基于云平臺的智慧健康養(yǎng)老服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

許繼勇，舒明雷，周書旺，劉彬，高天雷

(山東省計算中心(國家超級計算濟南中心)，山東省計算機網(wǎng)絡(luò)重點實驗室，山東 濟南250014)

基于云平臺的智慧健康養(yǎng)老服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

許繼勇，舒明雷，周書旺，劉彬，高天雷

(山東省計算中心(國家超級計算濟南中心)，山東省計算機網(wǎng)絡(luò)重點實驗室，山東 濟南250014)

為了滿足老年人智慧健康養(yǎng)老的需求，利用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)手段，構(gòu)建了基于云平臺的智慧健康養(yǎng)老服務(wù)系統(tǒng)。設(shè)計并研制了適用于家庭環(huán)境下的健康一體機、智能床墊等智能終端，實現(xiàn)生理參數(shù)采集和生命體征監(jiān)測；開發(fā)了智慧健康養(yǎng)老服務(wù)網(wǎng)站和移動客戶端軟件；建立了老年健康動態(tài)監(jiān)測機制，實現(xiàn)了信息共享，能夠為老年人提供健康指導、慢病管理、遠程問診、安全監(jiān)護等服務(wù)。該系統(tǒng)推動了健康養(yǎng)老服務(wù)的智慧化升級，提升了健康養(yǎng)老服務(wù)質(zhì)量效率水平。

云平臺；智慧健康養(yǎng)老；健康一體機；智能床墊

Abstract∶To meet the needs of the intelligent health care service for the aged, a cloud platform based intelligent health care service system was designed and implemented using the Internet, internet of things, cloud computing and other technologies. Intelligent terminals intended for use in home environment, such as “all-in-one” health machine and smart mattress were designed and developed to collect the physiological data and monitor vital signs. And it also includes website and mobile client software of intelligent health service for the aged. The system established a dynamic monitoring mechanism for the elderly’s health, which makes information shared together, provides healthy instruction, chronic diseases management, diagnosis through remove video, safety custody and other services for the elderly, which promotes intelligent level of aged health care service, and improves the efficiency and quality of old-age health service.

Key words∶cloud platform； intelligent health care service for elderly； “all-in-one” health machine； smart mattress

截至2016年底，我國60歲及以上的老年人口已達2.3億，約占總?cè)丝诘牧种?，老齡化程度持續(xù)加深[1]。進入老齡化社會后，老年人對于醫(yī)療保健、康復護理等服務(wù)的剛性需求日益增加。而且，老齡化進程與城鎮(zhèn)化、家庭小型化、空巢化相伴隨，與經(jīng)濟社會轉(zhuǎn)型期各類矛盾相交織，流動老人和留守老人規(guī)模不斷增加，越來越多的家庭面臨照料者缺失的問題。老年人的健康服務(wù)需求已成為“十三五”期間迫切需要解決的重要問題[2]。

《“健康中國2030”規(guī)劃綱要》、《“十三五”國家老齡事業(yè)發(fā)展和養(yǎng)老體系建設(shè)規(guī)劃》、《智慧健康養(yǎng)老產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃2017—2020年》、《“十三五”健康老齡化規(guī)劃》等一系列政策都提出：實施“互聯(lián)網(wǎng)+”養(yǎng)老工程，推進信息技術(shù)支撐健康養(yǎng)老發(fā)展，發(fā)展智慧健康養(yǎng)老新業(yè)態(tài)；充分運用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)手段，創(chuàng)新健康養(yǎng)老服務(wù)模式，開展面向家庭、社區(qū)的智慧健康養(yǎng)老應用示范，提升健康養(yǎng)老服務(wù)覆蓋率和質(zhì)量效率；搭建智慧健康養(yǎng)老服務(wù)平臺，對接各級醫(yī)療衛(wèi)生及養(yǎng)老服務(wù)資源，建立老年健康動態(tài)監(jiān)測機制，整合信息資源，實現(xiàn)信息共享，為老年人提供健康指導、慢病管理、安全監(jiān)護等服務(wù)[2-5]。

為了滿足老年人智慧健康養(yǎng)老的需求,本文提出了一種基于云平臺的智慧健康養(yǎng)老服務(wù)系統(tǒng)，設(shè)計并研制了適應家庭需求的高度集成、數(shù)字化、智能化的健康采集和管理終端——健康一體機，實現(xiàn)生理參數(shù)采集和生命體征監(jiān)測；開發(fā)了智慧健康養(yǎng)老服務(wù)網(wǎng)站和移動端客戶端，建立了老年人動態(tài)健康檔案，為老年人提供健康指導、慢病管理、遠程問診、安全監(jiān)護等服務(wù)。該系統(tǒng)能夠推動健康養(yǎng)老服務(wù)的智慧化升級，提升健康養(yǎng)老服務(wù)質(zhì)量效率水平，并助力醫(yī)養(yǎng)結(jié)合養(yǎng)老模式的構(gòu)建。

1 智慧健康養(yǎng)老系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計

針對智慧健康養(yǎng)老的服務(wù)模式和需求，本文提出智慧健康養(yǎng)老服務(wù)系統(tǒng)，以物聯(lián)網(wǎng)三層基礎(chǔ)架構(gòu)模式為中心，結(jié)合健康采集和管理終端、智能穿戴設(shè)備，建立如圖1所示的以智能健康養(yǎng)老終端、異構(gòu)傳輸網(wǎng)絡(luò)和健康養(yǎng)老數(shù)據(jù)管理與服務(wù)為主的體系架構(gòu)。

圖1 智慧健康養(yǎng)老系統(tǒng)架構(gòu)Fig.1 Architecture of the intelligent health care system for the elderly

1.1智能健康養(yǎng)老終端

智能健康養(yǎng)老終端主要由老年手機、定位器、智能手表、智能拐杖、健康一體機、GPRS血壓計、智能床墊等多類型的智能養(yǎng)老監(jiān)護設(shè)備、便攜式健康監(jiān)測設(shè)備、自助式健康檢測設(shè)備、智能穿戴設(shè)備組成，實現(xiàn)位置信息及生命體征信息的實時、連續(xù)監(jiān)測。

1.2異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)傳輸

基于數(shù)據(jù)融合、壓縮感知等方法，將智能健康養(yǎng)老終端獲取的海量異構(gòu)數(shù)據(jù)，通過有線、Wi-Fi、GPRS/3G/4G等異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境傳輸?shù)皆朴嬎阒行摹?/p>

1.3健康養(yǎng)老數(shù)據(jù)管理與服務(wù)

以山東省云計算中心、國家超級計算濟南中心、山東省數(shù)據(jù)災備中心為平臺支撐，建立老年人動態(tài)電子健康檔案，整合信息資源，為老年人提供智慧健康養(yǎng)老服務(wù)與管理，提高老年人健康水平和生活質(zhì)量。

2 智慧健康養(yǎng)老系統(tǒng)方案設(shè)計

綜合考慮智慧健康養(yǎng)老服務(wù)模式和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，依據(jù)上述智慧健康養(yǎng)老平臺架構(gòu)，針對以下部分進行設(shè)計，實現(xiàn)生理參數(shù)采集和生命體征監(jiān)測、遠程健康管理、健康指導、慢病管理、安全監(jiān)護的目的。

2.1智能健康養(yǎng)老終端設(shè)計

智能健康養(yǎng)老終端可以實現(xiàn)位置信息、生理參數(shù)和健康狀態(tài)信息的實時監(jiān)測、采集，主要由智能穿戴式手表、健康一體機和智能床墊組成。

2.1.1 智能穿戴式手表

本智能穿戴式手表基于MTK方案，采用MT6260A芯片，利用GPS+LBS基站+Wi-Fi定位技術(shù)，三維定位，獲取位置信息，利用光感應心率檢測傳感器、三維加速度傳感器、溫度傳感器采集心率、體溫、運動數(shù)據(jù)，并使用OLED顯示屏實時顯示時間、溫度、計步功能。采用低功耗物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點協(xié)議棧，超長待機。

2.1.2 健康一體機

為適用于家庭環(huán)境下的生命體征檢測，基于無線體域網(wǎng)(wireless body area network，WBAN)[6]，設(shè)計了一種高度集成、數(shù)字化、擴展性好、使用方便、便于攜帶的智能健康檢測設(shè)備——健康一體機。健康一體機基于STM32芯片，通過A/D轉(zhuǎn)換電路、信號采集放大電路采集人體生理參數(shù)，通過藍牙和RS232串口外接生化檢測設(shè)備，通過OLED顯示模塊顯示采集實時數(shù)據(jù)，通過GPRS模塊、以太網(wǎng)控制器和藍牙模塊，將采集的人體生理參數(shù)上傳至云平臺[6]，其框架結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 健康一體機結(jié)構(gòu)框圖Fig.2 Structure diagram of the “all-in-one” health machine

2.1.3 智能床墊

將壓力傳感器和微處理器放置床墊內(nèi)，通過壓力傳感器采集人體的振動信息，由微處理器進行信息處理，獲取人體的呼吸值、心跳值、體動信息和離床狀態(tài)，把數(shù)據(jù)遠程無線(可選配有線)傳輸?shù)皆破脚_或移動信息終端，實現(xiàn)對老人的遠程智能看護和主動預警。其系統(tǒng)構(gòu)成如圖3所示。

2.2異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)計

智能健康養(yǎng)老終端獲取的海量數(shù)據(jù)包括老年人二代身份證信息、生命體征信息及音視頻多媒體信息，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)多種多樣，為適應不同應用領(lǐng)域的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境(如寬帶網(wǎng)絡(luò)、Wi-Fi、GPRS/3G/4G 等)，基于數(shù)據(jù)融合[8]、壓縮感知算法，有效降低實時醫(yī)療數(shù)據(jù)通信量、提高終端與云平臺間數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

圖3 智慧床墊系統(tǒng)構(gòu)成Fig.3 Construction of the smart mattress system

2.3智慧健康養(yǎng)老服務(wù)平臺設(shè)計

智慧健康養(yǎng)老服務(wù)平臺分為健康養(yǎng)老服務(wù)網(wǎng)站和移動客戶端軟件。服務(wù)網(wǎng)站采用B/S架構(gòu)，使用SQL Server 2008 R2數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，在Visual Studio.net環(huán)境下使用C#和APS.NET進行開發(fā)；移動客戶端軟件包括Android APP和IOS APP兩部分，分別在Eclipse和Xcode集成環(huán)境下采用JAVA和Object C語言進行開發(fā)。其主要功能框架如圖4所示，主要包括：(1)系統(tǒng)管理模塊；(2)檔案管理模塊；(3)醫(yī)療健康服務(wù)模塊；(4)智能救助模塊；(5)民生服務(wù)模塊。

圖4 智慧健康養(yǎng)老系統(tǒng)功能模塊Fig.4 Functional model of the intelligent health care system for the elderly

3 智慧健康養(yǎng)老服務(wù)系統(tǒng)實現(xiàn)

通過有效整合上述的模塊化設(shè)計技術(shù)，自主研制了可獲取健康醫(yī)療信息的系列養(yǎng)老終端，對反映人體健康的重要生理參數(shù)進行采集，將采集到的數(shù)據(jù)通過多種數(shù)據(jù)通訊方式上傳至云平臺，通過專業(yè)軟件分析挖掘、監(jiān)測健康變化情況，為老人提供科學的健康評估、慢病管理、運動與膳食指導、遠程醫(yī)療問診服務(wù)。

3.1智能健康養(yǎng)老終端

3.1.1 健康一體機

自主研制的健康一體機具備高質(zhì)量的健康數(shù)據(jù)采集和信息化功能，自帶心電圖、血壓、血氧飽和度、體溫參數(shù)的采集功能，通過藍牙外接藍牙血糖儀、藍牙尿液檢測儀，通過串口外接血脂、血紅蛋白檢測儀；內(nèi)置身份證閱讀器，用戶通過身份證刷卡確認身份后，所測量數(shù)據(jù)自動與該用戶綁定，同時支持選配醫(yī)?？āFID等身份識別閱讀器；可通過4G、Wi-Fi、有線以太網(wǎng)等多種通訊方式將采集到的數(shù)據(jù)上傳至指定的云平臺。本健康一體機如圖5所示。

3.1.2 智能健康床墊

智能健康床墊實時對心率、呼吸、體動等狀態(tài)監(jiān)測，全面監(jiān)護老年健康狀況變化。老人突感不適、持續(xù)體動等情況發(fā)生時，老人可主動告警，同時系統(tǒng)在異常時提供智能告警，及時為老人尋求救助服務(wù)。可通過機構(gòu)養(yǎng)老護理觸控大屏，集中顯示所有在床/離床老人的健康信息。本智能健康床墊及系統(tǒng)如圖6所示。

圖5 健康一體機Fig.5 The “All-in-one” health machine

圖6 智能床墊Fig.6 Smart mattress

3.2智能健康養(yǎng)老服務(wù)平臺

以山東省云計算中心為依托，構(gòu)建了智慧健康養(yǎng)老服務(wù)網(wǎng)站和移動客戶端軟件，見圖7～8，移動客戶端軟件包含Android APP和IOS APP。為老人建立了動態(tài)電子健康檔案，以關(guān)愛位置服務(wù)、醫(yī)療健康服務(wù)、民生服務(wù)為基礎(chǔ)，有效整合社會服務(wù)資源，結(jié)合線上線下，通過平臺為老年人提供健康評估、健康指導、遠程醫(yī)療、慢病管理、運動與膳食指導、安全監(jiān)護、生活照護等服務(wù)，提高老年人健康水平。本智慧健康養(yǎng)老服務(wù)平臺界面如圖7所示。

圖7 本系統(tǒng)實現(xiàn)的智慧健康養(yǎng)老服務(wù)平臺移動客戶端Fig.7 Implementation of mobile client for the intelligent old-age health care service platform

圖8 本系統(tǒng)實現(xiàn)的智慧健康養(yǎng)老服務(wù)平臺網(wǎng)站Fig.8 Implementation of the website for intelligent health care service platform

4 系統(tǒng)應用

系統(tǒng)已在居家養(yǎng)老服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中心、老年公寓、日間照料中心、老干部活動中心等進行試點應用(圖9～10)，覆蓋人群5萬余人，試點結(jié)果驗證了該系統(tǒng)的實用性、便利性和便捷性，證明系統(tǒng)具有廣闊的應用前景。

圖9 老干部活動中心Fig.9 Veteran cadre activity center

圖10 日間照料中心Fig.10 Day care center

5 結(jié)語

本文運用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)，通過自主研制的智能健康采集終端、可穿戴設(shè)備將所采集的健康數(shù)據(jù)自動上傳至云計算中心。老人通過刷身份證或健康卡登陸?zhàn)B老服務(wù)平臺，可以完成一些基礎(chǔ)項目或慢性病項目的檢測，前端硬件設(shè)備結(jié)合養(yǎng)老平臺軟件，實現(xiàn)老人自主體檢、動態(tài)健康檔案建立、實時健康監(jiān)測、綜合健康評估、實時健康干預、遠程問診等功能，并制定個性化的健康促進方案，有效預防和控制疾病危險侵襲，減少發(fā)病率，提高生命質(zhì)量，從而實現(xiàn)全面健康管理。

[1]中華人民共和國國家統(tǒng)計局.2016年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報[EB/OL].(2017-02-28) [2017-04-02]. http://www.stats.gov.cn/tjsj/zxfb./201702/t20170228_1467424.html.

[2]中華人民共和國衛(wèi)計委.“十三五”健康老齡化規(guī)劃[EB/OL].(2017-3-17) [2017-04-02]. http://www.nhfpc.gov.cn/jtfzs/jslgf/201703/63ce9714ca164840be76b362856a6c5f.shtml.

[3]中華人民共和國中央人民政府.“健康中國2030”規(guī)劃綱要[EB/OL].(2016-10-25)[2017-04-02]. http://news.xinhuanet.com/health/2016-10/25/c_1119786029.htm.

[4]中華人民共和國中央人民政府.“十三五”國家老齡事業(yè)發(fā)展和養(yǎng)老體系建設(shè)規(guī)劃[EB/OL].(2017-3-6) [2017-04-02]. http://www.gov.cn/zhengce/content/2017-03/06/content_5173930.htm.

[5]中華人民共和國工業(yè)和信息化部.智慧健康養(yǎng)老產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃(2017—2020)[EB/OL]. (2017-02-16) [2017-04-02]. http://www.miit.gov.cn/n1146285/n1146352/n3054355/n3057643/n3057649/ c5489620/content.html.

[6]舒明雷.面向醫(yī)療監(jiān)測的無線體域網(wǎng)MAC層關(guān)鍵技術(shù)研究[D].濟南：山東大學,2016.

[7]許繼勇,朱清,舒明雷.一種基于云服務(wù)的家用多功能健康檢測儀:中國,0628853.5[P].2014-10-28.

[8]蔣鴻.基于數(shù)據(jù)融合的智慧養(yǎng)老醫(yī)療健康系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D].南京：南京郵電大學,2015.

Design and implementation of intelligent health care service system for elderly based on cloud platform

XU Ji-yong, SHU Ming-lei, ZHOU Shu-wang, LIU Bin, GAO Tian-lei

(Shandong Computer Science Center(National Super Computing Center in Jinan), Shandong Provincial Key Laboratory of Computer Network, Jinan 250014, China)

TP393

A

1002-4026(2017)05-0117-06

10.3976/j.issn.1002-4026.2017.05.020

2017-04-27

山東省科技發(fā)展計劃(2014GSF118107)；山東省重點研發(fā)計劃(2015GGH309003)

許繼勇(1981—)，男，助理研究員，研究方向為無線體域網(wǎng)、信號處理、互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療。E-mail：xujy@sdas.org