CN108806364A - 一种基于双网互联的智慧仿真型护理教学系统及构建方法 - Google Patents

一种基于双网互联的智慧仿真型护理教学系统及构建方法 Download PDF

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丁军
丁华平
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Abstract

本发明公开了一种基于双网互联的智慧仿真型护理教学系统及构建方法，包括身份信息识别模块、数字孪生建模模块、计算机处理模块、虚拟仿真教学模块、自助服务终端模块，通过3D建模、虚拟现实、增强现实、仿真技术对合作医院护理病房中多元要素进行真实刻画和描述建模，并通过对合作医院护理病房中的设备和仪器进行物理数据采集，生成镜像的模型数据，最后经数据融合后再进行特征提取、多源清洗、一致性验证，得到孪生数据并映射在虚拟模型上，形成互动情景架构。总之，本发明能够实现数据实时更新，更加有利于教学指导，且具有效果逼真，数据同步吻合度高，实训效果好且质量高等优点。

Description

一种基于双网互联的智慧仿真型护理教学系统及构建方法
技术领域
本发明属于医疗护理技术领域，具体涉及一种基于双网互联的智慧仿真型护理教学系统及构建方法。
背景技术
护理是实践性和应用性都很强的一个专业，在学校的学习期间单纯的理论知识不仅枯燥还易于实际情况脱离，因此常常需要结合实验、实训和课间见习作为理论支撑。近年来，学校通过大力加强校内外护理实训基地建设，实训条件日臻完善，在提高护生职业能力，培养护生综合素质，达到护理人才培养目标方便起到了重要作用。但是，虽然实训项目日益齐全，但仍不能满足实训教室的需要，因此构建虚拟仿真实训系统为护理实训提供了一条虚实互补的有效途径。
例如，公开号为CN103559810A的中国发明专利公开了基于物联网的移动护理信息学教学实验系统，包括学生自动签到模块、移动护理信息学教学实验模块、用于记录学生进行护理任务考核的必要信息的移动护理信息学考核模块、用于编辑学生信息和使用权限的移动护理信息学管理模块、移动护理信息学教学实验接口、教学系统计算机，学生自动签到模块、移动护理信息学教学实验模块、移动护理信息学考核模块、移动护理信息学管理模块均与移动护理信息学教学实验数据库信号连接，移动护理信息学教学实验数据库通过移动护理信息学教学实验接口与智能终端操作系统信号传输。
但是，该发明构建的虚拟仿真模型较为单一，不能够涵盖护理的全部学科，实训效果较差，并且采用的是数据库与仿真模型兼容模式，同步性较差，因此造成仿真效果的体验感下降。
发明内容
针对以上技术问题，本发明提供一种基于双网互联的智慧仿真型护理教学系统及构建方法。
本发明的技术方案为：一种基于双网互联的智慧仿真型护理教学系统，身份信息识别模块、数字孪生建模模块、计算机处理模块、虚拟仿真教学模块；
所述身份信息识别模块包括RFID信息牌和物联网感应器，所述RFID信息牌用于记录学生个人信息及考核任务信息；所述物联网感应器安装在教室内部，用于接收RFID信息牌发射的射频频率并进行学生身份识别；
所述数字孪生建模模块包括虚拟教室模型构建单元和模型评估与验证单元，所述虚拟教室模型构建单元通过3D建模、虚拟现实、增强现实、仿真技术对合作医院护理病房中的多元要素进行真实刻画和描述建模，得到对应的虚拟模型；所述模型评估与验证单元用于对所述模型的输入/输出准确度、仿真置信度、灵敏度及精确度进行评估与验证；
所述计算机处理模块包括信号接收比对单元、通信协议接口单元、物理数据采集单元、模型数据生成单元、孪生数据融合单元、智能运算处理单元、云数据存储单元、实验数据录入单元、数据关联单元；所述信号接收比对单元与身份信息识别模块相连，用于接收RFID信息牌的射频信号；所述物理数据采集单元通过所述通信协议接口单元与所述合作医院护理病房相连，通过传感器采集物理数据；所述模型数据生成单元用于将所述物理数据进行镜像复制，生成模型数据；所述孪生数据融合单元用于将所述模型数据与物理数据进行融合，得到融合数据；所述智能运算处理单元用于将所述融合数据进行特征提取、多源清洗、一致性验证，得到孪生数据，并映射在所述数字孪生建模模块构建的所述虚拟模型上，形成互动情景架构；所述云数据存储单元用于同步存储所述互动情景架构以及实训考核的标准参数，实时更新数据库；所述实验数据录入单元用于学生进行考核时填入的实验参数进行记录；所述数据关联单元用于将所述实验参数与标准参数进行关联、比对与整合；
所述虚拟仿真教学模块与云数据存储单元相连，包括教师管理单元、理论讲解单元、演示操作单元、实训考核单元；所述教师管理单元用于学生信息的添加、编辑、删除、教学资料的调取、权限管理；所述理论讲解单元用于通过二维投影的方式显示知识点，并通过人工语音进行讲解；所述演示操作单元在互动情景架构内通过三维投影的方式进行操作演示；所述实训考核单元用于为学生提供实训操作和考核，并将学生的虚拟操作转化为虚拟数据值录入实验数据录入单元。
进一步地，所述身份信息识别模块还包括虹膜识别器，所述虹膜识别器设置在教室的入口处，用于在考核时联合所述RFID信息牌对学生身份进行双重核实，可完全杜绝替考现象。
进一步地，所述护理教学系统还包括自助服务终端模块，所述自助服务终端模块通过无线通信协议与云数据存储单元相连，自助服务终端模块包括扫描单元、查询单元、打印单元，所述扫描单元通过红外线扫描所述RFID信息牌上的所述身份二维码，用于身份识别；所述查询单元用于查询课程安排、考试安排及考试成绩；所述打印单元用于打印考试成绩单。
进一步地，所述多元要素包括几何形状、物理属性、行为响应。
进一步地，所述RFID信息牌上设有身份二维码、照片、姓名、专业和班级。
进一步地，所述通信协议接口单元可连接1-225个合作医院护理病房，可同时连接多个合作医院护理病房，针对不同的护理需求构建不同的互动情景架构。
进一步地，所述数据关联单元还用于将一定周期内的所述孪生数据进行关联、比对和统计，得出分析结果并记录到所述云数据存储单元，通过对实际数据进行统计分析，更加有利于教学指导，防止教学偏离实际。
一种基于双网互联的智慧仿真型护理教学系统的构建方法，包括以下步骤：
S1：选取5-20个目标合作医院护理病房，所述虚拟教室模型构建单元通过3D建模、虚拟现实、增强现实、仿真技术对合作医院护理病房中的几何形状、物理属性、行为响应进行真实刻画和描述建模，得到对应的虚拟模型；再利用所述模型评估与验证单元对所述模型的输入/输出准确度、仿真置信度、灵敏度及精确度进行评估与验证；
S2：利用所述物理数据采集单元通过所述通信协议接口单元与所述合作医院护理病房相连，通过传感器采集物理数据；然后经所述模型数据生成单元将所述物理数据进行镜像复制，生成模型数据；之后再经所述孪生数据融合单元将所述模型数据与物理数据进行融合，得到融合数据；最后利用所述智能运算处理单元将所述融合数据进行特征提取、多源清洗、一致性验证，得到孪生数据并映射在所述虚拟模型上，形成互动情景架构；同时将互动情景架构同步存储在所述云数据存储单元中；
S3：将学生的信息、课程内容及考核内容通过所述教师管理单元存储在云数据存储单元中，当上课时，学生佩戴所述RFID信息牌进入装有所述物联网感应器的教室，通过射频感应进行签到；教师在云数据存储单元中调取特定时间段内的所述互动情景架构及教学资料；利用理论讲解单元通过二维投影的方式显示知识点，并通过人工语音进行讲解；以及利用演示操作单元在互动情景架构内通过三维投影的方式进行操作演示；学生在所述实训考核单元可进行模仿操作；
S4：在考核中，学生采取单一进入的方式，通过安装在教室入口处的括虹膜识别器以及RFID信息牌进行身份双重识别，学生在实训考核单元中进行虚拟操作，并将所述虚拟操作转化为虚拟数据值录入实验数据录入单元，再通过所述数据关联单元将虚拟数据与标准参数进行关联、比对与整合，给出评判结果；
S5：考核结束后，在规定的时间内学生通过在所述自助服务终端模块利用所述扫描单元扫描RFID信息牌上的所述身份二维码，进行身份识别及登陆，选择所述查询单元查询考试成绩，最后选择所述打印单元打印考试成绩单。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明的数字孪生建模模块通过3D建模、虚拟现实、增强现实、仿真技术对合作医院护理病房中的几何形状、物理属性、行为响应进行真实刻画和描述建模，并通过对合作医院护理病房中的设备和仪器进行物理数据采集，生成镜像的模型数据，最后经数据融合后再进行特征提取、多源清洗、一致性验证，得到孪生数据并映射在所述虚拟模型上，形成互动情景架构。其中，本发明通过通信协议接口单元可连接1-225个合作医院护理病房，能够针对不同的护理需求构建不同的互动情景架构。相较于传统的单一重复的模型，本发明能够实现数据实时更新，并且数据同步吻合度高，更加有利于教学指导，防止教学偏离实际。总之，本发明具有效果逼真，实训效果好且质量高等优点。
附图说明
图1是本发明的系统框图。
其中，1-身份信息识别模块、11-RFID信息牌、12-物联网感应器、13-虹膜识别器、2-数字孪生建模模块、21-虚拟教室模型构建单元、22-模型评估与验证单元、3-计算机处理模块、31-信号接收比对单元、32-通信协议接口单元、33-物理数据采集单元、34-模型数据生成单元、35-孪生数据融合单元、36-智能运算处理单元、37-云数据存储单元、38-实验数据录入单元、39-数据关联单元、4-虚拟仿真教学模块、41-教师管理单元、42-理论讲解单元、43-演示操作单元、44-实训考核单元、5-自助服务终端模块、51-扫描单元、52-查询单元、53-打印单元。
具体实施方式
为了更充分的解释本发明，下面通过附图1对本发明做进一步地说明。
如图1所示，一种基于双网互联的智慧仿真型护理教学系统，身份信息识别模块1、数字孪生建模模块2、计算机处理模块3、虚拟仿真教学模块4、自助服务终端模块5；
身份信息识别模块1包括RFID信息牌11、物联网感应器12和包括虹膜识别器13，RFID信息牌11上设有身份二维码、照片、姓名、专业和班级，用于记录学生个人信息及考核任务信息；物联网感应器12安装在教室内部，用于接收RFID信息牌发射的射频频率并进行学生身份识别；虹膜识别器13设置在教室的入口处，用于在考核时联合RFID信息牌11对学生身份进行双重核实，可完全杜绝替考现象。
数字孪生建模模块2包括虚拟教室模型构建单元21和模型评估与验证单元22，虚拟教室模型构建单元21通过3D建模、虚拟现实、增强现实、仿真技术对合作医院护理病房中的几何形状、物理属性、行为响应等多元要素进行真实刻画和描述建模，得到对应的虚拟模型；模型评估与验证单元22用于对模型的输入/输出准确度、仿真置信度、灵敏度及精确度进行评估与验证；
计算机处理模块3包括信号接收比对单元31、通信协议接口单元32、物理数据采集单元33、模型数据生成单元34、孪生数据融合单元35、智能运算处理单元36、云数据存储单元37、实验数据录入单元38、数据关联单元39；信号接收比对单元31与身份信息识别模块1相连，用于接收RFID信息牌的射频信号；物理数据采集单元33通过通信协议接口单元32与合作医院护理病房相连，通过传感器采集物理数据；其中，通信协议接口单元32连接有15个合作医院护理病房，可同时连接多个合作医院护理病房，针对不同的护理需求构建不同的互动情景架构。模型数据生成单元34用于将物理数据进行镜像复制，生成模型数据；孪生数据融合单元35用于将模型数据与物理数据进行融合，得到融合数据；智能运算处理单元36用于将融合数据进行特征提取、多源清洗、一致性验证，得到孪生数据，并映射在数字孪生建模模块2构建的虚拟模型上，形成互动情景架构；云数据存储单元37用于同步存储互动情景架构以及实训考核的标准参数，实时更新数据库；实验数据录入单元38用于学生进行考核时填入的实验参数进行记录；数据关联单元39用于将实验参数与标准参数进行关联、比对与整合；数据关联单元39还用于将一定周期内的孪生数据进行关联、比对和统计，得出分析结果并记录到云数据存储单元37，通过对实际数据进行统计分析，更加有利于教学指导，防止教学偏离实际。
虚拟仿真教学模块4与云数据存储单元37相连，包括教师管理单元41、理论讲解单元42、演示操作单元43、实训考核单元44；教师管理单元41用于学生信息的添加、编辑、删除、教学资料的调取、权限管理；理论讲解单元42用于通过二维投影的方式显示知识点，并通过人工语音进行讲解；演示操作单元43在互动情景架构内通过三维投影的方式进行操作演示；实训考核单元44用于为学生提供实训操作和考核，并将学生的虚拟操作转化为虚拟数据值录入实验数据录入单元38；
自助服务终端模块5通过无线通信协议与云数据存储单元37相连，自助服务终端模块5包括扫描单元51、查询单元52、打印单元53，扫描单元51通过红外线扫描RFID信息牌11上的身份二维码，用于身份识别；查询单元52用于查询课程安排、考试安排及考试成绩；打印单元53用于打印考试成绩单。
一种基于双网互联的智慧仿真型护理教学系统的构建方法，包括以下步骤：
S1：选取15个目标合作医院护理病房，虚拟教室模型构建单元21通过3D建模、虚拟现实、增强现实、仿真技术对合作医院护理病房中的几何形状、物理属性、行为响应进行真实刻画和描述建模，得到对应的虚拟模型；再利用模型评估与验证单元22用于对模型的输入/输出准确度、仿真置信度、灵敏度及精确度进行评估与验证；
S2：利用物理数据采集单元33通过通信协议接口单元32与合作医院护理病房相连，通过传感器采集物理数据；然后经模型数据生成单元34用于将物理数据进行镜像复制，生成模型数据；之后再经孪生数据融合单元35用于将模型数据与物理数据进行融合，得到融合数据；最后利用智能运算处理单元36用于将融合数据进行特征提取、多源清洗、一致性验证，得到孪生数据并映射在虚拟模型上，形成互动情景架构；同时将互动情景架构同步存储在云数据存储单元37中；
S3：将学生的信息、课程内容及考核内容通过教师管理单元41存储在云数据存储单元37中，当上课时，学生佩戴RFID信息牌11进入装有物联网感应器12的教室，通过射频感应进行签到；教师在云数据存储单元37中调取特定时间段内的互动情景架构及教学资料；利用理论讲解单元42通过二维投影的方式显示知识点，并通过人工语音进行讲解；以及利用演示操作单元43在互动情景架构内通过三维投影的方式进行操作演示；学生在实训考核单元44可进行模仿操作；
S4：在考核中，学生采取单一进入的方式，通过安装在教室入口处的括虹膜识别器13以及RFID信息牌11进行身份双重识别，学生在实训考核单元44中进行虚拟操作，并将虚拟操作转化为虚拟数据值录入实验数据录入单元38，再通过数据关联单元39将虚拟数据与标准参数进行关联、比对与整合，给出评判结果；
S5：考核结束后，在规定的时间内学生通过在自助服务终端模块5利用扫描单元51扫描RFID信息牌11上的身份二维码，进行身份识别及登陆，选择查询单元52查询考试成绩，最后选择打印单元53打印考试成绩单。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种基于双网互联的智慧仿真型护理教学系统，其特征在于，身份信息识别模块(1)、数字孪生建模模块(2)、计算机处理模块(3)、虚拟仿真教学模块(4)；
所述身份信息识别模块(1)包括RFID信息牌(11)和物联网感应器(12)，所述RFID信息牌(11)用于记录学生个人信息及考核任务信息；所述物联网感应器(12)安装在教室内部，用于接收RFID信息牌发射的射频频率并进行学生身份识别；
所述数字孪生建模模块(2)包括虚拟教室模型构建单元(21)和模型评估与验证单元(22)，所述虚拟教室模型构建单元(21)通过3D建模、虚拟现实、增强现实、仿真技术对合作医院护理病房中的多元要素进行真实刻画和描述建模，得到对应的虚拟模型；所述模型评估与验证单元(22)用于对所述模型的输入/输出准确度、仿真置信度、灵敏度及精确度进行评估与验证；
所述计算机处理模块(3)包括信号接收比对单元(31)、通信协议接口单元(32)、物理数据采集单元(33)、模型数据生成单元(34)、孪生数据融合单元(35)、智能运算处理单元(36)、云数据存储单元(37)、实验数据录入单元(38)、数据关联单元(39)；所述信号接收比对单元(31)与身份信息识别模块(1)相连，用于接收RFID信息牌的射频信号；所述物理数据采集单元(33)通过所述通信协议接口单元(32)与所述合作医院护理病房相连，通过传感器采集物理数据；所述模型数据生成单元(34)用于将所述物理数据进行镜像复制，生成模型数据；所述孪生数据融合单元(35)用于将所述模型数据与物理数据进行融合，得到融合数据；所述智能运算处理单元(36)用于将所述融合数据进行特征提取、多源清洗、一致性验证，得到孪生数据，并映射在所述数字孪生建模模块(2)构建的所述虚拟模型上，形成互动情景架构；所述云数据存储单元(37)用于同步存储所述互动情景架构以及实训考核的标准参数，实时更新数据库；所述实验数据录入单元(38)用于学生进行考核时填入的实验参数进行记录；所述数据关联单元(39)用于将所述实验参数与标准参数进行关联、比对与整合；
所述虚拟仿真教学模块(4)与云数据存储单元(37)相连，包括教师管理单元(41)、理论讲解单元(42)、演示操作单元(43)、实训考核单元(44)；所述教师管理单元(41)用于学生信息的添加、编辑、删除、教学资料的调取、权限管理；所述理论讲解单元(42)用于通过二维投影的方式显示知识点，并通过人工语音进行讲解；所述演示操作单元(43)在互动情景架构内通过三维投影的方式进行操作演示；所述实训考核单元(44)用于为学生提供实训操作和考核，并将学生的虚拟操作转化为虚拟数据值录入实验数据录入单元(38)。
2.如权利要求1所述的一种基于双网互联的智慧仿真型护理教学系统，其特征在于，所述身份信息识别模块(1)还包括虹膜识别器(13)，所述虹膜识别器(13)设置在教室的入口处，用于在考核时联合所述RFID信息牌(11)对学生身份进行双重核实。
3.如权利要求1所述的一种基于双网互联的智慧仿真型护理教学系统，其特征在于，所述护理教学系统还包括自助服务终端模块(5)，所述自助服务终端模块(5)通过无线通信协议与云数据存储单元(37)相连，自助服务终端模块(5)包括扫描单元(51)、查询单元(52)、打印单元(53)，所述扫描单元(51)通过红外线扫描所述RFID信息牌(11)上的所述身份二维码，用于身份识别；所述查询单元(52)用于查询课程安排、考试安排及考试成绩；所述打印单元(53)用于打印考试成绩单。
4.如权利要求1所述的一种基于双网互联的智慧仿真型护理教学系统，其特征在于，所述多元要素包括几何形状、物理属性、行为响应。
5.如权利要求1所述的一种基于双网互联的智慧仿真型护理教学系统，其特征在于，所述RFID信息牌(11)上设有身份二维码、照片、姓名、专业和班级。
6.如权利要求1所述的一种基于双网互联的智慧仿真型护理教学系统，其特征在于，所述通信协议接口单元(32)可连接1-225个合作医院护理病房。
7.一种基于双网互联的智慧仿真型护理教学系统的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：选取5-20个目标合作医院护理病房，所述虚拟教室模型构建单元(21)通过3D建模、虚拟现实、增强现实、仿真技术对合作医院护理病房中的几何形状、物理属性、行为响应进行真实刻画和描述建模，得到对应的虚拟模型；再利用所述模型评估与验证单元(22)对所述模型的输入/输出准确度、仿真置信度、灵敏度及精确度进行评估与验证；
S2：利用所述物理数据采集单元(33)通过所述通信协议接口单元(32)与所述合作医院护理病房相连，通过传感器采集物理数据；然后经所述模型数据生成单元(34)将所述物理数据进行镜像复制，生成模型数据；之后再经所述孪生数据融合单元(35)将所述模型数据与物理数据进行融合，得到融合数据；最后利用所述智能运算处理单元(36)将所述融合数据进行特征提取、多源清洗、一致性验证，得到孪生数据并映射在所述虚拟模型上，形成互动情景架构；同时将互动情景架构同步存储在所述云数据存储单元(37)中；
S3：将学生的信息、课程内容及考核内容通过所述教师管理单元(41)存储在云数据存储单元(37)中，当上课时，学生佩戴所述RFID信息牌(11)进入装有所述物联网感应器(12)的教室，通过射频感应进行签到；教师在云数据存储单元(37)中调取特定时间段内的所述互动情景架构及教学资料；利用理论讲解单元(42)通过二维投影的方式显示知识点，并通过人工语音进行讲解；以及利用演示操作单元(43)在互动情景架构内通过三维投影的方式进行操作演示；学生在所述实训考核单元(44)可进行模仿操作；
S4：在考核中，学生采取单一进入的方式，通过安装在教室入口处的括虹膜识别器(13)以及RFID信息牌(11)进行身份双重识别，学生在实训考核单元(44)中进行虚拟操作，并将所述虚拟操作转化为虚拟数据值录入实验数据录入单元(38)，再通过所述数据关联单元(39)将虚拟数据与标准参数进行关联、比对与整合，给出评判结果；
S5：考核结束后，在规定的时间内学生通过在所述自助服务终端模块(5)利用所述扫描单元(51)扫描RFID信息牌(11)上的所述身份二维码，进行身份识别及登陆，选择所述查询单元(52)查询考试成绩，最后选择所述打印单元(53)打印考试成绩单。
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