1、應用背景

　　醫療衛生是關系到每個人身體健康的社會公共事業。近幾年來，我國醫療衛生領域的管理現代化水平取得了長足的進步，許多中型以上的醫院都采用了計算機管理，并且正在從單機向網絡化和無線化的方向發展。但與國際先進水平相比，我國的醫療衛生水平還相對較落后。醫療衛生系統如何調整發展步伐，改善管理機制、 提高自身業務水平和管理水平，更好地發揮醫院的整體優勢，提高經濟效益和增強競爭能力，是目前急待解決的問題。從世界范圍看，RFID技術在醫療行業的應用愈加廣泛，起到了節約勞動力、提高醫護人員工作效率、有效防范因操作失誤引發的醫療事故、節省醫療成本以及增加安全性等作用。RFID消除了醫療體系繁瑣的操作程序，還能為病患提供更多的自由和方便；例如：在新生兒管理領域，剛剛出生的嬰兒，特征相似，理解和表達能力欠缺，如果不加以有效的標識往往會造成錯誤識別。目前醫院存在這母親抱錯嬰兒、惡意人為調換、嬰兒被盜等問題，如何有效的避免這種問題的出現，那就是在現有管理軟件中增加RFID技術，包括腕帶、固定式讀寫器、門禁系統、定位系統等。

2、RFID技術介紹

　　RFID（Radio Frequency Identification Technology）射頻識別技術是一種通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據的非接觸式自動識別技術。從概念上來講，RFID類似于條碼掃描，條碼掃描技術是將已編碼的條形碼附著于目標物并使用專用的掃描讀寫器利用光電信號將信息由條形磁傳送到掃描讀寫器；而RFID則使用專用的RFID讀寫器及專門的可附著于目標物的RFID單元，利用RF信號將信息由RFID單元傳送至RFID讀寫器。

　　目前，RFID技術中所衍生的產品大概有三大類：無源RFID產品、有源RFID產品、半有源RFID產品。

　　無源RFID產品發展最早，也是目前發展最成熟，市場應用最廣的產品。比如，公交卡、食堂餐卡、銀行卡、賓館門禁卡、二代身份證等，這個在我們的日常生活中隨處可見，屬于近距離接觸式識別類。其產品的主要工作頻率有低頻125KHZ、高頻13.56MHZ、超高頻433MHZ，超高頻915MHZ。

　　有源RFID產品，是最近幾年慢慢發展起來的，其遠距離自動識別的特性，決定了其巨大的應用空間和市場潛質。目前，在遠距離自動識別領域，如智能監獄，智能醫院，智能停車場，智能交通，智慧城市，智慧地球及物聯網等領域有重大應用。有源RFID在這個領域異軍突起，屬于遠距離自動識別類。產品主要工作頻率有超高頻915MHZ，微波2.45GHZ。

　　有源RFID產品和無源RFID產品，其不同的特性，決定了不同的應用領域和不同的應用模式，也有各自的優勢所在。但在本系統中，我們著重介紹介于有源RFID和無源RFID之間的半有源RFID產品，該產品集有源RFID和無源RFID的優勢于一體，在門禁進出管理，人員精確定位，區域定位管理，周界管理，電子圍欄及安防報警等領域有著很大的優勢。

　　2.1 半有源RFID技術簡介

　　半有源RFID產品，結合有源RFID產品及無源RFID產品的優勢，在低頻125KHZ頻率的觸發下，讓微波2.45G發揮優勢。半有源RFID技術，也可以叫做低頻激活觸發技術，利用低頻近距離精確定位，微波遠距離識別和上傳數據，來解決單純的有源RFID和無源RFID沒有辦法實現的功能。簡單的說，就是近距離激活定位，遠距離識別及上傳數據。真正做到“運籌帷幄之中，決勝千里之外”的大將風范。

　　2.2 半有源RFID技術特點及優勢

　　半有源RFID是一項易于操控、簡單實用且特別適合用于自動化控制的靈活性應用技術，識別工作無須人工干預，它既可支持只讀工作模式也可支持讀寫工作模式，且無需接觸或瞄準；可在各種惡劣環境下自由工作，短距離射頻產品不怕油漬、灰塵污染等惡劣的環境，可以替代條碼，例如用在工廠的流水線上跟蹤物體；長距射頻產品多用于交通上，識別距離可達幾十米，如自動收費或識別車輛身份等。其所具備的獨特優越性是其它識別技術無法企及的，主要有以下幾個方面：

　　讀取方便快捷：

　　數據的讀取無需光源，甚至可以透過外包裝來進行。有效識別距離更大，有效識別距離可達到30米以上；

　　識別速度快：

　　終端一進入磁場，解讀器就可以即時讀取其中的信息，而且能夠同時處理多個終端，實現批量識別，同時可以實現500張標簽。

　　數據容量大：

　　數據容量最大的二維條形碼(PDF417)，最多也只能存儲2725個數字；若包含字母，存儲量則會更少；RFID終端則可以根據用戶的需要擴充到數十K；

　　使用壽命長，應用范圍廣：

　　其無線電通信方式，使之在粉塵、油污等高污染環境和放射性環境中，工作人員不必身在其中就可進行工作。終端的封閉式包裝使得壽命大大超過印刷的條形碼；

　　標簽數據可動態更改：

　　利用編程器可以寫入數據，從而賦予RFID標簽交互式便攜數據文件的功能，而且寫入時間比打印條形碼更少；

　　更好的安全性：

　　不僅可以嵌入或附著在不同形狀、類型的產品上，而且可以為終端數據的讀寫設置密碼保護，從而具有更高的安全性；

　　動態實時通信：

　　終端以每秒50～100次的頻率與解讀器進行通信，所以只要RFID終端所附著的物體出現在解讀器的有效識別范圍內，就可以對其位置進行動態的追蹤和監控。

3 半有源RFID系統總體介紹

　　3.1 系統原理

　　PS實時定位追蹤系統通過RFID(電子標簽)的應用，以電子標簽作為目前最先進的標識碼，具備了不易破損、數據可靠、使用周期長、有效通訊距離長等特點，是替代條形碼、紅外線標識的最佳選擇。將其安裝在受控目標上，來作為目標的唯一標識進行追蹤和定位。

　　工作時，管理人員通過聯網的無線識別基站追蹤和定位目標。

　　3.1.1 半有源RFID電子標簽

　　半有源RFID電子標簽，是集成了有源RFID電子標簽和無源RFID電子標簽的優勢，作為一種特殊的標示物。在平時情況，其處于休眠狀態不工作，不向外界發出RFID信號，只有在其進入低頻激活器的激活信號范圍時，標簽被激活后，才開始工作。

　　3.1.2 半有源RFID自動識別工作原理

　　結合低頻激活器，半有源RFID標簽，被激活后正常工作。而低頻激活器的激活距離是有限的，它只能在小距離小范圍精確激活，這樣，以低頻激活器為基點來定位，在不同的位置安裝不同的基點，然后在一個大區域用遠距離讀寫器識別讀取信號，之后用不同的上傳方式將信號上傳到管理中心，這樣，完成了整個信號的采集，傳輸，處理，應用的整個過程。

　　如上圖所示，我們采用RFID半有源技術做人員區域定位管理，在每個被監控區域，如每個房間，安裝半有源定位基站，也就是我們公司的低頻激活器，每個低頻激活器帶有4路或者6路激活天線，相鄰的4個或者6個房間可以共用一臺低頻激活器，在整個我們的定位系統中，定位基站是最小的基點，作為定位點的最近本的基點，其激活標簽的距離在3-3.5米，也就是每個標簽在激活器3-3.5米的范圍里被激活，其定位精度可以描述為3-3.5米。不同區域的激活器，都有自己唯一的地址碼，當人員帶著半有源低頻激活標簽進入定位基站 被激活后，標簽正常工作，向外界發送標簽的ID號，同時也發送出激活標簽的激活器的地址碼，這樣，通過激活器的地址碼，我們就能夠定位出標簽所在的位置。當標簽從一個激活器拿到另一個位置時，上傳上來的激活器地址碼也會隨之變化，這樣，就形成了完整的定位體系。而標簽上傳的數據，被大范圍內的定位基站網關接收到，將信息上傳至管理中心進行處理，完成了整個定位系統。

　　3.1. 3系統設計的思想

　　新生嬰兒防盜管理系統是一個圍繞標準化、規范化、信息化課題建立起來的、用于解決新生兒防盜（防拆電子腕帶設計，具有拆卸報警功能）、錯抱（每張電子標簽具有唯一編碼。新生兒護理或進行看護權臨時轉移時，由護士持手持設備進行身份驗證，防止錯抱）、惡意調換、實時定位（實時追蹤新生兒的位置并可進行運動軌跡的查詢）的專用系統。該系統建設是按照先進、可靠、長遠發展的要求進行設計，旨在建設一套醫療行業管理系統。該系統主要通過上海仁微電子科技有限公司提供的射頻自動識別產品，實現客戶的應用需求，同時我們還考慮該系統的發展空間，以建設一個高可擴展性的產品全面智能追蹤系統為最終目標。整個系統將盡最大可能，保持用戶現有網絡系統與應用系統，并預留接口，可與現有應用系統或將來的應用系統結合，實現多方統一管理功能，減少或避免用戶重復投資。

　　3.1.4系統建設的原則

　　系統建設包括軟、硬件兩方面。在軟、硬件的開發、采購、集成時，上海仁微電子科技有限公司遵循了以下原則：

　　先進性

　　“新生嬰兒防盜管理系統”主要構建思想是利用射頻自動識別技術、軟件技術、計算機通訊技術，構造一個覆蓋大范圍區域的嬰兒防盜管理系統，具備產品先進、成熟、性價比高等特點優勢。

　　經濟性

　　在保證滿足技術要求的前提下，系統設計盡量采用性能價格比最佳的產品。系統的建設最大限度發揮原有部分設備的作用，如計算機網絡，設備、軟件等，最大限度上為用戶節省投資，保護已有的用戶投資。

　　實用性

　　系統的建設完全符合本項目的應用需求和實際情況，突出實用性強，界面友好，操作簡單。

　　擴展性

　　在系統方案中按照系統分析、統籌規劃的觀點對系統容量及網絡發展設想進行方案設計，既考慮到當前使用的易用性，更具有適當的超前性。

4、嬰兒防盜系統建設意義

　　◆ 提高醫院信息化、智能化管理水平，為醫院建設更高、更全面的信息化打下扎實基礎；

　　◆ 杜絕病人、嬰兒被錯誤識別而接受了錯誤的治療；

　　◆ 病人無線求助功能；

　　◆ 幫助醫生或護士對特征相似、交流困難的嬰兒進行身份的確認，防止錯抱現象；

　　◆ 監視、追蹤未經許可進入高危區域閑逛的人員，防止不必要意外的發生；

　　◆ 通過標簽防拆卸、ID號碼唯一性及母嬰配對措施，防止惡意調換、盜嬰事件的發生；

　　◆ 當醫療緊急情況、傳染病流行、恐怖威脅和其它情況對醫院的正常有效工作構成威脅時，RFID系統能夠推動限制措施的執行，防止未經許可的醫護、工作人員和病人進出醫院。

　　3.2.1系統組成和架構

　　基于半有源RFID技術的人員區域定位管理系統由半有源RFID電子標簽、半有源低頻激活器、讀寫器（接收器、電子監控基站）、網絡設備、計算機、服務器和系統軟件組成。下圖一個簡單的人員區域定位管理系統的系統架構：

圖3-2 系統網絡構架

嬰兒防盜系統的結構示意圖

　　4.3.1 門禁管理系統建設意義

　　（1） 防止嬰兒被非法帶出，杜絕嬰兒盜竊行為的發生；

　　（2） 防止護士、母親對嬰兒的錯抱（母嬰標簽配對）；

　　（3） 當醫療緊急情況、傳染病流行、恐怖威脅和其它情況對醫院的正常有效工作構成威脅時，RFID系統能夠推動限制措施的執行，防止未經許可的醫護、工作人員和病人進出醫院。

　　（4）醫院員工考勤及責任到人（全天候記錄相關相關工作人出入記錄，以備事件發生后責任到人）

　　4.3.2 門禁管理系統拓撲圖

　　系統總體設計

　　5.1 系統功能結構圖

　　該系統建設涉及三部分：第一、腕帶標簽綁定及信息錄入；第二、出入門禁管理系統；第三、對新生嬰兒監護區的實時定位及監控。 以下分別介紹系統建設的兩個部分：

　　第一部分：嬰兒出生后應立即在產房內進行母親和嬰兒的標識工作，在其他病人被送入產房之前母親及嬰兒都應被轉移出產房、產房必須準備：兩條不可轉移的標簽，分別用于母親及新生兒。標識帶上的信息應該是一樣的，包括母親全名和標識帶編號，嬰兒性別，出生的日期和時間以及其他醫院認為能夠清楚匹配親生母子的內容。

　　第二部分：在樓層(或醫院)出入口裝配一臺與電子標簽相配套的閱讀器，當配有電子腕帶標簽的新生嬰兒接近閱讀器一定的范圍，閱讀器就能夠自動識別電子標簽內相關嬰兒信息并將相關數據自動傳輸給護士工作站或其他管理部門的后臺主機進行處理。如讀到未經授權的電子標簽或者未配對之電子腕帶標簽，閱讀器會立即將相應信號傳送給門禁控制器及后臺報警裝置，此時醫院管理人員需采取緊急防盜措施(大門及時關閉或派相關人員進行巡查，直到險情排除)，從而實現新生嬰兒的安全。

　　第三部分：在每個嬰兒監護室及監護區樓層分別裝配一或兩臺與電子腕帶標簽相配套的識讀器，由于在讀寫器識讀的區域內，可以實時讀取嬰兒身上電子標簽的相關信息，如若一定時間內(一般為5秒)未讀到某個電子標簽信息，讀寫器則會發送相關信號給后臺報警裝置，從而避免新生嬰兒的偷盜行為。

　　5.2 前端母嬰信息綁定系統

RFID母嬰系統示意圖

　　注意：對新生兒的標識除必須實現病人標識的功能之外，同時，母親與嬰兒是一對匹配，單獨對嬰兒進行標識存在管理漏洞，無法杜絕惡意的人為調換。因此，最好是對新生嬰兒及其母親進行雙方關聯標識，用同一編碼等手段將親生母子聯系起來。在醫院工作人員和母親之間進行嬰兒看護權臨時轉換時， 雙方應該同時進行檢查工作確保正確的母子配對。標識之余，還能夠充分保障標識對象的安全。

　　門禁管理系統工作原理

　　由RFID閱讀器設備識別到電子腕帶標簽,信號傳輸到服務器；

　　管理員在服務器上通過新生嬰兒防盜管理軟件系統管理員口令登陸平臺

　　輸入固定許可,臨時許可或嚴禁外出的電子標簽,系統自動識別判斷；

　　若服務器接受到系統設置為許可攜帶出門的電子標簽,系統自動記錄其出入時間及卡號；

　　若服務器接受到系統設置為嚴禁出入的電子腕帶標簽,系統會啟動報警器，期間相關人員會采取搜查,待情況解決后,由管理員在系統管理平臺進行“情況解決”處理后報警器停止鳴叫。系統自動記錄報警時間,報警卡號,情況處理時間,處理員等相應信息。

　　5.4 病房實時監管系統

　　5.4.1 建設病房實時監管系統意義

　　（1） 防止嬰兒盜竊人員不走門禁而破窗盜竊的發生，給嬰兒的安全性加上雙保險；

　　（2） 實時查詢護士所在的大致位置以便對護士進行合理的調配和調度；

　　（3） 有緊急情況發生，護士及病人可以向護士管理中心或者相關管理部門無線求助；

　　（4） 對某些重要病房、機密室進行權限的設置，對沒有相關權限人員的進入進行報警并記錄闖入時間；

　　5.4.2 病房實時監管系統拓展圖（RTLS）

病房圖紙

軟件終端人員流動部分示意圖

　　RTLS 提供可在任何地方使用的精確的室內定位，相對GPS成本更低，利于在室內使用。在整個醫院的走廊及房間里布置閱讀器，實時監控每個區域內標簽的活動，并在一部個人電腦的顯示幕上標明這些終端的位置。RTLS包括一個視窗服務器軟件，即用來根據閱讀器收到的標簽信號來顯示相應標簽的位置的定位引擎軟件、用于視窗終端的客戶軟件、用于人員及重要固定資產追蹤的標簽、用于無線客戶遠端管理的設備管理軟件以及用來在顯示的地圖影像上監視移動終端、資產和人員定位的應用軟件。在醫院室內環境中，我們的實時定位系統可以達到5-6M。如此高的精確度本身并沒有價值，但卻是非常重要的，因為對于一個欠完美的系統來說很難達到一個可靠的、持續的室間精確度。

6、系統軟件介紹

　　6.1 軟件系統功能概述

　　本信息管理系統與RFID系統緊密集成,通過對嬰兒的基本信息,系統硬件組態配置,嬰兒出入監控以及與其它系統集成接口設計構成一套完善,獨立的信息管理系統,以便加強對新生嬰兒的身份驗證，時時定位及房偷盜等的安全管理工作,本系統還具有完善的系統管理功能模塊,防止非授權用戶登錄操作。

　　6.11軟件截面圖

　　6.2 系統安全管理

　　（1）系統角色管理

　　根據系統操作人員不同操作權限分為系統管理員，安全管理員及普通信息查詢員等不同角色，便于對系統的安全權限進行分配,以加強系統的安全管理。

　　（2）系統權限管理

　　根據系統各模塊功能不同，設置不同的操作權限，并將其歸屬不同角色，當系統操作沒有高權限時給出報警提示，并彈出登錄對話框提示登錄。

　　6.3 系統基礎信息管理

　　（1） 新生嬰兒的登記(編碼歸屬)

　　從新生兒出生一刻開始注冊登記新生嬰兒信息，對其統一編碼并配置其相關信息，如父母姓名、出生日期、性別、護士姓名等。

　　（2） RFID捆綁登記:

　　登記注冊的新生嬰兒捆綁RFID電子腕帶信息，建立每個嬰兒與每個RFID電子腕帶的唯一對應關系，為出入登記和監控報警提供基礎數據。

　　（3） 捆綁變更登記:

　　隨著電子腕帶更換或嬰兒情況注銷等，需要變更捆綁登記關系，重新建立每個嬰兒與每個RFID標簽的唯一對應關系。

　　6.4 系統硬件組態配置管理

　　（1） RFID參數配置管理

　　該模塊提供RFID閱讀器的各項基本參數配置，為保證閱讀器讀取可靠性，調整閱讀器讀取距離提供方便。

　　( 2 ) RFID方位配置管理

　　管理RFID閱讀器各位置分布情況并記錄在系統，記錄嬰兒出入的位置以便追蹤嬰兒的流向情況和相關位置報警。

　　6.5 新生嬰兒出入監控管理

　　（1）嬰兒帶出登記:

　　該模塊提供嬰兒的帶出登記功能，記錄帶出人的姓名,時間,原因等信息。通過本系統的報警模塊設置，可以在新生嬰兒非法出入(沒有經過帶出登記或出入時間與登記時間不符)時發出聲光報警。

　　（2）新生嬰兒返回登記:

　　該模塊提供新生嬰兒返回后的登記記錄功能。

　　（3）新生嬰兒出入日志及時時位置查詢:

　　該模塊可查詢嬰兒時時位置，歷史出入記錄日志信息,包括時間、地點、帶出人姓名、返回日期等。

　　6.6 新生嬰兒出入匯總報表

　　該模塊對嬰兒出入日志信息進行匯總統計，可以按實際需求生車工查詢統計報表，以便分析嬰兒流向情況。

7、系統集成接口設計

　　7.1 與門禁系統的集成設計

　　該模塊提供與門禁系統的接口，通過該模塊可以查詢門禁系統的出入記錄信息，并與本系統的嬰兒的出入信息進行比對。

　　7.2 預留與ERP等其它系統接口

　　該模塊提供與ERP或OA等其它系統的接口，可以將嬰兒基本信息和出入監控實時信息與其它系統共享，為醫院的信息化集成提供橋梁。