全程救援指挥决策系统中多网络无线通信保障策略研究

任家顺，郑志浩，卢艳娥，陈 渝，何 盼

全程救援指挥决策系统中多网络无线通信保障策略研究

任家顺，郑志浩，卢艳娥，陈 渝，何 盼

目的：研究多种无线通信技术在动静态医学救援单元与指挥平台通信中的应用，满足“全程救治链”中应急救援指挥决策系统的信息传输需求。方法：分析现有多种无线通信技术特点及救治链系统通信需求，设计不同应用环境的多网络无线通信保障策略。结果：提出了基于GPRS、3G移动公网及卫星通信等动态可切换无线通信和数据可靠传输的保障策略，研制了多网络无线通信链路终端一体机。结论：该无线通信保障策略和多网络无线通信链路终端一体机有利于保持各救援单元与指挥平台通信链路的持续畅通，保证了指挥决策系统在应急医学救援行动中的稳定可靠。

应急医学；指挥决策系统；全程救治链；无线通信技术

0 引言

近年来，许多重大灾害医学救援实践表明，现有应急医学救援实践在统一指挥、信息共享、资源配置和环节衔接等方面仍存在较多问题。如汶川5·12地震时，早期多路救援大军齐涌现场，使一线救援出现十分混乱的局面，管理的不妥当延误了最佳救援时间，导致部分伤病员“救不了、送不出、治不好”，增加了伤病员的致残率[1]。因此，急需全程救援指挥决策系统（management-decisional support system，MDSS）将现场伤病员信息、救援力量信息以及卫生资源信息等收集、传输到指挥中心，由上级决策、指挥、调度救援力量。而基于现场方舱医院急救、陆路手术急救车和卫生列车转运、后方医院专科收治所组成的全程救治链（whole treatment chain，WTC），则能有效覆盖各个救援环节，在应急救援指挥决策系统的统一协调下，依靠可靠的通信链路，及时将上级命令下发至事故现场，提高医学救援时效。其中，稳定的通信链路保障是实现上述目标的关键。

虽然无线通信技术已被广泛应用于交通运输、远程控制等各行各业[2]，但不同的无线通信技术在不同环境和地域的通信信号和质量稳定性差异较大。所以，选择合适的无线通信应用方式对于全程连续救治指挥决策系统的稳定高效工作至关重要。

1 多种无线通信技术分析及比较

（1）GSM/CDMA/GPRS技术。目前使用最为广泛的移动通信方式，技术成熟、网络覆盖广、基础设施建设完整[3]，但各地信号质量波动较大。

（2）3G/4G技术。3G作为第3代移动通信技术，网络覆盖面积广，不仅能够实现远距离语音通信，也支持移动环境下的高速率数据服务[4]。而正在建设的4G网络能够提供更高速运动体的数据通信需求。

（3）Wi-Fi技术。主要应用于小范围内的集中通信，传输速率可达到11 Mbit/s，甚至54 Mbit/s，但网络覆盖小，无法满足高速移动用户的需求[5]。

（4）蓝牙技术。一种近距离无线通信技术，典型的通信距离在10 m以内，能够满足1 Mbit/s的数据传输速率，目前主要适用于短距离通信[6]。

（5）超宽带无线通信技术。占用带宽大，可实现传输速率达1 Gbit/s，主要应用于无线多媒体设备，但此系统会干扰其他无线通信系统，其应用一直存在争议[7]。

（6）其他无线网络技术。如ZigBee网络，具有低功耗、短距离的通信特点，主要应用于物联网领域，适用于底层RFID网络数据的传输。

（7）卫星通信。可在固定及移动物体之间传递信号，信号覆盖盲点少，尤其适用于山区和谷底等常规通信网络无法到达的地区和区域。但通信时间延长、费用较高，通常作为应急通信的备用手段。目前常用海事卫星系统和北斗卫星导航系统。

北斗卫星导航系统是我国自主研发的卫星系统，既可以实现快速定位功能（精度约20 m），又可以保证在应急时刻的短报文传输（120个汉字），可靠性高，但缺点是信息传输速率低。多种无线通信方式比较及分析见表1。

表1 多种无线通信方式比较

2 指挥决策系统通信需求

全程连续救治指挥决策系统需要实时或定时将全程救治链中各个救援单元（方舱医院、后送手术救护车和卫生列车）中采集的伤病员、医护人员、医药耗材等信息，以及运输途中的音视频信息数据传输至指挥中心用于决策指挥；同时，各医疗救援单元需通过北斗系统将实时位置信息上传，以便指挥平台实时掌握各个救援单元的位置信息。全程救治链通信链路示意图如图1所示。现场伤病员在方舱医院进行简单包扎处理后，手术急救车以及卫生列车将部分重症伤病员运往后方医院。在整个过程中，依托移动公网、海事卫星、北斗卫星通信方式，各救治单元需要与后方医院专家组及指挥决策平台保持持续畅通的音频、视频、文本通信链路。

图1 全程救治链环境示意图

在全程救治链中，可靠实时的通信是保障指挥决策系统正常运行的基础，主要包括：

（1）方舱医院与指挥平台通信。方舱医院的位置是固定的，通信难度不大，可通过移动公网传输伤病员、医护人员、医药耗材等相关文本信息以及音视频信息；在移动公网不可用环境下，可通过卫星通信方式进行紧急信息通信。

（2）手术救护车及卫生列车与指挥平台通信。与方舱医院类似，需要与指挥平台传送接收文本、视频及音频信息。但是，车辆属于高速运动的通信对象，对通信链路的可靠性要求更高。

（3）方舱医院、手术救护车及卫生列车的通信。链路稳定时，可通过指挥平台进行交互信息传输（文本、图片、音视频）；特殊情况下，采用离线方式在各救援单元之间传递简单的文本数据。

3 多网络无线通信保障策略

方舱医院、手术救护车及卫生列车分布区域较广，且属异地动、静态通信对象，与指挥平台只能采用无线通信的方式。在表1中，现有的移动公网GSM/CDMA/GPRS、3G/4G可被选为主要的通信方式；在常规通信不可用的情况下，可采用卫星通信链路，以构成动态可切换的星型网络。因此，本文提出的多网络无线通信保障策略如图2所示。

终端信号发射器会根据各无线网络信号强度选择使用移动、联通或电信网络，如都无法满足通信需求，终端将自动选择使用临时中继站或者卫星通信方式。通过以上策略，可以实现全程救治链中各环节的实时可靠的多网络通信，其中多种通信方式的无缝切换起着决定性的作用。

对不同的数据类型采用动态切换不同通信链路的方式，可提高通信的有效性和可靠性。

图2 基于多种无线网络的通信策略

（1）方舱医院、手术救护车与指挥中心的通信。方舱医院位置相对固定；救护车运行速度较低、信号屏蔽少，运行线路中信号覆盖较好。二者均可采用图3的通信切换策略。常规状态下，优先选用移动公网（GSM/CDMA/GPRS、3G/4G）。当此无线网络不可用或信号较差时，可通过应急通信车中继转发信号；特殊地理环境下，应立即切换至卫星通信；若所有通信链路都不可用时，采用IC卡存储相关信息进行离线传输。

图3 方舱医院及手术救护车的通信方式切换流程

（2）卫生列车与指挥中心的通信。列车运行速度较快，行驶路线中可能有较多的山丘和隧洞，同时，列车车厢铁壳会影响无线信号的接收与发送，试验表明，常规的GSM/CDMA/GPRS或3G网络传输数据效果较差。对于卫生列车，主要考虑采用铁路GSMR[8]专用通信网络与卫星通信结合的方式进行信息发送与接收，通信方式切换流程如图4所示。

图4 卫生列车的通信方式切换流程

（3）方舱医院、手术救护车与卫生列车之间的通信。需保证不同单元在同一时刻使用同种无线通信网络，如移动公网信号强度无法同步，可选择共同使用卫星通信方式。

4 多网络无线通信链路终端一体机的研制与应用

根据全程救治链中对可靠实时无线通信的迫切需求和以上保障策略，我们研制了多网络无线通信链路终端一体机，可以满足移动公网链路、海事卫星通信链路以及北斗通信链路的联通。其中，移动公网链路包括中国移动、中国联通和中国电信各自的3G网络[9-10]；海事卫星通信链路指国际海事卫星通信系统；北斗通信链路是指北斗短报文通信方式。终端设计示意图如图5所示。

图5 多网络无线通信链路终端一体机

根据不同终端连接的不同要求，此终端一体机对外表现为4个网口、1个串口以及5个信号指示灯。其中，4个网口分别代表中国移动3G网络、联通3G网络、电信3G网络和海事卫星链路网络；1个串口和北斗模块相连保证北斗短报文通信；而5个信号指示灯分别代表移动3G网络、联通3G网络、电信3G网络、海事卫星通信网络以及北斗通信网络信号强度，每个指示灯有3种颜色状态分别为红、黄、绿，红色代表当前网络信号强度最弱，黄色其次，绿色最强。指示灯熄灭代表此处没有此网络覆盖，指示灯闪烁代表用户正在使用此网络进行数据传输。同时，终端另一侧安装5个网络的5根天线来收发信号。

通过一体机在卫生列车上的实际应用（如图6所示），研发的终端一体机能够在各种环境中实现多种通信网络的可靠实时无缝切换，大大地保障了全程救治链中各环节的通信需求。

图6 多网络无线通信链路终端一体机卫生列车安装示意图

5 结语

稳定、可靠的通信链路是全程连续救治指挥决策系统高效运行的基本保障。该无线通信方案中多种无线通信技术的集成与动态切换、特殊环境下的数据传输策略应用，有利于各个医学救援单元与指挥平台间通信链路的持续畅通，促进实现数据共享、信息交互、命令通畅、调度合理、指挥有序的目标，为充分发挥全程连续救治指挥决策系统在应急医学救援中的功效奠定了坚实基础。

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（收稿：2013-12-25 修回：2014-05-22）

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Guarantee strategy research on multiple wireless communication network in whole-course rescue management-decisional support system

REN Jia-shun1,ZHENG Zhi-hao2,LU Yan-e2,CHEN Yu1,HE Pan2
（1.Xinqiao Hospital of the Third Military Medical University,Chongqing 400037,China; 2.Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology,Chongqing 401122,China）

ObjectiveTo study the wireless communication technologies and their application between static and dynamic medical rescue units and command platform to meet the information transmission requirement of emergency rescue management-decisional support system in"Whole-Treatment-Chain"(WTC).MethodsThe characteristics of multiple wireless communication technologies and system communication requirements were analyzed,and the guarantee strategy was designed for multiple wireless communication networks in different application scenarios.ResultsThe dynamic switchable wireless communication guarantee strategy was proposed based on backbone communication networks such as GPRS/3G and satellites,including reliable data communication strategies,and the multiple wireless communication network terminal was also developed.ConclusionThis guarantee strategy and terminal help to maintain the stable communication links between medical rescue units and command platform and to enhance the reliable application of management-decisional support system during emergency medical rescue.[Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（11）：5-8]

emergency medical rescue;management-decisional support system;whole treatment chain;wireless communication technology

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A

1003-8868（2014）11-0005-04

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.11.005

国家科技支撑计划（2012BAI21B04）

任家顺（1963—），男，教授，博士生导师，主要从事医院管理、卫勤组织指挥方面的研究工作，E-mail：renjs2028@163.com。

400037重庆，第三军医大学新桥医院（任家顺，陈 渝）；401122重庆，重庆绿色智能技术研究院（郑志浩，卢艳娥，何 盼）

郑志浩，E-mail：zhihao@cigit.ac.cn