基于模式識(shí)別的老年人智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)研究

唐哲　李皎　王藝

摘要：本文通過(guò)對(duì)模式識(shí)別技術(shù)與老年人智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的融合、帶有模式識(shí)別的老年人智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)分析展開(kāi)了對(duì)基于模式識(shí)別的老年人智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的深入研究，該系統(tǒng)將通過(guò)攝像頭、傳感器等電子監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)老年人的生活情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，依據(jù)異常模式數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行模式識(shí)別，在發(fā)生危險(xiǎn)和異常情況時(shí)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警并將異常信號(hào)和監(jiān)測(cè)畫(huà)面?zhèn)鬏數(shù)奖O(jiān)控中心，以供監(jiān)護(hù)人員采取相應(yīng)的處理措施，確保老年人的人身安全以及隱私安全。

關(guān)鍵詞：智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)；模式識(shí)別技術(shù)；老年人；隱私安全

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）11-0001-02

一、引言

數(shù)據(jù)顯示，2014年我國(guó)65歲以上人口數(shù)量達(dá)到13755萬(wàn)人，占全國(guó)總?cè)丝诒戎氐?0.1%。空巢老人數(shù)量的劇增得社會(huì)養(yǎng)老負(fù)擔(dān)加重，如何讓老年人安享晚年，減輕子女的養(yǎng)老負(fù)擔(dān)是亟待解決的問(wèn)題。目前，針對(duì)老年人的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)大部分是通過(guò)人的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)來(lái)完成的，很容易產(chǎn)生疏漏，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)被監(jiān)測(cè)地點(diǎn)發(fā)生的異常狀況。筆者將基于模式識(shí)別技術(shù)，對(duì)老年人智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)[1]進(jìn)行深入研究。該系統(tǒng)僅僅顯示需要監(jiān)護(hù)人員關(guān)注的異常狀態(tài)，而對(duì)于老年人正常的行為活動(dòng)則不予顯示，實(shí)現(xiàn)了對(duì)空巢老人日常生活的智能視覺(jué)監(jiān)護(hù)，其市場(chǎng)需求明確，潛在用戶(hù)數(shù)量巨大，因此具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。

二、模式識(shí)別技術(shù)與老年人智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的融合

（一）模式識(shí)別技術(shù)

模式識(shí)別技術(shù)是集圖像處理、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、幾何運(yùn)算、判別分類(lèi)等于一體的綜合技術(shù)，包括語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)、生物認(rèn)證技術(shù)、聲紋識(shí)別、指紋識(shí)別、數(shù)字水印技術(shù)等，是人工智能的基礎(chǔ)技術(shù)。模式識(shí)別技術(shù)是指根據(jù)模式的特性，將其判斷為某一類(lèi)，然后用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)人對(duì)各種事物或現(xiàn)象的分析、描述、判斷、識(shí)別。一個(gè)典型的模式識(shí)別系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)獲取、預(yù)處理、特征提取選擇、分類(lèi)決策及分類(lèi)器設(shè)計(jì)五部分組成。其目標(biāo)為，在特征空間和解釋空間之間找到一種映射關(guān)系，根據(jù)X的n個(gè)特征來(lái)判別模式X屬于w1，w2，…，wm類(lèi)中的哪一類(lèi)。由從模式得到的對(duì)分類(lèi)有用的度量、屬性或基元構(gòu)成的空間稱(chēng)為特征空間，由M個(gè)所屬類(lèi)別構(gòu)成的集合稱(chēng)為解釋空間。人工智能在模式識(shí)別方面的一些具體和最新的應(yīng)用范圍遍及遙感、生物醫(yī)學(xué)圖像和信號(hào)的分析、工業(yè)產(chǎn)品的自動(dòng)無(wú)損檢驗(yàn)、指紋鑒定、文字和語(yǔ)音識(shí)別、機(jī)器視覺(jué)等方面。

（二）老年人智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)

老齡化背景下，智能監(jiān)護(hù)產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。老年人智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)是通過(guò)攝像頭、傳感器等電子監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)老人的居家生活情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，然后將監(jiān)測(cè)畫(huà)面?zhèn)鬏數(shù)奖O(jiān)控中心或根據(jù)實(shí)際需求通過(guò)手機(jī)、電腦將家里的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息傳送給家人，以最大程度地確保老年人的人身與財(cái)產(chǎn)安全。與傳統(tǒng)的社區(qū)報(bào)警系統(tǒng)相比，其優(yōu)勢(shì)在于：實(shí)時(shí)可靠性增強(qiáng)，人性化大幅提升，畫(huà)面呈現(xiàn)更加直觀，可擴(kuò)展性提高。把該系統(tǒng)為核心的智能監(jiān)護(hù)產(chǎn)品運(yùn)用到實(shí)際當(dāng)中，將大大減輕各家庭的養(yǎng)老負(fù)擔(dān)，同時(shí)隨著老年人口規(guī)模的擴(kuò)大以及購(gòu)買(mǎi)力水平和購(gòu)買(mǎi)欲望的增長(zhǎng)，產(chǎn)品推廣后定會(huì)為企業(yè)帶來(lái)長(zhǎng)期、良好、穩(wěn)定的收益。

（三）模式識(shí)別技術(shù)與老年人智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)相結(jié)合

目前，國(guó)內(nèi)的智能視頻監(jiān)護(hù)技術(shù)還處于研究階段，現(xiàn)存的老年人智能監(jiān)護(hù)渠道仍較狹窄，且存在較多問(wèn)題，如技術(shù)復(fù)雜、及時(shí)性達(dá)不到或是錯(cuò)誤率較高等，已無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)今老年人對(duì)智能監(jiān)護(hù)日益增長(zhǎng)的需求。由此可見(jiàn)，研發(fā)帶有異常模式數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)、反饋、報(bào)警功能的智能視頻監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)以老年人智能視頻監(jiān)護(hù)系統(tǒng)為核心的產(chǎn)品的研制，顯得尤為重要。這就需要模式識(shí)別技術(shù)的融入，使其與老年人智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相結(jié)合，對(duì)視頻監(jiān)測(cè)設(shè)備和傳感器采集到的電子信號(hào)、視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷采集信號(hào)與異常模式是否匹配，在目標(biāo)出現(xiàn)異常狀況時(shí)呈現(xiàn)監(jiān)測(cè)畫(huà)面并及時(shí)向監(jiān)測(cè)中心反饋，實(shí)現(xiàn)老年人智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的技術(shù)革新與功能提升。

1.模式識(shí)別技術(shù)與老年人智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)相結(jié)合的研究方案?；谀Ｊ阶R(shí)別技術(shù)與老年人智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)相結(jié)合的理論，筆者制作了基于模式識(shí)別技術(shù)的老年人智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的研究方案。①硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)。建立一個(gè)包括監(jiān)控、環(huán)境狀態(tài)采集設(shè)備，數(shù)據(jù)分析存儲(chǔ)設(shè)備，報(bào)警信號(hào)產(chǎn)生以及數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程發(fā)送的硬件電路平臺(tái)。②異常模式數(shù)據(jù)庫(kù)的建立。對(duì)異常模式進(jìn)行研究和分析，形成“異常群模式庫(kù)”，建立模式識(shí)別技術(shù)的特征空間。通過(guò)文獻(xiàn)資料、咨詢(xún)專(zhuān)家確定老年人的危險(xiǎn)行為及所處場(chǎng)景的異常，得到異常模式數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)預(yù)處理、特征提取和選擇獲得異常模式在視頻圖像上的特征體現(xiàn)，然后歸納整理，建立相應(yīng)的異常模式數(shù)據(jù)庫(kù)。③監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)的處理及匹配。利用圖像處理技術(shù)，對(duì)監(jiān)控設(shè)備采集到的電子信號(hào)、視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理[2]和特征提取，建立模式識(shí)別技術(shù)的解釋空間。然后，找到特征空間和解釋空間之間的映射關(guān)系，做好分類(lèi)決策。設(shè)從當(dāng)前視頻中分析得到的特征數(shù)據(jù)為向量X1，Y={Y1，Y2，…，Yn}為異常模式庫(kù)中的各種異常模式。對(duì)X1和Yi進(jìn)行模式匹配，i=1，……，n，通過(guò)屬性距離計(jì)算、模板匹配、結(jié)構(gòu)匹配等方式分析X1與Y中模式的相似程度，識(shí)別出X1是否屬于異常模式庫(kù)中的模式，以及屬于哪一種異常模式，并把識(shí)別結(jié)果進(jìn)行的輸出。④數(shù)據(jù)采集匹配后的報(bào)警反饋。若經(jīng)過(guò)匹配結(jié)果判斷出現(xiàn)了異常情況，則在監(jiān)視器上顯示現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)圖像，并進(jìn)行聲音報(bào)警，同時(shí)確定為何種緊急事故，以便施救及時(shí)且有效；若識(shí)別結(jié)果為正常，則將場(chǎng)景數(shù)據(jù)丟棄，不形成顯示畫(huà)面。

2.模式識(shí)別技術(shù)與老年人智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)相結(jié)合的技術(shù)路線(xiàn)?；谀Ｊ阶R(shí)別技術(shù)與老年人智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)相結(jié)合的理論，筆者制作了基于模式識(shí)別技術(shù)與老年人智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)相結(jié)合的技術(shù)路線(xiàn)。如圖1所示。

三、帶有模式識(shí)別的老年人智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)分析

（一）帶有模式識(shí)別的老年人智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的價(jià)值與意義

帶有模式識(shí)別的老年人智能監(jiān)控系統(tǒng)提升了隱私安全保護(hù)：該系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)的全程監(jiān)控模式，對(duì)老年人正常的行為活動(dòng)不予顯示，僅在發(fā)生異常情況時(shí)傳輸影像，在無(wú)隱私侵犯的安全狀況下，實(shí)現(xiàn)針對(duì)獨(dú)居老人日常生活的智能視覺(jué)監(jiān)護(hù)；該系統(tǒng)開(kāi)創(chuàng)了無(wú)人監(jiān)護(hù)，與傳統(tǒng)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)具有無(wú)人監(jiān)護(hù)的優(yōu)勢(shì)，有效減少了成本支出與人力資源的浪費(fèi)；帶有模式識(shí)別技術(shù)的老年人智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)大幅度地提高了安全性與靈活性：傳感器與攝像頭相結(jié)合，與傳統(tǒng)的單一技術(shù)相比其安全性更高，無(wú)線(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用使得系統(tǒng)具有安裝位置靈活機(jī)動(dòng)、可根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)整位置的優(yōu)點(diǎn)。

目前的視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)大部分是通過(guò)人的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)來(lái)完成的，其缺點(diǎn)是：需要監(jiān)測(cè)工作人員通過(guò)不斷觀看監(jiān)視屏來(lái)發(fā)現(xiàn)異常狀況，具體的監(jiān)測(cè)過(guò)程是細(xì)致、連續(xù)、長(zhǎng)期枯燥的過(guò)程。尤其是當(dāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)較多時(shí)，監(jiān)測(cè)工作人員常常要面對(duì)很大的一面電視墻，很容易產(chǎn)生疏漏，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)被監(jiān)測(cè)地點(diǎn)發(fā)生的異常狀況。而且，連續(xù)不斷地監(jiān)測(cè)畫(huà)面必然會(huì)涉及個(gè)人隱私問(wèn)題，監(jiān)護(hù)方式不易被老人接受。如果僅僅顯示需要監(jiān)護(hù)人員關(guān)注的異常狀態(tài)，而對(duì)于個(gè)人正常的行為活動(dòng)則不予顯示，這樣就可以在無(wú)隱私侵犯的安全狀況下，實(shí)現(xiàn)針對(duì)獨(dú)居老人日常生活的智能視覺(jué)監(jiān)護(hù)，對(duì)解決空巢家庭獨(dú)居老人的監(jiān)護(hù)問(wèn)題有著非常積極的意義。

（二）帶有模式識(shí)別的老年人智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用

醫(yī)院對(duì)監(jiān)護(hù)的需求無(wú)處不在，且需要付出巨大的人力、物力及財(cái)力。在社會(huì)需求和政府政策的推動(dòng)下，未來(lái)五年將成為養(yǎng)老機(jī)構(gòu)快速發(fā)展的黃金期，包括政府籌辦和民間資本籌辦的養(yǎng)老院、敬老院、老年公寓等機(jī)構(gòu)。中國(guó)老齡事業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃提出，全國(guó)城市街道和社區(qū)統(tǒng)籌安排服務(wù)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)居家養(yǎng)老服務(wù)、老年日間照料，衛(wèi)生站和助餐網(wǎng)點(diǎn)基本覆蓋，80%以上的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和50%以上的農(nóng)村杜區(qū)建立包括養(yǎng)老服務(wù)在內(nèi)的綜合設(shè)施和站點(diǎn)。因此將帶有模式識(shí)別技術(shù)的老年人智能視頻監(jiān)護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用于醫(yī)院、專(zhuān)門(mén)的養(yǎng)老機(jī)構(gòu)、居住社區(qū)養(yǎng)老服務(wù)中心以及有需求的居家養(yǎng)老家庭，對(duì)構(gòu)建以居家為基礎(chǔ)，以社區(qū)為依托，以養(yǎng)老機(jī)構(gòu)為支撐，資金保障與服務(wù)保障相匹配，基本服務(wù)與選擇性服務(wù)相結(jié)合的養(yǎng)老社會(huì)服務(wù)體系有極其重要的推動(dòng)作用。

四、結(jié)語(yǔ)

基于模式識(shí)別的老年人智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)研究是緩解由于人口老齡化所引起的醫(yī)療資源短缺問(wèn)題以及養(yǎng)老負(fù)擔(dān)問(wèn)題的必要途徑。隨著科技的進(jìn)步、人口老齡化問(wèn)題的加劇以及人民對(duì)醫(yī)療護(hù)理水平要求的不斷提高，智能視頻監(jiān)護(hù)系統(tǒng)必將得到廣泛應(yīng)用。針對(duì)傳統(tǒng)的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)研究的不足和我國(guó)社會(huì)空巢老人這個(gè)社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題，基于模式識(shí)別的老年人智能視頻監(jiān)護(hù)系統(tǒng)研究將成為應(yīng)用于家庭空巢老人監(jiān)護(hù)的關(guān)鍵。研發(fā)基于模式識(shí)別的老年人智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)以該系統(tǒng)為核心的產(chǎn)品研制，必將會(huì)在智能監(jiān)護(hù)領(lǐng)域取得重大突破，為老年人家庭帶去福祉，同時(shí)使企業(yè)獲得良好穩(wěn)定的收益。

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