基于“3G”技术的120急救系统建立研究
张先为
(山东正元地理信息工程有限责任公司，山东 济南250014）
摘要：本论文首先对当前城市的120急救系统进行了调查和分析，设计一种基于“3G”--GIS/GPS/GSM三种技术相结合的急救系统。文中对此系统的主要功能模块和关键技术作了详细的论述。将GIS空间分析、电子地图匹配和GPS导航、GSM传输信息技术与当前的急救系统相结合，可以在很大程度上提高120急救的智能化和可靠性。
关键词：GIS；GPS；GSM；急救系统
Research on the 120 Emergency System
Based on “3G”Technology
Zhang Xianwei
(.Shandong zhengyuan Geomatics Engineering Co.Ltd ; Jinan 250014; China )
Abstract：This paper proposes and designs the 120 emergency systems which is based on “3G”---GIS/GPS/GSM that it is used in Kunming recently. And then the main function modules of system and the key technologies used to fulfill it are described in detail. The system uses spatial analyze, electronic map match, GPS navigation and GSM transmit information. The rescue and reliability of 120 systems has been improved.
Key words: GIS; GPS; GSM; Emergency System
1 引言
在现有的120急救系统中，呼救者通过拨打120急救电话和接线员进行信息交流。呼救者的地理位置、病员的基本情况通过接线员反馈给控制中心，再由控制中心根据所获得的信息来进行决策施救。然而，随着城市面积、人口和建筑物密度的膨胀，传统的急救系统已显得力不从心。首先，由于采用人工语音交流，在这过程中如果出现了语言交流上的障碍的话，接线员就无法正确获取呼救者的信息，特别是地理位置信息；其次，在进行救助方案设计时，很大程度上是由工作人员的个人经验决定，或者依靠很少的科学依据；第三，对于城市错综复杂的交通道路网和动态的实时路面车辆信息，给人工选择救助车辆路线增加了很大难度，因此很难保证每次都能选择到最佳路径；第四，一个城市有很多家医院，每家医院由都会有自己擅长治疗的病类，同时，每家医院的设施都会不一样、抑或是好的医院也可能没有床位或是主治医生暂时无法回到医院。对于以上可能出现的种种意外情况，传统的120急救系统都无法实现紧急救助，为了保证市民的身体健康，弥补传统施救方法的不足，本文中设计了一种基于GIS/GPS/GSM的现代计算机、通信等先进技术的120急救系统，从而更好地弥补了传统方法中所存在的问题。
2 系统流程、功能和组成设计
如何在接到呼救电话时，尽快获取呼救者的信息，制定出最佳的援救方案，保证呼救者能在最短的时间内送到最好的医院施救，脱离危险，是120急救系统的主要目的。因此，本文中的基于GIS/GPS/GSM的120急救系统具有以下主要功能：呼救定位、最佳救助方案设计、最优医疗资源选择。
2.1 系统工作流程
通过有效集成GIS、GPS与GSM三者的功能，进而实现基于GIS/GPS/GSM的120急救系统的设计与实现。并使用AO（ArcObjects）作为开发平台，利用VB.net开发语言实现系统功能的二次开发。工作流始于呼救者打进的120急救电话。其工作流程为图1。
2.2 呼救定位
当呼救者打进120急救电话时，系统的电话号码自动获取模块将自动提取打进的电话号码，同时，系统将自动地根据号码唯一标识从电话号码数据库中获取与该号码相关的信息：地理经度、纬度、所属城区、甚至是小区信息。同时，借助GIS强大的地图显示功能，根据地理经纬度将打进电话的位置在电子地图上进行匹配显示。
2.3 最佳救助方案设计
在获取呼救者地理位置后，一方面将以呼救电话的位置为中心，进行一定半径的缓冲区分析，获取该缓冲区内的医院分布情况；另一方面，通过GSM无线通信技术，向所有的救护车发出定位信息，从而获得实时的救护车位置信息。并将三者（呼救中心、医院、救护车）同时在电子地图上高亮显示，根据呼救者、医院和救护车三者的位置分布进行空间分析，得出位置比较合适的医院及救护车，从而进行最佳救助方案的设计。在此过程中，由于不同的救护车、医院都处于不同的位置（特别是对于救护车而言），要选择合适的救护车前往施救，必然涉及到最优路径选择的问题。根据救护车所在的不同位置，相对于呼救中心进行最优路径选择，同时估算时间和距离，并将所得结果反馈给控制中心。控制中心将所得信息进行汇总比较，并结合所掌握的病员病情信息，通过条件查询找出比较适合的所有医院。从而得出距离和资源均优的医院，实现最优医疗资源的选择，进而得出最佳救助方案。
2.4 系统组成
系统由三个部分组成：控制中心、移动终端（120急救车辆）和医疗资源（医院）。结构如图2。
3 关键技术
如何实现电子地图与属性数据库匹配的定位显示、最佳路径选择和急救车辆的实时监控与导航，是实现系统的关键所在。
3.1 电子地图定位显示
电子地图的显示、漫游、无级缩放是GIS最基本、也是最具优势的功能。地理实体采用分层放置与显示。具有相同或相近特征的实体放置在同一层（Layer），结合制图和GIS建立图库两方面的要求，系统将所有图素分为15个层：高程点（P_Contour）；控制点（P_Control）；独立地物（P_Single）：真实存在的点状地物要素；其他点要素（P_Other）：填充符号；架空杆线（L_Pipe）：电力线、电信线等；围墙（L_Wall）：含栅栏、铁丝网等；其它线（L_Other）：除上述三层外的线状地物；建筑物（O_Building）；医疗资源(O--Hospitals)层；道路（O_Road）；绿地（O_Green）：含道路中间绿化隔离带、广场、公园、河道两侧绿地；水系（O_Water）：双线河流、池塘、水库；其它面（O_Other）：上述五层外的面状地物；注记（T_All）：所有文字。要使地形图数据能够有效地应用于规划管理信息系统中，除了将各图素按类分层外，还需要给各个地物赋上相应的属性信息。由于在系统中，医院作为重要的操作对象，因而将其单独存放与显示。
当120急救电话呼进时，系统中的电话号码自动获取模块将自动提取呼进的号码，通过号码唯一标识来进行电话号码数据库查询，获取该电话号码的地理经纬度，并在电子地图上放大、高亮匹配显示。
3.2 GSM无线通信网络
控制中心与移动终端（120急救车辆）、医院之间的通信是通过GSM模块来实现的。全球移动通信系统GSM是欧洲主要电信运营者和制造厂家组成的标准化委员会设计的数字移动通信系统。也是目前我国覆盖面积最广、功能最强和用户最多的移动通信系统。GSM系统可提供多种业务。目前已开通并比较常用的业务有语音、短信、数据传输等。其中短消息SMS（Short Message Service）编码支持中文、韩文、日文等文字字符集及符号，并且传送字符支持Uni—Code字符集，可传送中文信息。无线GSM Modem模式采用无线GSM Modem连接到计算机串口的方式收发短信息。这种方式成本低、无需申请、开发周期短、维护也相对容易，无需拨号建立连接。通过在控制中心、移动终端和医院之间建立这种通信方式，从而实现急救车辆的调度和指挥，以及与医院之间的救助协调。
3.3 GPS实时定位与导航
在该系统中，通过在移动终端（120急救车）上安装GPS接收机，同时配备GSM无线通讯模块。通过GPS接收机接收GPS卫星信号（三颗以上，卫星数目越多，其定位精度就越高），求出该点的地理经纬度、速度、时间等信息。完成GPS定位信号和时间同步提取，对天线单元传来的GPS信号进行记录，并对信号进行解调和滤波处理，还原出GPS卫星发送的导航电文。求解信号在接收机和卫星之间的传输时间和载波相位差，实时地获取导航定位数据或采取测后处理的方式获取位置、方向、时间等数据。同时移动终端通过GSM网络和控制中心之间实现数据的双向传输。其中无线GSM Modem具有语音功能，可实现与控制中心的对话，便于让控制中心了解车内的情况。控制中心在接收到移动终端通过GSM发送来的位置信息后，采用电子地图匹配技术，与电子地图上的路线统一，得出急救车辆在电子地图上的正确显示，当车辆偏离预定的路线时进行实时导航，以确保施救方案的正确执行。
3.4 最佳路径选择
最佳路径分析是遥感和地理信息系统空间分析的重要技术之一，其目的就是找出一条从出发点到终点的最佳路径（可能是距离最小、时间最短、最喜欢走的路线或是养路费、耗油、车辆磨损折旧等某种成本最低，亦或是综合多种因素考虑）。根据地图数据类型的不同，可划分为基于矢量数据的最佳路径分析和基于栅格数据的最佳路径分析。本系统种采用基于Dijkstra算法的矢量数据类型最佳路径分析方案来实现系统最佳路径的选择。
（1）Dijkstra最短路径算法
在交通GIS系统中，地图数据都是以弧线、节点为核心存储的。节点是具有拓扑性质的点，弧线是以两节点为起终点的连线。如果把地图抽象图，有限节点作为图的非空顶点集合V，弧线集合E就是地图的公路线。在属性数据库中，存储了相应节点、弧线的权值等信息。利用Dijkstra算法给出了按路径长度递增的次序产生了最短路径。
（a）考虑到交通道路的有向性，假设用带权的邻接矩阵 来表示加权有向图， 表示邻接弧〈 ， 〉上的权值，若邻接弧〈 ， 〉不存在，则 为∞。引进辅助向量 ，它的每个分量 ，表示搜索过程中从起始到每个终点的最短路径的长度，给其赋予初值
= [ ， ] （ ） （1）
式中， 表示固定起点 在有向图中的顶点序号。循环变量用 表示，从1开始。定义 为已经确定从 出发至 最短路径的顶点的集合，赋予 初始值为空集。
（b）循环体
（Ⅰ）确定 的一个最短路径分量 ，既
=min{ | ， } （2）
（Ⅱ）修正
= ∪{ } （3）
（Ⅲ）修改从 出发到结合 — 上所有顶点 的最短路径长度，如果
+ < （4）
则
= + （5）
（Ⅳ） ← +1
（c）重复（b）共 -1次，就可以得到从 到图上其余各顶点的最短路径。
（2）不定因子考虑
以上仅是从路径因素来考虑最短路径，但实际中，在选取行车的最佳路径时，会有很多不确定的因素在影响着我们的选择结果。从而使得所选择的最短路径不一定就是最佳路径。面对城市错综复杂的交通网络，在选取最佳路径时，我们就不能简单地从最短路径一个方面作为我们的衡量标准。因此在做了最短路径选择后，我们必须加入城市道路网本身的不确定因素综合考虑。在选择最短路径后，我们所选择的路线可能受到交通状况的大幅度影响。而道路交通状况因人们的主观性和认可度表现出很大的不确定性。这就需要我们对道路的路面状况、行车速度、红绿灯等待情况等多方面因素综合考虑，对这些不定因素采用模糊理论的处理方法，建立因素等级，加权衡量最终得出最佳路径。
4 结语
本系统在进行调查和分析了目前120急救系统的基础上，结合GIS、GPS和GSM三者的强大功能，设计了基于GIS/GPS/GSM的城市120急救系统。采用AO作为开发平台、 VB.net作为开发语言来实现程序的编写，实现了系统的部分功能。系统的设计和提出，改变了传统120系统的工作方式，弥补了其不足之处。采用现代先进技术将120急救工作变得稳定可靠、更加智能化。利用GIS强大的地图管理和显示功能，改变了过去在地理位置上的盲目性；GIS的空间分析功能使得施救决策更加科学可靠，而GPS的实时定位和导航，又使得控制中心对急救车辆可以随时进行调度和指挥，缩短了车辆在路上的时间。系统的实现从施救的时间性、决策的有效性、管理的科学性等方面都有了大幅度的提高，从跟本上解决了传统系统中存在的弊端。
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作者简介：张先为，（1964年2月~ ），高级工程师，山东正元地理信息工程有限责任公司烟台分公司经理，主要从事测绘与GIS工程组织与管理。