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智慧医院需要无人驾驶患者转运车

作者:许云松 吴 瀚 华国栋 张小华 徐惠民(南京鼓楼医院)

当今世界,新的一轮科技革命和产业变革风起云涌,人工智能将得到广泛普及和应用。融合了人工智能、环境感知、决策规划、执行控制、高精度导航定位、5G通讯等众多前沿技术的电动无人驾驶转运车可以在医院中串联就诊流程的各个节点,为患者提供高效、智能、满意的就诊体验,促进智慧医院的建设。

       当今世界,新的一轮科技革命和产业变革风起云涌,人工智能将得到广泛普及和应用。融合了人工智能、环境感知、决策规划、执行控制、高精度导航定位、5G通讯等众多前沿技术的电动无人驾驶转运车可以在医院中串联就诊流程的各个节点,为患者提供高效、智能、满意的就诊体验,促进智慧医院的建设。


大型医院呼唤智能化内部交通

       随着城市经济以及医疗卫生事业的发展,新建医院的规模越来越大,单体综合病房楼建筑面积甚至达到了几十万平方米。如何分散人流,为患者营造一个宽敞、舒适的就医环境,同时又能将复杂的功能分区合理布局,优化就医路径,提高服务效率,成为了现代化医院设计中的一个难点。我们以一个患者就医的全过程为例,从入院到挂号、就诊、做检验、取报告、复诊、取药,需要往返于各个功能科室和特殊医疗区域之间,对于残障患者和老年患者等特殊群体来说,由于行动不便,整个过程走下来十分吃力。

       因此,建筑的内部交通问题就显得尤为重要, 为了解决上述问题,南京鼓楼医院在门诊2~5层均设置了多功能电瓶车,有座椅式、平躺式,每辆车配备一名专职驾驶员,来回穿梭,招手即停,免费搭载老弱病残孕及行动不便的患者进行就诊、检查、缴费等,门诊楼为回字形设计,以3层为例,该层以内科为主,包含了4个分区,公共通道长近300米,正常人步行环绕门诊一周需要三四分钟,乘坐电瓶车代步则仅需不到一分钟。

       既然电动转运车在医院中有需求也有存在意义,那么要实现无人驾驶只要解决两个层面的问题:一是技术可行,二是安全可靠。无人驾驶技术是利用人工智能、传感器、移动通信与定位导航系统间的协同合作,让计算机在大数据算法的智慧调度下,自动感知道路、车辆位置和障碍物信息,规划行车路线并控制车辆行驶。随着该技术的不断成熟,无人驾驶车辆已经作为一种新型交通工具在一些特定场景下得到了推广和使用,例如旅游景区的观光、巡逻、接驳等。

       医院作为一个特殊的场所,如果能以患者转运车为载体,将人文关怀的理念与无人驾驶的技术相结合,对提高自身服务品质和扩大品牌影响力具有重要意义。然而,医院具有一定的特殊性与局限性,人员以患者为主,公共空间有限,功能流线复杂,转运车必须精准定位、高效运行,同时规避潜在安全隐患。BIM技术目前已在医疗建筑工程策划与设计中广泛运用,利用BIM的3D可视化交互技术,可将建筑空间信息以及各类建筑设备的基础信息、运行数据进行一体化整合,而三维GIS作为一种特定空间的信息系统,可通过物联网数据的接入对BIM所构建的建筑内部模型进行空间查询及分析,为BIM提供决策支持,将导航功能拓展到室内。二者相互融合,可以对车辆进行定位、轨迹跟踪及滞留时间记录,实时掌握其运行路线和空间位置,车辆控制系统通过一系列的数据算法对环境进行感知并实现自动行驶。

南京鼓楼医院的多功能电瓶车


智能化交通的实现路径

       无人驾驶电动转运车由高精度定位系统和BIM三维导航系统提供融合定位和高精度导航,运营管理平台实现各个子系统之间的协同,包括多车辆调度和实时监控管理。由于无人驾驶电动转运车在医院场景中的定位为特殊患者群体的转运,因此必须具备以下几项设计要素:具有自动驾驶功能,能够在室内低速自动行驶;具有便于乘客上下的超低底盘、易于乘客起身的弹性座椅 ;车辆配备三维导航触控显示屏,实时定位,并能进行语音交互 ;具有安全保障,能实现障碍物避让,抗信号干扰,一旦出现异常状况与管理中心失去联系,能够立即停机,进入人工干预状态。

       使用BIM技术的必要性和意义。BIM的技术核心是在计算机中建立虚拟的建筑工程三维模型,同时利用数字化技术,将建筑信息的众多属性和行为等特征信息集成在一起,聚合成一个数据仓库,通过这个数据仓库,我们可以浏览、管理、追溯这个建筑生命周期的各个环节。概括来说,BIM是用来整合和管理建筑物本身所有阶段的信息的。然而,在无人驾驶领域,单纯使用BIM并不完善,还需要与其他信息化技术相结合,整合与管理建筑外部环境信息,通过串联BIM数据,结合地理位置融合物联网、云计算,创建线上以数据浓缩呈现的“虚拟世界”,实现自建筑物外部到内部的一体化3D导航。

       场地分析。医院作为一个救死扶伤的场所,其本身也具有一定的特殊性和局限性,车辆场地与交通组织分析对该项目的实施具有重要作用。选定实施区域,对空间、流线等可行性进行论证,为BIM建模做充分准备。

       数据采集。采集建筑内部空间数据,运用BIM建模软件对通过路径进行快速扫描,建立三维地图模型,通过专业的三维地图制作工具读入BIM数据,生成全套门诊楼的三维可视化地图,保证地图所标示出的房间位置、名称与实际情况一致。系统集成。通过3D GIS数据编辑软件,完成BIM和3D GIS模型的数据融合,建立无人车运行路径3D电子模型,将外界环境的信息打包行成数据库文件,这里的信息可以是停靠站点、拐弯半径、沿线障碍物等。最后结合定位导航程序算法,开发3D导航软件并上传至运营管理平台。

       无人车要实现精准定位并进行自动巡航,还需要一系列硬件支撑。车辆应具有感应接收装置,同时还要充分利用墙、顶、地的三维空间巧设信号发射点。在目前市面上解决导航定位的常见方法中,电磁导航简单且比较成熟,成本虽低,但铺设麻烦,适合新建医院使用;利用WiFi、蓝牙、UWB等进行定位也是目前比较通用的方法,性价比高,但也存在信号容易衰减,精度较差的缺点 ;激光SLAM技术稳定、性能可靠,成本也最高。可以说,各项技术各有优劣,还需要结合医院实际状况量体裁衣。


江北国际医院积极探索智能化转运车

       南京鼓楼医院江北国际医院项目一期由两栋综合病房楼及其所属裙楼组成,总建筑面积16.7万平方米,包含约600张床位。门诊位于B裙楼2层,由两个大诊区构成,面积为5400平方米。A裙楼与B裙楼通过连廊连接,整个2层以门诊为中心,四周分布了包括药房、检验科、腔镜中心、彩超电生理等平台科室。门诊的就诊流程通常是:1.挂号处挂号或自助机取号;2. 进入候诊区候诊;3.到诊室就诊,医生诊疗并开具医嘱;4. 交费;5.去药房取药、做各项检验、治疗或办理入院手续;6.如必要进行复诊或咨询。

       根据门诊流程,结合江北医院门诊所在楼层的平面设计流线进行分析,核心路径主要包括 :门诊诊区挂号收费处 ;挂号收费处→药房 ;挂号收费处→检验科、内镜中心、超声电生理等功能检查科室。其中,第3项的路线最长,也最具有实施意义。假设一个完成就诊的患者去进行超声诊断,需要横向、纵向各穿越一次裙楼,总的步行距离将近300米,如果复诊往返总距离超过500米,对于独自就诊的老年患者、残疾患者以及孕妇等特殊患者来说,无疑非常不便。

       江北医院无人驾驶电动转运车的定位为服务于特殊患者的低速行驶工具,鉴于江北医院门诊主通道和医疗街宽度均不小于8米,考虑采用标识线加指示牌为车辆划定专用路线,尽可能避免影响公共流线,提高行驶效率。通过BIM建模进行规划路径和分析,停靠站点包括 :收费处、候诊区、药房、检验科、腔镜中心、超声电生理等。车身尺寸约为2650毫米×1230毫米×1800毫米,可乘坐4~6人,具有便于乘客上下的超低底盘、易于乘客起身的弹性座椅,能够自动驾驶、语音报站和干扰识别,续航里程(满载)≤80公里,最小拐弯半径约7m,最大爬坡度(满载)25%,最大行驶速度25公里/小时。

       室内导航基于BIM和GIS技术,通过对通道墙、顶、地安装引导装置,如预埋电磁金属线或蓝牙信号发射器来实现车辆的导航和自动寻路。车辆管理系统接入江北医院 IBMS 综合运维管理平台,车辆由控制中心进行集中管理和调配,并实时监控,现场有志愿者进行服务引导和提供技术支持。

江北医院门诊的无人驾驶转运车路径规划

无人驾驶患者转运车的未来展望

       继人工智能后,无人车会不会成为医疗行业的下一个热点?如果以上场景实现,我们可以大胆地想象,未来无人驾驶技术将在医疗领域实现更多可能。无人驾驶感知系统的高昂成本被普遍认为将阻碍其产业化进展,随着未来技术更加成熟,研发成本降低,无人车将有望更加普及,成为医院的标配。从功能上来说,既能运载多人,满足转运和接驳需要,也可以充当移动轮椅,供单人使用。例如用在养老院,老人们可以坐着无人驾驶的轮椅车晒太阳,既解放了双手,也减轻了人力负担。

       随着互联网、人工智能和共享经济的不断发展,传统医院的服务模式和建设模式或将被颠覆。医疗商场(Medical Mall)在我国已经实现,其本质就是一家由多家医疗机构“拼”起来的医院,只不过建在商场里。检验、病理、超声、医学影像等基础诊断服务可以实现共享,优质的医疗团队、诊所和医生创业者可以“拎包入驻”,消费者完全可以先逛逛商场,再到楼上进行医疗服务消费。在这种模式之下,无人车势必将有更大的用武之地。

       无人驾驶患者转运车只是智慧医院建设中的一个元素,作为医院建设者,我们应始终致力于探索新的思路和方法,加强医院的科技和信息化建设,让医院的运营管理插上智慧的翅膀。


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编辑:马志晖

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