GPS衛(wèi)星同步時(shí)鐘在醫(yī)療信息化系統(tǒng)中應(yīng)用

一、需求分析

GPS衛(wèi)星時(shí)鐘同步系統(tǒng)主要為全醫(yī)院提供標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的時(shí)間，主要作用是為整個(gè)醫(yī)院的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及呼叫系統(tǒng)、BA系統(tǒng)、手術(shù)室控制系統(tǒng)以及其它弱電系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間源；精確統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)可以給護(hù)士站的工作人員對(duì)特護(hù)病人，重癥觀(guān)察患者提供及時(shí)、精確的護(hù)理時(shí)間參考，如麻醉室、手術(shù)室、輸液室、供氧呼吸系統(tǒng)等；有了數(shù)字型網(wǎng)絡(luò)子母鐘系統(tǒng)以后就不再需要人工看表計(jì)時(shí)了，采用NTP網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)母鐘還可以給全院所有局域網(wǎng)內(nèi)計(jì)算機(jī)提供統(tǒng)一的時(shí)間參考，考勤、財(cái)務(wù)中心、庫(kù)房等關(guān)鍵部門(mén)都可以獲得精確、統(tǒng)一的時(shí)間源，為醫(yī)院的數(shù)字化管理提供精確時(shí)間保證。各辦公室內(nèi)及其它通道內(nèi)的時(shí)鐘可以為工作人員和患者提供準(zhǔn)確的時(shí)間信息；也可以為其它系統(tǒng)（監(jiān)控、消防等）提供的時(shí)鐘信息為整個(gè)醫(yī)院大樓弱電運(yùn)行提供了標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，保證整個(gè)醫(yī)院大樓弱電運(yùn)行的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確。

 

二、系統(tǒng)概述

正瑞GPS/BG2000衛(wèi)星同步時(shí)鐘系統(tǒng)由北斗衛(wèi)星時(shí)鐘系統(tǒng)、GPS衛(wèi)星時(shí)鐘系統(tǒng)、本地時(shí)鐘系統(tǒng)以及由這3種時(shí)鐘系統(tǒng)組合信號(hào)變換的輔助光電子系統(tǒng)組成。通過(guò)局域網(wǎng)絡(luò)給醫(yī)院的各個(gè)重要地方提供精確的時(shí)間信息，從而使網(wǎng)絡(luò)和每個(gè)有安裝該子鐘的位置均能顯示與衛(wèi)星時(shí)間信號(hào)保持一致的時(shí)間。

 

系統(tǒng)組件主要為：

（1）GPS衛(wèi)星時(shí)鐘主機(jī)

衛(wèi)星時(shí)鐘主機(jī)的衛(wèi)星系統(tǒng)為GPS/北斗雙模式接收，該衛(wèi)星雙模接收系統(tǒng)既能夠同時(shí)接收北斗/GPS雙星系統(tǒng)，也能夠單獨(dú)分別接收GPS或者北斗衛(wèi)星系統(tǒng)?；谧羁煽糠绞?，本時(shí)鐘系統(tǒng)采用了雙星模式。雙模式同時(shí)接收國(guó)產(chǎn)北斗衛(wèi)星系統(tǒng)和美國(guó)GPS全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星，使得參與同步定位的衛(wèi)星數(shù)量大幅增加，并且搜星速度快，同步定位精度比單獨(dú)GPS方式更高，時(shí)鐘精度更精準(zhǔn)。 

衛(wèi)星時(shí)鐘主機(jī)內(nèi)具有高精度本地時(shí)鐘守時(shí)系統(tǒng)。本地守時(shí)系統(tǒng)精度為10-8，高可至為10-9。在GPS、北斗衛(wèi)星系統(tǒng)正常的情況下，本地時(shí)鐘系統(tǒng)被衛(wèi)星所同步。當(dāng)衛(wèi)星系統(tǒng)連接故障時(shí)，時(shí)鐘主機(jī)自動(dòng)切換到本地時(shí)鐘，仍舊能夠提供高精度時(shí)鐘輸出。

系統(tǒng)包括2臺(tái)時(shí)鐘主機(jī)，實(shí)現(xiàn)雙主機(jī)熱備用。一臺(tái)時(shí)鐘主機(jī)故障時(shí)，不影響系統(tǒng)運(yùn)行。

（2）時(shí)鐘分機(jī)

分機(jī)包括本地守時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)和能夠接受2臺(tái)上位主時(shí)鐘的光同步時(shí)鐘信號(hào)。當(dāng)1臺(tái)主時(shí)鐘故障時(shí)，分機(jī)會(huì)自動(dòng)切換到備用主時(shí)鐘。當(dāng)2臺(tái)主時(shí)鐘均未連接時(shí)，分機(jī)保持高精度自身時(shí)鐘運(yùn)行。

（3）信號(hào)擴(kuò)展箱

信號(hào)擴(kuò)展箱為信號(hào)數(shù)量擴(kuò)展裝置。采用模塊化插卡方式，能夠方便的通過(guò)功能卡的配置實(shí)現(xiàn)所需的對(duì)時(shí)功能。

三、系統(tǒng)功能

l  顯示統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信息。

l  向其它需要統(tǒng)一時(shí)間的系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信息。

 

1.一級(jí)母鐘

一級(jí)母鐘設(shè)置在主控機(jī)房?jī)?nèi)，主要功能是作為基礎(chǔ)主時(shí)鐘系統(tǒng)，自動(dòng)接收GPS的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)，將自身的精度校準(zhǔn)，并將校準(zhǔn)后的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信息通過(guò)接口分配給各二級(jí)母鐘、子鐘以及其他需要標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的系統(tǒng)，并且通過(guò)監(jiān)控計(jì)算機(jī)對(duì)時(shí)鐘系統(tǒng)的主要設(shè)備進(jìn)行及主要模塊進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)監(jiān)控。

一級(jí)母鐘能夠顯示年、月、日、星期、時(shí)、分、秒全時(shí)標(biāo)時(shí)間信息及農(nóng)歷、節(jié)氣等信息，并能顯示一級(jí)母鐘各板卡及所有子鐘的狀態(tài)信息。一級(jí)母鐘具有統(tǒng)一調(diào)整、變更時(shí)鐘快慢的功能，可通過(guò)設(shè)置在前面板上的鍵盤(pán)實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間的統(tǒng)一調(diào)整。一級(jí)母鐘接收標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)接收機(jī)發(fā)送的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)接收機(jī)正常工作時(shí)，該信號(hào)將作為一級(jí)母鐘的時(shí)間基準(zhǔn)，當(dāng)外部時(shí)鐘源信號(hào)出現(xiàn)故障時(shí)，一級(jí)母鐘將采用自身的高穩(wěn)定恒溫晶振產(chǎn)生的時(shí)間信號(hào)作為時(shí)間基準(zhǔn)，驅(qū)動(dòng)子鐘正常工作并向時(shí)鐘系統(tǒng)網(wǎng)管設(shè)備發(fā)出告警。一級(jí)母鐘能與外部標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘源自動(dòng)校時(shí)，保持同步。向二級(jí)母鐘和子鐘發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)并收集狀態(tài)數(shù)據(jù)。一級(jí)母鐘配置NTP板卡及子鐘板卡，向其他子系統(tǒng)及子鐘發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)時(shí)間的統(tǒng)一。一級(jí)母鐘由主、備母鐘組成，具有熱備份功能，主母鐘出現(xiàn)故障立即自動(dòng)切換到備母鐘，備母鐘全面代替主母鐘工作。主母鐘恢復(fù)正常后，備母鐘立即切換回主母鐘，切換時(shí)間小于2秒。主母鐘與備母鐘可以互相監(jiān)控對(duì)方的工作狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)一方出現(xiàn)異常，可立即進(jìn)行維修或更換。一級(jí)母鐘設(shè)備采用電源雙備份，支持熱插拔。一級(jí)母鐘設(shè)備設(shè)有2路NTP接口，向其他系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)時(shí)間的統(tǒng)一，另外一 級(jí)母鐘設(shè)備配備2路NTP接口給二級(jí)母鐘及子鐘，向子鐘發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)。

2.標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)接收裝置

標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)接收裝置是為了向時(shí)間系統(tǒng)提供高精度的時(shí)間基準(zhǔn)而設(shè)置，以實(shí)現(xiàn)時(shí)間系統(tǒng)的無(wú)累積誤差運(yùn)行。在正常情況下，標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)接收機(jī)能夠接收來(lái)自GPS的衛(wèi)星時(shí)標(biāo)信號(hào)，經(jīng)解碼、比對(duì)后，經(jīng)由RS422接口發(fā)送給一 級(jí)母鐘，以實(shí)現(xiàn)對(duì)一 級(jí)母鐘精度的校準(zhǔn)。正常情況下GPS接收機(jī)至少可同時(shí)接收6顆衛(wèi)星的信號(hào)。標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)接收機(jī)采用液晶屏，能夠顯示年、月、日、星期、時(shí)、分、秒全時(shí)標(biāo)時(shí)間信息和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)源的信息，并可通過(guò)設(shè)置在前面板上的鍵盤(pán)實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間的統(tǒng)一調(diào)整。

3.系統(tǒng)監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)

通過(guò)監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)終端能夠真實(shí)顯示系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)時(shí)反映其物理連接狀態(tài)及各點(diǎn)設(shè)備運(yùn)行條件和狀態(tài)。在時(shí)鐘系統(tǒng)監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)上能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)全部時(shí)鐘進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的監(jiān)控，其主要監(jiān)控及顯示的內(nèi)容包括：母鐘、子鐘及傳輸通道的工作狀態(tài)。

（1）一般性管理功能

    通過(guò)監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)終端能夠真實(shí)顯示系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)時(shí)反映其物理連接狀態(tài)及各點(diǎn)設(shè)備運(yùn)行條件和狀態(tài)。在時(shí)鐘系統(tǒng)監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)上能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)全部時(shí)鐘進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的監(jiān)控，其主要監(jiān)控及顯示的內(nèi)容包括：母鐘、子鐘及傳輸通道的工作狀態(tài)。

（2）故障管理功能

    系統(tǒng)具有自診斷功能，并對(duì)故障進(jìn)行管理，能檢測(cè)到包括中心設(shè)備、分級(jí)設(shè)備及信號(hào)傳輸通道的運(yùn)行狀態(tài)；對(duì)時(shí)鐘系統(tǒng)的工作狀態(tài)、故障狀態(tài)進(jìn)行顯示；并能夠?qū)θ到y(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的控制，在監(jiān)控終端上可以查看本系統(tǒng)任何一個(gè)子設(shè)備的運(yùn)行狀況。當(dāng)時(shí)鐘系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)能夠發(fā)出聲光報(bào)警，指示故障部位，并在監(jiān)控終端主界面上顯示主要故障內(nèi)容及設(shè)備位置。告警信號(hào)能夠引至相應(yīng)值班室，提供給值班的工作人員，以便于系統(tǒng)的集中管理。聲音報(bào)警信號(hào)能通過(guò)手動(dòng)操作切除，光標(biāo)報(bào)警可保持到故障排除。

（3）安全管理功能

系統(tǒng)操作軟件具有多級(jí)密碼設(shè)定和權(quán)限限定功能。能設(shè)置不少于三種管理權(quán)限，設(shè)置了管理員級(jí)、操作員級(jí)和用戶(hù)級(jí)，對(duì)不同級(jí)別的操作人員，可分別賦予不同的操作控制功能，分級(jí)別對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行管理，各控制級(jí)別不能越級(jí)操作，保障了系統(tǒng)的安全和工作可靠。能夠保留操作日志。

（4）配置管理功能

   通過(guò)維護(hù)管理終端能對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置和數(shù)據(jù)設(shè)定，可進(jìn)行板卡配置管理，子鐘配置。管理系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程控制功能，可以通過(guò)網(wǎng)管可以對(duì)系統(tǒng)內(nèi)子鐘的時(shí)區(qū)等進(jìn)行設(shè)置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)鐘系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。

4.子鐘

（1）子鐘通過(guò)NTP接口經(jīng)交換機(jī)接收母鐘所發(fā)出的時(shí)間信號(hào)，進(jìn)行時(shí)間信息顯示。子鐘脫離母鐘時(shí)能夠單獨(dú)運(yùn)行。接收母鐘發(fā)送的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)，對(duì)自身的精度進(jìn)行校準(zhǔn)。子鐘在接收到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)后，回送自身的工作狀態(tài)給母鐘。

（2）所有子鐘均具有獨(dú)立的計(jì)時(shí)功能，平時(shí)跟蹤母鐘工作。當(dāng)子鐘接收不到來(lái)自母鐘發(fā)送的時(shí)間信號(hào)時(shí)，仍能依靠自身的晶振獨(dú)立運(yùn)行并向時(shí)鐘系統(tǒng)監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)發(fā)出告警。此時(shí)時(shí)鐘時(shí)間的調(diào)整靠鍵盤(pán)來(lái)進(jìn)行。調(diào)整鍵盤(pán)配有復(fù)位按鈕，每個(gè)子鐘都配有單獨(dú)的電源開(kāi)關(guān)。

（3）本系統(tǒng)采用的子鐘為雙面數(shù)字式子鐘、單面手術(shù)室數(shù)字子鐘、單面日歷數(shù)字子鐘和單面指針式子鐘。

（4）數(shù)字式子鐘具備12/24小時(shí)兩種顯示方式轉(zhuǎn)換功能。數(shù)字式子鐘收到母鐘發(fā)送來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)時(shí)，自動(dòng)刷新，與母鐘保持一致。

（5）數(shù)字式子鐘具有記憶功能，內(nèi)置實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，停電后可保持?jǐn)?shù)據(jù)十年，來(lái)電后自動(dòng)顯示正確時(shí)間。

（6）數(shù)字式子鐘采用發(fā)光二極管顯示單元（LED）顯示由數(shù)字組成的時(shí)間信號(hào)，亮度可調(diào)節(jié)，優(yōu)選顏色為紅字，并且顏色可根據(jù)本工程的裝修風(fēng)格來(lái)選擇。其指示方式為：年、月、日、星期、時(shí)、分、秒。

（7）指針式子鐘具有自動(dòng)追時(shí)功能。當(dāng)接收到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)時(shí)，能夠以最短距離方式快速調(diào)整指針的位置到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。

（8）指針式子鐘自身有獨(dú)立的石英晶體振蕩器，平時(shí)跟蹤母鐘工作。當(dāng)子鐘接收不到來(lái)自母鐘發(fā)送的時(shí)間信號(hào)時(shí)，仍能依靠自身的晶振獨(dú)立運(yùn)行并向時(shí)鐘系統(tǒng)管理中心發(fā)出告警。此時(shí)時(shí)鐘時(shí)間的調(diào)整靠鍵盤(pán)來(lái)進(jìn)行。調(diào)整鍵盤(pán)配有復(fù)位按鈕，每個(gè)子鐘都配有單獨(dú)的電源開(kāi)關(guān)。

 雙面數(shù)字子鐘圖：

單面數(shù)字手術(shù)室子鐘圖:

四、系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

（1）精確性高

本系統(tǒng)能夠接收來(lái)自GPS的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)，經(jīng)一 級(jí)母鐘處理后發(fā)送至系統(tǒng)的各個(gè)部分，實(shí)現(xiàn)無(wú)累積誤差運(yùn)行。系統(tǒng)一 級(jí)母鐘均采用高穩(wěn)恒溫晶振，使一 級(jí)母鐘的精度大大提高。系統(tǒng)具有降級(jí)使用功能，當(dāng)上級(jí)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，本級(jí)設(shè)備仍能以當(dāng)前時(shí)間為起點(diǎn)自主獨(dú)立運(yùn)行，運(yùn)行精度高于每天0.001秒。

（2）可靠性高（系統(tǒng)冗余）

   本系統(tǒng)對(duì)一級(jí)母鐘的關(guān)鍵設(shè)備都采用雙重?zé)醾浞?，?dāng)主單元發(fā)生故障時(shí)，能夠自動(dòng)切換到備用單元，實(shí)現(xiàn)主備之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。電源停電時(shí)，一 級(jí)母鐘在備用電源支持下仍可正常工作24小時(shí)。一 級(jí)母鐘能與GPS進(jìn)行同步校時(shí)。停電96小時(shí)以?xún)?nèi)，供電恢復(fù)時(shí)能自動(dòng)追蹤，與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間同步。同時(shí)提供“功能后退”運(yùn)行方式，具有降級(jí)使用功能，當(dāng)前級(jí)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，本級(jí)設(shè)備仍能正常工作，我們采用故障隔離、軟硬件冗余等技術(shù)措施，使系統(tǒng)具有極高的可靠性。

（3）兼容性好

   系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)，由標(biāo)準(zhǔn)化的軟件及硬件組成,用戶(hù)可按照需要靈活配置和擴(kuò)容。

（4）靈活性

本系統(tǒng)具有靈活的系統(tǒng)集成接口能力、設(shè)備控制管理能力；同時(shí)由于系統(tǒng)采用開(kāi)放結(jié)構(gòu)，能靈活地增加、減少、移動(dòng)子時(shí)鐘顯示設(shè)備，而無(wú)需修改應(yīng)用軟件；本系統(tǒng)與其它系統(tǒng)之間的接口，也建立在開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)之上，能靈活的進(jìn)行修改；子時(shí)鐘顯示設(shè)備的配置、顯示格式、狀態(tài)都能通過(guò)應(yīng)用進(jìn)行靈活配置、修改和監(jiān)控；系統(tǒng)應(yīng)用軟件具有足夠靈活性，滿(mǎn)足用戶(hù)的業(yè)務(wù)需求。

（5）開(kāi)放性

   本系統(tǒng)軟硬件的選取遵循開(kāi)放系統(tǒng)規(guī)范，支持多種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，包括采用具有開(kāi)放的操作系統(tǒng)、通訊協(xié)議、開(kāi)發(fā)工具等；系統(tǒng)采用先進(jìn)的技術(shù)、方法和設(shè)備，為第三方應(yīng)用提供開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)接口，支持第三方依據(jù)該接口來(lái)連接本系統(tǒng)。

（6）操作簡(jiǎn)單

控制管理計(jì)算機(jī)提供友好的中文界面，采用規(guī)范的行業(yè)術(shù)語(yǔ)，易于管理和維護(hù)。系統(tǒng)采用了人性化的設(shè)計(jì)，使界面友好、整潔、清晰、直觀(guān)，支持鍵盤(pán)和鼠標(biāo)操作，簡(jiǎn)單、方便，容錯(cuò)性強(qiáng)，有在線(xiàn)用戶(hù)幫助功能。

（7）維護(hù)方便

本系統(tǒng)所有主控板、信號(hào)板、接口板均采用了目前國(guó)際上 流行的模塊化設(shè)計(jì)，使相同規(guī)格的設(shè)備和接口板具有可互換性；一 級(jí)母鐘的接口板可以熱插拔，在帶電狀態(tài)下可以進(jìn)行更換而不影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，維護(hù)極為方便。積木式結(jié)構(gòu)還為業(yè)主未來(lái)系統(tǒng)的增容和擴(kuò)展提供極大的便利。

（8）具有自動(dòng)報(bào)警功能

當(dāng)時(shí)鐘系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)能夠發(fā)出聲光報(bào)警，指示故障部位，并在監(jiān)控終端主界面上顯示主要故障內(nèi)容及設(shè)備位置。告警信號(hào)能夠引至相應(yīng)值班室，提供給值班的工作人員，以便于系統(tǒng)的集中管理。

（9）電磁兼容性好

為保障系統(tǒng)正?？煽康剡\(yùn)行，在系統(tǒng)的電磁兼容方面，做了大量的試驗(yàn)與改進(jìn)工作，提供的設(shè)備在許多工程中經(jīng)歷了長(zhǎng)期嚴(yán)格的考驗(yàn)。

 

結(jié)語(yǔ)：

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