物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在康養(yǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

尚志嵬，趙 川，魯衛(wèi)華

（1.中國(guó)電子工程設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100142；2.北京科技創(chuàng)新促進(jìn)中心，北京 100000）

0 引 言

根據(jù)中國(guó)發(fā)展基金會(huì)發(fā)布的《中國(guó)發(fā)展報(bào)告2020：中國(guó)人口老齡化的發(fā)展趨勢(shì)和政策》進(jìn)行預(yù)測(cè)：到2050 年，中國(guó)老年人口約達(dá)到5 億人，占比34%。隨著中國(guó)老齡化與少子化并存的發(fā)展趨勢(shì)逐步加劇，老年人數(shù)量逐漸增多，照護(hù)者存在巨大缺口，傳統(tǒng)的養(yǎng)老方式難以滿(mǎn)足社會(huì)的需求，亟需通過(guò)技術(shù)手段賦能養(yǎng)老服務(wù)業(yè)，以應(yīng)對(duì)當(dāng)前所面臨的問(wèn)題。

在老年人照護(hù)領(lǐng)域，智能監(jiān)測(cè)技術(shù)將在未來(lái)部分取代人工服務(wù)，進(jìn)行全天候守護(hù)，監(jiān)護(hù)指標(biāo)的完整性、監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)的時(shí)效性與安全性、監(jiān)護(hù)設(shè)備的易用性將直接影響?zhàn)B老服務(wù)的專(zhuān)業(yè)化水平與服務(wù)質(zhì)量。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在此方面將發(fā)揮重要作用。

目前，基于單一模態(tài)的物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于養(yǎng)老服務(wù)領(lǐng)域。未來(lái)，基于多模態(tài)感知的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及基于多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合分析技術(shù)的應(yīng)用將成為康養(yǎng)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)和研究熱點(diǎn)。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在康養(yǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在康養(yǎng)領(lǐng)域已有較多應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備主要完成兩大類(lèi)監(jiān)測(cè)任務(wù)：體征監(jiān)測(cè)和行為監(jiān)測(cè)[1-3]。

1.1 體征監(jiān)測(cè)技術(shù)

對(duì)老年人生命體征監(jiān)測(cè)屬于生物傳感技術(shù)領(lǐng)域，生物傳感技術(shù)從使用方式上可劃分為接觸式有感體征監(jiān)測(cè)技術(shù)與非接觸式無(wú)感體征監(jiān)測(cè)技術(shù)。

1.1.1 接觸式有感體征監(jiān)測(cè)技術(shù)

目前，業(yè)界公認(rèn)的接觸式有感體征監(jiān)測(cè)設(shè)備應(yīng)具有如下特征：可移動(dòng)性、可穿戴性、可持續(xù)性、簡(jiǎn)單操作性、可交互性[4]。

對(duì)于接觸式有感體征監(jiān)測(cè)技術(shù)，依據(jù)傳感機(jī)制，傳感器可以分為：機(jī)械傳感器、電子傳感器、光學(xué)傳感器和化學(xué)傳感器[5]。依據(jù)檢測(cè)方式是否浸入人體分為：有創(chuàng)檢測(cè)和無(wú)創(chuàng)檢測(cè)。近年來(lái)國(guó)外的研究主要集中于電化學(xué)和光學(xué)傳感器，以及對(duì)包括代謝物、細(xì)菌和激素在內(nèi)的生物標(biāo)志物的無(wú)創(chuàng)監(jiān)測(cè)，目標(biāo)是通過(guò)技術(shù)的進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)持續(xù)性監(jiān)測(cè)，并擴(kuò)大可監(jiān)測(cè)的生化標(biāo)志物類(lèi)型（例如汗液、眼淚、唾液和間質(zhì)液），更加全面地感知人體的健康狀況。如圖1 所示為國(guó)外最新研制的接觸式（有感）生物傳感器。雖然，國(guó)外目前還沒(méi)有商用的可穿戴傳感產(chǎn)品用于汗液、眼淚或唾液的化學(xué)檢測(cè)，但是Eccrine Systems（汗液傳感）和MouthSense（唾液傳感）等初創(chuàng)公司吸引了越來(lái)越多的關(guān)注和投資[5]。

圖1 國(guó)外最新研制的接觸式（有感）生物傳感器[5]

目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用于康養(yǎng)領(lǐng)域的傳感設(shè)備能采集的生物信號(hào)類(lèi)型較少，如血壓、血糖、血氧、心率（心電）、呼吸、尿液成分，監(jiān)測(cè)指標(biāo)有限，無(wú)法全面感知老年人的健康狀況，且絕大多數(shù)設(shè)備不能進(jìn)行主動(dòng)式持續(xù)監(jiān)測(cè)，離散的數(shù)據(jù)對(duì)于醫(yī)學(xué)意義上的健康管理來(lái)說(shuō)是低價(jià)值的，依賴(lài)于老年人自身或服務(wù)人員的被動(dòng)觸發(fā)監(jiān)測(cè)方式也大大降低了老年人的使用意愿。

1.1.2 非接觸式無(wú)感體征監(jiān)測(cè)技術(shù)

非接觸式生命體征監(jiān)測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)是在工作時(shí)不需要用電極或者傳感器貼在身體的表面，它可以實(shí)現(xiàn)隔著衣服、床墊等障礙物，或在一定距離范圍內(nèi)隔空實(shí)現(xiàn)非接觸的、近距離的監(jiān)測(cè)，目前可以監(jiān)測(cè)到人的呼吸及心跳等生命體征信號(hào)[6]。皮膚接觸式體征監(jiān)測(cè)設(shè)備會(huì)降低用戶(hù)的舒適度，監(jiān)測(cè)時(shí)不僅會(huì)干擾受監(jiān)測(cè)者生活，其監(jiān)測(cè)效果的準(zhǔn)確性也受限[6-7]。因此非接觸式無(wú)感體征監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

針對(duì)非接觸式無(wú)感體征監(jiān)測(cè)技術(shù)，目前國(guó)內(nèi)外的研究主要集中于心沖擊、呼吸、血壓以及體溫這4 種生理指標(biāo)。根據(jù)傳感機(jī)制的不同，主要包括：壓電、光纖、激光、紅外、多普勒雷達(dá)傳感[8-10]。

目前在商業(yè)上較為成功的技術(shù)包括：（1）基于壓電或光纖傳感的BCG 監(jiān)測(cè)設(shè)備，主要被放置在座椅、床墊、枕頭等載體內(nèi)，監(jiān)測(cè)BCG 所產(chǎn)生的微弱壓力，進(jìn)而計(jì)算出呼吸率、心率、在位及離位、身體抖動(dòng)等生命體征；（2）基于毫米波雷達(dá)的BCG 監(jiān)測(cè)，即利用雷達(dá)波照射人體，檢測(cè)BCG 導(dǎo)致的人體表面形變，目前已應(yīng)用在汽車(chē)領(lǐng)域，檢測(cè)座椅遺留生命及汽車(chē)防盜，近年來(lái)該技術(shù)也逐步應(yīng)用于康養(yǎng)領(lǐng)域，多用于呼吸、心跳及跌倒的監(jiān)測(cè)[5]；（3）基于紅外熱成像的體溫檢測(cè)，這是一種通過(guò)獲得人體表面溫度場(chǎng)分布，并從熱像圖中提取信息的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，人體是天然紅外輻射源，由于輻射的頻譜分布或波長(zhǎng)與物體的性質(zhì)和溫度有關(guān)，所以可根據(jù)紅外輻射波反向推測(cè)出溫度。

國(guó)內(nèi)外在上述技術(shù)的應(yīng)用程度上差距不大，近幾年在提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的算法研究方面發(fā)展迅速，相關(guān)技術(shù)已開(kāi)始應(yīng)用于康養(yǎng)領(lǐng)域。在基于新型傳感技術(shù)的研發(fā)方面，目前市場(chǎng)上已開(kāi)始基于微彎光纖傳感器以及微麥克風(fēng)陣列傳感器等進(jìn)行BCG 信號(hào)的監(jiān)測(cè)，光纖傳感的精度可達(dá)到醫(yī)療級(jí)別。如圖2所示為國(guó)外研究的應(yīng)用微彎光纖傳感技術(shù)的椅墊和床墊。

圖2 國(guó)外應(yīng)用微彎光纖傳感技術(shù)的椅墊和床墊[5]

1.2 體征監(jiān)測(cè)技術(shù)

人體行為識(shí)別（Human Action Recognition, HAR）是指通過(guò)各種傳感器采集人體行為數(shù)據(jù)，并利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)分析和理解人體各類(lèi)運(yùn)動(dòng)和行為的過(guò)程[11]。根據(jù)采集數(shù)據(jù)類(lèi)型的不同，主要分為基于視覺(jué)傳感、基于環(huán)境傳感、基于位置傳感的人體行為識(shí)別。從傳感器佩戴方式上可劃分為接觸式有感行為識(shí)別與非接觸式無(wú)感行為識(shí)別技術(shù)。

1.2.1 接觸式有感行為識(shí)別技術(shù)

接觸式有感行為識(shí)別需要被監(jiān)測(cè)人隨身攜帶可穿戴式傳感設(shè)備。根據(jù)監(jiān)測(cè)信號(hào)的類(lèi)型分為：生物電信號(hào)傳感器、力學(xué)傳感器、定位傳感器。

（1）基于生物電信號(hào)傳感的行為識(shí)別技術(shù)

生物電信號(hào)（如心電、腦電、肌電等）是人體生理狀態(tài)的重要表征，可以為行為識(shí)別提供重要線索。其中，腦電信號(hào)作為腦機(jī)接口技術(shù)研究的源信息，已成為神經(jīng)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[12]。國(guó)內(nèi)外眾多科研單位先后開(kāi)展了腦機(jī)接口技術(shù)。Meng 等[13]通過(guò)分析患者中樞皮層節(jié)律到外周振蕩的傳導(dǎo)時(shí)間對(duì)癲癇行為進(jìn)行預(yù)測(cè)及恢復(fù)。Jia 等[14]基于二階復(fù)雜度測(cè)度的預(yù)測(cè)算法預(yù)測(cè)即將發(fā)生的癲癇發(fā)作信號(hào)。肌電信號(hào)是肌肉收縮時(shí)伴隨的一種生物電信號(hào)[12]。Lee 等[15]提出一種基于肌電圖（Electromyogram, EMG）的可穿戴人機(jī)界面（Human-Computer Interface, HCI），通過(guò)將從肩胛提肌獲取的EMG 信號(hào)與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較來(lái)識(shí)別，實(shí)現(xiàn)對(duì)嚴(yán)重運(yùn)動(dòng)障礙用戶(hù)的幫助。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)多家科研單位也開(kāi)始研究基于可穿戴生物電信號(hào)傳感并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的行為識(shí)別方式。費(fèi)燁赟[16]開(kāi)展了基于肌電信號(hào)的康復(fù)醫(yī)療下肢設(shè)計(jì)及研究，致力于為殘障人士的日常生活、工作以及出行等提供方便。

（2）基于可穿戴力學(xué)傳感的行為識(shí)別技術(shù)

行為識(shí)別中最典型的可穿戴力學(xué)傳感器包括壓力傳感器、加速度傳感器、陀螺儀等?？纱┐魍夤趋罊C(jī)器人、運(yùn)動(dòng)分析與診斷、日常行為監(jiān)測(cè)、虛擬現(xiàn)實(shí)等多個(gè)領(lǐng)域均結(jié)合此類(lèi)傳感器進(jìn)行研究。Song 等[17]提出了一種針對(duì)老年人活動(dòng)的識(shí)別系統(tǒng)，使用包括三軸加速度計(jì)的可穿戴傳感器模塊最大限度降低活動(dòng)識(shí)別的效率，并將所收集的活動(dòng)信息劃分為多種ADL（Activities of Daily Living），如跑步、行走、站立、坐著、躺著、摔倒等，達(dá)到了95.5%的準(zhǔn)確率。Bianchi 等[18]通過(guò)壓力和加速度傳感器集成部署，結(jié)合啟發(fā)式訓(xùn)練的決策樹(shù)分類(lèi)器，降低區(qū)分墜落事件和正?；顒?dòng)過(guò)程中的假陽(yáng)性率。He 等[19]提出一種基于手勢(shì)的人機(jī)交互，對(duì)17 個(gè)復(fù)雜手勢(shì)進(jìn)行識(shí)別，從加速度數(shù)據(jù)中提取時(shí)域特征，使用主元分析來(lái)降低融合特征的維度后使用多類(lèi)支持向量機(jī)進(jìn)行分類(lèi)，最終得到的融合特征平均識(shí)別率為89.89%。李娜[20]設(shè)計(jì)了一款可穿戴健康監(jiān)測(cè)馬甲，可同時(shí)獲取人體生理特征值和運(yùn)動(dòng)參數(shù)，對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)識(shí)別，以提高日常運(yùn)動(dòng)環(huán)境下對(duì)個(gè)人狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。

（3）基于定位傳感的行為識(shí)別技術(shù)

伴隨著物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)技術(shù)的興起，基于位置的服務(wù)（LBS）得以迅猛發(fā)展。它是指通過(guò)無(wú)線電通信方式或外部定位方式獲取用戶(hù)的位置信息，為用戶(hù)提供相應(yīng)的服務(wù)。無(wú)線定位技術(shù)在行為識(shí)別領(lǐng)域已得到了廣泛的研究。根據(jù)感知空間位置的不同可分為：室外定位和室內(nèi)定位技術(shù)。其中，在室外環(huán)境下主要通過(guò)衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS、北斗）進(jìn)行目標(biāo)的定位追蹤，由于GPS 定位技術(shù)典型的定位精度為米級(jí)，不適合在對(duì)定位精度要求較高的室內(nèi)部署[21]。室內(nèi)環(huán)境下常用的定位技術(shù)包括基于藍(lán)牙定位、基于超聲波定位、基于WiFi 定位、基于ZigBee 定位以及基于UWB 定位等近距離通信技術(shù)。

對(duì)于室外定位，Guanke 等[22]調(diào)研商用手機(jī)準(zhǔn)確、自動(dòng)測(cè)量老年人在社區(qū)活動(dòng)過(guò)程中的時(shí)間和空間模式的可行性，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明可通過(guò)此方法獲取老年人的位置信息；陳偉[23]提出了一種行人步頻探測(cè)和步長(zhǎng)估計(jì)算法，詳細(xì)分析了行人肌肉群選擇、信號(hào)預(yù)處理、探測(cè)算法實(shí)現(xiàn)和估計(jì)模型設(shè)計(jì)等內(nèi)容，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的可行性。對(duì)于室內(nèi)定位，Hazas 等[21]研究UWB 技術(shù)在室內(nèi)定位系統(tǒng)中的應(yīng)用，利用UWB 發(fā)射器和接收器單元構(gòu)建定位系統(tǒng)，可確認(rèn)室內(nèi)人員和設(shè)備的具體信息；Giannakis 等[24]概述了當(dāng)前超寬帶信道建模、無(wú)線電的發(fā)射器接收機(jī)的研究方向與挑戰(zhàn)，其中提到信號(hào)處理（Digital Signal Processing, DSP）將對(duì)UWB 系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)產(chǎn)生重大影響。張陳晨等人[25]提出室內(nèi)定位在養(yǎng)老領(lǐng)域中的應(yīng)用場(chǎng)景，包括：（1）機(jī)構(gòu)管理中的設(shè)備和物品管理；（2）安全系統(tǒng)和老人監(jiān)護(hù)場(chǎng)景，特別是患有阿爾茲海默癥的老人；（3）智能呼叫幫助老人在有意識(shí)的情況下及時(shí)尋求幫助，可縮短救護(hù)時(shí)間。

1.2.2 無(wú)感行為識(shí)別技術(shù)

無(wú)感行為識(shí)別的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在減少感知設(shè)備對(duì)老年人日常生活的影響，使老年人無(wú)須佩戴特定的設(shè)備即可被監(jiān)測(cè)設(shè)備采集信息。主要包括兩大類(lèi)研究：基于圖像信息和基于環(huán)境監(jiān)測(cè)信息的行為識(shí)別技術(shù)。

（1）基于圖像信息的行為識(shí)別技術(shù)

當(dāng)前，基于視覺(jué)傳感的行為識(shí)別中主要有3 種研究對(duì)象（數(shù)據(jù)來(lái)源），分別是基于視頻流/圖像序列、靜態(tài)圖像、深度圖像。其中基于圖像序列的行為識(shí)別是研究的主流方向，針對(duì)深度信息圖像序列的行為識(shí)別是近年來(lái)的一個(gè)新興熱點(diǎn)，具有一定的隱私保護(hù)性。

①基于視頻流/圖像序列的行為識(shí)別

基于視頻流的行為識(shí)別通過(guò)攝像頭采集人體圖像數(shù)據(jù)，用計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)分析和理解人體各類(lèi)運(yùn)動(dòng)和行為，目的是基于所解釋和描述的動(dòng)作推理出目標(biāo)行為意圖并預(yù)測(cè)目標(biāo)的行為規(guī)劃。

在2012 年ILSVRC 大賽中獲得冠軍的Alex Krizhevsky等人設(shè)計(jì)了AlexNet 卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在ImageNet 上的識(shí)別率超出亞軍10%[26]，使深度學(xué)習(xí)在圖像識(shí)別領(lǐng)域得到廣泛研究。Dawadi 等[27]提出了一種將機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用到家庭智能監(jiān)護(hù)中的方法，通過(guò)對(duì)終端設(shè)備采集的數(shù)據(jù)利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法進(jìn)行智能分析，評(píng)估老人的健康狀況。Tran 等[28]提出利用圖像和音頻信息檢測(cè)老人異常跌倒情況，先利用音頻技術(shù)檢測(cè)聲音是否異常，發(fā)現(xiàn)異常后可及時(shí)查看視頻信息。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)的研究也一直緊跟國(guó)際前沿，取得了許多進(jìn)展。例如中科院、清華大學(xué)、中科大、北京郵電大學(xué)、北理工等單位均在人體行為識(shí)別領(lǐng)域展開(kāi)了卓有成效的研究。其中，中科院自動(dòng)化NLPR 實(shí)驗(yàn)室在視頻監(jiān)控方面的研究較為成熟，建立了自己的數(shù)據(jù)集CASIA，包括行為分析數(shù)據(jù)庫(kù)、步態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)、三維人臉數(shù)據(jù)庫(kù)等，可應(yīng)用于交通監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)行人和車(chē)輛等多目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)及跟蹤，也可應(yīng)用在康養(yǎng)領(lǐng)域識(shí)別異常行為。

②基于靜態(tài)圖像的行為識(shí)別

2006 年，Wang 等[29]在計(jì)算機(jī)視覺(jué)和模式識(shí)別國(guó)際會(huì)議（CVPR）上發(fā)表了第一篇關(guān)于靜態(tài)圖像行為識(shí)別算法的論文后，國(guó)內(nèi)外團(tuán)隊(duì)開(kāi)始開(kāi)展基于靜態(tài)圖像的行為識(shí)別研究。目前，靜態(tài)圖像行為識(shí)別主要依靠人體信息中的姿態(tài)以及身體部位、人-物交互關(guān)系、場(chǎng)景上下文。國(guó)外有一些團(tuán)隊(duì)的研究相對(duì)深入，例如斯坦福大學(xué)視覺(jué)實(shí)驗(yàn)室、卡耐基梅隆大學(xué)研究所、法國(guó)INRIA 的LEAR 團(tuán)隊(duì)等。在人體信息、行為相關(guān)的物體、人-物交互關(guān)系、場(chǎng)景上下文等方面均開(kāi)展了深入的研究[24]。國(guó)內(nèi)對(duì)此方向的研究起步相對(duì)較晚，大多數(shù)研究集中在2015年之后，參與研究的院校包括華南理工大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)、東南大學(xué)、東北大學(xué)等。

③基于深度圖像的行為識(shí)別

深度圖像指將從圖像采集器到場(chǎng)景中各點(diǎn)的深度作為像素值的圖像。深度相機(jī)的引入拓展了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)感知3D 視覺(jué)世界的能力。與RGB 視覺(jué)信息相比，深度圖像通過(guò)所提供的場(chǎng)景結(jié)構(gòu)信息可以極大地減輕遮擋、復(fù)雜背景等因素的影響，并且在不同的光照條件下，顏色和紋理具有不變性。從單個(gè)視角來(lái)看，如果不同的行為有相似的2D 投影，深度圖像可以提供額外的提醒信息來(lái)區(qū)別不同的行為。隨著傳感器技術(shù)迅速發(fā)展，如成本低、尺度小的Microsoft Kinect 等高清深度相機(jī)逐漸普及，可以很容易地獲取高分辨率的深度圖像。此外，Kinect 還提供了強(qiáng)大的骨架追蹤算法，該方法的骨架關(guān)節(jié)點(diǎn)不會(huì)受到尺度、視角變化的影響。因此，利用Kinect 所提供的人體骨架關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行行為識(shí)別是一個(gè)非常有前景的研究方向。近幾年，在基于深度圖像的人體行為識(shí)別方面，研究者們以提取更具行為區(qū)分能力的人體運(yùn)動(dòng)深度特征作為核心問(wèn)題，提出了大量的基于深度圖像的人體行為識(shí)別方法，并構(gòu)建了多種人體行為深度圖像數(shù)據(jù)庫(kù)以評(píng)估識(shí)別效果[30]。劉飛[31]基于改進(jìn)DTW 算法結(jié)合Kinect 進(jìn)行動(dòng)作識(shí)別，平均識(shí)別率達(dá)到了98.32%。

（2）基于環(huán)境監(jiān)測(cè)信息的行為識(shí)別技術(shù)

目前使用環(huán)境傳感器對(duì)老人的行為進(jìn)行識(shí)別的研究多聚焦于居家養(yǎng)老場(chǎng)景（國(guó)外稱(chēng)Smart home），通過(guò)部署在家庭環(huán)境中的各類(lèi)傳感器采集數(shù)據(jù)，經(jīng)算法分析處理，判斷人在空間中的具體行為。遍布于房間內(nèi)各個(gè)角落的傳感器所采用的傳感方式豐富多樣，是一系列傳感器的集合體。當(dāng)前該領(lǐng)域的研究難點(diǎn)是多人活動(dòng)識(shí)別場(chǎng)景中的行為識(shí)別，有兩種典型傳感器活動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)，包括華盛頓大學(xué)的CASAS[32]、土耳其海峽大學(xué)的ARAS[33]。CASAS 采集多人場(chǎng)景下的活動(dòng)數(shù)據(jù)，使用了動(dòng)作傳感器、電池電壓傳感器、燈傳感器、溫度傳感器等4 類(lèi)傳感器。ARAS 采集的是多人場(chǎng)景下的活動(dòng)數(shù)據(jù)，使用了光傳感器、紅外傳感器、壓力傳感器、距離傳感器、接觸傳感器、聲吶距離傳感器、溫度傳感器等7 種傳感器[34]。算法方面，國(guó)內(nèi)外的研究中多采用馬爾可夫邏輯網(wǎng)絡(luò)[35]算法進(jìn)行空間內(nèi)多人場(chǎng)景下的行為識(shí)別，還在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了算法的優(yōu)化和創(chuàng)新。

除了直接部署在居家環(huán)境中的傳感器，目前越來(lái)越多的家電通過(guò)安裝智能傳感器來(lái)采集人的行為數(shù)據(jù)，如空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)、照明、電視等。智能傳感器在智能家電領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，已成為傳統(tǒng)家電轉(zhuǎn)型升級(jí)為智能家電的重要驅(qū)動(dòng)因素[36]。

2 物聯(lián)網(wǎng)感知與識(shí)別技術(shù)應(yīng)用的難點(diǎn)分析

2.1 體征監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用難點(diǎn)

綜上所述，目前基于物聯(lián)網(wǎng)感知的體征檢測(cè)技術(shù)還不足以全面感知人體的健康狀態(tài)，在數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、應(yīng)用便捷性等方面仍存在明顯不足，具體如下：

（1）傳感器采集數(shù)據(jù)精度有待提升

對(duì)于皮膚接觸式生物傳感技術(shù)，考慮到居家感知設(shè)備的便攜性，選擇生物傳感器時(shí)在便攜與精度之間進(jìn)行了取舍，導(dǎo)致數(shù)據(jù)精度受限，主要原因是：各類(lèi)因人體接觸摩擦產(chǎn)生噪聲的消除算法及生物活性物質(zhì)不穩(wěn)定情況下的監(jiān)測(cè)技術(shù)魯棒性較差。故目前便攜接觸式生物傳感設(shè)備仍不能替代傳統(tǒng)醫(yī)用級(jí)設(shè)備。對(duì)于非皮膚接觸式生物傳感技術(shù)，主流技術(shù)為生物雷達(dá)監(jiān)測(cè)技術(shù)，其主要技術(shù)難點(diǎn)包括：在基于微波技術(shù)的生命體征監(jiān)測(cè)技術(shù)的理論中，存在監(jiān)測(cè)盲點(diǎn)；在濾波算法方面，目前算法對(duì)持續(xù)雜波的過(guò)濾不夠完善，導(dǎo)致檢測(cè)識(shí)別精度不足。

（2）可感知生理信號(hào)種類(lèi)欠豐富

目前國(guó)內(nèi)外生物傳感技術(shù)的應(yīng)用主要是對(duì)人體心率、血氧、血壓進(jìn)行采集，并通過(guò)所采集的信號(hào)經(jīng)算法或人工智能對(duì)其余生命體征進(jìn)行推測(cè)，可監(jiān)測(cè)的指標(biāo)少，且缺乏持續(xù)監(jiān)測(cè)的方法。擴(kuò)展可檢測(cè)的生物信號(hào)類(lèi)目，并實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)、持續(xù)性監(jiān)測(cè)，是生物傳感技術(shù)后續(xù)發(fā)展的重要方向。

（3）無(wú)感化監(jiān)測(cè)技術(shù)有待發(fā)展

非接觸傳感技術(shù)對(duì)老人生活的影響較小，無(wú)須老人額外攜帶監(jiān)測(cè)設(shè)備，非常適合于居家環(huán)境下使用。但目前存在精度不準(zhǔn)、多人環(huán)境下識(shí)別的魯棒性差等問(wèn)題，非接觸式生物信號(hào)傳感技術(shù)是未來(lái)在居家環(huán)境下進(jìn)行人體感知的重要研究方向。

（4）續(xù)航能力差

目前體征監(jiān)測(cè)感知設(shè)備主要使用電池供電，或者用USB及其他接口充電，過(guò)于頻繁地充電大大降低了設(shè)備的實(shí)用性。因此低功耗芯片和無(wú)線充電技術(shù)的創(chuàng)新研發(fā)可以極大地改善目前的應(yīng)用現(xiàn)狀。

（5）缺乏人機(jī)工程設(shè)計(jì)

目前很多智能可穿戴設(shè)備沒(méi)有根據(jù)老年人的使用場(chǎng)景和個(gè)人習(xí)慣進(jìn)行設(shè)計(jì)，未切合老年人的實(shí)際需要[37]，再加上老年人對(duì)新興事物的關(guān)注度不高，缺乏主動(dòng)了解的意愿，難以對(duì)可穿戴設(shè)備產(chǎn)生預(yù)期[38]。因此，對(duì)傳感設(shè)備進(jìn)行人機(jī)工程設(shè)計(jì)和適老化設(shè)計(jì)也是必須要解決的技術(shù)難點(diǎn)。

2.2 行為識(shí)別技術(shù)應(yīng)用難點(diǎn)

目前行為識(shí)別技術(shù)在養(yǎng)老領(lǐng)域的應(yīng)用還存在部分問(wèn)題亟需解決，在感知技術(shù)及識(shí)別算法方面均需要進(jìn)一步提升。具體問(wèn)題如下：

（1）隱私保護(hù)問(wèn)題

從技術(shù)的成熟度來(lái)說(shuō)，基于視覺(jué)傳感的行為識(shí)別較為成熟，且國(guó)內(nèi)均有廣泛應(yīng)用。但是由于視覺(jué)傳感涉及用戶(hù)隱私，所以不能在隱私性強(qiáng)的場(chǎng)景下應(yīng)用。基于深度圖像的行為識(shí)別雖然在可見(jiàn)性方面能部分彌補(bǔ)可見(jiàn)光視覺(jué)傳感器的缺陷，但是仍不能完全解決用戶(hù)隱私性的問(wèn)題。

（2）對(duì)行為表征的魯棒性和簡(jiǎn)潔性的重視不足

在實(shí)際對(duì)日常行為識(shí)別的過(guò)程中會(huì)受到多種因素影響導(dǎo)致樣本數(shù)據(jù)存在部分噪聲；行為序列圖像間也會(huì)存在視角或尺度的差異。因此，有效的行為表征應(yīng)從本質(zhì)上挖掘出同類(lèi)行為樣本間的“共性”以及不同行為類(lèi)別間的“個(gè)性差異”。

（3）需要更多地研究對(duì)復(fù)雜行為的識(shí)別

行為的復(fù)雜性具體表現(xiàn)為：①行為語(yǔ)義具有一定歧義性，可在行為識(shí)別模型構(gòu)建過(guò)程中考慮消除行為語(yǔ)義歧義的方法；②應(yīng)加強(qiáng)行為識(shí)別模型的靈活性以應(yīng)對(duì)多種不同結(jié)構(gòu)的行為規(guī)則；③當(dāng)前行為識(shí)別對(duì)部分復(fù)雜場(chǎng)景無(wú)法完全適用，應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)復(fù)雜行為識(shí)別的研究以及應(yīng)用。

（4）需對(duì)行為識(shí)別結(jié)果的性能進(jìn)行系統(tǒng)性評(píng)估

對(duì)行為識(shí)別結(jié)果的評(píng)估需要從多角度進(jìn)行參考，即評(píng)估不同的環(huán)境及因素對(duì)識(shí)別結(jié)果的影響，如Yu 等[39]在步態(tài)識(shí)別的算法中所使用的評(píng)估方法及框架對(duì)于算法性能的評(píng)估具有參考價(jià)值。

3 結(jié) 語(yǔ)

隨著國(guó)內(nèi)老年人口比重的持續(xù)增大以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在康養(yǎng)服務(wù)領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用場(chǎng)景也在逐漸增多。結(jié)合多種監(jiān)測(cè)傳感方式以及多模態(tài)數(shù)據(jù)融合分析技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)老年人更為全面和及時(shí)的監(jiān)測(cè)、干預(yù)和管理，將成為康養(yǎng)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。養(yǎng)老服務(wù)也將從老人被動(dòng)尋找服務(wù)的模式過(guò)度到“老有所養(yǎng)、老有所依”的主動(dòng)服務(wù)模式，這對(duì)我國(guó)養(yǎng)老政策設(shè)計(jì)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。