基于云平臺的健康監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與創(chuàng)新

譚瑤，趙君君，皮春春（.武漢科技大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，武漢430065；.武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，武漢430065）

基于云平臺的健康監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與創(chuàng)新

譚瑤1，趙君君1，皮春春2
（1.武漢科技大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，武漢430065；2.武漢科技大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，武漢430065）

0　引言

隨著移動醫(yī)療熱潮的興起，醫(yī)療產(chǎn)品結(jié)合移動智能終端的研發(fā)成了當(dāng)前的研究熱點。美國是開展智能醫(yī)療監(jiān)控方面研究比較早的國家，最早的應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用于對宇航員進行無創(chuàng)生理數(shù)據(jù)監(jiān)測以及戰(zhàn)場傷病員急救等方面。目前越來越多的移動電子醫(yī)療產(chǎn)品投入商業(yè)應(yīng)用，在監(jiān)護類設(shè)備、運動類裝備（如腕表、鞋類）以及消費產(chǎn)品等領(lǐng)域，已經(jīng)有越來越多的相關(guān)產(chǎn)品進入人們的視野，并擁有一定的用戶群體。人們可以通過可穿戴的移動醫(yī)療設(shè)備對自己的基本健康狀況進行檢測并實時顯示，同時這些身體健康狀況的數(shù)據(jù)還可以長期存儲，方便隨時查詢和健康狀況的跟蹤分析。

在大數(shù)據(jù)時代，用戶對數(shù)據(jù)處理的要求和精準(zhǔn)度更加多元化。從技術(shù)上看，要求開發(fā)人員用更加敏捷的開發(fā)流程、更加安全、便捷的數(shù)據(jù)存儲方式、更加高效的數(shù)據(jù)處理方式來實現(xiàn)。在開發(fā)流程、開發(fā)框架、數(shù)據(jù)存儲和處理方面的創(chuàng)新和優(yōu)化，對于軟件開發(fā)來說有著重要意義。

近年來，智能醫(yī)療設(shè)備正在迅速發(fā)展，同時也涌現(xiàn)出了一些問題。智能醫(yī)療數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)包括生理數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲以及分析處理等方面。市場上大多數(shù)智能健康類產(chǎn)品是一樣的，缺乏有效的數(shù)據(jù)存儲以及深入的數(shù)據(jù)分析等功能；健康數(shù)據(jù)采集設(shè)備方面的研究大多集中于大型穿戴式檢測設(shè)備，沒有將各種采集設(shè)備統(tǒng)一集成起來，對于用戶來說不夠便利；隨著互聯(lián)網(wǎng)和無線通信技術(shù)的發(fā)展，目前關(guān)于數(shù)據(jù)的傳輸技術(shù)更加成熟穩(wěn)定；目前的智能醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)存儲一般都存在本地數(shù)據(jù)庫中，相對來說不夠安全和穩(wěn)定。

1　設(shè)計方案與實現(xiàn)

1.1整體框架

本課題提出的基于云平臺的健康監(jiān)測系統(tǒng)的模型如圖1所示。

人體在數(shù)據(jù)采集端通過傳感器測得基本體征數(shù)據(jù)，通過藍牙模塊傳送至移動端存儲，移動端通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器。當(dāng)人們需要時，在移動終端下載App同步健康檢測數(shù)據(jù)，即可在終端查看數(shù)據(jù)及分析健康情況。

圖1　基于云平臺的健康監(jiān)測系統(tǒng)模型

1.2具體功能實現(xiàn)及分析

（1）硬件端的實現(xiàn)

硬件端為數(shù)據(jù)采集設(shè)備，通過相應(yīng)的傳感器實現(xiàn)體溫、血壓、心率等指標(biāo)的測量。嵌入式云測量部分采用飛思卡爾解決方案，電源供電部分采用TI解決方案。其采用SPI總線和下一級通信，模擬傳感器（紅外溫度傳感器、壓力傳感器），同時留出接口，便于擴展。同時，該MCU負(fù)責(zé)和外界通信，處理前一級SPI總線傳過來的數(shù)據(jù)。

（2）后臺框架

后臺使用基于Python的Django REST Framework框架實現(xiàn)，主要提供包括用戶個人信息管理、用戶數(shù)據(jù)管理、家庭關(guān)系管理、健康數(shù)據(jù)訪問權(quán)限管理等一系列服務(wù)的API接口。

健康監(jiān)測系統(tǒng)的后臺邏輯較為清晰、簡單，主要目的是處理以數(shù)據(jù)存取為主的與數(shù)據(jù)相關(guān)的全部業(yè)務(wù)，提供API給Android端訪問。Django REST Framework就是基于Django的REST框架，是一個集健壯性與彈性于一體的開發(fā)框架。選擇Django作為后臺框架的主要原因是基于其本身的特性——簡便、快速開發(fā)數(shù)據(jù)庫驅(qū)動的應(yīng)用，較為符合本系統(tǒng)的需求。

例如，本系統(tǒng)的用戶信息表結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1　User數(shù)據(jù)庫表

在數(shù)據(jù)處理方面，Django有自己的一套ORM （對象關(guān)系映射），即在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫和業(yè)務(wù)實體對象間做一個映射，它提供了比較完善的數(shù)據(jù)庫操作，明顯降低了學(xué)習(xí)曲線并提高了開發(fā)效率。在Django框架中的models.py中定義數(shù)據(jù)庫代碼如下：

定義好數(shù)據(jù)庫后，調(diào)用數(shù)據(jù)庫同步命令即可創(chuàng)建相應(yīng)的表，接下來可以在views.py中用ORM封裝好的命令對數(shù)據(jù)庫進行增刪改查等操作。

此外，Django還內(nèi)置了非常便捷的管理應(yīng)用工具——Admin。通過相應(yīng)的安裝、配置和運行后，即可通過默認(rèn)位置 http://localhost:8000/admin/訪問數(shù)據(jù)庫后臺管理頁面，能夠隨時查看數(shù)據(jù)庫表、并對其操作。在admin.py中激活使用代碼如下：

（3）云平臺

隨著云計算的提出和發(fā)展，越來越多的企業(yè)開始提供云平臺服務(wù)。利用云平臺，我們可以低成本、快捷地搭建和部署服務(wù)，便捷地管理數(shù)據(jù)庫，實時監(jiān)控主機狀態(tài)。

云平臺的主要功能是作為服務(wù)器，部署服務(wù)提供API給移動端調(diào)用并且接收移動端上傳的數(shù)據(jù)，使用MySQL數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)。這里MySQL和后臺處理服務(wù)既可以在同一臺服務(wù)器，也可以部署在不同的服務(wù)器上，以實現(xiàn)分布式計算。

（4）移動端的交互

這里我們以Android App為例作為移動端實現(xiàn)和硬件端和云平臺的交互。

Android App首先通過藍牙的串行通訊從硬件端獲取數(shù)據(jù)信息，存儲到本地的數(shù)據(jù)庫中。

通過上傳功能，在有網(wǎng)絡(luò)的情況下，將本地數(shù)據(jù)庫中沒有上傳的數(shù)據(jù)封裝成JSON格式的字符串，通過調(diào)用服務(wù)端的API用POST方法上傳到服務(wù)端。服務(wù)端收到POST請求后把JSON格式數(shù)據(jù)解析出來，并寫入到數(shù)據(jù)庫?？蛻舳瞬捎迷隽糠绞酵剑看瓮ㄟ^API把上次同步的時間戳傳到客戶端，同步時客戶端根據(jù)時間戳將之后的數(shù)據(jù)——即尚未同步的數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器。

同時Android App還要提供UI供用戶查看健康數(shù)據(jù)信息、健康狀態(tài)分析等其他功能。

2　存在的問題及解決思路

2.1引入“家庭”概念，共享健康信息

目前移動智能設(shè)備不僅是一種潮流，也是一種需要，我們不僅關(guān)心自己的健康數(shù)據(jù)，也關(guān)心家人朋友的健康信息，尤其是老人孩子，如果能夠及時有效地知曉他們的健康信息，在必要的時候可以預(yù)防危險情況的發(fā)生。而在現(xiàn)有的大多數(shù)產(chǎn)品中，只是針對使用產(chǎn)品的用戶，供其查看自己的信息、分享至社交平臺等。因此，我們提出建立家庭關(guān)系，與其他用戶綁定，可以共享他人信息。

通過建立家庭關(guān)系表來定義哪些人屬于同一個“家庭”，通過建立用戶數(shù)據(jù)權(quán)限表來定義每個用戶將自己的那些數(shù)據(jù)項公開給同屬一個家庭的用戶，用戶可以管理個人關(guān)系和數(shù)據(jù)，并在共享數(shù)據(jù)的同時保護個人隱私。

本系統(tǒng)涉及家庭關(guān)系的家庭信息表和數(shù)據(jù)訪問權(quán)限信息表如表2、表3所示。

表2　Family數(shù)據(jù)庫表

2.2收集健康標(biāo)準(zhǔn)，給出健康分析

目前的移動智能產(chǎn)品大多只是機械地顯示測量數(shù)據(jù)，而忽略了數(shù)據(jù)本身的意義。我們?yōu)榇颂峁┝梭w溫、血壓、體重等各項數(shù)據(jù)的參考標(biāo)準(zhǔn)，測量得到真實數(shù)據(jù)后，提示用戶測量數(shù)據(jù)處在什么樣的位置，是否可能有健康隱患。例如正常人體腋下體溫值的范圍是［36.0℃，37.0℃］。當(dāng)用戶測量得到自己的體溫值是37.5℃時，在Android端顯示真實數(shù)據(jù)的同時，將給出一個人體正常體溫的參考指標(biāo)，并提示用戶目前可能處于低熱狀態(tài)，最好盡快做進一步檢查。

2.3測量設(shè)備與移動端帳號相互獨立

將用戶與硬件端綁定進而傳輸數(shù)據(jù)是一種常見的硬件、軟件交互方式，但在這里用戶獨占了硬件設(shè)備，不便于設(shè)備分享。為了分離測量設(shè)備與移動端用戶，我們通過“熱測量”的方式來解決該問題，測量時只需即時用藍牙連接測量設(shè)備，降低了使用成本，更加便捷地實現(xiàn)了多人共享同一設(shè)備。

2.4利用負(fù)載均衡緩解服務(wù)器壓力

在分布式計算的基礎(chǔ)上，隨著用戶量和數(shù)據(jù)量的增加，可能會帶來服務(wù)器壓力過大，處理請求緩慢、超時等情況。這里還可以使用云平臺提供的負(fù)載均衡服務(wù)來提高服務(wù)器的性能和工作負(fù)載能力。目前企業(yè)使用的所謂“負(fù)載均衡服務(wù)器”，實際上是應(yīng)用系統(tǒng)的一種控制服務(wù)器，所有用戶的請求由此服務(wù)器分發(fā)，根據(jù)各個實際處理服務(wù)器狀態(tài)將請求具體分配到某個實際處理服務(wù)器中，同時，對外公開的域名與IP地址都是這臺服務(wù)器。

3　結(jié)語

本文給出了基于云平臺的健康監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計，整個系統(tǒng)綜合運用了現(xiàn)在較為流行的技術(shù)手段，開發(fā)方法，包括云平臺相關(guān)技術(shù)、Android開發(fā)技術(shù)、Django后臺開發(fā)、MySQL數(shù)據(jù)庫等，同時對現(xiàn)存的問題進行了分析和優(yōu)化?？梢罁?jù)本文實現(xiàn)健康監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)，具有一定的參考意義。

［1］丘恩（Chun W.J.）著.Python核心編程［M］.宋吉廣譯.北京：人民郵電出版社，2008.7.

［2］Brian Hardy，Bill Phillips著.Android編程權(quán)威指南［M］.王明發(fā)譯.北京：人民郵電出版社，2004.4.

［3］顧宏明.基于云平臺的移動醫(yī)療健康服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［D］.北京：北京郵電大學(xué)，2012.

Cloud Platform；Mobile Medical；Android

Design and Innovation in Health Monitoring System Based on Cloud Platform

TAN Yao1，ZHAO Jun-jun1，PI Chun-chun2
（1.College of Computer Science and Technology，Wuhan University of Science and Technology，Wuhan 430065；2.College of Information Science and Engineering，Wuhan University of Science and Technology，Wuhan430065）

1007-1423（2016）18-0071-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2016.18.017

譚瑤（1994-），女，湖北武漢人，在讀本科，研究方向為計算機應(yīng)用

趙君君（1994-），男，重慶綦江人，在讀本科，研究方向為計算機應(yīng)用

皮春春（1993-），男，湖南常德人，在讀本科，研究方向為FPGA視頻處理

2016-04-12

2016-06-10

隨著醫(yī)療熱潮的興起，醫(yī)療產(chǎn)品結(jié)合移動智能終端的研發(fā)成了當(dāng)前的研究熱點。基于云平臺的健康監(jiān)測產(chǎn)品的應(yīng)用可以讓大眾受益匪淺。該系統(tǒng)通過硬件傳感設(shè)備測量人體健康數(shù)據(jù)，并通過藍牙模塊傳輸至Android智能終端，通過Android端顯示用戶測量信息并將數(shù)據(jù)上傳至云平臺存儲，用戶可以從云平臺同步健康信息，通過設(shè)置分享他人信息。整個系統(tǒng)綜合運用了云平臺相關(guān)技術(shù)、Android開發(fā)技術(shù)、Django后臺開發(fā)和MySQL數(shù)據(jù)庫。

云平臺；移動醫(yī)療；Android

湖北省高等學(xué)校省級教學(xué)研究項目（No.2012215）

With the rise of intelligent medical，the research and development of medical products combined with intelligent mobile terminal has become the current research focus.The public can benefit a lot from the health monitoring products based on cloud platform.The application measures the data of health indicator through hardware sensors and sends the data to Android terminal through Bluetooth transmission module.Data will display by Android app and will be sent to cloud platform.Users can synchronize health information from the cloud platform and share information with others.The whole system applies the cloud platform related technology，Android development technology，Django background development and MySQL database.