文/陳瀚 謝大航

1 引言

依據(jù)國家衛(wèi)計(jì)委疾控局統(tǒng)計(jì)的《嚴(yán)重精神障礙信息管理月報(bào)》得出，中國各類精神疾病患者人數(shù)逐年增高，在一億人以上。由于目前精神疾病患者救治條件有限，在長期精神疾病治療過程中，對住院患者無法進(jìn)行很好的管理，因此給醫(yī)院帶來很大的壓力。

對于傳統(tǒng)精神疾病?？漆t(yī)院來說，由于患者的特殊性：無主觀意識、認(rèn)知能力差、躁動不配合等因素，因此在管理患者時，需要花費(fèi)大量人力與時間，每天護(hù)理人員都重復(fù)著繁重的工作與緊張的精神壓力。衛(wèi)健委印發(fā)的《重性精神疾病管理治療工作規(guī)范》中對精神科患者的管控提出明確意見。因此利用先進(jìn)的信息技術(shù)成果，開發(fā)精神病人的跟蹤定位系統(tǒng)顯得十分重要。

目前市場上用于人員跟蹤定位的常用方法有：射頻卡跟蹤定位、Wi-Fi跟蹤定位、藍(lán)牙跟蹤定位等等。然而每一種方法都會產(chǎn)生誤差。由于病人所處環(huán)境和定位設(shè)備自身性能問題，有時定位誤差相對較大，難以實(shí)現(xiàn)高精度、高可靠性的定位跟蹤，這無疑會產(chǎn)生病人走失的隱患。

本文針對定位跟蹤誤差較大等問題，提出一種基于Kalman濾波的定位跟蹤算法，該算法具有運(yùn)算量小、精度高、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，可用于實(shí)際的定位跟蹤系統(tǒng)。

2 算法原理

假設(shè)，在時刻k時，被監(jiān)測人員的觀測值為：

其中，s(k)為人與某一特定參考點(diǎn)的距離，n(k)為觀測誤差，本文假設(shè)這個觀測誤差服從零均值高斯分布。設(shè)k時刻被監(jiān)測人員運(yùn)動的加速度為，速度為v(k)，則：

定義系統(tǒng)的狀態(tài)x(k)為被監(jiān)測人員的位置和速度，即

于是，便可得到某一方向上被監(jiān)測人員的狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程：

觀測方程為：

被監(jiān)測人員的運(yùn)動一般不會保持在某一特定方向，所以現(xiàn)將運(yùn)動分解為橫向X和縱向Y，這兩個方向是互相正交的，則可得到如下的狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程和觀測方程，狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程為：

觀測方程為：

在得到系統(tǒng)的觀測方程與狀態(tài)方程后，便可依照Kalman濾波的迭代方法得到精確的被監(jiān)測人員的位置和速度信息，Kalman濾波的具體方法可參照相關(guān)書籍。

3 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果

假設(shè)被監(jiān)測人員在二維水平平面上運(yùn)動，初始位置坐標(biāo)為（-100m,200m），x方向速度為0.2m/s，y方向速度為0.5m/s，觀測噪聲均值為0，方差為,10.按照Kalman濾波方案，可得到圖1和2所示跟蹤軌跡圖和跟蹤誤差圖。由圖可知，使用Kalman濾波后，對人員的跟蹤精度有了明顯的改善。

圖2：跟蹤誤差圖

4 結(jié)論與展望

本文主要針對精神疾病住院患者的定位跟蹤問題，設(shè)計(jì)了一種基于Kalman濾波的跟蹤定位算法，該算法改善了跟蹤定位精度，具有良好的實(shí)用前景。下一步工作將用硬件實(shí)現(xiàn)此算法，并應(yīng)用到實(shí)際系統(tǒng)當(dāng)中。