移动手机定位在院前急救中的应用探讨

陈 杰，魏 强*，刁成龙，倪 一，张念启，尤

(1.南京市急救中心，江苏 南京 210003；2.中国移动通信集团江苏有限公司，江苏 南京 210003)

0 引言

院前医疗急救呼救定位是互联网+院前医疗急救工作的重要组成部分。为贯彻落实《“健康中国2030”规划纲要》《关于促进“互联网+医疗健康”发展的意见》《关于开展互联网+院前医疗急救试点工作的通知》要求，深入开展院前医疗急救呼救定位工作。南京作为江苏省唯一试点城市，开展了院前医疗急救呼救定位试点工作，并对其如何快速有效定位进行了探讨及落地。

1 研究背景及意义

1.1 研究背景

院前急救水平的高低代表着一个地方急救医学的发展程度，也是衡量一个地方社会安全保障能力的重要参数，而衡量院前急救水平最重要的指标是急救反应时间[1]。对于120急救中心而言，如何快速找到病人所在的位置，并且调度急救车辆及时前往求救人员所在的位置进行救援，是保证救治效率、减少生命健康损失的重要一环。手机目前已经成为广泛使用的移动通信工具，当手机移动或对外通信时，会和附近的基站进行通信，从而产生相关定位信息[2]。

1.2 研究目的及意义

1.2.1 提高了需要救助人员主叫效率

根据历史经验，求助人员经常不知道自己当前所在位置，这样医疗救助人员需要反复询问求助人员的地点，导致院前急救时间拉长。尤其是部分呼救者拨打120后，因昏迷或身体原因无法说话，会导致错过救援黄金时间。根据基站位置定位数据，可以调度急救车往目的地方向出发；同步拨打110，与110一起精准查询病人具体位置。将手机定位应用到120院前急救场景，可以立即获取求助人员的定位，减少单个求助人员的处理时间，提高处理效率。

1.2.2 提高了120急救指挥中心效率

通过手机定位系统获得需要求助人员的有效地址后，救助人员可以准确及时地赶到现场。这样因不知道自己方位或报错地址导致的无效救助事件就会减少，不但提高了救助效率还节省了医疗救助人员的时间。

1.2.3 对需要救助人员的后续跟踪

在某些情况下，需要救助人员在一段时间内的位置会有所变化，因此要对需要救助人员位置进行实时更新。通过二次定位可以获得需要救助人员打120后30分钟之内的当前位置坐标，可以对需要救助人员的位置进行实时更新。

将手机定位接入120指挥中心是信息化应用于医疗行业的一个重要标志，将极大地提高医疗救助的效率。在科技不断发展的今天，120急救指挥中心手机定位系统能使医疗救助人员的调度游刃有余，实现更为快速有效的医疗救助。

2 相关技术介绍

2.1 定位技术

(1)LBS定位：LBS(Location Based Service)，是一种基于位置的服务，即通过通信运营商的无线电通信网络在地理信息系统GIS(Geographic Information System)的支持获得用户地理位置信息的服务。其大致原理为：移动电话测量不同基站的下行导频信号，得到不同基站下行导频的到达时刻(Time of Arrival，TOA)或到达时间差(Time Difference of Arrivalm，TDOA)，根据该测量结果并结合基站的坐标，一般采用三角公式估计算法，就能够计算出移动电话的位置。实际的位置估计算法需要考虑多基站(3个或3个以上)定位的情况，因此算法要复杂很多。一般而言，可供测量的基站数目越多，测量精度越高，定位性能改善越明显。其主要优点如下：一是成本低，无需额外硬件、软件支撑；二是时效性高，用户拨打号码，经用户授权后，可实现在10 s内快速救援，大大提升效率和保障救援的黄金时间；三是覆盖面广，几乎可覆盖所有的环境。缺点是：定位的精度取决于基站覆盖的密度，一般情况下，在市区内定位精度可达到300～500 m，而在郊区及农村地区，定位精度在500～1 000 m。如上数值为基于宏站定位的情况，如果在市区有一些如商场、综合体的室分站，精度会在这个基础上进一步提升。同时，宏站定位精度的理论值也将随着5G基站的全面覆盖而提升。

(2)卫星定位：卫星定位是通过接收卫星提供的经纬度坐标信号来进行定位。卫星定位系统主要有美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯(GLONASS)、欧洲伽利略(GALILEO)系统、中国北斗卫星导航系统。卫星定位主要优点如下：一是精度高，可控制在10 m左右；二是成本低，目前智能机都已支持卫星定位能力；三是覆盖范围广，目前GPS系统是现阶段应用最广泛、技术最为成熟的卫星定位技术。缺点是：首次定位需要10 min左右的时间，这对于紧急救援情况和报警业务是不允许的。此外, 在恶劣天气、在室内或卫星信号无法覆盖的地方[5]，定位效果很差，导致定位不准确、不连续。

基于卫星定位的方案须借助于手机本身或者卫星定位接收器，须开发App或者小程序，通过App或者小程序触发救援呼叫。而基于基站的LBS定位流程简单，只要求救者发出求救在授权后即可以定位。故选择移动手机定位作为院前急救定位的技术方案。

3 基于运营商信令数据的120急救定位方法的设计

3.1 架构设计

南京市急救中心的院前医疗急救呼救定位系统由急救中心同3家江苏省基础电信企业共同搭建。该系统主要为南京市120调度指挥中心提供呼叫急救电话的用户位置信息查询服务，并通过互联网VPN方式(要求加密)分别与3家江苏省基础电信企业定位代理对接；江苏省基础电信企业定位代理主要负责接收120定位查询平台操作请求，呼叫记录核实，将请求转发至南京市120呼救定位平台；3家基础电信企业定位平台根据120定位查询平台的查询请求，完成用户的位置信息查询，并将定位查询结果通过专线加密返回至南京市120定位查询平台。

3.2 功能设计

3.2.1 需要救助人员主叫定位功能

当运营商获得需要救助人员主叫后，通过定位平台将该主叫当前所在的经纬度坐标和基站地址及基站ID等相关信息，通过LE接口POST到主叫用户信息拦截系统；同时120指挥中心接到该主叫的语音信息，在指挥中心值班人员开始处理的时候，向主叫用户信息拦截系统发起定位请求。主叫用户信息拦截系统将该请求和定位结果进行匹配，并将定位结果发送到指挥中心。中心得到的定位信息在GIS上显示，并翻译成区域或街道名称。

3.2.2 主叫二次定位功能

主叫二次定位是由120指挥中心发起，将定位请求发送到主叫用户信息拦截系统，并由主叫用户信息拦截系统将该定位请求POST到移动定位平台，获得定位信息。获得该定位信息后将定位信息发送到120指挥中心。指挥中心得到的定位信息在GIS上显示，并翻译成区域或街道名称。运营商为保证指挥中心发来的位置请求为合法请求，设置医疗求助电话呼入保持的30 min为有效查询时间，在这段时间内指挥中心可以对该号码进行二次定位，对医疗求助电话人的位置进行有效跟踪[6]。

3.2.3 区县共享功能

通过120指挥中心的主叫用户信息拦截系统，各个区县的120指挥中心也可以通过CPIP接口接入，通过主叫用户信息拦截系统获得全市需要救助人员主叫的定位信息。

3.3 逻辑设计

基于运营商信令数据的120急救定位方法，该方法包括下列顺序的步骤：

(1)求助者拨打120后，获取拨打120急救电话的用户号码，使用三网运营商定位查询接口获得该号码的定位信息。

(2)通过120拨打记录查询接口，查询与验证120中心是否有此号码今日拨打记录，120拨打记录查询接口在查询过程中将号码进行MDT5加密。

(3)若今日未查询到拨打记录，则由三网运营商定位查询接口返回结果通知，在120急救中心的应用系统界面上显示暂无查询数据，将此号码进行过滤。

(4)若今日查询到用户拨打记录，则根据号段匹配判断所属运营商，通过所属运营商定位查询接口查询号码的当前实时位置信息。

(5)当号码为移动号码时，则用加密后的号码去匹配redis内存数据库里面的实时信令数据，找到此号码最新的实时信令数据；接着从此号码的信令数据之中，找到此号码上报信令数据的基站；最后，根据此基站的小区编码，匹配到此基站的经纬度信息，对基站扇区中心点经纬度坐标进行优化，最后得到的基站的经纬度信息即为用户的最新地理位置信息。

(6)如该号码为非移动号码，则将此号码传给所属运营商，并将返回参数传送至120数据中心；所述返回参数包括号码和经纬度。

(7)若所属运营商定位查询接口未查询到位置信息，有可能是遇到携号转网的情况，针对这种情况，则同时调用三网运营商定位查询接口查询号码当前实时位置信息，并输出经纬度信息。

(8)若同时调用三网运营商定位查询接口进行查询依旧查询失败，则返回状态，暂无查询数据。

所述步骤(5)中的对基站扇区中心点经纬度坐标进行优化，最后得到的基站的经纬度信息即为用户的最新地理位置信息。具体包括以下步骤：

基于运营商的基站定位获得拨打120急救电话时的位置信息；通过读取已经录入的拨打120急救电话时的基站信息，包括基站的对应的地区编码(Lac)和基站小区编码(Cellid)等，从而可得该基站设备信息。通过查询基站设备安装时登记的经纬度坐标信息，即可获得拨打120急救电话时的基站位置，但是基站定位依赖基站的覆盖半径，有的基站覆盖半径小，可以做到较准确，有的基站覆盖半径大，容易与实际拨打急救电话时位置造成较大误差，故需要进一步地对定位算法进行优化。

将基站中心点定位，向基站的扇区中心点定位转移，一个基站包含多个扇区，通过对用户位置和基站的关系计算出用户所属的扇区，再利用扇区中心点来定位。在基站建设中，通常一个基站会包含多个扇区，这些扇区以不同角度向覆盖的用户提供更高质量的通信服务，所以在定位优化过程中，将用户在基站中心点定位问题转向寻找用户在扇区中心经纬度的定位，这样可以更好地将用户位置做范围细分，通过基站的站高、仰角和衰减系数等指标，计算每个扇区的覆盖范围，进而计算出扇区的中心经纬度，并以此来定位，具体包括以下步骤：

(1)利用基站扇区公参信息中的仰角与高度计算每个扇区的信号半径R，R的计算公式如下：

(1)

式中，w为信号衰减系数，h为基站高度，s为基站仰角。

(2)根据信号半径R和方向角，计算扇区中心点与基站坐标的偏移距离：

(2)

(3)

式中，d为方向角，Xp为经度偏移距离，Yp为纬度偏移距离。

(3)依照基站位置经纬度信息，加上扇区中心点与基站坐标的偏移距离，得到扇区中心经纬度，计算公式如下：

扇区中心经度=基站经度+Xp；

扇区中心纬度=基站纬度+Yp。

综上所述，相对于传统的急救定位技术，通过基站定位能更准确地获取报警人群位置，在社会效益上可提升急救和救援调度的效率，最大程度地保障人民生命安全，提升急救中心在社会上的影响力。相比传统的定位方法存在定位能力覆盖范围小、定位成本高等问题，本发明只需要利用运营商已有的通信基站和网络设施所采集的全量实时用户数据即可获得报警人群高精度定位，在经济效益上可大大降低成本。

4 总结和展望

4.1 研究结论

自2019年9月开展试点工作以来，江苏电信、江苏移动、江苏联通急救呼救定位平台运行稳定，平均接口响应时间低于0.3 s，响应成功率90%以上。南京市急救中心平均每天调取数据2 000余条，目前累计调取180万余条。基于该部分的统计数据，院前急救受理响应时间平均缩短8 s，对院前急救工作有着重要的意义。移动手机定位技术可以实现面向5G网络平滑演进，有利于急救未来5G网络发展的接洽提升，可减少重复投资。

4.2 未来展望

在当今高速发展的信息时代，社会各行业都面临着不断提高管理效率，有效利用现有资源去实现资源增值及效益最大化的压力。随着信息及电子技术的飞速发展，利用手机定位技术去实现以上目标正为越来越多的行业用户所重视[10]。在后续的工作中，笔者将持续研究如何提高融合定位方案的精度及响应速度。