基于“4G+互联网”的医院病案库房监控系统的试验探讨

邢华奎，冯 毅，冯钰宁

1.华南理工大学机械与汽车工程学院 广东 广州 510640；2.中山大学孙逸仙纪念医院 广东 广州 510120

0 引 言

病案记载着患者的姓名、联系方式、住址、病史等个人隐私，也包含病程记录、处方、手术记录、医嘱单、检查检验报告、医学影像检查资料等，是医学研究生、年轻医生的重要学习资料和训练人工智能医疗软件的最重要资料来源。因此，病案是医院的宝贵资料。患者住院病案保存时间不少于30 a，大型综合三甲医院的住院人数一般超过10 万人次/a［1］，累积病案数量大，常把病案委托第三方保管或异地储存。医院不得遗失或违法销毁患者病案，所以妥善保存病案是医院重要的安全管理工作之一［2］。为确保病案安全，病案科室需要定期派人去库房核查。

本文拟研发一个具有双信号通道的远程安全监控系统，借助互联网、4G及云平台技术，使病案管理人员能够通过电脑或手机远程查看病案库房内的光照、湿度、温度、烟感、地板积水等参数及库房视频，而且可以远程控制库房照明及现场报警器具。

1 安全监控系统组成及特点

目前已存在各种各样的远程监控系统［3-6］，它们的性能要求、安装方式与运行条件不尽相同，采用的器材及软件也有差别。本文拟研发的系统属于档案安全监控类别，可靠性是优先考虑的因素。鉴于以上特性，拟采用“4G+互联网”双通道模式，一备一用，确保信号传输畅通，数据处理及现场控制采用可编程逻辑控制器（PLC），结合云平台技术，构建远程安全监控系统，如图1 所示。

图1 具有双信号通道的病案库房远程安全监控系统构成简图Fig.1 Schematic diagram of remote monitoring system for medical record warehouses with dual signal channels

病案库房内传感器测量信号传输到库房外的PLC，由PLC内的CPU对信号进行处理，包括运算和逻辑比较，并将处理结果传送到远程网关，该网关自动选择把数据通过4G或互联网上传至云平台。高清摄像头图像通过4G或互联网接入摄像头企业云平台，然后通过网址访问企业云平台实现图像传输。远程监控电脑或手机登录云平台即可查看库房运行参数及库房外天气状况。

本系统有以下3 个特点：在远程网关与云平台之间、摄像头与企业云平台之间采用一备一用的4G与互联网2种信号传输方式，结合PLC技术，系统有足够安全冗余，具有极高的可靠性，断网风险极低；病案库房外安装有雨雪传感器、温度传感器、湿度传感器，其作用是便于管理人员比较库房内外的参数差异和全面掌握库房运行参数；可以远程启动现场声光报警器及库房照明。

2 试验系统的建立

建立一个小型试验系统来验证前述监控系统信号传输的可行性及控制程序的可靠性，选用1 个光照度传感器（电流型）、1 个温度传感器、1 个烟感传感器、1 个积水传感器、1 个湿度传感器（电压型）及1 个高清摄像头。这些传感器有些是模拟量信号，有些是开关量信号，均是有线传感器，以防止信号互相干扰及环境干扰。雨雪传感器信号类型属于上述范围，省略不用。

2.1 试验器材选择与连接

库房内光照度传感器选用光电转换型，工作电压12 VDC，输出信号4～20 mA；空气湿度传感器选用湿敏电阻型，工作电压5 VDC，输出信号0～3 VDC；烟雾传感器与地板积水传感器选择工作电压12 VDC，输出开关信号（1/0）；温度传感器选择PT100。摄像头选用与云平台兼容，且具有4G与互联网2种联网方式的高清摄像头，视频编码H265。

选用1 台小型PLC，程序容量16 k steps，包含8 路开关量输入及8 路继电器开关量输出，通信接口类型为RS232 与485。选用1 块测温模块，测量通道4 路，分辨率16 bits，测量精度0.3%。选用1 块A/D转换模块，测量通道4 路，输入信号为±10 V、±5 V，0～20 mA 或 4～20 mA，分辨率14 bits，测量精度0.5%。PLC、测温模块及A/D转换模块组装在一起，如图2 所示。选用特定型号远程网关，主要参数如表1 所示，该网关的最大优点是有通信冗余，既可以用互联网连接，也可以用4G联网，互为备用。试验系统的云平台由网关公司提供，以满足网关与云平台的兼容性要求。

表1 远程网关主要参数Tab.1 Main parameters of remote gateway

图2 试验系统安装及接线示意图Fig.2 Installation and wiring diagram of test system

PLC与传感器之间连接如图2 所示，现场声光报警器、库房强制照明由输出寄存器Y5、Y6 输出信号驱动。PLC与远程网关的接线对应关系如图3 所示。

图3 远程网关与PLC接线关系Fig.3 Connection relationship between remote gateway and PLC

试验系统的供电如图4 所示，主要由不间断电源UPS 及开关电源组成。UPS 容量1 kVA/600 W，可保证市电断电时持续工作。开关电源产生24、12、5 VDC直流电，供网关、传感器及摄像头使用，PLC则直接使用220 VAC交流电，每个供电回路装有2 A的熔断器。

图4 试验系统供电原理图Fig.4 Schematic diagram of power supply of test system

2.2 试验系统监控程序编写

监控程序是该系统的技术核心，包括PLC控制程序与终端监控电脑人机界面（HMI）程序。

2.2.1 PLC控制程序

负责数据采集、运算、逻辑推理、异常信号识别并输出报警信号、控制现场报警器及库房照明。下面是读取库房湿度和进行比较、超限报警的程序。

国家档案局《档案馆照明系统设计规范》［7］规定，纸质档案或电子档案的照度50 lx，音像档案的照度30 lx；《档案馆空调系统设计规范》［8］规定，库房温度14～24 ℃，湿度45%～60%。如果光照度、温度、湿度测量值超出上述范围，则PLC会输出温度、湿度及光照度报警信号。

2.2.2 人机界面（HMI）程序及视频接入

远程网关接入外网，凭密码、账号登录访问云平台，根据云平台提供的程序框架，设计编写终端监控电脑人机界面HMI程序，使监控数据在电脑直观显示出来。程序中设定每2 min储存一次库房运行数据和设置超限报警灯、现场声光报警器及库房强制照明开关按钮、接收报警短信的手机号码。按照云平台及摄像头的使用说明书指引设置视频的接入，购置与云平台兼容的摄像头。

2.3 远程网关、PLC及终端监控电脑通信参数设置

网关中要输入以下参数，即PLC型号、光照度、温度、湿度、烟感、地板积水及报警信号等数据的储存器地址，选择串口通信波特率为9 600。设置PLC，主要明确通信波特率与网关相同，以实现与网关数据的交换。

电脑的设置过程如下：首先要从云平台下载安装XXXConfig软件，然后输入网关序列号，设置网关IP地址为192.168.10.99，电脑IP为192.168.10.30。

2.4 程序上传及手机监控程序下载

把程序上传至PLC，把网关设置参数上传至网关，把HMI程序上传至云平台。云平台附带有手机小程序，下载安装并绑定手机号码即可看到与电脑一样的监控画面。

3 试验过程及结果

试验过程分为7 部分，即程序完整性检验、网线传输信号测试、纯4G无线传输信号测试、拔出网线检验可否自动转到4G传输信号测试、切断市电检验不间断电源可靠性、用模拟故障检验报警是否连通、人机界面中2 组远程控制按钮测试。

电脑用户凭账号、密码访问云平台，手机用户打开小程序就可以查看病案库房内光照度、温度、湿度等实时数据及现场视频，报警灯数据正常时显示绿色，数据不正常时显示闪烁红色，底部设有2 组按钮，分别用于打开或关闭库房现场的声光报警器和库房照明灯，如图5 所示。库房2023年10 月28 日至29 日湿度数据曲线可以根据需要设定具体起止时间，如图6 所示。手机收到报警短信情况如图7 所示。如果库房湿度长时间连续保持较高的数值而库房温度符合规定，则说明有可能是库房墙壁或天花板渗水，需要及时派人到现场核实。

图5 试验系统安全监控界面Fig.5 HMI of test system

图6 2023年10 月28—29 日库房湿度变化曲线图Fig.6 Humidity variation curve of warehouse from October 28th to 29th，2023

图7 推送到手机的烟感报警信号Fig.7 Smoke alarm signal pushed to mobile phone

用户不论是在办公室、地铁、公交、住宅、商场，只要有手机或联网电脑，均可看到病案库房实时数据及视频。测试持续约1 个月，期间系统工作稳定，数据传输流畅，视频没有明显滞后，报警及时，控制程序完整。

4 结 语

采用“4G+互联网”远程传输等技术，结合PLC，构建病案库房远程安全监控系统，经测试，技术切实可行。一备一用的双通道信号传输方式、不间断电源、PLC等使本文所研发的系统具有高可靠性，能够确保远程安全监控不间断。本文建立的病案库房远程安全监控系统具有以下明显优势：病案管理人员可以远程监察病案库房实时运行参数，并及时收到库房参数异常报警信号；如果发现异常，可远程打开库房照明、视频查看库房情况，也可以远程启动库房现场声光报警器提醒现场工作人员，降低现场管理人员疏忽及库房设备失效导致病案损坏的风险，强化库房安全监督管理；可以储存最近2 a的库房运行参数，利于事后分析研究。本研究属技术验证试验，实际的病案库房面积很大，摄像头、烟雾传感器、光照度传感器等数量较多，采用多个A/D模块、I/O模块拼接到PLC即可。