基于物聯網云計算大數據的智能健康生活成長系統(tǒng)

◆郝孝帥 孫麗君 鄭仙學

（山東科技大學信息工程系 山東 271000）

基于物聯網云計算大數據的智能健康生活成長系統(tǒng)

◆郝孝帥 孫麗君 鄭仙學

（山東科技大學信息工程系 山東 271000）

當今社會的亞健康問題和老齡化問題日益嚴重，一些慢性病造成的死亡人數呈現出持續(xù)增長的趨勢。對于慢性疾病需要定時測量，不斷地檢測，以便根據自身的生化指標合理調整飲食、藥物等的攝入情況。僅僅通過醫(yī)院進行生化數據測量遠遠不能滿足監(jiān)測的需要，還需要用戶定時監(jiān)測自身的情況。智能健康生活成長云系統(tǒng)能夠有效對居民的健康數據進行數字化、信息化管理，使得用戶能夠更好地管理自己的健康數據，也方便醫(yī)生及時掌握用戶的健康情況，同時也有利于政府對所轄區(qū)域的全民體質進行調查研究。智能健康生活成長云系統(tǒng)涵蓋了物聯網、云計算和大數據系統(tǒng)三大信息技術前沿領域，在改變傳統(tǒng)醫(yī)療模式方面，具有特有的技術優(yōu)勢、創(chuàng)新服務模式，極大程度提高了健康醫(yī)療產業(yè)的信息化和智能化，是社會急需的創(chuàng)新應用，無論是在市場需求方面，還是國家政策角度，或是技術創(chuàng)新層面等多個角度層面，該系統(tǒng)的研發(fā)和實現都具有重要的現實意義。

物聯網；云計算；大數據；智能健康生活成長系統(tǒng)

0 引言

最近幾年，伴隨著全球性移動通信網絡科技的不斷進步，移動智能終端的普及性與覆蓋率得到了極大發(fā)展，大量的移動應用和服務以此為載體應運而生，這些觸手可及的應用服務正逐漸改變人們的日常生活。智能健康這一概念的提出，使用戶可以通過移動通信技術，借助身邊的移動智能終端使用移動應用，就可以隨時隨地地查看自己或者家人的健康數據，并把這些健康數據存儲在數字化的電子檔案中，可以隨時隨地獲取醫(yī)生的建議，進行長期、有效地調節(jié)監(jiān)控，取得較好的療效。另外，隨著全球人口老齡化程度的日益加劇，人民生活水平逐漸提高，新型醫(yī)療服務需求不斷增加，便攜式的智能化管理設備越來越受青睞。云計算技術的引進，增強了信息化的發(fā)展，使得信息服務變得更廣泛，同時也精細化了居民和社會的日常需求，可以滿足大數據量的處理和分析。

1 醫(yī)療服務存在的問題

隨著社會的不斷發(fā)展，科技的日益進步，近些年來，居民的生活質量不斷提高，居民個人保健意識增強，對健康生活的要求也日益增長，但是，目前仍然存在一些問題。

（1）現有的醫(yī)療機構數量龐大，各機構的業(yè)務存在很大的差異性，提供的醫(yī)療服務的質量和效率有待提高，影響了患者的及時治療。信息孤島現象嚴重，根據患者的就診習慣，往往只是由一家醫(yī)院儲存就診患者的健康檔案，當患者發(fā)生意外被另一家醫(yī)院接診時，若未及時取得家屬聯系，尤其為危重病患這種特殊情況下，醫(yī)院無法快速確認病人身份，不能獲取患者的相關資料，無法對患者進行登記入院，延誤急救的黃金時間。

（2）各大醫(yī)院的數據庫里積累的醫(yī)療案例，當前尚未進行資源統(tǒng)計分析，真正用信息化解決效益問題的相對很少，還是僅僅依靠醫(yī)生個人的學習積累，造成不必要的數據浪費。在家庭中無法有效地實時跟蹤和監(jiān)控體征信息，醫(yī)院也不能對患者或者亞健康人群提供實時診斷與健康提醒服務，往往是有病征才治病，延誤了治療的最佳時間。因此生活中實時的身體健康數據的采集分析必不可少。

（3）全球化、高效率、快節(jié)奏的社會生活使得大部分群體壓力大、生活節(jié)奏不規(guī)律。語言溝通交流存在障礙、非專業(yè)人士健身鍛煉活動易出現力度過大、強度過高等不合理的鍛煉方式造成的肌肉拉傷等不必要的身體傷害。在某些有意外情況下，某些體育課等發(fā)生意外事故，造成家長、學校對體育課產生負面情緒，科學合理的運動指導、危險提醒能夠降低意外傷害的可能性，有助于學生得到安全合理的鍛煉。

針對于某一單項服務的小眾軟件系統(tǒng)正不斷開發(fā)應用。但是，為享受多項服務，用戶不得不安裝多個軟件，而且存在數據不統(tǒng)一等現象，造成用戶困擾。因此，在多方位、專業(yè)性、一體化健康貼心輔助服務方面存在較大空缺，具有廣闊的市場前景，也具有可實現、可推廣的研究價值。

2 智能健康的研究現狀

隨著人們生活水平的不斷提高，人們越來越來重視健康的生活，而“智能健康”作為嶄新的概念，現在越來越受到人們關注。按照國際醫(yī)療衛(wèi)生會員組織的定義，通過使用個人商務設備、手機和衛(wèi)星通信等移動通信技術，為用戶提供醫(yī)療服務和信息，在移動互聯網等相關領域，通過使用 Android 和 IOS 平臺的移動終端系統(tǒng)，開發(fā)出相關的醫(yī)療健康類移動應用，為用戶提供服務的嶄新方式。當醫(yī)療人力資源不足時，智能健康提供了一種有效方法，用來支持發(fā)展中國家的醫(yī)療衛(wèi)生服務和健康問題。由于手機設備的成本較低，伴隨著全球性移動通信網絡的普及，為智能健康提供了良的技術基礎和應用前景。

智能健康改變了傳統(tǒng)保健模式，用戶可以隨時檢測自己的身體狀態(tài)、體征數據等生理指標，及時獲取醫(yī)生或者第三方醫(yī)療機構的相應診斷和醫(yī)療建議，達到了對自身的各項生理指標的實時監(jiān)控。在整個健康監(jiān)測環(huán)境中，憑借移動通訊設備的加入，一方面節(jié)省了大量的人力、物力資源，減少了不必要的掛號負擔和時間成本，另一方面為用戶提供一個良好的實時體征監(jiān)測服務，引導用戶養(yǎng)成良好的飲食、生活習慣，增加居民的健康意識，提高全民身體素質。另外智能手環(huán)，智能便利貼等也開始嶄露頭角，使人們能夠及時了解自身的身體狀況。

目前，智能健康感知系統(tǒng)與云計算技術、大數據技術結合仍處于初期研究階段，該系統(tǒng)涉及的關鍵技術不但有一定的理論研究價值，而且具有重要的實際應用價值。當前針對智能健康感知系統(tǒng)采集與處理數據的關鍵技術研究還不夠充分，可以參考的應用模型也相對較少，存在很大的研究空間和科學價值。綜上所述，需要基于物聯網、云計算、大數據設計并構建一個智能健康生活成長云系統(tǒng)模型，并對其中各層涉及到的部分關鍵技術進行研究。

3 智能健康生活成長系統(tǒng)的功能需求

（1）注冊用戶，并根據自身情況選定不同的進入模式：兒童模式、青少年模式、成人模式、老人模式等不同模式，不同用戶使用時進入所選模式，選取所需的功能板塊對健康生活進行“他制性”輔助指導。

（2）可穿戴設備感知采集周圍環(huán)境數據，身體狀況數據，對用戶進行健康提醒，身體周圍危險指數預警，緊急時刻能夠快捷求救，譬如：報警、醫(yī)院急救等。

（3）采集用戶的反應速度數據、情緒變化情況，評測精神狀態(tài)、健康指數，推薦對已設定的工作計劃進行合理的時間調整。

（4）飲食作息等的生活提醒板塊，語音記錄所需要處理的工作內容及其時間，便捷及時提醒。

（5）休閑健身版塊，根據采集到的環(huán)境指數、心電、血氧、血壓等身體素質數據制定推薦合理的運動方案，記錄消耗的能量，根據運動反應的情況適時提醒注意事項。

（6）語言交流翻譯模塊，當雙方需用不同語言交流時，應用常用的語言數據庫，對交流的對話進行英漢互譯等翻譯。

（7）學習助手板塊，根據所選的模式，添加不同的學習內容，從云端獲取所需要的學習資料，滿足需求。

4 智能健康生活成長系統(tǒng)的工作原理

基于物聯網云計算大數據的智能健康生活成長云系統(tǒng)的整體設計方案采用了四層結構模型，分別是云應用層、云服務層、傳輸層和感知層。（1）感知層是最底層的前端智能裝置，由大量傳感器節(jié)點組成，主要負責健康數據的采集。（2）傳輸層的作用是將采集到的健康數據進行處理和傳輸。（3）云服務層位于系統(tǒng)的第三層，主要作用是負責接收、存儲用戶的健康數據，并根據一定的算法進行數據挖掘和數據分析處理。（4）云應用層是用戶直接接觸的服務層，主要向用戶反饋相關的健康數據信息以及數據分析報告，進行一定的人機交互功能，提供一定的應用服務。

該系統(tǒng)通過以上四層結構相互通信、交互協作，實現了感知層采集數據、傳輸層傳輸數據、服務層分析數據、應用層交互數據的整體功能。在智能健康生活成長云系統(tǒng)中，智能健康感知系統(tǒng)成為一個重要組成部分。

5 智能健康生活成長系統(tǒng)的軟硬件組成

5.1 硬件組成

（1）感知層：包含感知采集周圍環(huán)境的傳感器以及自身身體狀況的傳感器。其中感知周圍環(huán)境的傳感器，包含溫濕度傳感器、光照強度傳感器、煙霧濃度傳感器等；感知自身身體狀況的傳感器包含心電傳感器、血壓傳感器、脈搏傳感器、呼吸率傳感器、體溫傳感器等。而這些傳感器被集成人們便于穿戴的設備，具有簡單，輕巧的特點。

（2）傳輸層：包含協調器，網絡路由器等。

（3）云服務層：包含 WebService 服務器，數據接收器，日志解析器，云平臺數據倉庫，百度 ToT 云平臺，亞馬遜 AWS云資源服務等。

（4）云應用層：手機與電腦顯示終端。

5.2 軟件組成

本系統(tǒng)的軟件主要包含傳感層數據采集的嵌入式程序，云服務層的 Windows IoT，亞馬遜 AWS 云資源服務相關的云軟件，云應用層的手機與電腦終端顯示與提示軟件。

6 智能健康生活成長系統(tǒng)的創(chuàng)新點

（1）技術結合：物聯網，云計算技術，大數據的結合使得本系統(tǒng)能夠順利發(fā)揮功能。

（2）私人訂制性：模式的選取，數據的采集分析均屬于個人專屬情況的解析指導，針對于特殊群體，特殊需求設定不同的功能選項，做到節(jié)省物理空間的同時享受到貼心的針對性服務。

（3）系統(tǒng)板塊可裁剪性：系統(tǒng)在設計中盡量做到某些關聯性差的功能板塊相互獨立，設定視圖，提供某些特定的開源，便于系統(tǒng)的優(yōu)化。

（4）便捷性：使用可穿戴的傳感器進行數據采集，然后上傳至云層，經過大數據技術的加工處理，最后在電腦或者手機終端上顯示給出使用者健康的提示。這避免了人們去醫(yī)院做相關的檢查。

（5）針對性強：本系統(tǒng)設置了兒童，老年等多種模式，人們可以根據自己的年齡段選擇相應的模式，從而對自己的健康生活做出指導。

（6）實用性：本系統(tǒng)支持英文和中文兩種語言翻譯，對于說英文的外國友人可以根據此功能進行愉快的交流。

（7）多方位性：由于本系統(tǒng)使用了云存儲技術，用戶可以根據自身需求，從云端下載資料以供學習研究。并且，提供了健身休閑服務，工作生活提醒服務等，便于用戶生活中得到多方位的優(yōu)質服務。

7 前景

一方面，對于偏遠地區(qū)、不發(fā)達地區(qū)的居民，可以對居民的健康情況進行有效監(jiān)測，一定程度上遏制慢性病的發(fā)展，早發(fā)現早治療，避免病情惡化，使得偏遠地區(qū)本不富裕的居民因病致殘，因病致窮。

另一方面，通過醫(yī)生實時獲取居民的健康數據，對居民健康情況進行有效監(jiān)控，并提供一定的咨詢和引導服務，對需要就醫(yī)的居民提供醫(yī)院建議。在節(jié)省居民的搭乘交通工具的財力負擔和時間的同時，也對醫(yī)院的就醫(yī)人群進行分流，降低醫(yī)院門診的掛號負擔，將傳統(tǒng)“有病治病”的醫(yī)療模式變成了更有效更便利的“預防為主”。

[1]范廣暉．基于iOS的移動健康管理系統(tǒng)的設計與實現[D]．西北大學，2014．

[2]韓佳．遠程監(jiān)護類的移動醫(yī)療系統(tǒng)設計研究[D]．北京服裝學院，2014．

[3]高天雷．基于云計算的智能健康感知系統(tǒng)關鍵技術研究[D]．山東師范大學，2015．

[4]陳志江．基于物聯網的遠程智能醫(yī)療監(jiān)護數據傳輸網絡的設計[D]．杭州師范大學，2012．