基于可穿戴設備智慧養(yǎng)老服務平臺的構建

摘 要：智慧養(yǎng)老是為了給老年人提供健康、舒適和安全的生活，利用物聯(lián)網(wǎng)技術，通過各類傳感器智能感知，遠程監(jiān)控老人的日常生活狀況，使其信息化和智能化。本文結合物聯(lián)網(wǎng)、RFID、傳感器等技術，設計了一種基于可穿戴設備的智慧養(yǎng)老服務平臺。該平臺利用多個傳感器節(jié)點進行數(shù)據(jù)采集，通過ZigBee網(wǎng)絡傳送給中心節(jié)點進行存儲和處理，使用GSM/GPRS無線通信模塊將處理好的數(shù)據(jù)傳送給后臺服務中心，達到實時服務的目的。

關鍵詞：智慧；養(yǎng)老；可穿戴設備；平臺

中圖分類號：TP319 文獻標識碼：A

1 引言（Introduction）

人口老齡化是21世紀大部分國家所面臨的重要議題。據(jù)統(tǒng)計，未來20年我國老年人口仍將快速增長。目前，我國65歲及以上老人已達1.3億，占人口總數(shù)的9.1%，預測到2030年將達到近2億左右。隨著社會的不斷發(fā)展以及老年人生活水平的逐步提高，其服務需求不再受限于普通的家庭生活照料，而進一步發(fā)生了明顯的變化，高檔次的監(jiān)護保健服務將成為其發(fā)展趨勢之一。如何確保老年人的養(yǎng)老問題將日愈突顯出來，成為當前社會最為關注的熱點及難點問題之一。

“智慧養(yǎng)老”是最近流行的一種養(yǎng)老模式。概而論之，智慧養(yǎng)老就是為了給老年人提供健康、舒適和安全的生活，利用物聯(lián)網(wǎng)技術，通過各類傳感器智能感知，遠程監(jiān)控老人的日常生活狀況，使其信息化和智能化。其核心是采用先進的信息技術和管理手段，比如傳感器、RFID、移動通信、智能數(shù)據(jù)融合及遠程服務等IT技術，將老年人、服務人員、老人家屬、醫(yī)療機構等相關人員密切聯(lián)系起來[1]。

本文根據(jù)當前老年人的各種需求，設計了一個基于可穿戴設備的智慧養(yǎng)老服務平臺。該平臺可以將傳感器獲取的各項老人身體參數(shù)，利用網(wǎng)絡通信技術發(fā)送給老年人使用的可穿戴設備。最后通過可穿戴無線網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)提交給遠程管理中心的服務端。同時將服務端發(fā)來的數(shù)據(jù)顯示在老年人的可穿戴設備上，從而解決傳統(tǒng)監(jiān)控設備無法實時實地提供檢測服務的問題。

2 智慧養(yǎng)老服務平臺需求分析（Requirements

analysis of service platform for smart pension）

對于老人來說，最大的問題除了健康狀況外，同時也會隨著年紀的增大，記憶力和注意力的下降，生理機能的衰退，日常操作能力的降低等。因此根據(jù)老人的需求，提出利用可穿戴設備將移動互聯(lián)及物聯(lián)網(wǎng)等技術應用在老年人的日常生活中，為老年人提供室內(nèi)外定位服務、定時上門服務、請求應答呼叫服務以及個性化服務等。

（1）室內(nèi)外定位追蹤服務。該類服務主要為了便于老人家屬及服務人員更加便利的獲取老人當前的位置信息。其包括室內(nèi)定位和室外定位服務兩部分。在室內(nèi)當老人發(fā)生突發(fā)事件或日常生活所需時，可以通過室內(nèi)定位服務快速確定老人的具體位置。在室外當老人迷路或走失甚至發(fā)生緊急情況時，服務人員可以在第一時間找到老人的當前位置進行實時追蹤，對老人進行相應的救護，保證老人的安全。

（2）定時上門服務。該類服務主要為老人提供了以家庭日常生活所需的各種上門服務，包括家居清潔、生活照料、拿藥看病、上門送餐、物業(yè)維修等服務；同時由于子女白天在外工作，老人獨自在家，服務人員也為老年人定時上門提供精神慰藉等服務，以維護老年人的身心健康。

（3）請求應答呼叫服務。該類服務主要考慮到老年人行動不便以及護理需求的隨機性，提供了一項請求應答呼叫服務[2]。通過此服務，老人在遇到突發(fā)事件或需要服務時，可直接通過語音等方式聯(lián)系服務人員，服務人員在獲知一線信息后能及時對老年人的需求做出相應的反應，搭建了一條高效可靠的通信鏈路，提高了監(jiān)護老人的效率，實現(xiàn)了老人與服務人員、老人家屬之間的實時溝通，通過語音服務可更快速的獲取大量有效信息，提高其人性化水平。

（4）個性化服務。該類服務主要根據(jù)老年人的身體狀況、家庭情況和個人所需等的不同，一旦后臺接收到老人通過可穿戴設備發(fā)出的信息，服務人員即會做出有針對性的服務。此外，老人家屬也可事先在后臺設置老人的各種信息和需求，平臺會根據(jù)不同的設置，按時提示老人，比如服藥、運動等消息，為及時掌握每位老人的不同需求提供了個性化服務。

3 智慧養(yǎng)老服務平臺設計（Design of service

platform for smart pension）

3.1 平臺整體結構設計

智慧養(yǎng)老是指借助物聯(lián)網(wǎng)、傳感器和RFID等，來改善人們的生活方式，提高實時交互信息的處理能力和反應速度，提高老年人養(yǎng)老的綜合信息化技術。平臺基于可穿戴設備，以互聯(lián)網(wǎng)技術、通信技術為基礎，根據(jù)智慧養(yǎng)老中新技術的應用，特別是物聯(lián)網(wǎng)、RFID、傳感網(wǎng)技術的應用，進行了智慧養(yǎng)老服務平臺的整體架構設計，如圖1所示。

圖1 整體架構設計

Fig.1 System architecture design

智慧養(yǎng)老服務平臺包括室內(nèi)外定時追蹤服務、服務人員定時上門服務、請求應答呼叫服務、個性化服務四大模塊。平臺內(nèi)部各個模塊之間的數(shù)據(jù)交換采用了SOA的方式，同時老人個人信息管理數(shù)據(jù)主要通過與服務器端的數(shù)據(jù)進行同步實時更新，實現(xiàn)互聯(lián)互通。此外，數(shù)據(jù)在傳輸過程中，正常運行時間不間斷，當網(wǎng)絡不穩(wěn)定的情況下將數(shù)據(jù)保存到本地。

3.2 平臺網(wǎng)絡體系結構設計

伴隨著硬件技術和通信技術的飛速發(fā)展，平臺采用的可穿戴設備均擁有串口傳輸和并行傳輸兩種數(shù)據(jù)傳輸模式。在每個老人家里，均安裝了一個家庭客戶端，此客戶端主要進行當前用戶的收集、整理、與老人及服務平臺的信息交互。家庭客戶端可以通過互聯(lián)網(wǎng)、移動網(wǎng)絡或無線等技術實現(xiàn)與養(yǎng)老服務平臺的互通互聯(lián)。老人的家屬和服務人員也是平臺的重要組成部分，這些與之相關的人員可以通過移動無線網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)與服務平臺進行交互。如圖2所示，是本平臺的網(wǎng)絡體系結構示意圖。

圖2 網(wǎng)絡體系結構

Fig.2 Network architecture

4 智慧養(yǎng)老服務平臺關鍵技術分析（Analyzing

the key technology of service platform for smart

pension）

4.1 ZigBee技術

為了對老人進行實時監(jiān)測，該平臺需具備強大的組網(wǎng)功能?？紤]到ZigBee技術具有成本低、速率低、功耗低、可靠性高、應用簡單等特點，而且可自動組網(wǎng)，具有動態(tài)系統(tǒng)的可重構性，因此在進行前端監(jiān)測信息與后臺服務器的連接中，本平臺采用了ZigBee技術。利用ZigBee技術在室內(nèi)形成無線網(wǎng)絡，在匯集節(jié)點集聚通過傳感器節(jié)點轉發(fā)過來的信息，通過設置網(wǎng)關與Internet相連，將信息傳送到養(yǎng)老服務中心，服務人員和老人家屬可以通過訪問養(yǎng)老服務平臺獲取老人相關信息。

本平臺的設計由若干ZigBee協(xié)調(diào)器及帶有固定功能的ZigBee節(jié)點共同組成，通過ZigBee套件連接不同的傳感器或執(zhí)行器來實現(xiàn)每個模塊相應的功能，最終由ZigBee協(xié)調(diào)器接收處理結果或執(zhí)行的命令。

4.2 RFID定位技術

室內(nèi)是與人類生活關系最密切的場所，大量人類的應用需求都與室內(nèi)定位服務相關，例如室內(nèi)物品的存放位置、老人的位置等等，但由于室內(nèi)信號會受到門窗、墻壁等障礙物的影響，而且人員的定位對室內(nèi)環(huán)境和精確度要求比較高，傳統(tǒng)的定位技術無法滿足其需要，因此解決起來比較復雜，同時近年來室內(nèi)定位技術也隨之成為比較熱門的研究領域之一。目前在室內(nèi)環(huán)境下，大多數(shù)定位系統(tǒng)暴露了諸多缺點，而射頻識別定位技術以其非視距、成本低、功耗低、能快速確定目標位置等優(yōu)點，已經(jīng)成為室內(nèi)定位技術的解決方案之一。因此，在室內(nèi)為了實時定位老人的位置信息，本平臺采用了射頻識別定位技術，能更加精確的對老年人進行自動實時識別和追蹤，確保了老年人的安全。

4.3 傳感器技術

傳感器技術的工作原理是通過內(nèi)置的體溫、壓力感應、生物等傳感器，采集老人的身體狀態(tài)信息，迅速提取并分析相關傳來的數(shù)據(jù)，傳遞給協(xié)調(diào)器[3]。其目的是監(jiān)測人體特征，如脈搏、體溫、心跳血壓、血氧飽和度和心電等。目前對于老年人而言，他們的可穿戴設備可能是一部老人智能手機、智能腕表或智能眼鏡，這類可穿戴設備除了具備通話、語音等基本功能外，還具備一鍵求救、迅速定位以及實時監(jiān)測老人如脈搏、血壓、體溫、心電等的身體健康狀況。當某一傳感器監(jiān)測到老人的某一項身體參數(shù)超出正常限值時，可穿戴設備會主動報警或發(fā)出語音提示消息。例如當老人血壓超過一定的上限時，終端設備會自動報警，通知養(yǎng)老服務中心。上述都屬于主動監(jiān)測老年人的身體狀況，平臺也提供了一個語音模塊，方便了老人在遇到突發(fā)事件或感到身體狀況不舒服時，通過按鍵進行主動求助。因為老人終端是可穿戴式的，所以對傳感器的性能要求比較高，如精度要高、功耗要低和體積要小等。而且由于本平臺采用了RFID技術，所以在傳感器的選用中，我們使用了一款帶有內(nèi)嵌傳感器的射頻芯片，此芯片可以外接多個不同類型的傳感器。

4.4 數(shù)據(jù)融合技術

數(shù)據(jù)融合的基本原理是通過合理高效使用各種傳感器，有效利用傳感器技術，依據(jù)某種算法或優(yōu)化準則，在時空上將各類傳感器進行互補與冗余信息的組合，最終形成對監(jiān)測對象的統(tǒng)一進行描述。數(shù)據(jù)融合的目標是通過對信息的優(yōu)化組合，利用各種傳感器感知的信息，更精確的描述監(jiān)護對象的狀況以及當前所在的環(huán)境。

本平臺采用像素級融合方法，直接將采集到的來自于各種傳感器的未經(jīng)過預處理的原始數(shù)據(jù)，如時間、心跳、體溫、血壓、脈搏、血氧飽和度和心電等七種數(shù)據(jù)與定位信息進行融合的一種方式。

5 結論（Conclusion）

智慧養(yǎng)老是大勢所趨?？纱┐?、物聯(lián)網(wǎng)等作為新一代高科技技術能夠很好的服務于智慧養(yǎng)老產(chǎn)業(yè)。本文針對當前老年人的需求，依托可穿戴技術設計了一套軟硬件相結合的智慧養(yǎng)老服務平臺。它通過信息傳感裝置，如傳感器技術、RFID技術、ZigBee技術和無線傳感網(wǎng)絡等，以數(shù)據(jù)融合的方式，按照事先制定的協(xié)議將信息傳至后臺服務器終端，最終實現(xiàn)智慧養(yǎng)老的目標。該平臺對于如何防止可能出現(xiàn)的危險，以及維護老年人的身心健康，起到了有力的推動作用。

參考文獻（References）

[1] 孫文恒，張衡，李彩虹.一種新型虛擬養(yǎng)老院服務系統(tǒng)設計與

實現(xiàn)[J].軟件導刊，2013，（9）：81.

[2] 潘永友.基于物聯(lián)網(wǎng)技術的養(yǎng)老院管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].

杭州：杭州電子科技大學，2013.

[3] 苗素貞，彭平.基于物聯(lián)網(wǎng)技術的社區(qū)養(yǎng)老管理系統(tǒng)的研究

[J].廣東技術師范學院學報，2014（3）：16.

作者簡介：

朱靜宜（1982-），女，碩士，副教授.研究領域：云計算，物

聯(lián)網(wǎng).