0851

0.0939

0.2488

0.1852

0.2588

0.2700

0.3413

UWB方案 X4

0.0503

0.0402

0.0496

0.0327

0.0509

0.0324

0.0387

0.0465

0.1706

地磁方案

X5

0.1537

0.0667

0.0851

0.0540

0.0814

0.1852

0.1952

0.0998

0.072

ZigBee 方案

X6

0.0818

0.1164

0.1424

0.0939

0.0509

0.0753

0.0994

0.1346

0.0678

RFID方案 X7

0.1476

0.0667

0.0496

0.0540

0.0321

0.0492

0.0418

0.0443

0.0344

超声波方案

X8

0.0303

0.0402

0.0322

0.0540

0.0321

0.0324

0.0272

0.0242

0.0274

按照公式(2-6)、(2-7)以及表 2.3,我们需要计算判断矩阵的最大特征值以及对应的特征向量,并进行一致性检验。各位专家 的22个指标的判断矩阵C.R.均小于0.1, 一致性检验通过。

4.3.5 数据技术检查

由于表 4.9 中的评价指标包含定性指标和定量指标,对表 4.9 进行分析,查 验所获得部分定量数据结论是否符合技术实际情况:

1)定位精度 C1

由表 4.9 中计算结果所示,在定位精度上面,超声波方案 X8>UWB 方案 X4> 蓝牙AOA方案X3>ZigBee方案X6=低功耗蓝牙方案X2«WiFi方案X1«RFID方 案X7«地磁方案X5,超声波方案X8最具优势。

经过文献资料查阅、厂家咨询以及和专家咨询了解到:超声波方案 X8 定位 精度可至厘米级, UWB 方案 X4 定位精度在 5 至 40 厘米,蓝牙 AOA 方案定位 精度在 30 至 50 厘米, ZigBee 方案 X6 定位精度在 1 至 5 米之间,低功耗蓝牙方 案 X2 定位精度在 1 至 5 米之间, WiFi 方案 X1 定位精度在 1 至 10 米之间, RFID 方案 X7 定位精度在 3 至 10 米之间,地磁方案 X5 定位精度在 3 至 10 米之间。 获得的计算结果与查证后的结果基本一致。

2)  功耗 C2

由表4.9中计算结果所示,在功耗上,低功耗蓝牙方案X2>地磁方案 X5>ZigBee 方案 X6>RFID 方案 X7>UWB 方案 X4>蓝牙 AOA 方案 X3>WiFi 方 案X1>超声波方案X8,低功耗蓝牙方案X2在功耗上最具优势。

经过文献资料查阅、厂家咨询以及和专家咨询了解到:低功耗蓝牙方案 X2、 地磁方案 X5、ZigBee 方案 X6 都是低功耗方案, RFID 方案 X7 属于功耗较低的 方案,蓝牙 AOA 方案 X3、UWB 方案 X4、WiFi 方案 X1 属于功耗中等的方案, 超声波方案 X8 属于功耗较高的方案。获得的计算结果与查证后结果基本一致。

3)  时延 C3

由表 4.9 中计算结果所示,在时延上,超声波方案 X8>ZigBee 方案 X6>RFID 方案X7>WiFi方案X1«UWB方案X4>蓝牙AOA方案X3>低功耗蓝牙方案X2> 地磁方案 X5 时延。

经过文献资料查阅、厂家咨询以及和专家咨询了解到:超声波方案 X8 和 ZigBee 方案 X6 属于低时延方案, RFID 方案 X7、UWB 方案 X4 属于较低时延 方案,而WiFi方案X1、蓝牙AOA方案X3、低功耗蓝牙方案X2和地磁方案 X5 时延都属于时延较高的方案。获得的计算结果与查证后结果基本一致。

4)垂直定位能力C6

由表4.9中计算结果所示,在垂直定位能力上,WiFi方案X1=低功耗蓝牙方 案X2=蓝牙AOA方案X3=UWB方案X4=ZigBee方案X6=RFID方案X7>地磁 定位X5=超声波方案X8。

经过文献资料查阅、厂家咨询以及和专家咨询了解到:WiFi方案X1、低功 耗蓝牙方案X2、蓝牙AOA方案X3、UWB方案X4、ZigBee方案X6、RFID方 案 X7 皆可独立完成楼层定位能力,而地磁定位 X5 和超声波方案 X8 需要其他 设备进行辅助才可完成楼层定位能力。获得的计算结果与查证后结果基本一致。

4.3.6 确定 1 级准则层各指标权重

将31 位专家填写的 5 个 1 级准则层判断矩阵收集汇总,分别按照公式(2-2)、2-3)、(2-4)、(2-5)进行计算,并进行简单的数据处理,以技术方面 B1权重计算为例,表 4.10 为某位专家 B1-C 的判断矩阵。

表 4.10 某位专家 B1-C 的判断矩阵

八个方案中,当一个方案评价权重占比达到20%以上时,我们认为该方案具 有优越性,可评为优秀,优先向客户推荐;当一个方案评价权重占比在 10%至 20%之间时,我们认为该方案具有一定的优点,可以适当的推广;当一个方案评 价权重占比在 10%以下时,我们认为该方案比较差,不适合推广。

4.4 本章小结

本章介绍了医院室内位置服务技术方案的综合评价体系,明确了此次评价是 事前评价,是为了在多种方案中选择一种最适合特定医院的室内位置服务技术方 案。本章详细介绍医院室内位置服务技术方案综合评价的目标及总体框架,确立 了各准则层评价因子的权重。至此医院室内位置服务技术方案的综合评价体系初 步建立完成。

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