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GPS衛(wèi)星同步時鐘在醫(yī)療信息化系統(tǒng)中應用
來源：正瑞電子
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發(fā)布日期：2023-04-13
一、需求分析
GPS衛(wèi)星時鐘同步系統(tǒng)主要為全醫(yī)院提供標準統(tǒng)一的時間，主要作用是為整個醫(yī)院的計算機系統(tǒng)及呼叫系統(tǒng)、BA系統(tǒng)、手術室控制系統(tǒng)以及其它弱電系統(tǒng)提供標準的時間源；精確統(tǒng)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(tǒng)等；有了數(shù)字型網(wǎng)絡子母鐘系統(tǒng)以后就不再需要人工看表計時了，采用NTP網(wǎng)絡時間協(xié)議的網(wǎng)絡母鐘還可以給全院所有局域網(wǎng)內計算機提供統(tǒng)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(tǒng)一的時間源，為醫(yī)院的數(shù)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(tǒng)（監(jiān)控、消防等）提供的時鐘信息為整個醫(yī)院大樓弱電運行提供了標準時間，保證整個醫(yī)院大樓弱電運行的實時準確。
二、系統(tǒng)概述
正瑞GPS/BG2000衛(wèi)星同步時鐘系統(tǒng)由北斗衛(wèi)星時鐘系統(tǒng)、GPS衛(wèi)星時鐘系統(tǒng)、本地時鐘系統(tǒng)以及由這3種時鐘系統(tǒng)組合信號變換的輔助光電子系統(tǒng)組成。通過局域網(wǎng)絡給醫(yī)院的各個重要地方提供精確的時間信息，從而使網(wǎng)絡和每個有安裝該子鐘的位置均能顯示與衛(wèi)星時間信號保持一致的時間。
系統(tǒng)組件主要為：
（1）GPS衛(wèi)星時鐘主機
衛(wèi)星時鐘主機的衛(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)既能夠同時接收北斗/GPS雙星系統(tǒng)，也能夠單獨分別接收GPS或者北斗衛(wèi)星系統(tǒng)。基于最可靠方式，本時鐘系統(tǒng)采用了雙星模式。雙模式同時接收國產(chǎn)北斗衛(wèi)星系統(tǒng)和美國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GPS方式更高，時鐘精度更精準。
衛(wèi)星時鐘主機內具有高精度本地時鐘守時系統(tǒng)。本地守時系統(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，本地時鐘系統(tǒng)被衛(wèi)星所同步。當衛(wèi)星系統(tǒng)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(tǒng)包括2臺時鐘主機，實現(xiàn)雙主機熱備用。一臺時鐘主機故障時，不影響系統(tǒng)運行。
（2）時鐘分機
分機包括本地守時時鐘系統(tǒng)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(shù)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(xiàn)所需的對時功能。
三、系統(tǒng)功能
l 顯示統(tǒng)一的標準時間信息。
l 向其它需要統(tǒng)一時間的系統(tǒng)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(tǒng)，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(tǒng)，并且通過監(jiān)控計算機對時鐘系統(tǒng)的主要設備進行及主要模塊進行點對點監(jiān)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(jié)氣等信息，并能顯示一級母鐘各板卡及所有子鐘的狀態(tài)信息。一級母鐘具有統(tǒng)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(xiàn)對時間的統(tǒng)一調整。一級母鐘接收標準時間信號接收機發(fā)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(xiàn)故障時，一級母鐘將采用自身的高穩(wěn)定恒溫晶振產(chǎn)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(tǒng)網(wǎng)管設備發(fā)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(fā)送標準時間信號并收集狀態(tài)數(shù)據(jù)。一級母鐘配置NTP板卡及子鐘板卡，向其他子系統(tǒng)及子鐘發(fā)送標準時間信號，以實現(xiàn)各子系統(tǒng)時間的統(tǒng)一。一級母鐘由主、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(jiān)控對方的工作狀態(tài)，如果發(fā)現(xiàn)一方出現(xiàn)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(tǒng)提供標準時間信號，實現(xiàn)各系統(tǒng)時間的統(tǒng)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(fā)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(tǒng)提供高精度的時間基準而設置，以實現(xiàn)時間系統(tǒng)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(wèi)星時標信號，經(jīng)解碼、比對后，經(jīng)由RS422接口發(fā)送給一 級母鐘，以實現(xiàn)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(wèi)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(xiàn)對時間的統(tǒng)一調整。
3.系統(tǒng)監(jiān)控管理計算機
通過監(jiān)控管理計算機終端能夠真實顯示系統(tǒng)的網(wǎng)絡拓撲結構，實時反映其物理連接狀態(tài)及各點設備運行條件和狀態(tài)。在時鐘系統(tǒng)監(jiān)控管理計算機上能夠實現(xiàn)對全部時鐘進行點對點的監(jiān)控，其主要監(jiān)控及顯示的內容包括：母鐘、子鐘及傳輸通道的工作狀態(tài)。
（1）一般性管理功能
通過監(jiān)控管理計算機終端能夠真實顯示系統(tǒng)的網(wǎng)絡拓撲結構，實時反映其物理連接狀態(tài)及各點設備運行條件和狀態(tài)。在時鐘系統(tǒng)監(jiān)控管理計算機上能夠實現(xiàn)對全部時鐘進行點對點的監(jiān)控，其主要監(jiān)控及顯示的內容包括：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(tài)；對時鐘系統(tǒng)的工作狀態(tài)、故障狀態(tài)進行顯示；并能夠對全系統(tǒng)時鐘進行點對點的控制，在監(jiān)控終端上可以查看本系統(tǒng)任何一個子設備的運行狀況。當時鐘系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，監(jiān)控管理計算機能夠發(fā)出聲光報警，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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)進行管理，各控制級別不能越級操作，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
通過維護管理終端能對系統(tǒng)網(wǎng)絡進行配置和數(shù)據(jù)設定，可進行板卡配置管理，子鐘配置。管理系統(tǒng)具有遠程控制功能，可以通過網(wǎng)管可以對系統(tǒng)內子鐘的時區(qū)等進行設置，從而實現(xiàn)對時鐘系統(tǒng)的遠程控制。
4.子鐘
（1）子鐘通過NTP接口經(jīng)交換機接收母鐘所發(fā)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(fā)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(tài)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(fā)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(tǒng)監(jiān)控管理計算機發(fā)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(tǒng)采用的子鐘為雙面數(shù)字式子鐘、單面手術室數(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小時兩種顯示方式轉換功能。數(shù)字式子鐘收到母鐘發(fā)送來的標準時間信號時，自動刷新，與母鐘保持一致。
（5）數(shù)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(shù)據(jù)十年，來電后自動顯示正確時間。
（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)字組成的時間信號，亮度可調節(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(fā)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(tǒng)管理中心發(fā)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(shù)字子鐘圖：
單面數(shù)字手術室子鐘圖:
四、系統(tǒng)優(yōu)勢
（1）精確性高
本系統(tǒng)能夠接收來自GPS的標準時間信號，經(jīng)一 級母鐘處理后發(fā)送至系統(tǒng)的各個部分，實現(xiàn)無累積誤差運行。系統(tǒng)一 級母鐘均采用高穩(wěn)恒溫晶振，使一 級母鐘的精度大大提高。系統(tǒng)具有降級使用功能，當上級設備出現(xiàn)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(tǒng)冗余）
本系統(tǒng)對一級母鐘的關鍵設備都采用雙重熱備份，當主單元發(fā)生故障時，能夠自動切換到備用單元，實現(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)具有極高的可靠性。
（3）兼容性好
系統(tǒng)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(tǒng)具有靈活的系統(tǒng)集成接口能力、設備控制管理能力；同時由于系統(tǒng)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(tǒng)與其它系統(tǒng)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(tài)都能通過應用進行靈活配置、修改和監(jiān)控；系統(tǒng)應用軟件具有足夠靈活性，滿足用戶的業(yè)務需求。
（5）開放性
本系統(tǒng)軟硬件的選取遵循開放系統(tǒng)規(guī)范，支持多種國際標準協(xié)議，包括采用具有開放的操作系統(tǒng)、通訊協(xié)議、開發(fā)工具等；系統(tǒng)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(jù)該接口來連接本系統(tǒng)。
（6）操作簡單
控制管理計算機提供友好的中文界面，采用規(guī)范的行業(yè)術語，易于管理和維護。系統(tǒng)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(tǒng)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(guī)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(tài)下可以進行更換而不影響整個系統(tǒng)的運行，維護極為方便。積木式結構還為業(yè)主未來系統(tǒng)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(tǒng)發(fā)生故障時，監(jiān)控計算機能夠發(fā)出聲光報警，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(tǒng)的集中管理。
（9）電磁兼容性好
為保障系統(tǒng)正常可靠地運行，在系統(tǒng)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(jīng)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(yè)從事同步時鐘,GPS衛(wèi)星同步時鐘,NTP網(wǎng)絡時間服務器,北斗時鐘,GPS時鐘等系統(tǒng)產(chǎn)品的研發(fā)、設計和生產(chǎn)，在國內同行業(yè)獨具優(yōu)勢憑借著質量過硬的產(chǎn)品，穩(wěn)定的運行，我司各系列產(chǎn)品廣泛應用在國防、智慧交通、智慧醫(yī)療、智慧教育、電力系統(tǒng)、等各個領域，并得到了用戶對正瑞品牌產(chǎn)品的一致好評！
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