基于智能電子圍欄技術(shù)的老年人監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

何豪杰

摘要：隨著移到互聯(lián)時(shí)代的到來，基于地理位置信息服務(wù)的手機(jī)端應(yīng)用得到了廣泛的應(yīng)用。本文針對(duì)老年人位置軌跡監(jiān)管理的巨大社會(huì)需求，提出了包括服務(wù)管理中心、老年人手機(jī)客戶端、監(jiān)護(hù)人手機(jī)客戶端的一種解決方案，對(duì)智能電子圍欄技術(shù)在老年人運(yùn)動(dòng)軌跡管理的應(yīng)用提供了一種新的探索。

Abstract： Along with the adventure of the Internet era， geographic location information services embedded in mobile phone applications have been widely applied. There has been the huge social demand for the location-tracking management to the elderly nowadays. This paper proposed a solution in which the location-tracking management included three parts of services. They were the management center， mobile phone client of the elderly and mobile phone client of the guardian. The intelligent electronic fence technology should be used to track and management the elderly location for their secure， which is a new kind of exploration in an aging society.

關(guān)鍵詞：地理位置服務(wù);老年人安全;電子圍欄;系統(tǒng)設(shè)計(jì);位置軌跡

Key words： LBS;elderly safety;electronic fence;system design;location tracking

中圖分類號(hào)：TP273 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）01-0161-02

0 ?引言

近年來，地理位置服務(wù)（Location Based Service， LBS）已經(jīng)成為移動(dòng)互聯(lián)時(shí)代的基本設(shè)施與服務(wù)，在社會(huì)與經(jīng)濟(jì)各行業(yè)與不同場(chǎng)景得到了廣泛的應(yīng)用。其中電子圍欄就是LBS與安全需求相結(jié)合而衍生出來的一種較為成熟的技術(shù)。它目前被廣泛應(yīng)用于倉(cāng)庫(kù)、軍事基地和學(xué)校等軍用、民用安全防范領(lǐng)域，如電子圍欄技術(shù)被北京市用來解決旅游季節(jié)北京市交通擁堵問題[1]。隨著中國(guó)老齡化的到來，中國(guó)面臨著監(jiān)護(hù)人針對(duì)老年人日常生活安全，特別是針對(duì)位置運(yùn)動(dòng)軌跡監(jiān)控的巨大市場(chǎng)需求。本文在于將虛擬電子圍欄技術(shù)應(yīng)用于老年人日常運(yùn)動(dòng)軌跡的監(jiān)控方面，將定位與服務(wù)應(yīng)用到老年人安全上，設(shè)計(jì)一款基于LBS的老年人日常生活運(yùn)動(dòng)軌跡管理與監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，以提高全社會(huì)及監(jiān)護(hù)人對(duì)于老年人，特別是記憶力下降的失能老年人的關(guān)懷，解決部分記憶失能老年人的行為管理與監(jiān)控。

1 ?系統(tǒng)架構(gòu)及功能

根據(jù)LBS的現(xiàn)有技術(shù)和用戶需求，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括五個(gè)部分：中央監(jiān)控管理中心（以下稱服務(wù)端）、及為服務(wù)端提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)、為服務(wù)端提供地圖接口的電子地圖模塊、老年人客戶端（被監(jiān)護(hù)端）、監(jiān)護(hù)人客戶端（監(jiān)護(hù)端）。系統(tǒng)整體開發(fā)采用B/S模式，其中監(jiān)護(hù)端及被監(jiān)護(hù)端采用移動(dòng)互聯(lián)模式開發(fā)其手機(jī)端APP。其各自功能與關(guān)系如圖1所示。

服務(wù)端的主要功能包括客戶端手機(jī)信息登記、老年人手機(jī)位置信息的接收與存儲(chǔ)、老年人定位的實(shí)時(shí)顯示、電子圍欄的設(shè)置及預(yù)警的配置與管理、監(jiān)護(hù)人與被監(jiān)護(hù)人關(guān)系認(rèn)證、監(jiān)控權(quán)限管理、老年人運(yùn)動(dòng)思戀分析與預(yù)警、電子地圖接口及數(shù)據(jù)庫(kù)。服務(wù)端基于電子地圖，能夠根據(jù)老年人所攜帶手機(jī)GPS定位或基站定位服務(wù)所提供的位置信息，利用百度地圖等平臺(tái)接口對(duì)老年人的位置信息進(jìn)行可視化的展示;同時(shí)對(duì)于監(jiān)護(hù)端所設(shè)置的虛擬電子圍欄也以可視化的方式加以呈現(xiàn)。如果發(fā)生了老年人“碰撞”了電子圍欄的情況，系統(tǒng)會(huì)將這一事件記錄下來，并跟蹤此事件在后續(xù)一定時(shí)間間隔內(nèi)是否得到了妥善的解決，如果沒有解決則提醒中心管理員關(guān)注此事件進(jìn)程。

被監(jiān)護(hù)端APP可以在后臺(tái)運(yùn)行。功能則主要包括注冊(cè)與認(rèn)證管理模塊、監(jiān)護(hù)申請(qǐng)、位置信息的獲取及上傳、報(bào)警模塊、撥打監(jiān)護(hù)人電話模塊。老年人（被監(jiān)護(hù)人）客戶端主要通過移動(dòng)互聯(lián)APP，來完成對(duì)位置信息的讀取，在進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算與轉(zhuǎn)換后通網(wǎng)絡(luò)上傳至服務(wù)端。作為一個(gè)APP程序運(yùn)行于后臺(tái)，隨時(shí)將老年人手機(jī)的位置信息與服務(wù)管理中心端的虛擬電子圍欄進(jìn)行比較，如果老年人手機(jī)進(jìn)入了不安全區(qū)域，或者老年人手機(jī)位置信息所顯示的軌跡信息與日常軌跡發(fā)生明顯的改變，則將向老年人的手機(jī)發(fā)出提醒（警告）信息，同時(shí)向監(jiān)護(hù)人手機(jī)發(fā)出預(yù)警信息（信號(hào)），并在服務(wù)端做出預(yù)警登記事項(xiàng)，以做后續(xù)分析，或作為群體數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)。

監(jiān)護(hù)端APP的功能主要包括注冊(cè)與認(rèn)證管理模塊、監(jiān)護(hù)申請(qǐng)管理、虛擬電子圍欄設(shè)置及報(bào)警信息設(shè)置。移動(dòng)端通過移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)向服務(wù)平臺(tái)發(fā)送相關(guān)請(qǐng)求，服務(wù)平臺(tái)接受請(qǐng)求，并作判斷，進(jìn)行相關(guān)處理，返回給移動(dòng)終端。監(jiān)護(hù)人可以登錄及管理自己的個(gè)人信息;監(jiān)護(hù)人可能登記被監(jiān)護(hù)人（老年人）信息，并提供相應(yīng)的雙方關(guān)系認(rèn)證信息，經(jīng)過中心管理人員的審核通過后，方可擁有對(duì)于被監(jiān)護(hù)人的位置信息的監(jiān)控權(quán)限;老年人位置移動(dòng)（變化）的可視化模塊為監(jiān)護(hù)人提供了一個(gè)即時(shí)實(shí)時(shí)可視化反饋;老年人虛擬電子圍欄的設(shè)置則可以基于周邊安全性、日常生活活動(dòng)范圍進(jìn)行設(shè)置;老年人（被監(jiān)護(hù)人）異常位置提醒模塊則是服務(wù)端根據(jù)老年人位置與虛擬電子圍欄進(jìn)行比較判斷，當(dāng)發(fā)生越界等事件時(shí)，則向監(jiān)護(hù)客戶端發(fā)送一個(gè)相應(yīng)的提醒短信。老年人位置移動(dòng)軌跡則是通過與服務(wù)端的通信，即時(shí)獲取被監(jiān)護(hù)人（老年人）位置信息，并通過電子地圖接口API實(shí)現(xiàn)顯示其位置，方便監(jiān)護(hù)人對(duì)于被監(jiān)護(hù)者的觀察與分析。

2 ?系統(tǒng)核心功能設(shè)計(jì)

2.1 監(jiān)護(hù)關(guān)系的認(rèn)證

監(jiān)護(hù)雙方需要一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)谋O(jiān)護(hù)認(rèn)證程序。監(jiān)護(hù)方需要通過手機(jī)短信驗(yàn)證的方式獲取服務(wù)中心的認(rèn)證，被監(jiān)護(hù)方也需要在家人或老年人自己的操作下，通過手機(jī)短信驗(yàn)證的方式獲取服務(wù)管理中心的認(rèn)證。然而，監(jiān)護(hù)雙方關(guān)系的確立才是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心。當(dāng)老年人通過手機(jī)客戶端完成注冊(cè)后提出監(jiān)護(hù)申請(qǐng)，這一申請(qǐng)將遞交服務(wù)管理中心，等待監(jiān)護(hù)端的監(jiān)護(hù)認(rèn)證許可;只有當(dāng)監(jiān)護(hù)端通過監(jiān)護(hù)方的申請(qǐng)，雙方才能建立起可靠的監(jiān)護(hù)與被監(jiān)護(hù)的關(guān)系。隨后服務(wù)中心對(duì)已經(jīng)建立的認(rèn)證關(guān)系進(jìn)行記錄，并基于這一認(rèn)證關(guān)系管理后續(xù)相關(guān)功能。

2.2 地理位置信息的獲取

目前有基于基站定位服務(wù)的[2]，有采用GPS/北斗定位技術(shù)進(jìn)行定位的方案[3]，也有基于基站端而設(shè)置虛擬電子圍欄的，設(shè)計(jì)出了穩(wěn)定、安全、可靠實(shí)用的定位系統(tǒng)，為老年人及其家庭提供了很好的幫助。然而，鑒于過高的成本不利于老年人定位應(yīng)用與服務(wù)的推廣，因此本設(shè)計(jì)中采用了基于基站定位服務(wù)的設(shè)計(jì)方案，以降低老年人及監(jiān)護(hù)人客戶端應(yīng)用這一方案的成本。

本監(jiān)護(hù)系統(tǒng)利用智能手機(jī)為載體，開發(fā)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)時(shí)以百度地圖庫(kù)API來構(gòu)建虛擬地理電子圍欄。為了在手機(jī)監(jiān)控端的應(yīng)用程序上直觀地顯示定位結(jié)果，開發(fā)過程中利用地圖庫(kù)的軟件開發(fā)工具包在應(yīng)用程序中加入百度電子地圖API。這樣系統(tǒng)可以定時(shí)獲取用戶位置信息。在Android設(shè)備上通過調(diào)用百度SDK接口，可直接訪問百度地圖的各種服務(wù)和數(shù)據(jù)庫(kù)。

為了提升服務(wù)管理中心的系統(tǒng)的效率，可以采用主動(dòng)獲取老年人地理位置。這樣平時(shí)不需要對(duì)所有老年人進(jìn)行地理位置信息的監(jiān)控與提取，而當(dāng)監(jiān)護(hù)端需要老年人的位置信息時(shí)，通過通信啟動(dòng)老年人手機(jī)客戶端讀取手機(jī)位置，實(shí)時(shí)向監(jiān)護(hù)端發(fā)送老年人的位置信息，使監(jiān)護(hù)端可以掌握老年人的位置信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)老年人的有效監(jiān)護(hù)。如果老年人手機(jī)位置在允許（安全）的范圍內(nèi)，客戶端只是對(duì)老年人手機(jī)位置信息進(jìn)行記錄（軌跡信息），并將相應(yīng)的信息存儲(chǔ)起來，并與日常行為軌跡進(jìn)行比較，方便第三方監(jiān)護(hù)機(jī)構(gòu)與個(gè)人調(diào)用相應(yīng)的客戶端（監(jiān)護(hù)端）進(jìn)行分析與觀察。另外一種方案是老年人手機(jī)客戶端按一定周期，如每隔一個(gè)較短的時(shí)間周期主動(dòng)讀取地理位置信息并上報(bào)服務(wù)端，服務(wù)端將此位置信息寫入后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中，以方便后續(xù)業(yè)務(wù)邏輯對(duì)于位置信息的使用。

2.3 虛擬電子圍欄的設(shè)置與應(yīng)用模式

虛擬電子圍欄的設(shè)置信息是放置在服務(wù)管理中心端，并由服務(wù)端進(jìn)行電子圍欄信息的存儲(chǔ)、電子圍欄“碰撞”事件的守衛(wèi)與判定。虛擬電子圍欄的設(shè)置權(quán)限由監(jiān)護(hù)端進(jìn)行設(shè)置，服務(wù)端則擁有審查與修訂的權(quán)限。在APP中進(jìn)行地理圍欄的劃分，監(jiān)護(hù)端通過電子地圖可以可視化設(shè)置虛擬電子圍欄、提醒等級(jí)，監(jiān)護(hù)人可以設(shè)置分等級(jí)的電子圍欄方式來對(duì)應(yīng)不同提醒等級(jí)。當(dāng)老年人脫離劃分的安全區(qū)域或走失后，能及時(shí)通知監(jiān)護(hù)人并實(shí)時(shí)發(fā)送位置信息，可以對(duì)走失的老年人進(jìn)行及時(shí)的救援。

對(duì)于虛擬電子圍欄的設(shè)置，可以根據(jù)公共安全的需要，采用公共干預(yù)的方案來設(shè)置虛擬電子圍欄，由服務(wù)中心端針對(duì)所有認(rèn)證被監(jiān)護(hù)用戶設(shè)置統(tǒng)一的虛擬電子圍欄，疊加于個(gè)性化的電子圍欄之上。服務(wù)管理中心系統(tǒng)將精準(zhǔn)設(shè)定服務(wù)區(qū)域范圍、數(shù)據(jù)傳送時(shí)限及服務(wù)對(duì)象。例如，對(duì)于江河湖海等自然區(qū)域以及某些不利于老年人活動(dòng)的特定區(qū)域，可以由負(fù)有相關(guān)管理責(zé)任的機(jī)構(gòu)，委托服務(wù)管理中心設(shè)置公共安全虛擬電子圍欄。在預(yù)設(shè)設(shè)定電子圍欄的情況下，只要老年人進(jìn)入了預(yù)設(shè)危險(xiǎn)區(qū)域（或者超出預(yù)設(shè)安全區(qū)域），則激活電子圍欄預(yù)警模塊，在特定時(shí)間范圍、在特定區(qū)域里，為指定手機(jī)（監(jiān)護(hù)人）手機(jī)發(fā)送提示短信，告知其當(dāng)前老年人的位置信息，提醒監(jiān)護(hù)人對(duì)老年人進(jìn)行進(jìn)一步的采取相應(yīng)的行動(dòng)。

電子圍欄在使用的有兩種模式，其一是圍欄檢測(cè)客戶端模式，另外一種是圍欄服務(wù)器檢測(cè)模式。前者是每隔一段時(shí)間將電子圍欄數(shù)據(jù)從服務(wù)管理中心端下載到監(jiān)護(hù)端（老年人）手機(jī)，并由老年人手機(jī)端APP提供“碰撞”檢測(cè)，或檢測(cè)為真則啟動(dòng)當(dāng)?shù)鼐涯K，并報(bào)告服務(wù)管理中心;而后者是由服務(wù)管理中心端來根據(jù)老年人手機(jī)地理位置數(shù)據(jù)來與虛擬電子圍欄數(shù)據(jù)比較，檢測(cè)“碰撞”情況，或檢測(cè)為真，服務(wù)管理中心首先向監(jiān)護(hù)雙方發(fā)出預(yù)警信息，并進(jìn)行事件登記。

3 ?結(jié)論

開發(fā)建設(shè)基于LBS的老年人日常生活軌跡監(jiān)護(hù)將有著重要的現(xiàn)實(shí)意義，其中虛擬電子地理圍欄技術(shù)的應(yīng)用可有效保護(hù)老年人，防止老年人走失或避免老年人靠近不安全區(qū)域。系統(tǒng)的開發(fā)需要解決地理位置信息獲取、監(jiān)護(hù)授權(quán)、電子地理圍欄設(shè)置等核心功能。而對(duì)于老年人日?；顒?dòng)軌跡可能涉及個(gè)人隱私的情況還需要慎重考慮。

參考文獻(xiàn)：

[1]蘇杭.電子圍欄技術(shù)在景區(qū)交通問題中應(yīng)用的SWOT分析[J].物流工程與管理，2019，41（09）：124-126.

[2]范兵兵，艾信友，曾研，胡凱旋，任澤明.基于STM32的位置定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2018（12）：90-91.

[3]彭育強(qiáng).虛擬停車電子圍欄設(shè)計(jì)研究[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2019，27（05）：141-144，149.