基于物联网的智慧医院信息控制系统_颜廷伟.docx

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1、 曲阜师范大学研究生学位论文独创性声明 (根据学位论文类型相应地在 “” 划 “ V ” ） 本人郑重声明：此处所提交的博士口 /硕士 0论文基于物联网的智慧医 院信息控制系统，是本人在导师指导下，在曲阜师范大学攻读博士 / 硕士 E 学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除注明部分外不包含他人 已经发表或撰写的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确的方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。 作者签名：叙技來 日期： 曲阜师范大学研究生学位论文使用授权书 (根据学位论文类型相应地在 “” 划 “ V” ） 基于物联网的智慧医院信息控制系统系本人在曲阜师

2、范大学攻读博 士 / 硕士 0学位期间，在导师指导下完成的博士 / 硕士 0学位论文。本论文 的研究成果归曲阜师范大学所有，本论文的研究内容不得以其他单位的名义 发表。本人完全了解曲阜师范大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。 本人授权曲阜师范大学，可以采用影印或其他复制手段保存论文，可以公开 发表论文的全部或部分内容。 作 者 签 名 ： 觀 体 导师签名： 日 期 ： 山 。 曰期： 近年来，随着智能终端技术、物联网技术、互联网技术的不断发展和融合，这些新技 术在家居生活、交通运输、农业生产、工业生产、医疗卫生等领域得

3、到了越来越广泛的应 用，使得人们的工作和生活变得越来越舒适便捷。但就目前而言，新技术在医疗卫生行业 的应用仍有很大发展空间，尤其是在医院信息化建设和看病难的背景下，传统的护士站、 医生站等固定信息点的功能己无法满足人们日益增长的需求。因此，如何引入这些新技术 , 设计一套实用性强、成本低廉的智能医疗信息管理系统，以实现人们的轻松就医和医护人 员的高效管理，成为了需要迫切研宄的课题。 针对当前医院信息管理的问题和不足，本文融合物联网等技术，开发了一套智 慧医院 信息控制系统。使用该系统，就诊者能够通过 Andrmd手机客户端轻松便捷地进行预约挂 号、查看诊疗记录和医院新闻动态等；医护人员能够通过

4、 WEB信息管理平台更方便地完 成本职工作和各项信息指标的查看，更全面的实现医院的管理。 本文主要在应用层对基于物联网的智慧医院信息控制系统进行了研宄，研究主要包括 Android客户端和 WEB管理平台两部分的内容： (1) Android客户端采用 Eclipse平台进行开发，应用了 MVC开发模式和模块化设计 的编程思想。 Android客户端服务于就诊者，与 WEB平台服务器通过 HTTP协议进行通讯 , 实现数据共享。用户在使用客户端时必须先进行账号注册和登录校验，保证了患者的医疗 隐私安全。其个人信息管理模块提供个人信息修改和附加、切换就诊者功能，实现一个账 号多人就医，适合家庭使

5、用。 (2) WEB管理平台采用 JavaWeb技术进行编写，应用了 MySql数据库进行数据存储。 在管理平台内进行权限区分，使平台同时面向门诊部、护士站、住院部和医院管理员。平 台通过 Socket协议与下层网关相连，获取病房环境信息，下发电器控制指令。 综上，本文研究的基于物联网的智慧医院信息控制系统为就诊者、医生、护士、医院 管理员等多种用户人群提供服务，既方便了患者就医，又方便了医护人员工作和医院的综 合管理，对改善我国就医难问题和推进我国医院信息化建设有着重要的意义。 关键字：物联网，智慧医院， WEB, Android， Socket, MVC Abstract Abstract

6、 In recent years, with the development and integration of the Internet of things, the smart terminals and Internet technologies, these technologies has been more and more wid e l y used in peopled home life, transportation, agricultural production, industrial production, h e a l t h and other fields

7、, making peoples life and work become more and more comfortable and convenient. But for now, the application of new technologies in the medical and health industry st i l l h a s h u g e development room, especially in the context of hospital information construction and medical problems, the tradit

8、ional mode such as nurses station, doctors station and other fix information station has been unable to meet the growing needs of people. Therefore , h o w to introduce these new technologies to design a practical, low cost intelligent hospi t a l c o n t r o l system to make treatment easier and ef

9、ficient management, has become a subject of urgent to research. In view of the current problems and shortages of hospital information control s y s t e m , t h i s fusion has developed a wisdom of hospital information control system using the tec h n o l o g i e s such as the Internet of things tech

10、nologies. In this system, clients can use the app to make an appointment easily, and check medical records and hospital news with their mobile ph o n e e a s i l y . Health care workers can view information and complete their jobs more easily through the web information management platform so that t

11、hey can manage the hospital better and easier. The Wisdom of Hospital Information Control System is based on the Intent of Th i n g s . T h e paper studies this system at the application layer, including both android client aii Abstract control instructions. To sum up, this system provides service f

12、or patients, hospital administrators, doctors, nurses, and makes their work and life more convenient. It has important significance in promoting the construction of hospital information system and alleviate Chinas me d i c a l problems. Key words:The Internet of things, Intelligent Hospital, WEB, An

13、droid, Socket, MVC HI 才商 . I Abstract . II 第 1 章绪论 . 1 1.1课题研宄背景 . 1 1.2课题研宄的目标和意义 . 2 1.3论文组 织结构 . 2 第 2章相关技术 . 4 2.1物联网系统架构 . 4 2.2MVC设计模式 . 5 2.3 Android应用程序的构成 . 6 2.4 WEB开发架构 . 7 2.4.1 B/S 架构 . 8 2.4.2 MySQL 数据库 . 9 第 3章智慧医院信息控制系统分析 . 10 3.1系统功能分析 . 10 3.2系统可行性分析 . 11 3.2.1经济可行性 . 11 3.2.2技术可行性

14、 . 12 3.3系统总体设计 . 12 3.3.1系统整体架构分析 . 12 3.3.2面向数据流分析 . 14 3.4数据存储设计 . 14 第 4章智慧医院信息控制系统设计 . 19 4.1 Android客户端设计 . 19 4.1.1用户注册、登录、个人信息管理模块设计 . 19 4.1.2预约挂号模块设计 . 27 4.1.3诊疗记录、消费记录、挂号记录模块设计 . 29 4.1.4新闻动态查询模块设计 . 29 4.2 WEB平台设计 . 30 4.2.1护士站模块设计 . 30 4.2.2管理员操作模块设计 . 33 4.2.3门诊部模块设计 . 34 4.3 WEB平台与网关

15、的通信设计 . 35 4.3.1 Socket 通信设计 . 35 4.3.2通讯协议设计 . 38 第 5章智慧医院信息控制系统实现 . 41 5.1 Android客户端的实现 . 41 5.1.1登录、注册的实现 . 41 5.1.2功能主界面实现 . 41 5.1.3预约功能实现 . 42 5.1.4个人信息管理功能实现 . 43 5.1.5诊疗记录、消费记录、新闻动态的实现 . 45 5.2 WEB平台的实现 . 46 5.2.1登录功能实现 . 46 5.2.2护士站功能实现 . 46 5.2.3门诊部功能实现 . 48 5.2.4管理员操作模块功能实现 . 49 5.3系统软件测

16、试 . 50 第 6章总结与展望 . 51 6.1 關 . 51 6.2 廳 . 51 詩魏 . 52 在读期间发表的学术论文 . 54 至文 i射 . 55 第 1 章 绪 论 第 1 章绪论 1.1课题研究背景概述 物联网 （ Internet ofthings)是在互联网基础上进行延伸和拓展，实现 “ 物 ”“ 物 ” 之间的信息交换、识别、监控、跟踪和控制。物联网技术通过各种信息感知设备，采集各 项需要的信息，按照约定的协议，使物品与互联网、移动终端结合形成巨大网络，通过这 些连接来提供围绕人和对象的新服务，最终实现人类社会、物理系统的整合。物联网时代 己经来临，物联网技术被引入家居生

17、活、交通运输、农业生产、工业生产、医疗卫生等多 个领域 1,为各行各业带来了技术上的升级，己经有很多成功的案例，例如智能物流，通 过连续同步供应链信息和实时跟踪货物信息，实现了供应链的透明 化，减少了能源消耗； 智能家居系统可以实时监测环境信息、安防信息，远程控制家庭电器设备，满足了人们更 安全便捷的生活要求。 近年来，由于人们生化压力大、环境污染、社会人口老龄化等多种因素，人们的身体 健康水平不断下滑，医院就诊者不断增多，医院常常人满为患，就诊者就医时总是需要耗 费大量时间排队，人们看病难的问题越来越突出。就诊者的明显增多也加剧了医院信息管 理的难度，医护人员的工作负担明显增大，部门之间、医

18、患之间的沟通协调存在不及时的 问题 将物联网技术应用于医疗卫生领域，通过数字化和可视化实现模式，能够提 高医疗资 源的有效利用率，使有限的医疗资源发挥最大效用 3。移动客户端可以实现较小投入取得 极大回报，通过对数据的远程处理实现对数据库的远程控制，完成重要医疗数据的插入、 编辑、查询和删除操作，方便就诊者就医，实现移动挂号、诊疗信息查询等。服务平台辅 助医护人员实现对医院各种设备和环境信息的监测和控制，便于医护人员工作和资源的集 中管理（包括人力资源和设施资源），推动医院的一体化建设。因此，如何更好的在医疗 卫生领域引入物联网技术，实现移动医疗，方便患者就医、医护人员工作和医院管理，有 着重

19、要的意义。 物 联网技术正快速地席卷全球，其在各领域的成功引入不断展现出物联网的技术优 势，产生了巨大的社会经济效益。我国非常重视物联网技术，投入了巨大的人力物力进行 推广 W。 在医疗卫生这一领域引入物联网技术，是发展潮流推动下的一种必然趋势，物联 网技术的引入对于节约人力资源、医疗设备资源、节省医疗活动参与者时间有重要作用， 将会创造极大的社会和经济效益，对智慧医疗产业在我国的发展带来广阔的契机。医疗产 业在物联网发展的大环境下展现了迅猛的发展势头，未来五年或者更短的时间里，物联网 将会为医疗产业带来强大的社会经济效益。因 此，我国智慧医疗产业应以我国国情为出发 第 1 章 绪 论 点，针

20、对我国目前的医疗卫生发展现状和存在问题加强部署，在政策、标准、产业多个方 面制定符合实际情况、强有力的措施，从而推动我国智慧医疗产业取得有效突破。 1.2课题研究的目标和意义 目前，物联网技术在医疗卫生行业特别是在医院信息管理行业的引入起步较晚，处于 初级阶段，功能较为单一，难以同时多用户人群的需求，因此其数据传输和处理方面也较 为复杂和耗时，平台多采用 C/S架构，依赖于客户端程序，不利于移动办公。为尝试解决 上述的一些问题，本课题的研宄目标如下： (1) 开发 Android手机客户端，满足就诊者对移动医疗的需求：就诊者可以实现在移 动客户端挂号，全面了解挂号医生的特长、资历，而不必排长队

21、浪费大量时间去挂号，可 以随时查看诊疗记录、消费记录、医院新闻等重要信息 (2) 开发 Web平台，帮助医护人员移动办公：护士可在线办理出院入院手续，及时 掌握病房床位信息，避免资源浪费和整理不及时，护士可以远程查看病房环境信和控制病 房电器 开关，大大减 少了医护 人员工作量， 降低了劳 动强度，提高 了工作效率医生可 及时记录诊疗信息，查看挂号信息；医院 管理员可在线发布门诊医生信息，安排门诊服务， 审核和管理平台使用者权限，通过平台发布医院的新闻动态，帮助就诊者更好的了解医院。 基于物联网智慧医院信息控制系统的设计，应用物联网技术，依据物联网感知层、网 络 层 和 应 用 层 的 架 构

22、 体 系 采 用 Android应用开发技术和 WEB开发技术，涉及传感器技 术、 Socket通讯技术、 ZigBee无线通讯技术及其自组网技术 7、 HTTP通信协议、 Android 开发技术和 Java Web编程技术等，实现了一套面向多用户群的智慧医院信息控制系统，对 于节约人力资源、提高医院效率、 为就诊者提供便利有重要的意义，它的普及必将带来巨 大的社会效益和经济效益。 1.3论文组织结构 本论文共分为六章对系统的开发设计进行表述，主要内容如下所示： 第一章，主要从课题研宄的背景、目标、意义三个方面展开介绍，论述了我国目前的 智慧医疗发展现状、物联网蓬勃发展的趋势和本课题的研宄目

23、标。 第二章，介绍了基于物联网的智慧医院信息控制系统设计开发过程中用到的相关技 术，分为三个部分：物联网系统的架构介绍、 Android操作系统的介绍、 WEB开发架构的 介绍。 第三章，分析了系统功能和在经济上、技术上可行性，介绍了系统的总体设计和数据 存储设计。 第四章，按照功能模块详细地分析了了系统的 Andrmd客户端、 WEB信息平台的开发 设计，介绍了通信模块的设计。 2 第 1 章 绪 论 第五章，从 Android客户端和 WEB服务平台两方面介绍了系统的实现，给出系统的 综合性能测试。 第六章，总结了本系统的功能和特点，指出了开发中存在的问题，最后对系统的改进 以及升级做了展

24、望。 3 第 2章相关技术 第 2章 相 关 技 术 2.1物联网系统架构 物联网系统可划分为三个层次：传感层、网络层和应用层 8 ，其中传感层用以解决数 据获取问题，由各种传感器（如温湿度传感器、 RFID标签、光照强度传感器等 ） 以及传 感器网关构成，其核心技术主要包括传感器技术、射频识别 （ Radio Frequency IDentification) 技术、无线网络组网技术 （ Zigbee网络）、现场总线控制 （ Fieldbus Control System)技术 等 9 ;网络层也被称为传输层，解决了感知层获得的数据的远程传输问题，融合了传感器 网络、移动通信技术和互联网技术

25、；应用层主要负责物联网系统中信息处理和友好人机界 面，处理底层来的数据，满足自身业务需求，并实时更新数据资源库，为各类业务提供统 一的共享资源支撑，最终满足物联网各行业各领域的应用。 根据物联网的概念和特点，按照自底向上的过程可将物联网分为传感层、网络层、应 用层，物联网系统的物理架构如图 2.1所示： 图 2.1物联网系统的物理架构图 4 第 2章相关技术 1、 传感层 传感层主要负责物联网系统中的数据采集并将采集到的数据向上层传输，相当于整个 系统的感官和躯干。根据内部协调分工的不同，可将传感层划分为传感器网关 和 Zigbee网 络系统两部分，网关和 Zigbee网络系统之间采用了 Zi

26、gbee无线传输模式完成数据传输。 Zigbee网络系统由两大部分构成： Zigbee协调器、终端节点。终端节点主要是指各 感知模块和控制模块，例如本系统中用到的温湿度传感模块、 C02浓度检测模块、灯光控 制模块、电机驱动模块等。 Zigbee网络系统负责了感知模块的数据采集、数据发送、接收 并执行网关处理过的控制命令的任务。 传感器网关在该层发挥着重要交通枢纽的作用，是数据流通中不可或缺的重要部分， 是数据通讯的中继站，传感器网关将 2担 1)沈网络系统上传的环境信息、控制状态等按照预 定协议将数据打包，通过网络层上发到用户层供用户查看；用户在应用层下发的控制指令 和采集指令通过网络层发送

27、到传感器网关，由传感器网关将这些数据一一解析，再发送给 Zigbee网络系统最终执行。 2、 网络层 网络层如图 2.1物联网系统的物理架构图所示，在物联网系统中起着 “ 数据运输 ” 的 功能，连接着传感层和应用层，实现了数据的远程传输。其硬件设备可以是路由器或交换 机，可以通过宽带的有线传输方式也可以通过无线网络的传输方式。 3、 应用层 应用层是直接面向用户服务的，也是对用户而言最直观的一部分物联网系统。在应用 层需要完成物联网系统中最复杂的数据处理：解析传感层发来的数据包，获取关键数据， 按照系统要求将数据存入数据库或交给 BI界面显示；设计友好的人机界面，向用户呈现 用户需要的信息，

28、提供操作按钮，方便用户轻松下发远程控制指令。 2. 2 MVC设计模式 通常情况下，应用系统都具有界面显示、界面交互、数据处理、逻辑运算、数据存储、 通信等功能，每一种功能的实现都需要程序的支撑，且各具特色，各项功能之间也存在着 一些关联，因此，如何对应用程序进行层 次划分，降低程序的耦合度，成为十分重要的问 题， MVC设计模式可以很好地解决这个问题。 MVC是 Model View Controller的简写，即模型 -视图 -控制器，是软件设计中经常采用 的一种设计模式 1，该设计模式根据功能对各种对象 （ 多指用以维护、表现数据的对象） 进行分割，及大地降低了程序的耦合度，提高了程序的

29、重用性和可维护性。 目前， MVC是一种非常流行的软件设计模式，具有分析方法更简便、设计框架和设 计规范更清晰的特点，能够更好地帮助开发者理解和分析应用模型 1，开发者根据 MVC 设计模式按照模型、视图、控制器的方式将应用程序的输入、处理、输出强制分离，每个 模块担负着不同的任务，如图 2. 2所示： 5 第 2章相关技术 图 2. 2 MVC设计模式 1、 控制器：指应用程序的行为，将来自用户的请求进行解释，映射为某种行为，交由模 型负责实现，再选择视图显示执行结果。对于 Andrmd客户端来说，用户请求可能是按钮 点击等操作，对于 Web平台来说则可能是按钮点击或客户端的 HTTP请求。

30、 2、 模型：模型通常代表应用程序中的业务数据以及业务规则 （ business rule)。一个模型 可以被多个视图使用，极大提高了程序的重用性 12。 3、 视图：视图是用户看到并与之交互的界面，负责向用户展示数据并采集用户在界面的 操作（点击、输入等），将用户操作请求发给控制器处理。此外，视图还可接收模型发出 的更新数据的通知，实现信息的同步更新。 2. 3 Android应用程序的构成 Android是 Google公 司于 2007年 11月 5日 宣 布推 出 的基 于 Linux内核的操作系统 13， 号称是首个为移动端打造的、真正完善和开放的移动操作系统， Andrmd自推出以

31、来，发 展十分迅速，己成功跃居全球最受欢迎的智能手机平台，随着物联网行业的兴起 ， Android 也成为了物联网行业的重要组成部分 14。 从技术层面上讲， Android应用程序 主要包括了四大组件：活动程序 （ Activity)、服 务程序 （ Service)、广播接收器 （ BroadcastReceiver)和内容提供者 （ Content Provider)。 开发人员可以开发的具体需求，选择其中的组件开发即可，不必全部选择；在对所选组件 开发过程中，还需在 AndroidMamfest配置文件对被选中的组件进行注册。这四大组件的工 作流程如图 2. 3所示： 6 第 2章相关

32、技术 图 2. 3 Android应用程序构成及工作流程图 活动程序 （ Activity)是 Android应用程序最基本的组件，担负着窗体上的信息输入（如 点击、滑动、编辑框输入等）和输出的重要交互任务，一个 Activity相当于应用程序的一 屏。通常一个应用程序需要用到多个 Activity15， 不同 Activity切换通过 Intent(意图 )实现， Activity跳转若需要传递数据，可通过 Intent以 Bundle格式进行传递，如登陆成功后可通 过 Intent将用户名传递给下一 Activity。 Service是 Android提供的不可见的后台运行组件，开发者可通

33、过 Context.startService() 或 Context.bindService()方法来启动 Service组件。使用 Service来处理一些耗时操作 16，保 证程序在后台的持续运行。 内容提供者 （ Content Provider)为 Android应用程序提供了一个标准化的数据接口， 以实现 Android应用程序之间数据共享和数据的增删改查操作。广播机制可处理一些外部 事件和内部事件触发的动作，如程序的开机启动。 2. 4 WEB开发架构 随 着 网 络 通 信 技 术 、 移 动 终 端 开 发 技 术 和 物 联 网 技 术 的 发 展 崛 起 ， 基 于 B/S

34、 (Browser/Service)的多层 WEB体系结构逐渐发展成熟起来。智慧医院信息控制系统以 MVC作为开发设计模式，更好的对程序进行分层，使各层的开发相互独立，减少各层之 间的藕合程度，将表现逻辑和业务逻辑分离，构建可复用的软件系统框架，同时可以简化 软件开发，提高软件性能和可维护性，达到了提高软件质量的目的 17。 本系统的管理平台 Java Web技术进行开发，使用 MyEclipse平台进行开发，通过 apach tomcat进行网站发布，主要涉及的技术有 JSP技术、 AJax技术、 Servlet技术、 JavaScript 技术、 JavaBean技术、 HTML技术和 C

35、SS技术等。本系统采用 MySql数据库进行数据存 储，采用 MVC设计模式进行开发设计。 在对 Web平台设计时，根据 MVC设计模式，涉及到的关键技术如图 2. 4所示： 7 第 2章相关技术 图 2.4平台关键开发技术架构 2. 4. 1 B/S 架构 B/S是 Browser/Server的简写，即浏览器 /服务器结构，是随着 Internet技术的兴起发 展起来的对 C/S (客户端 /服务器 ） 的一种变化或改进的结构，基于这种结构，用户通过浏 览器实现其工作的界面，将主要事务逻辑由前端转到服务器端去处理 18，简单地说 B/S结 构是一种 “Thin Client -Fat Se

36、rver” 的模式，从而简化了客户端电脑负荷，降低了对系统环 境的依赖性，减轻了系统维护、升级的成本 19。 在 B/S结构中，用户通过浏览器向 B/S服务器端发出访问请求，当服务器收到请求后， 根据请求内容进行处理，将处理结果作为响应返回给浏览器端 2，浏览器将响应结果解析 处理，最后以 Web页面形式把结果显示出来。 B/S架构的体系结构图 2. 5所示： 图 2.5 B/S架构的体系结构 从图 2. 5可看出， B/S架构由四部分组成： 服务器：是核心的业务逻辑处理单元，负责请求的处理和相应的发出，对外提供服务 ; 用户：应用系统的服务对象； 浏览器：是用户和服务的连接者，实时反映用户与

37、应用系统的交互，采集用户的指令， 把服务器处理结果呈献给用户； 网络传输：负责信息的传输，是浏览器请求与服务器响应的信使。 8 2. 4. 2 MySQL 数据库 第 2章相关技术 MySQL是一款由瑞典 MySQL AB公司开发的关系型数据库 。因其占用空间较小， 运行数据较快且开源的特点在很多中小型网站上得到了广泛的应用。虽然 MySQL是免费 使用的，但同 Oracle， Sybase, Informix, DB2等商业数据库一样，具有数据库系统的 通用性 22，其功能完全可以满足个人使用者以及中小型企业，大大降低了开发成本，为企 业节约了资金。本系统的数据存储就采用了 MySQL数据库。 MySQL数据库具有以下特点： (1) 开放源码数据库。同其他几种商业性质的数据库相比， MySQL最大的特点就是开放 源码。由于 MySQL的源码是公开的，所以只要遵守 GPL的规则用户就可以使用和修改源 码以符合自己特殊的需求。 (2) 技术特点： MySQL是基于 C/S架构的、多线程的服务器，可以为不同语言编写的应 用程序提供不同的接口、链接库，如 Java、 PHP等， MySQL数据库为方便开发者使用， 向开发者提供了一些简单的数