基于区域三维地理和Floyd算法的院内就医导航系统

马学华，安 娜，卢 慧，张 楠，杨妍妍，王博冉

(1.解放军总医院第四医学中心门诊部，北京 100048;2.解放军总医院京中医疗区旃坛寺门诊部，北京 100082;3.首都医科大学附属北京天坛医院门诊部，北京 100070)

近年来，医院规模逐步扩大，学科发展不断壮大，各科室的分工也越来越细致，一些医院在不同区域的设置越来越复杂，部分新建医院的建筑结构更是愈加复杂。在医院里经常会遇见找不到科室、辅助检查室、具体办理窗口等现象。医院内虽设置各种指示，但对于患者来说，能够顺利找到对应的地点，仍然需要消耗一定的时间[1-3]。首次来院的患者往往不知所措，常常在忍受病痛的同时在复杂而陌生的环境中办理各项手续，做各项检查和治疗，长时间的等待和移动，不断寻找下一个目的地，其心理压力和生理压力可想而知，患者看病困难导致就诊体验较差，甚至造成医患关系紧张[4-5]。本文基于区域三维地理和Floyd算法设计院内就医导航系统，为患者节约不必要的就诊时间，提高效率，同时提升医院的服务和管理水平[6-7]。

1 需求分析

医院中时常看到如下现象：患者(或/和患者家属)拿着挂号单、诊疗检查单等，在门、急诊或(和)住院处、医技辅助检查科室等到处奔波，导医甚至是在忙碌中的医务工作人员不得不中止手头的工作为患者提供指路服务，一定程度上影响医务人员的工作效率。

针对这种现象，多数医院的解决措施主要有3种：一是增加医院标识，完善医院导视系统；二是设置导医咨询台，增加导医人数，提高导医服务质量；三是增配更多功能自助查询终端，进入医院区域先查询熟悉后再就诊。

以上3项措施本院均已采纳，但始终难以满足日益增长的患者需求，尤其在就诊高峰时段，大量患者和家属拥挤在咨询台及各楼层分诊台附近，造成导医、护士及医务人员工作量增大，而效率却很低，分诊难度大，甚至造成就诊秩序被破坏，影响医师乃至医院的服务质量。

2 技术选择

Floyd算法又称为插点法，是一种利用动态规划的思想寻找给定的加权图中多源点之间最短路径的算法。算法的单个执行将找到所有顶点对之间的最短路径的长度(加权)。 虽然它不返回路径本身的细节，但是可以通过对算法的简单修改来重建路径。 利用Floyd算法，可以快速实现两点以及多点的最短路径[8]。

Floyd算法常用于基于地理信息或者空间位置中的最短路径求解，例如：城市中路线导航、自动化机器人寻径、资源调度系统等。

三维地理信息技术是建立数字地球的关键技术，在数字城市、数字矿山、虚拟战场等研究领域具有较大的应用潜力[9-10]。三维技术用于院内定位和导航，利用院内三维地理信息，对院区三维空间建模，具有以下优点：①定位准确：可以将传统院内导航信息扩展至三维空间，避免由于楼层重叠导致的导航信息不准确问题；②用法灵活：通过二维平面到三维立体空间的转化，实现复杂的多路径导航；③管理便捷：医院是一个特殊而又复杂的公共场所，临床科室、检验检查科室等的位置可能会发生变更，而通过后台三维数据的配置，可实时对位置数据进行更新。

文中所研究的医院为多栋建筑多层分布，在空间分布上属于三维分布，在相同二维平面上分布的多层科室数据，利用三维空间建模，能快速实现不同科室位置的精确定位，同时可利用配置默认每层缺省高度，将位置高度也纳入最短寻径；结合Floyd算法，动态路径算法规划，能够满足同时由不同患者在不同位置发起的最短寻径请求的计算。经过对算法的模拟和初步测试，发现Floyd算法在性能和算法精度两方面上表现均相对较好。为了在院内导航中，在多个目标科室之间计算行进路线，并能根据初始地理信息对路线进行最优求解，计算要到达目的地的最短路径，减少患者行进距离，提升患者满意度，因此本院在本系统利用院内现有科室的相对地理位置信息建立院内科室的三维数据模型，在此模型基础上引入Floyd算法对科室之间的最短路径进行求解，并最终引导患者到达目的地。

3 系统设计与构建

3.1 系统结构基于三维地理技术的院内导航系统主要包括：将二维码设置在医院关键位置，后台服务器上建立包含各楼层、科室三维地理分布信息的数据库和相关的导航软件系统。

3.2 系统构建

3.2.1 服务器的搭建 搭建LINUX APACHE TOMCAT服务器，利用MYSQL数据库软件建立医院院内地理信息分布及管理的数据库,建立地理信息的检索功能。将楼层、科室的地理信息存储于构建的数据库中。将医院院内科室、楼宇三维地理分布与相应的二维码进行关联，利用Java技术以及SpringBoot框架搭建后端服务器并建立起科室地理位置查询，利用Floyd算法进行最短路径的模拟导航功能。

3.2.2 系统页面的构建 使用VUE框架搭建基于HTML5的轻应用，使用HTTP GET方式将扫描二维码的起始地点拼接嵌入页面链接。系统通过识别用户的不同请求行为，创建Java后台系统并使用RestfulAPI创建导航接口，使用JQUERY请求RestfulAPI接口，以动态返回数据。

3.3 系统功能实现当用户在院内未知位置发现张贴的二维码信息后，用微信扫描二维码识别后获取所在的院内当前位置，选择需要前往的楼层或科室，点击路线按钮，生成路径规划，同时显示目标科室的信息以及医生出诊情况，便于患者进行选择，同时在前端也提供意见建议模块，以留言方式请用户对服务进行评价，以便对服务进行优化。

3.4 结果展示通过扫描二维码后，系统会自动定位当前位置，同时可以输入目的地，完成目的地输入后，系统后台利用三维地理信息以及Floyd算法，计算导航最短路径，并以图文形式告知患者。

4 小 结

系统建成投入使用半年时间，使用人数在6万人次左右，人均搜索频次在5次。从图1中可以看出系统在不同月份、不同自然周上较为平均，其中在初期使用人数较少，在推广阶段人数较高，其后每日平均在2 000人次访问量(图1)。

图1 系统周均访问量

通过对访问量的统计，及前台咨询台问询人次对比，随着系统推广和使用，可以看出，使用线上就医导航系统后，线下问诊人次有比较明显的下降，同时解决医院静态平面图无法实时定位患者位置及目标地点路线规划的问题，提升患者的就医体验。

同时可以看到,从目的地科室查询分布上，体检中心查询次数最多，其次是干优诊室，通过对系统数据的分析，可以进一步发现医院在路径规划上设置的不足，同时通过对目的地查询统计，可以发现体检中心位于门诊中心五楼，且前期规划时标志设置不明显，导致搜索次数位于前列，后续可根据此种情况，对体检中心的标识、导航进行加强，提升患者就医体验(图2)。

图2 系统热点搜索比例

通过对系统访问数据统计，能很直观地对院内导航趋势及就诊趋势进行分析；同时通过对搜索科室的对比统计，为下一步院内导航设置、引导提供数据支持。

通过对系统的使用、数据的分析，利用相对三维地理信息及Floyd算法建立的基于移动访问的院内导航系统，能有效地利用现在人们使用的移动设备获取相关院内科室信息，同时为患者提供相对有效的路径导航，减少患者问询时间，减少患者找错科室有比较明显的提升，另一方面，可以发现患者的搜索热点，并对搜索背后的深层次原因进行分析(如科室位置原因；热门、优势科室原因等)，为医院管理决策提供一些参考依据；但是同时，由于患者年龄段问题，对移动设备的使用习惯，导致系统对年轻患者使用比较友好，但对年龄稍长患者，使用还是不够便捷。

由于系统只是初步利用三维地理信息和导航算法完成静态导航路径生成，从技术上说，还有进一步提升空间，如实时导航、智能语音导航、当前科室排队情况等都可以在未来进一步完善，提升系统的使用效率。

5 讨 论

院内就医导航系统可较好地解决患者在就医过程中对目的地不清楚，获取院内相对位置信息不方便的难题，可有效降低导医的咨询工作量，一定程度缓解导医资源不足，更好地保证医务人员的工作效率。

在院内导航系统高效使用过程中不断总结，仍需要在以下几个方面做出改进和完善。①优化精准导航：收集患者查询的科室及位置信息，通过数据对算法进行相应权重调整，使导航路径更加精确，例如导航至：骨密度检测2室。②完善三维地理信息：持续优化调整三维地理模型数据，实现更加精确的院内路径规划。③增加交互方式：进一步将论证和选择高效稳定的语音识别系统进行无缝对接，实现患者与系统间问答语音交互，提升用户体验。④加强患者信息互联共享：结合医院LIS系统，实现远程候诊功能。将科室候诊信息实时推送给患者，合理安排前往目的地时间，减少等待时间。⑤引入人工智能技术，智慧服务：建立智能导航模型，进行路线推荐，结合科室排队信息，对患者进行合理分流。建立智能导诊模型，结合导诊模型、导航模型，可以在患者来院就医之前，对患者进行导诊分流，为患者规划整个就医路线规划，进一步提升医院的服务效率、降低患者就医等待时间、提升患者就医体验。