物联网技术在医院的应用

引言

长期以来，人类一直面临着各种恶性疾病的困扰，特别是一些传染性疾病，给我们的生活带来了极大的困难。尤其是那些战斗在一线的医务工作者，他们是离病源最近的健康人群，也是积极主动接近病源的人群。为了人们的健康，他们不得不接近病人、走近疾病，这给他们的健康带来了极大的威胁。为了保证他们的健康，我们要尽可能为他们创造一个远离病源的工作环境！

近年来，一些不法分子把罪恶的手伸到了医院，严重危害着医院和病人的生命财产安全，他们实行扒、窃、抢、破坏等卑劣手段，扰乱医院的工作秩序、窃取他人钱财、破坏医院治安。为了我们的健康，也为了社会的安宁，良好的医院环境受到社会的广泛关注。为了更好地改善医院的环境，本文给出了一种医院安全监控管理系统的设计方法。该系统能够自动报警，并具有免接触监护、免接触探视等多种现代化医院管理功能。

1设计原则

本物联网医院管理项目的方案设计遵循技术先进、功能齐全、性能稳定、节约成本的原则，综合考虑施工、维护及操作因素，并为今后的发展、扩建、改造等因素留有扩充的余地。设计方案具有科学性、合理性、可操作性。其设计原则如下：

1.1先进性与适用性

系统的技术性能和质量指标应达到国际领先水平；同时,系统的安装调试、软件编程和操作使用应简便易行，容易掌握,并应适合中国国情和本项目特点。

1.2经济性与实用性

系统要充分考虑用户实际需要和信息技术发展趋势，根据用户现场环境，设计应选用功能适合现场情况、符合用户要求的系统配置方案，通过严密、有机的组合，实现最佳的性能价格比，以节约工程投资，同时保证系统功能实施的需求,经济实用。

1.3可靠性与安全性

系统的设计应具有较高的可靠性，在系统故障或事故造成中断后，能确保数据的准确性、完整性和一致性，并具备迅速恢复的功能，同时系统还应具有一整套完整的系统管理策略，可以保证系统的运行安全。

1.4开放性

以现有成熟的产品为对象设计，同时考虑到周边信息通信环境的现状和技术的发展趋势，可以消防、防盗，聚光系统可实现联动，并具有RJ-45网络通讯口，可实现远程控制。

1.5可扩充性

系统设计应考虑到今后技术的发展和使用的需要，要具有更新、扩充和升级的可能。根据今后该项目工程的实际要求扩展系统功能，同时，本方案在设计中要留有冗余，以满足今后的发展要求。

1.6最优化的系统设备配置

在满足用户对功能、质量、性能、价格和服务等各方面要求的前提下，设计应追求最优化的系统设备配置，以尽量降低系统造价。

2系统功能特点

2.1系统功能

本着系统既要先进、实用、成熟、可靠，又要做到系统开放性、可扩展性好，同时还应兼顾投资合理、效益最佳的设计目的。系统中的闭路电视的主要任务是对建筑物内重要部位的事态、人流等动态状况进行宏观监视和控制，以便对各种异常情况进行实时取证、复核，达到及时处理目的。系统所应具备的功能如下：

（1）可实现各种遥控信号。云台要能实现上、下、左、右控制；镜头能实现变焦、聚集、光圈控制；录像控制包括定点录像和时序录像。

（2）对视频信号能进行时序、定点切换和编程。

（3）能察看和记录图像，应有字符区分并作时间(年、月、日)的显示。

（4）可实现电源同步或外同步切换。

（5）可接收安全防范系统中各子系统信号，并根据需要实现控制联动或系统集成。

（6）可以进行内外通信联系。

（7）安保监视电视系统与安全报警系统联动时，应能自动切换、显示、记录报警部位的图像信号及报警时间。

（8）在电源控制方面，摄像机应由安保控制室引专线统一供电，并由安保控制室操作通、断。对离安保控制室较远的摄像机，统一供电确有困难时，也可就近解决。如果系统采用电源同步方式，则必须与安保控制室为同相的可靠电源。

2.2系统特点

2.2.1H.264压缩技术

H.264视频编码标准是专为中高质量运动图像压缩所设计的低码率图像压缩标准。H.264采用运动视频编码中常见的编码方法，该方法将编码过程分为帧内编码和帧间编码两个部分。帧内用改进的DCT变换并量化，帧间则采用1/2像素运动矢量预测补偿技术，以使运动补偿更加精确，量化后使用改进的变长编码表(VLC)对量化数据进行熵编码，从而得到最终的编码系数。

2.2.2MPEG-4压缩技术

如果说，MPEG-1"文件小，但质量差”而MPEG-2则“质量好，但更占空间”的话，那么MPEG-4则很好地结合了前两者的优点。它于1998年10月定案，在1999年1月成为一个国际性标准，随后为扩展用途，又进行了第二版的开发,于1999年底结束。MPEG-4是超低码率运动图像和语言的压缩标准，它不仅是针对一定比特率下的视频、音频编码，而且更加注重多媒体系统的交互性和灵活性。MPEG-4标准主要应用于视像电话(VideoPhone)、视像电子邮件(VideoEmail)和电子新闻(ElectronicNews)等，其传输速率要求较低，在4800~64000b/s之间，分辨率为176X144。MPEG-4利用很窄的带宽，可通过帧重建技术来压缩和传输数据，以求以最少的数据获得最佳的图像质量。与MPEG-1和MPEG-2相比，MPEG-4为多媒体数据压缩提供了一个更为广阔的平台。MPEG-4更多定义的是一种格式、一种架构，而不是具体的算法，它可以将各种各样的多媒体技术充分用进来，包括压缩本身的一些工具、算法，也包括图像合成、语音合成等技术。MPEG-4的特点是其更适于交互AV服务以及远程监控。MPEG-4是第一个使你由被动变为主动(不再只是观看，允许你加入其中，即有交互性)的动态图像标准；它的另一个特点是其综合性，从根源上说，MPEG-4试图将自然物体与人造物体相溶合(视觉效果意义上的)。MPEG-4的设计目标具有更广的适应性和可扩展性。

3系统构成

本系统由传输系统、控制系统、图像监控系统、硬盘录像系统等四个部分构成，同时具有对图像信号的分配切换、存储、处理、还原等功能。其原理图如图1所示。

3.1传输系统

由于监视现场和控制中心总有一定距离，从监视现场到控制中心需要图像信号传输图像信号，同时从控制中心的控制信号也要传送到现场，所以，本系统的传输系统包括视频信号和控制信号传输两部分。

3.1.1视频信号传输

视频基带信号一般采用同轴电缆传输，也可采用光缆传送电视信号以及用平衡电缆对也就是利用电话电缆传送。一般电缆对外界的静电场和电磁波有屏蔽作用，可减少串扰，传输损失也较小。但是，用电缆作为长距离传送媒体时，会发生对地不平衡低频地电流的影响，有时也会有高频干扰。信号传输带宽为50Hz~4MHz。当传输距离在200m以内时,用同轴电缆传送，其衰减的影响一般可不予考虑；而当传输距离大于200m时，电缆的衰减量就比较大，为了能对整个带宽内不同频率的信号进行传输，必须使用电缆补偿放大器。在某些场合，布线非常困难时，可以釆用无线传输（如微波定向传输），但它要占用频率资源，需经无线电管理委员会核准。

图1系统构成结构框图

3.1.2控制信号传输

对于闭路电视系统，常用的控制方式有直接控制、编码控制、同轴视控等。目前，直接控制由于线缆过多，很少采用。编码控制是将全部控制命令数字化（调制）后再传输，到控制设备后再解调，以将其还原成直接控制量。这种方式可节约线缆，传输距离长，目前工程中采用较多。同轴视控就是控制信号与视频信号共用一条同轴电缆，并利用频率分割或视频信号消隐期传输控制信号的方式传输，但这种方式价格较贵。

3.2控制系统

3.2.1视频矩阵切换器

视频矩阵切换器用于对多路视频输入信号和多路视频输出信号进行切换和控制，可以通过电子开关组成切换矩阵,使任一路输入可切换至任一路输出。设计时应满足必要的视频输入/输出容量，并易扩展。一个闭路电视系统除主控键盘外，还可根据需要设置分控键盘。

3.2.2双工多画面视频处理器

该处理器能把多路视频信号合成一幅图像，达到在一台监视器上同时观看多路摄像机信号。常用的有16画面分割器,又称多画面视频处理器。双工的另一个用途是用一台录像机同时录制多路视频信号，并具有单路回放功能，即能选择同时录下的多路视频信号的任意一路在监视器上回放。

3.2.3多画面分割器

将多个画面通过视频数字处理合并成分割状的一个画面，就出现了多画面分割。现有4画面分割器、9画面分割器、16画面分割器。这样，就能用一台监视器、一台录像机同时监看和记录4、9、16个画面。多画面分割器通常分为三类:第一是单工画面处理器，用于单纯监看一个画面，记录分割画面；第二是双工画面处理器，可在监视单画面、分割画面的同时进行记录；第三是全双工画面处理器，可在监视、记录的同时进行记录信号的回放。

3.2.4视频分配器

通过视频分配器可以把一路视频信号同时分配成多路视频输出。

3.3数字化图像监控系统

用同轴电缆传输视频信号称之为传统的模拟信号传输方式。这种方式的传输，在较短距离内（如200m左右），其视频信号的衰减不大，如果超过200m，则必须对视频信号进行补偿放大。常规的闭路电视监控系统较适合在一座建筑物或较小的地域范围内使用。

数字化监控系统是将计算机网络技术、多媒体技术与闭路电视技术相结合，适用于远距离传输多路视、音频信号。实际上就是将模拟信号进行数字化，并对其压缩编码，通过计算机网络及数字多媒体技术来传输视频图像。

数字化监控系统可将计算机网络技术、多媒体技术与图像监控技术有机结合在一起，能高清晰、同步地传输图像信号,是一项全新的安保电视系统，现已成为现代化楼宇管理的有力工具。数字化图像监控系统可实现远程图像监控，能把分散在各地的监控点通过计算机网络有机联系在一起，并利用多媒体技术，增强整体安全和图像监控的自动化管理能力。

目前，不少公司的产品均使用了特殊的压缩方法，并采用了动态存储技术，从而保证了图像的质量。数据压缩和图像、声音的复合全部由硬件完成，在一个系统上可实现16路的实时监控。16路信号可同时存储，而且视频图像不丢帧。动态存储技术保证了监控端图像的连续性和高清晰度。

3.4数字硬盘录像系统

数字硬盘录像是当今安保电视系统领域最新型、性能最卓越的数字化图像记录设备，它可对监控系统中所有的摄像机所摄取的画面进行实时数字压缩并录制存档，也可以根据任意检索要求对所记录的图像进行随机检索。由于采用了数字记录技术，大大增强了录制图像的抗衰减、抗干扰能力，因此，无论经过多少次的检索或录像回放都不会影响播放图像的清晰度；而传统的模拟方式记录的录像带在经过若干次检索及回放后，图像质量将会有一定的衰减并引起信号信噪比的下降。当需要对已存储的图像进行复制时，数字记录的图像不存在复制劣化的问题，而模拟方式记录的图像每经过一次

复制就要劣化一次。

由于数字硬盘录像设置在计算机系统中，信息可以自由传递到网络能够到达的范围，因此，监控图像的显示不再拘于传统的图像切换方式，而可以根据需要在任何被授权的地点监控任何一处的被控图像，使系统具有极强的安全管理能力。监控图像通过图像录制模块以高压缩率存储于大容量磁盘阵列中,可随时供调阅、快速检索。也就是说，可将多个摄像机(目前最多为16个)的多路图像实时显示于一台监视器上，同时，还可将所有的图像录制于其内置的硬盘驱动器中，以备回放、查找和转换，并可将图像备份至外置硬盘中。所有操作都可在遥控器上完成，从而摆脱了Windows操作系统，避免了死机现象。相对于传统的磁带记录方式，操作简便，可靠性和回放质量都更高。所有记录可供长时间保存，重复利用率极高，还可被转录制成光盘用于存档保存。在大于40GB的硬盘配置下，动态录像可以存储大约一个月甚至更长的时间。

数字监控硬盘录像系统的主要特点如下：

3.4.1高效耐用，维修费用低

数字硬盘录像使得已录制图像的抗衰减、抗干扰能力大大增强，可以反复录像、回放、检索而不失真，高效耐用，并可节省很多维修费用。与传统的录像带的图像存储经长期使用容易损坏相比较，具有极大优越性。

3.4.2采用特殊的压缩存储技术

由于采用特殊的压缩存储技术，因此可同时满足高活动性的动态清晰度录像以及高效率的压缩存储这两方面的要求。目前，有的借用标准的MPEG压缩存储技术，有的采用D-TEG编码压缩方法来达到高效压缩比。

3.4.3高速搜索和清晰度静像

由于系统采用硬盘存储图像，因此，系统能提供快速捜索功能和高清晰度静像。图像分辨率一般可达：752X582或640X480像素。录像速度为25帧/s，回放速度为25帧/s。录像和回放前，都可以准确到年/月/日/时/分/秒，并可以独立调节每路画面的色彩、亮度、对比度和色饱和度。

3.4.4保密性强

传统电视监控系统一般使用磁带记录所发生的实时图像，如果一旦为犯罪分子所掌握，就为犯罪分子销毁证据、替换或抹掉录像带内容等多项技术犯罪提供了机会，因为任何人员，只要能够接触到录像机，就可以进行各种操作。而数字化电视监控系统中的图像播放是由计算机程序来控制的,对图像存档、回放和状态设置等操作均有严格的密码控制,即使是操作人员，如果不知道密码或其密码的权限不包含有上述操作内容，就无法知道已录制图像的内容。另外，由于采用的是硬盘录像，不需要更换存储媒体，任何人都很难取走硬盘,或者取走也无法回放，因而保密性极强。

4结语

本系统集国际众多先进技术于一身，体现了当前计算机控制技术与计算机网络技术的最新发展水平，适应时代发展的要求。同时，本系统是面向各种管理层次使用的系统，其功能的配置以能给用户提供舒适、安全、方便、快捷为准则，其操作也简便易学。

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