基于信息融合居家養(yǎng)老服務(wù)平臺(tái)的構(gòu)建

章兵兵+吳韶波

摘 要：智慧居家養(yǎng)老的目的是為了給居家老人構(gòu)建一個(gè)健康、安全和舒適的生活環(huán)境。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與多源信息融合技術(shù)的結(jié)合，使得對(duì)老人的長期遠(yuǎn)程健康監(jiān)測和居家安防監(jiān)測成為可能，為居家養(yǎng)老服務(wù)提供了更好的解決方案。文中根據(jù)居家老人的生活需求和環(huán)境中存在的安全隱患，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、傳感器、多源傳感器數(shù)據(jù)融合等技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種基于信息融合的智慧居家養(yǎng)老服務(wù)平臺(tái)。該平臺(tái)利用多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)了對(duì)老人遠(yuǎn)程健康監(jiān)護(hù)、意外情況報(bào)警救助、住宅內(nèi)部環(huán)境參數(shù)監(jiān)測、生活業(yè)務(wù)受理等功能，縮短老人遇到突發(fā)情況的救治時(shí)間，及時(shí)保護(hù)老人的生命安全，減輕家屬及社會(huì)的養(yǎng)老壓力，具有一定的實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：智慧；居家養(yǎng)老；傳感器；多源信息融合；平臺(tái)

中圖分類號(hào)：TP319 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2017）08-00-03

0 引 言

人口老齡化是21世紀(jì)無法阻止的趨勢，也是全世界面臨的難題，而在我國這個(gè)問題更加嚴(yán)重，人口老齡化一直是不可忽視的問題。據(jù)公開數(shù)據(jù)顯示，截止2014年末，我國60周歲及以上老年人人口已達(dá)2.1億，占總?cè)丝诘?5.5%，65周歲及以上人口1.3億，占總?cè)丝诘?0.1%[1，2]，未來20年我國老年人人口仍將快速增長。隨著中國社會(huì)人口老齡化程度的持續(xù)增加，我國“421”家庭結(jié)構(gòu)已逐漸形成，導(dǎo)致我國“空巢”家庭大量增加，為國家的養(yǎng)老帶來了更大的挑戰(zhàn)。

隨著年齡的增加，老人的身體變得更加虛弱。大多數(shù)老人都患有2～3種并發(fā)癥多、病程長、隱性的慢性疾病，他們需要有連續(xù)的在醫(yī)療和生活方面的綜合護(hù)理服務(wù)，而這卻給現(xiàn)有的養(yǎng)老服務(wù)體系和醫(yī)療衛(wèi)生體系帶來了很大挑戰(zhàn)。在我國“9073”特殊養(yǎng)老體制下，如何提高居家養(yǎng)老服務(wù)的能力與效率，為老人提供全方位的服務(wù)和照料，構(gòu)建面向大多數(shù)老年人群的智慧居家養(yǎng)老服務(wù)體系已成為目前我國社會(huì)最為關(guān)注的熱點(diǎn)及難點(diǎn)問題之一。

“智慧居家養(yǎng)老”是最近興起的一種養(yǎng)老模式。它以個(gè)人家庭為核心、以居民社區(qū)為依托、以專業(yè)的團(tuán)隊(duì)服務(wù)為依靠，為獨(dú)居在家的老人提供一個(gè)健康、舒適和安全的生活環(huán)境[3]。它利用物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)如傳感器、ZigBee網(wǎng)絡(luò)、RFID、移動(dòng)通信等，在居家老人經(jīng)?；顒?dòng)的場所以及老人身上，根據(jù)需要來安裝各種類型的傳感器，這些不同種類的傳感器能夠?qū)崟r(shí)采集與老人相關(guān)的各種數(shù)據(jù)，包括老人的活動(dòng)軌跡、生理參數(shù)信息等，然后通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送到協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器再與遠(yuǎn)程服務(wù)器完成數(shù)據(jù)交換[4]。智慧居家養(yǎng)老平臺(tái)將老年人、子女、養(yǎng)老服務(wù)中心緊密聯(lián)系在一起[1]，可為老人提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

本文依據(jù)目前我國獨(dú)居老人在家可能會(huì)遇到的安全問題、隱患和各種生活上的需求，構(gòu)建了一個(gè)基于多傳感器信息融合的居家養(yǎng)老服務(wù)平臺(tái)。該平臺(tái)通過信息采集終端來獲取老人的信息（生命體征參數(shù)和家居環(huán)境參數(shù)），然后利用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地將數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程管理中心的服務(wù)器端。服務(wù)器結(jié)合多源信息融合處理、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)的信息處理技術(shù)為老人提供疾病風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、醫(yī)療決策調(diào)度、家居環(huán)境安全隱患報(bào)警和業(yè)務(wù)受理等服務(wù)，為居家老人提供一個(gè)健康、安全的居住環(huán)境。

1 智慧居家養(yǎng)老服務(wù)平臺(tái)的需求分析

一般居家老人由于年齡大，記憶力下降，腿腳不靈便，生理機(jī)能衰退，日常操作能力降低等因素，在家中可能會(huì)發(fā)生一些意外情況，如經(jīng)常忘記關(guān)煤氣閥門，造成煤氣泄漏；有時(shí)長時(shí)間煮東西無人問津，可能會(huì)引發(fā)火災(zāi)；老年人在家也可能發(fā)生意外跌倒、休克、卡食、觸電、墜床等危險(xiǎn)，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，就可能存在生命危險(xiǎn)。因此根據(jù)獨(dú)居老人存在的安全隱患和生活需求提出將物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)應(yīng)用到老人的居家生活中，為老人提供遠(yuǎn)程健康監(jiān)測服務(wù)、居家安全報(bào)警服務(wù)、生活業(yè)務(wù)受理服務(wù)、請(qǐng)求應(yīng)答呼叫服務(wù)及老人室內(nèi)外定位服務(wù)等。

（1）遠(yuǎn)程健康監(jiān)測服務(wù)。該類服務(wù)利用先進(jìn)、精密的可穿戴設(shè)備對(duì)老人各項(xiàng)醫(yī)療測量指標(biāo)如呼吸頻率、脈搏、血壓、血糖、心電、體溫等進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測，并把數(shù)據(jù)傳輸至養(yǎng)老服務(wù)平臺(tái)，平臺(tái)根據(jù)得到的生理參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行醫(yī)療和行為數(shù)據(jù)融合處理，綜合分析得出老人的健康狀態(tài)，是否患有易發(fā)病和慢性疾病，行為是否異常，老人是否跌倒、卡食、休克等。若發(fā)現(xiàn)有異常情況發(fā)生，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)通知服務(wù)人員或老人子女，并采取相應(yīng)措施幫助老人最快獲救，以達(dá)到保障老人生命安全的目的。

（2）居家安全報(bào)警服務(wù)。該類服務(wù)主要為老人提供家居環(huán)境安全隱患預(yù)防與報(bào)警服務(wù)。此服務(wù)適用于家中某段時(shí)間無人，可能會(huì)出現(xiàn)煤氣泄漏、火災(zāi)、被盜等情況；或老人因年齡大，記憶力減退，燒煮食物忘記關(guān)火而發(fā)生煤氣泄漏等情況。當(dāng)安裝相關(guān)安防終端后，探測器能夠感知家里煙霧和可燃?xì)怏w的濃度，一旦發(fā)生危險(xiǎn)，報(bào)警裝置會(huì)及時(shí)報(bào)警提醒老人，同時(shí)遠(yuǎn)程服務(wù)中心也能夠在第一時(shí)間得到報(bào)警信息，工作人員可及時(shí)趕到，降低損失，使老人的人身安全和財(cái)產(chǎn)得到有力保障。

（3）生活業(yè)務(wù)受理服務(wù)。該類服務(wù)主要是為解決老人子女因工作長期不在家，無法時(shí)刻陪伴在老人身邊，而老人由于年齡大，身體不方便，在生活上需要他人幫助和照料的問題。居家養(yǎng)老服務(wù)平臺(tái)會(huì)根據(jù)老人的實(shí)時(shí)需要提供各種上門服務(wù)，包括家政、理發(fā)、送水、拿藥看病、上門送餐、網(wǎng)上購物指導(dǎo)、物業(yè)維修、精神慰藉等[5]，讓老人感受到關(guān)懷，時(shí)刻給予他們家庭般的溫暖。

（4）請(qǐng)求應(yīng)答呼叫服務(wù)。該類服務(wù)主要從獨(dú)居老人身體條件差這一特點(diǎn)和容易遇到突發(fā)狀況考慮。通過此服務(wù)，當(dāng)老人遇到緊急、重大事情或一般性的求助如突然生病，家中著火，意外跌倒等可以請(qǐng)求救援，在智能終端處有緊急求救按鈕，老人可根據(jù)需要按下。求救信號(hào)會(huì)立刻發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)中心，當(dāng)服務(wù)中心收到老人的求救信息后，中心人員隨即安排相應(yīng)的服務(wù)人員進(jìn)行處理，挽救老人生命，避免老人在身體受到傷害時(shí)錯(cuò)過最佳救治時(shí)間，為老人提供人性化服務(wù)。

（5）老人室內(nèi)外定位服務(wù)。該類服務(wù)的主要目的是方便老人子女及服務(wù)人員快速查找老人的具體位置。在老人家中，當(dāng)老人發(fā)生意外需要救援時(shí)，平臺(tái)可以通過室內(nèi)定位技術(shù)快速、準(zhǔn)確地確定老人的具體位置，縮短救助老人的時(shí)間；在室外，當(dāng)老人走失或發(fā)生緊急情況時(shí)，家屬和中心服務(wù)人員也能夠在第一時(shí)間定位到老人的具體位置，使老人得到及時(shí)救助，以保證老人的生命安全。子女也可以實(shí)時(shí)查看父母的運(yùn)動(dòng)軌跡，給父母更多的關(guān)心和關(guān)愛。endprint

2 居家養(yǎng)老服務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

2.1 平臺(tái)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

居家養(yǎng)老服務(wù)平臺(tái)旨在解決獨(dú)居老人在家無人照看時(shí)，老人的身體健康出現(xiàn)狀況和遇到緊急情況如突發(fā)疾病、摔倒、發(fā)生火災(zāi)或煤氣泄漏等問題時(shí)，老人的親屬或服務(wù)人員能夠及時(shí)收到信息以保障老人的生命和財(cái)產(chǎn)安全。本平臺(tái)基于可穿戴設(shè)備，借助物聯(lián)網(wǎng)、傳感器、ZigBee網(wǎng)絡(luò)和多源傳感器信息融合等新的信息化技術(shù)，設(shè)計(jì)出的智慧居家養(yǎng)老服務(wù)平臺(tái)的整體架構(gòu)如圖1所示。

該平臺(tái)由4個(gè)模塊構(gòu)成，第一個(gè)模塊為本地監(jiān)護(hù)終端，即信息采集終端；第二個(gè)模塊為無線通信模塊；第三個(gè)模塊為遠(yuǎn)程服務(wù)器端模塊；第四個(gè)模塊為遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)終端模塊。這4個(gè)模塊之間完成數(shù)據(jù)的交換和處理，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，為老人提供遠(yuǎn)程健康監(jiān)護(hù)、居家安防報(bào)警、生活業(yè)務(wù)受理、請(qǐng)求應(yīng)答呼叫等服務(wù)。4個(gè)模塊的各自功能如圖2所示。

2.2 遠(yuǎn)程服務(wù)中心的設(shè)計(jì)

智慧養(yǎng)老服務(wù)平臺(tái)的中心服務(wù)器是該平臺(tái)的核心，它接收智能終端多個(gè)傳感器發(fā)送的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類存儲(chǔ)、分析處理，通過數(shù)據(jù)融合算法來監(jiān)測居家老人的健康狀態(tài)、日常行為是否有異常以及家居安防情況。當(dāng)老人遇到突發(fā)事件或走失時(shí)能夠?qū)崟r(shí)查看老人的具體位置并給予幫助；當(dāng)老人在生活上需要幫助時(shí)服務(wù)人員也可及時(shí)上門服務(wù)。該服務(wù)器將老人與服務(wù)人員緊密聯(lián)系在一起，使老人時(shí)刻都能感受到家的溫暖。圖3所示為遠(yuǎn)程服務(wù)器平臺(tái)的功能設(shè)計(jì)。

3 關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的高度集成和綜合應(yīng)用，它利用融合協(xié)同的泛在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將事物聯(lián)接起來實(shí)現(xiàn)服務(wù)智慧化。它通過部署具有一定感知、計(jì)算、執(zhí)行和通信等能力設(shè)備，如射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、GPS等，按約定協(xié)議通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息的傳輸、協(xié)同和處理，從而實(shí)現(xiàn)物與物、物與人、人與人之間的連接，達(dá)到對(duì)物體進(jìn)行智能化識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理的網(wǎng)絡(luò)[6，7]。

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)盛行的今天，為解決空巢老人的居家養(yǎng)老問題，本平臺(tái)利用物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)智能化居家養(yǎng)老（利用傳感器技術(shù)和數(shù)據(jù)融合來對(duì)老人的身體狀況進(jìn)行長期遠(yuǎn)程監(jiān)控，對(duì)居家環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，保證老人的人身安全。老人在家若遇到突發(fā)事件，則可通過求救裝置和平臺(tái)對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得到老人的狀態(tài)，使老人能夠得到及時(shí)救治。利用定位技術(shù)可對(duì)老人進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，以便及時(shí)處理老人遇到的緊急情況和突發(fā)事件），以滿足居家老人的日常生活需求，為老人的生命健康和舒心生活提供有效保障。

3.2 傳感器技術(shù)

傳感器技術(shù)的工作原理是將一些事物的微小變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過內(nèi)置的體溫、生物等傳感器采集老人的生理數(shù)據(jù)指標(biāo)（血壓、血糖、心率、脈搏、體溫、血氧飽和度等）和居家環(huán)境參數(shù)（CO濃度、煙霧濃度、室溫等），對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析處理和打包，并利用無線通信方式將數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)器端[8]。在服務(wù)器端做數(shù)據(jù)融合處理，其目的在于長期、準(zhǔn)確地監(jiān)測老人的身體特征和居家安防情況。當(dāng)某一傳感器檢測到數(shù)據(jù)異常時(shí)，智能終端會(huì)主動(dòng)報(bào)警或?qū)?shù)據(jù)發(fā)送到養(yǎng)老服務(wù)平臺(tái)，及時(shí)通知養(yǎng)老服務(wù)人員，以便迅速采取相應(yīng)的處理措施。

3.3 室內(nèi)外定位技術(shù)

在居家養(yǎng)老中，老人由于年齡大，身體機(jī)能下降，記憶力減退等不利因素，會(huì)導(dǎo)致一些意外情況發(fā)生，如走失、跌倒、突發(fā)疾病等，這時(shí)能及時(shí)獲取老人的地理位置就顯得極為重要。室外定位技術(shù)如今已非常成熟，定位精度很高，如“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、GPS等，但室內(nèi)定位技術(shù)很復(fù)雜，是由于室內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，信號(hào)經(jīng)常會(huì)受到門窗、家具、墻壁等室內(nèi)障礙物的影響，導(dǎo)致室內(nèi)定位精度降低，甚至無法做到精確定位。但對(duì)于居家老人來說，室內(nèi)是他們生活時(shí)間最長的地方，因此精確定位老人在室內(nèi)的具體位置尤為重要。目前在室內(nèi)環(huán)境下，很多定位系統(tǒng)都存在缺陷，且定位精度低，而WiFi定位技術(shù)以其部署靈活、成本低、產(chǎn)品成熟、使用方便等優(yōu)點(diǎn)已成為室內(nèi)定位技術(shù)的優(yōu)先選擇[9]。為了在室內(nèi)能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地獲取老人的位置信息，本養(yǎng)老服務(wù)平臺(tái)采用了WiFi定位技術(shù)來對(duì)老人進(jìn)行自動(dòng)實(shí)時(shí)識(shí)別和追蹤，以確保老人的安全。

3.4 多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)

該技術(shù)充分利用多個(gè)同類或不同類傳感器所提供的數(shù)據(jù)資源，采用計(jì)算機(jī)技術(shù)依據(jù)某種算法或優(yōu)化準(zhǔn)則對(duì)其進(jìn)行分析處理[10，11]，消除信息冗余和矛盾，通過互補(bǔ)降低不確定性，獲得對(duì)被測對(duì)象的一致性解釋與描述，使系統(tǒng)能夠獲得更加充分的信息，從而提高系統(tǒng)決策和規(guī)劃。

本養(yǎng)老服務(wù)平臺(tái)采取特征值融合方法，先對(duì)采集到的來自各種傳感器的原始數(shù)據(jù)如脈搏、體溫、心電、血壓、時(shí)間、CO濃度、煙霧濃度等進(jìn)行特征提取，然后根據(jù)特征對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、匯聚和融合，將老人可能遇到的突發(fā)情況、疾病與特征值一一對(duì)應(yīng)，進(jìn)行決策分析，更加精確的描述老人的身體狀況和當(dāng)前的生活情況，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)的目的。

4 結(jié) 語

“百善孝為先“是我國的傳統(tǒng)美德，在如今我國人口老齡化日益嚴(yán)重的今天，智慧居家養(yǎng)老服務(wù)平臺(tái)可以給老人提供一個(gè)更加舒適、安全、健康的生活環(huán)境，有助于他們安度晚年。本文針對(duì)居家老人可能存在的安全隱患和生活需求，依托物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)設(shè)計(jì)了一套軟硬件結(jié)合的智慧居家養(yǎng)老服務(wù)平臺(tái)。它通過智能終端裝置，以多傳感器信息融合的方式將獲得的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行特征值提取后發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)器，在服務(wù)器端做出相應(yīng)處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)老人的遠(yuǎn)程監(jiān)控和照顧，最終實(shí)現(xiàn)智慧居家養(yǎng)老的目的。

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