基于模式識別的老年人智能監護系統研究

唐哲　李皎　王藝

摘要：本文通過對模式識別技術與老年人智能監護系統的融合、帶有模式識別的老年人智能監護系統分析展開了對基于模式識別的老年人智能監護系統的深入研究，該系統將通過攝像頭、傳感器等電子監測設備對老年人的生活情況進行實時監測和分析，依據異常模式數據庫進行模式識別，在發生危險和異常情況時，實現自動報警并將異常信號和監測畫面傳輸到監控中心，以供監護人員采取相應的處理措施，確保老年人的人身安全以及隱私安全。

關鍵詞：智能監護系統；模式識別技術；老年人；隱私安全

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）11-0001-02

一、引言

數據顯示，2014年我國65歲以上人口數量達到13755萬人，占全國總人口比重的10.1%。空巢老人數量的劇增得社會養老負擔加重，如何讓老年人安享晚年，減輕子女的養老負擔是亟待解決的問題。目前，針對老年人的監測系統大部分是通過人的實時監測來完成的，很容易產生疏漏，不能及時發現被監測地點發生的異常狀況。筆者將基于模式識別技術，對老年人智能監護系統[1]進行深入研究。該系統僅僅顯示需要監護人員關注的異常狀態，而對于老年人正常的行為活動則不予顯示，實現了對空巢老人日常生活的智能視覺監護，其市場需求明確，潛在用戶數量巨大，因此具有重要的經濟和社會意義。

二、模式識別技術與老年人智能監護系統的融合

（一）模式識別技術

模式識別技術是集圖像處理、數理統計、幾何運算、判別分類等于一體的綜合技術，包括語音識別技術、生物認證技術、聲紋識別、指紋識別、數字水印技術等，是人工智能的基礎技術。模式識別技術是指根據模式的特性，將其判斷為某一類，然后用計算機實現人對各種事物或現象的分析、描述、判斷、識別。一個典型的模式識別系統一般由數據獲取、預處理、特征提取選擇、分類決策及分類器設計五部分組成。其目標為，在特征空間和解釋空間之間找到一種映射關系，根據X的n個特征來判別模式X屬于w1，w2，…，wm類中的哪一類。由從模式得到的對分類有用的度量、屬性或基元構成的空間稱為特征空間，由M個所屬類別構成的集合稱為解釋空間。人工智能在模式識別方面的一些具體和最新的應用范圍遍及遙感、生物醫學圖像和信號的分析、工業產品的自動無損檢驗、指紋鑒定、文字和語音識別、機器視覺等方面。

（二）老年人智能監護系統

老齡化背景下，智能監護產品應運而生。老年人智能監護系統是通過攝像頭、傳感器等電子監測設備對老人的居家生活情況進行實時監測，然后將監測畫面傳輸到監控中心或根據實際需求通過手機、電腦將家里的實時監測信息傳送給家人，以最大程度地確保老年人的人身與財產安全。與傳統的社區報警系統相比，其優勢在于：實時可靠性增強，人性化大幅提升，畫面呈現更加直觀，可擴展性提高。把該系統為核心的智能監護產品運用到實際當中，將大大減輕各家庭的養老負擔，同時隨著老年人口規模的擴大以及購買力水平和購買欲望的增長，產品推廣后定會為企業帶來長期、良好、穩定的收益。

（三）模式識別技術與老年人智能監護系統相結合

目前，國內的智能視頻監護技術還處于研究階段，現存的老年人智能監護渠道仍較狹窄，且存在較多問題，如技術復雜、及時性達不到或是錯誤率較高等，已無法滿足當今老年人對智能監護日益增長的需求。由此可見，研發帶有異常模式數據庫，實現監測、反饋、報警功能的智能視頻監護系統，實現以老年人智能視頻監護系統為核心的產品的研制，顯得尤為重要。這就需要模式識別技術的融入，使其與老年人智能監護系統的設計相結合，對視頻監測設備和傳感器采集到的電子信號、視頻數據進行分析，判斷采集信號與異常模式是否匹配，在目標出現異常狀況時呈現監測畫面并及時向監測中心反饋，實現老年人智能監護系統的技術革新與功能提升。

1.模式識別技術與老年人智能監護系統相結合的研究方案。基于模式識別技術與老年人智能監護系統相結合的理論，筆者制作了基于模式識別技術的老年人智能監護系統的研究方案。①硬件平臺的設計。建立一個包括監控、環境狀態采集設備，數據分析存儲設備，報警信號產生以及數據遠程發送的硬件電路平臺。②異常模式數據庫的建立。對異常模式進行研究和分析，形成“異常群模式庫”，建立模式識別技術的特征空間。通過文獻資料、咨詢專家確定老年人的危險行為及所處場景的異常，得到異常模式數據，經過預處理、特征提取和選擇獲得異常模式在視頻圖像上的特征體現，然后歸納整理，建立相應的異常模式數據庫。③監控視頻數據的處理及匹配。利用圖像處理技術，對監控設備采集到的電子信號、視頻數據進行預處理[2]和特征提取，建立模式識別技術的解釋空間。然后，找到特征空間和解釋空間之間的映射關系，做好分類決策。設從當前視頻中分析得到的特征數據為向量X1，Y={Y1，Y2，…，Yn}為異常模式庫中的各種異常模式。對X1和Yi進行模式匹配，i=1，……，n，通過屬性距離計算、模板匹配、結構匹配等方式分析X1與Y中模式的相似程度，識別出X1是否屬于異常模式庫中的模式，以及屬于哪一種異常模式，并把識別結果進行的輸出。④數據采集匹配后的報警反饋。若經過匹配結果判斷出現了異常情況，則在監視器上顯示現場的實時圖像，并進行聲音報警，同時確定為何種緊急事故，以便施救及時且有效；若識別結果為正常，則將場景數據丟棄，不形成顯示畫面。

2.模式識別技術與老年人智能監護系統相結合的技術路線。基于模式識別技術與老年人智能監護系統相結合的理論，筆者制作了基于模式識別技術與老年人智能監護系統相結合的技術路線。如圖1所示。

三、帶有模式識別的老年人智能監護系統分析

（一）帶有模式識別的老年人智能監護系統的價值與意義

帶有模式識別的老年人智能監控系統提升了隱私安全保護：該系統打破了傳統的全程監控模式，對老年人正常的行為活動不予顯示，僅在發生異常情況時傳輸影像，在無隱私侵犯的安全狀況下，實現針對獨居老人日常生活的智能視覺監護；該系統開創了無人監護，與傳統監護系統相比，該系統具有無人監護的優勢，有效減少了成本支出與人力資源的浪費；帶有模式識別技術的老年人智能視頻監控系統大幅度地提高了安全性與靈活性：傳感器與攝像頭相結合，與傳統的單一技術相比其安全性更高，無線技術的應用使得系統具有安裝位置靈活機動、可根據需要隨時調整位置的優點。

目前的視頻監測系統大部分是通過人的實時監測來完成的，其缺點是：需要監測工作人員通過不斷觀看監視屏來發現異常狀況，具體的監測過程是細致、連續、長期枯燥的過程。尤其是當監測點較多時，監測工作人員常常要面對很大的一面電視墻，很容易產生疏漏，不能及時發現被監測地點發生的異常狀況。而且，連續不斷地監測畫面必然會涉及個人隱私問題，監護方式不易被老人接受。如果僅僅顯示需要監護人員關注的異常狀態，而對于個人正常的行為活動則不予顯示，這樣就可以在無隱私侵犯的安全狀況下，實現針對獨居老人日常生活的智能視覺監護，對解決空巢家庭獨居老人的監護問題有著非常積極的意義。

（二）帶有模式識別的老年人智能監護系統的實際應用

醫院對監護的需求無處不在，且需要付出巨大的人力、物力及財力。在社會需求和政府政策的推動下，未來五年將成為養老機構快速發展的黃金期，包括政府籌辦和民間資本籌辦的養老院、敬老院、老年公寓等機構。中國老齡事業發展“十二五”規劃提出，全國城市街道和社區統籌安排服務設施，實現居家養老服務、老年日間照料，衛生站和助餐網點基本覆蓋，80%以上的鄉鎮和50%以上的農村杜區建立包括養老服務在內的綜合設施和站點。因此將帶有模式識別技術的老年人智能視頻監護系統應用于醫院、專門的養老機構、居住社區養老服務中心以及有需求的居家養老家庭，對構建以居家為基礎，以社區為依托，以養老機構為支撐，資金保障與服務保障相匹配，基本服務與選擇性服務相結合的養老社會服務體系有極其重要的推動作用。

四、結語

基于模式識別的老年人智能監護系統研究是緩解由于人口老齡化所引起的醫療資源短缺問題以及養老負擔問題的必要途徑。隨著科技的進步、人口老齡化問題的加劇以及人民對醫療護理水平要求的不斷提高，智能視頻監護系統必將得到廣泛應用。針對傳統的智能視頻監控系統技術研究的不足和我國社會空巢老人這個社會熱點問題，基于模式識別的老年人智能視頻監護系統研究將成為應用于家庭空巢老人監護的關鍵。研發基于模式識別的老年人智能監護系統，實現以該系統為核心的產品研制，必將會在智能監護領域取得重大突破，為老年人家庭帶去福祉，同時使企業獲得良好穩定的收益。

參考文獻：

[1]馬寶慶，湯一平，嚴杭晨.基于全方位視覺的獨居老人監護系統[J].計算機工程，2013，8（39）.

[2]石青云.模式識別的現狀與發展趨勢[M].北京：北京大學信息科學中心，1988.

[3]蒙亮.基于HMM的家庭視頻監護系統研究[M].廣西師范大學，2014.