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GPS衛星同步時鐘在醫療信息化系統中應用

一、需求分析

GPS衛星時鐘同步系統主要為全醫院提供標準統一的時間，主要作用是為整個醫院的計算機系統及呼叫系統、BA系統、手術室控制系統以及其它弱電系統提供標準的時間源；精確統一的時間標準可以給護士站的工作人員對特護病人，重癥觀察患者提供及時、精確的護理時間參考，如麻醉室、手術室、輸液室、供氧呼吸系統等；有了數字型網絡子母鐘系統以后就不再需要人工看表計時了，采用NTP網絡時間協議的網絡母鐘還可以給全院所有局域網內計算機提供統一的時間參考，考勤、財務中心、庫房等關鍵部門都可以獲得精確、統一的時間源，為醫院的數字化管理提供精確時間保證。各辦公室內及其它通道內的時鐘可以為工作人員和患者提供準確的時間信息；也可以為其它系統（監控、消防等）提供的時鐘信息為整個醫院大樓弱電運行提供了標準時間，保證整個醫院大樓弱電運行的實時準確。

 

二、系統概述

正瑞GPS/BG2000衛星同步時鐘系統由北斗衛星時鐘系統、GPS衛星時鐘系統、本地時鐘系統以及由這3種時鐘系統組合信號變換的輔助光電子系統組成。通過局域網絡給醫院的各個重要地方提供精確的時間信息，從而使網絡和每個有安裝該子鐘的位置均能顯示與衛星時間信號保持一致的時間。

 

系統組件主要為：

（1）GPS衛星時鐘主機

衛星時鐘主機的衛星系統為GPS/北斗雙模式接收，該衛星雙模接收系統既能夠同時接收北斗/GPS雙星系統，也能夠單獨分別接收GPS或者北斗衛星系統?；谧羁煽糠绞?，本時鐘系統采用了雙星模式。雙模式同時接收國產北斗衛星系統和美國GPS全球定位系統衛星，使得參與同步定位的衛星數量大幅增加，并且搜星速度快，同步定位精度比單獨GPS方式更高，時鐘精度更精準。 

衛星時鐘主機內具有高精度本地時鐘守時系統。本地守時系統精度為10-8，高可至為10-9。在GPS、北斗衛星系統正常的情況下，本地時鐘系統被衛星所同步。當衛星系統連接故障時，時鐘主機自動切換到本地時鐘，仍舊能夠提供高精度時鐘輸出。

系統包括2臺時鐘主機，實現雙主機熱備用。一臺時鐘主機故障時，不影響系統運行。

（2）時鐘分機

分機包括本地守時時鐘系統和能夠接受2臺上位主時鐘的光同步時鐘信號。當1臺主時鐘故障時，分機會自動切換到備用主時鐘。當2臺主時鐘均未連接時，分機保持高精度自身時鐘運行。

（3）信號擴展箱

信號擴展箱為信號數量擴展裝置。采用模塊化插卡方式，能夠方便的通過功能卡的配置實現所需的對時功能。

三、系統功能

l  顯示統一的標準時間信息。

l  向其它需要統一時間的系統提供標準時間信息。

 

1.一級母鐘

一級母鐘設置在主控機房內，主要功能是作為基礎主時鐘系統，自動接收GPS的標準時間信號，將自身的精度校準，并將校準后的標準時間信息通過接口分配給各二級母鐘、子鐘以及其他需要標準時間的系統，并且通過監控計算機對時鐘系統的主要設備進行及主要模塊進行點對點監控。

一級母鐘能夠顯示年、月、日、星期、時、分、秒全時標時間信息及農歷、節氣等信息，并能顯示一級母鐘各板卡及所有子鐘的狀態信息。一級母鐘具有統一調整、變更時鐘快慢的功能，可通過設置在前面板上的鍵盤實現對時間的統一調整。一級母鐘接收標準時間信號接收機發送的標準時間信號。當標準時間信號接收機正常工作時，該信號將作為一級母鐘的時間基準，當外部時鐘源信號出現故障時，一級母鐘將采用自身的高穩定恒溫晶振產生的時間信號作為時間基準，驅動子鐘正常工作并向時鐘系統網管設備發出告警。一級母鐘能與外部標準時鐘源自動校時，保持同步。向二級母鐘和子鐘發送標準時間信號并收集狀態數據。一級母鐘配置NTP板卡及子鐘板卡，向其他子系統及子鐘發送標準時間信號，以實現各子系統時間的統一。一級母鐘由主、備母鐘組成，具有熱備份功能，主母鐘出現故障立即自動切換到備母鐘，備母鐘全面代替主母鐘工作。主母鐘恢復正常后，備母鐘立即切換回主母鐘，切換時間小于2秒。主母鐘與備母鐘可以互相監控對方的工作狀態，如果發現一方出現異常，可立即進行維修或更換。一級母鐘設備采用電源雙備份，支持熱插拔。一級母鐘設備設有2路NTP接口，向其他系統提供標準時間信號，實現各系統時間的統一，另外一 級母鐘設備配備2路NTP接口給二級母鐘及子鐘，向子鐘發送標準時間信號。

2.標準時間信號接收裝置

標準時間信號接收裝置是為了向時間系統提供高精度的時間基準而設置，以實現時間系統的無累積誤差運行。在正常情況下，標準時間信號接收機能夠接收來自GPS的衛星時標信號，經解碼、比對后，經由RS422接口發送給一 級母鐘，以實現對一 級母鐘精度的校準。正常情況下GPS接收機至少可同時接收6顆衛星的信號。標準時間信號接收機采用液晶屏，能夠顯示年、月、日、星期、時、分、秒全時標時間信息和標準時間信號源的信息，并可通過設置在前面板上的鍵盤實現對時間的統一調整。

3.系統監控管理計算機

通過監控管理計算機終端能夠真實顯示系統的網絡拓撲結構，實時反映其物理連接狀態及各點設備運行條件和狀態。在時鐘系統監控管理計算機上能夠實現對全部時鐘進行點對點的監控，其主要監控及顯示的內容包括：母鐘、子鐘及傳輸通道的工作狀態。

（1）一般性管理功能

    通過監控管理計算機終端能夠真實顯示系統的網絡拓撲結構，實時反映其物理連接狀態及各點設備運行條件和狀態。在時鐘系統監控管理計算機上能夠實現對全部時鐘進行點對點的監控，其主要監控及顯示的內容包括：母鐘、子鐘及傳輸通道的工作狀態。

（2）故障管理功能

    系統具有自診斷功能，并對故障進行管理，能檢測到包括中心設備、分級設備及信號傳輸通道的運行狀態；對時鐘系統的工作狀態、故障狀態進行顯示；并能夠對全系統時鐘進行點對點的控制，在監控終端上可以查看本系統任何一個子設備的運行狀況。當時鐘系統出現故障時，監控管理計算機能夠發出聲光報警，指示故障部位，并在監控終端主界面上顯示主要故障內容及設備位置。告警信號能夠引至相應值班室，提供給值班的工作人員，以便于系統的集中管理。聲音報警信號能通過手動操作切除，光標報警可保持到故障排除。

（3）安全管理功能

系統操作軟件具有多級密碼設定和權限限定功能。能設置不少于三種管理權限，設置了管理員級、操作員級和用戶級，對不同級別的操作人員，可分別賦予不同的操作控制功能，分級別對系統進行管理，各控制級別不能越級操作，保障了系統的安全和工作可靠。能夠保留操作日志。

（4）配置管理功能

   通過維護管理終端能對系統網絡進行配置和數據設定，可進行板卡配置管理，子鐘配置。管理系統具有遠程控制功能，可以通過網管可以對系統內子鐘的時區等進行設置，從而實現對時鐘系統的遠程控制。

4.子鐘

（1）子鐘通過NTP接口經交換機接收母鐘所發出的時間信號，進行時間信息顯示。子鐘脫離母鐘時能夠單獨運行。接收母鐘發送的標準時間信號，對自身的精度進行校準。子鐘在接收到標準時間信號后，回送自身的工作狀態給母鐘。

（2）所有子鐘均具有獨立的計時功能，平時跟蹤母鐘工作。當子鐘接收不到來自母鐘發送的時間信號時，仍能依靠自身的晶振獨立運行并向時鐘系統監控管理計算機發出告警。此時時鐘時間的調整靠鍵盤來進行。調整鍵盤配有復位按鈕，每個子鐘都配有單獨的電源開關。

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

（4）數字式子鐘具備12/24小時兩種顯示方式轉換功能。數字式子鐘收到母鐘發送來的標準時間信號時，自動刷新，與母鐘保持一致。

（5）數字式子鐘具有記憶功能，內置實時時鐘芯片，停電后可保持數據十年，來電后自動顯示正確時間。

（6）數字式子鐘采用發光二極管顯示單元（LED）顯示由數字組成的時間信號，亮度可調節，優選顏色為紅字，并且顏色可根據本工程的裝修風格來選擇。其指示方式為：年、月、日、星期、時、分、秒。

（7）指針式子鐘具有自動追時功能。當接收到標準時間信號時，能夠以最短距離方式快速調整指針的位置到標準時間。

（8）指針式子鐘自身有獨立的石英晶體振蕩器，平時跟蹤母鐘工作。當子鐘接收不到來自母鐘發送的時間信號時，仍能依靠自身的晶振獨立運行并向時鐘系統管理中心發出告警。此時時鐘時間的調整靠鍵盤來進行。調整鍵盤配有復位按鈕，每個子鐘都配有單獨的電源開關。

 雙面數字子鐘圖：

單面數字手術室子鐘圖:

四、系統優勢

（1）精確性高

本系統能夠接收來自GPS的標準時間信號，經一 級母鐘處理后發送至系統的各個部分，實現無累積誤差運行。系統一 級母鐘均采用高穩恒溫晶振，使一 級母鐘的精度大大提高。系統具有降級使用功能，當上級設備出現故障時，本級設備仍能以當前時間為起點自主獨立運行，運行精度高于每天0.001秒。

（2）可靠性高（系統冗余）

   本系統對一級母鐘的關鍵設備都采用雙重熱備份，當主單元發生故障時，能夠自動切換到備用單元，實現主備之間的自動轉換。電源停電時，一 級母鐘在備用電源支持下仍可正常工作24小時。一 級母鐘能與GPS進行同步校時。停電96小時以內，供電恢復時能自動追蹤，與標準時間同步。同時提供“功能后退”運行方式，具有降級使用功能，當前級設備出現故障時，本級設備仍能正常工作，我們采用故障隔離、軟硬件冗余等技術措施，使系統具有極高的可靠性。

（3）兼容性好

   系統采用分布式結構，由標準化的軟件及硬件組成,用戶可按照需要靈活配置和擴容。

（4）靈活性

本系統具有靈活的系統集成接口能力、設備控制管理能力；同時由于系統采用開放結構，能靈活地增加、減少、移動子時鐘顯示設備，而無需修改應用軟件；本系統與其它系統之間的接口，也建立在開放標準之上，能靈活的進行修改；子時鐘顯示設備的配置、顯示格式、狀態都能通過應用進行靈活配置、修改和監控；系統應用軟件具有足夠靈活性，滿足用戶的業務需求。

（5）開放性

   本系統軟硬件的選取遵循開放系統規范，支持多種國際標準協議，包括采用具有開放的操作系統、通訊協議、開發工具等；系統采用先進的技術、方法和設備，為第三方應用提供開放的標準接口，支持第三方依據該接口來連接本系統。

（6）操作簡單

控制管理計算機提供友好的中文界面，采用規范的行業術語，易于管理和維護。系統采用了人性化的設計，使界面友好、整潔、清晰、直觀，支持鍵盤和鼠標操作，簡單、方便，容錯性強，有在線用戶幫助功能。

（7）維護方便

本系統所有主控板、信號板、接口板均采用了目前國際上 流行的模塊化設計，使相同規格的設備和接口板具有可互換性；一 級母鐘的接口板可以熱插拔，在帶電狀態下可以進行更換而不影響整個系統的運行，維護極為方便。積木式結構還為業主未來系統的增容和擴展提供極大的便利。

（8）具有自動報警功能

當時鐘系統發生故障時，監控計算機能夠發出聲光報警，指示故障部位，并在監控終端主界面上顯示主要故障內容及設備位置。告警信號能夠引至相應值班室，提供給值班的工作人員，以便于系統的集中管理。

（9）電磁兼容性好

為保障系統正常可靠地運行，在系統的電磁兼容方面，做了大量的試驗與改進工作，提供的設備在許多工程中經歷了長期嚴格的考驗。

 

結語：

    山東正瑞電子有限公司二十年專業從事同步時鐘,GPS衛星同步時鐘,NTP網絡時間服務器,北斗時鐘,GPS時鐘等系統產品的研發、設計和生產，在國內同行業獨具優勢憑借著質量過硬的產品，穩定的運行，我司各系列產品廣泛應用在國防、智慧交通、智慧醫療、智慧教育、電力系統、等各個領域，并得到了用戶對正瑞品牌產品的一致好評！

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