互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下健康養(yǎng)老體能訓(xùn)練服務(wù)平臺設(shè)計

程 翔，張燕中

(1.銅陵學(xué)院 體育部，安徽 銅陵 244000；2.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 體育部，安徽 合肥 230036)

0 引言

我國老齡化程度飛速遞增，使得養(yǎng)老服務(wù)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，已經(jīng)成為市場中具有代表性的產(chǎn)業(yè)[1].家庭養(yǎng)老、政府事業(yè)養(yǎng)老形式的壓力與日俱增，健康養(yǎng)老模式得到大力提倡[2].隨著互聯(lián)網(wǎng)時代的到來，智能健康產(chǎn)品、平臺等通過云方式為老年群體提供相應(yīng)服務(wù)，對健康養(yǎng)老模式的發(fā)展進(jìn)程有著深遠(yuǎn)影響，不斷變化的互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境為養(yǎng)老服務(wù)產(chǎn)業(yè)帶來了變革機(jī)遇.為此，設(shè)計健康養(yǎng)老體能訓(xùn)練智能服務(wù)平臺來實(shí)現(xiàn)健康養(yǎng)老具有重要意義[3].

目前相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者針對養(yǎng)老服務(wù)平臺設(shè)計進(jìn)行了研究，并取得了一定的研究成果.文獻(xiàn)[4]通過服務(wù)流程模塊、后臺智能數(shù)據(jù)庫模塊以及角色參與模塊，結(jié)合AI算法和數(shù)據(jù)處理融合技術(shù)，構(gòu)建養(yǎng)老服務(wù)平臺.該平臺可有效實(shí)現(xiàn)養(yǎng)老服務(wù)功能.文獻(xiàn)[5]通過設(shè)計定量測量和網(wǎng)絡(luò)分析系統(tǒng)，對老年人進(jìn)行健康監(jiān)測，利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過ASP.NET軟件對處理數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)記錄、評估和預(yù)測，將數(shù)據(jù)錄入云數(shù)據(jù)中，方便查找.該平臺能夠有效評估和預(yù)測用戶的身心狀態(tài).但上述服務(wù)平臺仍存在體驗(yàn)感差和響應(yīng)時間長的問題.

針對上述問題，設(shè)計了互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下健康養(yǎng)老體能訓(xùn)練智能服務(wù)平臺.基于互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境構(gòu)建由智能醫(yī)療服務(wù)系統(tǒng)、體能訓(xùn)練服務(wù)系統(tǒng)以及智能服務(wù)平臺管理系統(tǒng)組成智能服務(wù)平臺架構(gòu)，通過體能訓(xùn)練智能服務(wù)平臺終端與通信模式進(jìn)行優(yōu)化，完成智能服務(wù)平臺功能，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下健康養(yǎng)老體能訓(xùn)練智能服務(wù)平臺設(shè)計.

1 健康養(yǎng)老體能訓(xùn)練服務(wù)平臺設(shè)計

1.1 服務(wù)平臺結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1.1 醫(yī)療服務(wù)系統(tǒng)

該醫(yī)療服務(wù)系統(tǒng)包括日常生理指標(biāo)監(jiān)測、健康檔案、健康評估、健康咨詢診斷、健康指導(dǎo)以及健康大數(shù)據(jù)等功能[6]，可以通過建立涵蓋姓名、年齡、聯(lián)系方式、歷史病例、居住地址、健康狀況等有關(guān)內(nèi)容的用戶電子健康檔案，將社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)中心、周邊醫(yī)院以及合作健康機(jī)構(gòu)的老年人日常體能指標(biāo)監(jiān)測數(shù)據(jù)作為預(yù)警依據(jù)，劃分老年用戶健康等級，以及時發(fā)現(xiàn)健康問題，重點(diǎn)監(jiān)測具有較高發(fā)病風(fēng)險等級的用戶.若健康監(jiān)測數(shù)據(jù)屬異常范圍，則信息推送對象改為社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)中心、用戶子女及主要關(guān)系人，與歷史病情結(jié)合后給定診斷結(jié)果，并提供預(yù)約確診意見.當(dāng)用戶行動不便時，可申請網(wǎng)上預(yù)約掛號與上門定期檢查等服務(wù).該系統(tǒng)的流程圖如圖1所示.

1.1.2 體能訓(xùn)練服務(wù)系統(tǒng)

按照劃分的老年用戶健康等級，從宏觀上將體能訓(xùn)練系統(tǒng)分為基礎(chǔ)體能訓(xùn)練、專項(xiàng)體能訓(xùn)練以及綜合體能訓(xùn)練.基礎(chǔ)體能訓(xùn)練可以幫助老年人協(xié)調(diào)自身力量，增加老年人對自身的了解程度，包括生理學(xué)、力學(xué)、心理學(xué)、保健學(xué)以及生物化學(xué)知識；專項(xiàng)體能訓(xùn)練分為抗干擾訓(xùn)練以及自身體能訓(xùn)練.其中，抗干擾訓(xùn)練包括抗寒冷、炎熱、噪音、時差以及缺氧等.自身體能訓(xùn)練包括力量、速度、耐力等；綜合體能訓(xùn)練也分為兩個部分，分別為包括體能、心理以及智能訓(xùn)練的實(shí)際體能訓(xùn)練以及包括身體素質(zhì)以及心理智能等的模擬體能訓(xùn)練，以此為實(shí)現(xiàn)老年人科學(xué)體能訓(xùn)練提供平臺基礎(chǔ).

圖1 醫(yī)療服務(wù)系統(tǒng)流程圖

1.1.3 服務(wù)平臺管理系統(tǒng)

系統(tǒng)通過實(shí)時更新服務(wù)平臺數(shù)據(jù)，對平臺展開動態(tài)管理，令服務(wù)狀態(tài)得到精準(zhǔn)、及時的反饋，讓老年用戶采用互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的智能小程序載體，選取所需服務(wù)，經(jīng)平臺電子工單提供對應(yīng)服務(wù)，達(dá)成網(wǎng)絡(luò)預(yù)約、實(shí)體服務(wù)的平臺構(gòu)建目標(biāo)，當(dāng)終止服務(wù)項(xiàng)目后，及時回訪服務(wù)體驗(yàn)滿意度，以便于后續(xù)的優(yōu)化與改進(jìn).基于服務(wù)平臺的管理系統(tǒng)處理流程如圖2所示.

圖2 服務(wù)平臺管理系統(tǒng)處理流程圖

由圖2可知，在進(jìn)行服務(wù)平臺的管理系統(tǒng)處理時，首先需要進(jìn)行預(yù)約，在預(yù)約完畢后進(jìn)行任務(wù)分配并開展體能訓(xùn)練，在訓(xùn)練結(jié)束后會有相應(yīng)的教育懲罰以及獎懲給予環(huán)節(jié)，提升老年人的使用感，使其更愿意進(jìn)行鍛煉.

1.2 服務(wù)平臺功能設(shè)計

1.2.1 服務(wù)平臺監(jiān)測終端

利用MCU(Micro Controller Unit，微控制單元)、傳感器、數(shù)據(jù)顯示模塊、電力供給模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊以及無線傳輸模塊等組件構(gòu)建監(jiān)測終端[7].其各組件效用具體描述如下：

在微控制單元，使相關(guān)組件主要用于控制其他組件，作為監(jiān)測端的重要模塊，利用計步算法完成計步，步長隨步頻產(chǎn)生動態(tài)變化的表達(dá)式如式(1).

S=K1fstep+K2，

(1)

式中：S為步長；fstep為實(shí)時步頻；K1、K2為標(biāo)定系數(shù).

對傳輸階段的通信協(xié)議與通信原則展開界定后，制定采集端供電管理策略，為整個監(jiān)測終端提供電力支持.然后需要對加速度傳感器進(jìn)行設(shè)置，該組件可直接獲取用戶動態(tài)初始數(shù)據(jù)，將其佩戴于用戶腰間，若用戶身體的垂直方向發(fā)生加速度變化，則傳感器將同步采集到所有方向的加速變化值，根據(jù)加速度特征值解得運(yùn)動步數(shù)，并同步顯示于監(jiān)測終端.其加速度獲取公式如式(2).

V=S×l(v2-v1)，

(2)

式中：V為加速度；l為加速度特征值；v2為加速變化末點(diǎn)值；v1為用戶初始加速動態(tài)變化數(shù)據(jù).

得到用戶的加速度變化情況，首先將收集到的數(shù)據(jù)存儲于數(shù)據(jù)存儲模塊，再將數(shù)據(jù)傳輸?shù)较乱唤M件，并在監(jiān)測終端與服務(wù)器終端間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，以此實(shí)現(xiàn)用戶運(yùn)動數(shù)據(jù)的監(jiān)測.

1.2.2 服務(wù)平臺服務(wù)器終端與通信基站

在監(jiān)測過程中，相關(guān)數(shù)據(jù)主要通過無線通信基站實(shí)現(xiàn)，其中包括采集終端數(shù)據(jù)、低功耗無線通信模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、高性能微處理器、網(wǎng)格控制器以及待傳輸至服務(wù)器數(shù)據(jù)等內(nèi)容，功能就是利用無線通信技術(shù)[8]，把處理過的數(shù)據(jù)信息持續(xù)發(fā)送至基站，服務(wù)器終端通信流程如圖3所示.

圖3 服務(wù)器終端通信流程圖

作為服務(wù)平臺的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)設(shè)備，通信基站的構(gòu)成部分主要有微控制單元、存儲單元、無線通信單元，利用免沖撞機(jī)制防止發(fā)生傳輸沖突.

老年用戶佩戴的傳感設(shè)備與服務(wù)器終端間的實(shí)時傳輸，一般通過如表1所列的幾種短距離通信技術(shù)實(shí)現(xiàn).

表1 基站短距離通信技術(shù)統(tǒng)計表

2 服務(wù)平臺測試分析

2.1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

與某養(yǎng)老醫(yī)療機(jī)構(gòu)合作，依據(jù)本文服務(wù)平臺

搭建一個體能訓(xùn)練智能服務(wù)系統(tǒng)，整合社會服務(wù)資源，建立老年用戶的動態(tài)電子健康檔案.其中，智能服務(wù)系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境如表2所列.

表2 智能服務(wù)系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

2.2 服務(wù)平臺可用性分析

為驗(yàn)證平臺可用性，分別從界面結(jié)構(gòu)、界面視覺、交互效率3方面進(jìn)行10分制體驗(yàn)量表測驗(yàn)，體驗(yàn)感越好，分值越高，統(tǒng)計結(jié)果如表3所列.

表3 平臺可用性體驗(yàn)量表

綜上所述，本文服務(wù)平臺針對老年群體簡化了所有界面設(shè)計與頁面操作，根據(jù)該療養(yǎng)院面積與平臺應(yīng)用場景，選取無線Wi-Fi通信技術(shù)，使各監(jiān)測終端與通信基站間持續(xù)通信，從100名參與者中抽取10位老年用戶，其電子檔案信息如表4所列.

通過表4數(shù)據(jù)可知，10人中有5人經(jīng)常使用本平臺，有4人偶爾使用本平臺，有1人很少使用本平臺.由于老年人信息接受能力差，所以有5人經(jīng)常使用本平臺，說明本平臺體驗(yàn)感好.因?yàn)楸酒脚_頁面設(shè)計精簡，使用起來簡單，提升了平臺的體驗(yàn)感.

表4 用戶電子檔案信息表

2.3 平臺交互性測試

分別采用本文平臺(方法1)、基于VR技術(shù)的多尺度地質(zhì)數(shù)據(jù)3D沉浸式可視化與交互方法(方法2)、基于N-gram特征的惡意代碼可視化方法(方法3)進(jìn)行測試；在對平臺進(jìn)行可視化交互過程中，交互精準(zhǔn)度的高低、查全率優(yōu)劣以及交互時間的長短都會對信息可視化交互的效果產(chǎn)生影響.因此基于上述3種可視化交互方法，將3種指標(biāo)分為3個階段，測試3種可視化交互方法的交互效果.

(1)第1階段，隨機(jī)選取1 000個數(shù)據(jù)信息，將其分為兩個小組，設(shè)定1組為正常數(shù)據(jù)，2組為有噪聲的數(shù)據(jù).采用方法1、方法2以及方法3進(jìn)行信息的可視化交互，針對3種交互方法交互精準(zhǔn)度進(jìn)行測試，測試結(jié)果如圖4所示.

依據(jù)圖4可知，隨著檢測次數(shù)的不斷增加，檢測出的信息數(shù)據(jù)可視化交互精度出現(xiàn)下降趨勢.在圖4(a)中，當(dāng)檢測次數(shù)為50次時，本文所提方法與方法2檢測出的交互精準(zhǔn)度一致，且3種方法的交互精準(zhǔn)度偏差較小，隨著檢測次數(shù)的增加，3種交互方法的精準(zhǔn)度逐漸拉開.分析圖4(b)可知，受噪聲的影響，該組測試的精準(zhǔn)度整體落后于圖4(a)，且3種方法在測試初期就出現(xiàn)較大偏差.

本文所提方法檢測出的信息交互精準(zhǔn)度高于其他兩種方法，方法2次之，方法3檢測出的精準(zhǔn)度為最差.

(a)正常數(shù)據(jù)交互精度測試結(jié)果

(b)噪聲數(shù)據(jù)交互精度測試結(jié)果圖4 不同交互方法的交互精度測試結(jié)果

(2)第2階段，采用方法1、方法2以及方法3進(jìn)行數(shù)據(jù)信息可視化交互時，使用3種方法對交互時的信息查全率進(jìn)行測試，測試結(jié)果如圖5所示.

圖5 不同交互方法的查全率測試結(jié)果

分析圖5可知，隨著檢測時數(shù)據(jù)總量的不斷增加，3種可視化交互方法的查全率出現(xiàn)下降趨勢.當(dāng)檢測的數(shù)據(jù)為200時，3種交互方法檢測出的查全率偏差較小，且方法3檢測出查全率要高于方法2，但是隨著數(shù)據(jù)總量的不斷上升，方法2檢測出的查全率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于方法3，僅次于本文所提方法.這主要是因?yàn)楸疚乃岱椒ㄊ褂镁垲愃惴ㄌ崛×藬?shù)據(jù)信息的特征，所以本文所提方法在進(jìn)行數(shù)據(jù)信息可視化交互時的數(shù)據(jù)查全率高.

(3)針對上述兩階段的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采用方法1、方法2以及方法3進(jìn)行信息的可視化交互，對3種交互方法的交互時間進(jìn)行測試，測試結(jié)果如圖6所示.

圖6 不同交互方法的交互時間測試結(jié)果

從圖6可以看出，本文所提方法檢測出的交互時間要低于其他兩種方法.本文所提方法在進(jìn)行信息可視化交互前，使用滑動窗口法對數(shù)據(jù)進(jìn)行了降維處理，所以本文所提平臺方法在進(jìn)行數(shù)據(jù)信息可視化交互時的交互時長短.

2.4 服務(wù)平臺響應(yīng)時間對比

分別對本文平臺、文獻(xiàn)[4]平臺以及文獻(xiàn)[5]平臺的響應(yīng)時間進(jìn)行測試，測試結(jié)果如圖7所示.

圖7 平臺響應(yīng)時間測試

通過圖7可知，隨著用戶人數(shù)的逐漸增加，不同平臺的響應(yīng)時間隨著增大.當(dāng)用戶人數(shù)達(dá)到800時，本文平臺的響應(yīng)時間為15 s，文獻(xiàn)[4]平臺響應(yīng)時間為44 s，文獻(xiàn)[5]平臺的響應(yīng)時間為45.5 s.由此可知，本文平臺優(yōu)于另外兩種平臺，因?yàn)楸疚钠脚_去掉了很多繁瑣的功能，既方便了老年人對平臺的操作，又縮短了平臺的響應(yīng)時間.

3 結(jié)論

本文在互聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境下設(shè)計了一個健康養(yǎng)老體能訓(xùn)練服務(wù)平臺.在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，構(gòu)建醫(yī)療服務(wù)系統(tǒng)、體能訓(xùn)練服務(wù)系統(tǒng)以及服務(wù)平臺管理系統(tǒng)，通過體能訓(xùn)練服務(wù)平臺的終端與通信模式，利用無線通信技術(shù)，把處理過的數(shù)據(jù)信息持續(xù)發(fā)送至基站，完成健康養(yǎng)老體能訓(xùn)練服務(wù)平臺設(shè)計.使信息的傳遞更加穩(wěn)定，精簡了平臺操作過程，提升了平臺的體驗(yàn)感，縮短了平臺的響應(yīng)時間.