基于衛星導航的智慧居家養老系統設計與實現

安慶　江博　吳樹森

摘要：利用衛星導航系統，融合智慧感知、無線傳輸、物聯網、大數據、云平臺等先進技術，以具有定位、通話、體征量測等功能的智慧手表為終端載體，開發基于Android/lOS系統的健康安全監護系統移動客戶端APP，并搭建智慧居家養老服務平臺，將老人與社區、監護人、政府、醫療機構緊密聯系起來，為老人提供保健、安全監控、精神慰藉、緊急救援等全方位服務，實現養老服務模式、技術模式和管理模式的三大創新。

關鍵詞：北斗/GPs定位 智慧養老 物聯網 無線傳輸

中圖分類號：R-05；TP311.52 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）04（a）-0022-02

中國已進入老齡化社會，養老產業前景巨大。據統計，截至2015年6月，我國65歲以上老年人數量已接近2個億，占總人口的14.9%，這一比例明顯高于聯合國傳統老齡社會標準（10%）。未來25年中國將進入老齡化高峰，預計到2040年，65歲及以上老年人口占總人口的比例將超過20%。而我國養老服務機構由于資金投入不足、籌資渠道狹窄等原因，存在床位數少、養老服務設施建設滯后等問題，遠遠不能滿足日益增長的養老人群的需求。從目前來看，居家養老仍是我國養老的主要方式，因此，安排好居家養老的社會服務，使老年人生活得健康、舒心、方便，是政府解決好養老問題的關鍵。

隨著以北斗、物聯網、云平臺為代表的新一代信息技術的發展，養老產業的發展迎來了新的發展契機，將其運用于養老產業中，以研發出的智慧手表為數據采集終端，開發了健康安全監護系統移動客戶端APP，構建了智慧養老云服務平臺，通過整合政府及社區服務資源，構筑了多維度，立體式的綜合民生服務體系，使居家養老同樣可享受優質高效的安全監護、精神慰藉、家政服務、健康護理、緊急救援等養老服務。

1.系統構架

該系統借助于先進的北斗/GPS定位、地理信息系統、物聯網、大數據、云計算等技術，融合了無線通信、互聯網等科技手段，以建立老年人信息數據庫為基礎，整合了社會服務資源，采用了IaaS、PaaS、SaaS三層云計算架構。

IaaS層代表平臺運行的基礎軟硬件服務，主要包括平臺建設所需要的軟硬件基礎設施。系統軟件包括操作系統、數據庫管理系統、GIS平臺、WEB中間件等。服務器從邏輯上可分為數據庫服務器、地圖服務器、WEB服務器、應用服務器。硬件主要包括北斗智慧手表等設備，網絡主要包括企業內網、3G/4G/GPRS無線網絡、互聯網等計算機網絡。

PaaS層代表平臺標準服務接口及二次開發服務。平臺充分考慮網站訪問、智慧手機桌面客戶端等服務模式和服務內容的實際需求，主要提供地圖服務、位置服務、通用應用服務等標準服務。

SaaS層代表在平臺標準服務接口及二次開發服務基礎上，通過平臺搭建配置式敏捷開發，可快速構建面向應用系統。這些應用系統具體形態是多樣的，可以是瀏覽器/服務器（B/S）模式或客戶機/服務器（C/s）模式，還可以是移動設備/服務器（M/s）模式。

2.系統構成與功能

2.1北斗智慧手表

研發的北斗智慧手表將北斗/GPS定位功能與健康監護相融合，采用了北斗/GPS自動雙模、GsM通訊基站等多種定位方式，實現了室內室外無縫定位。另外，手表內置了各種傳感器，達到了定位、健康狀態監控、報警等功能一體化，有效的解決了老人的健康和安全問題。

北斗智慧手表除具有普通手表所具有的日期和時間顯示，以及語音報時功能外，其主要特色是具有生理量測和緊急求救功能。生理量測是指老人可選擇手表的生理數據量測功能，啟動設定的量測設備，進行血壓、血糖、脈搏、體溫等生理數據的量測，并在手表盤面上圖形化顯示出來。同時，手表也將自動記錄有關數據，并上傳至后臺。緊急求救是指當老人遇到危險情況時，可通過一鍵求救功能向設定的監護人發送求救信息。另外，依據手表內部設定的默認跌倒預測行為模式，當手表感知到G值及壓力計異常變化時，手表會主動發出”可能跌倒警報”的信息到云端服務中心的后臺。同時在手表屏幕上顯示偵測跌倒畫面，并發出提示報警。接著，手表會撥打電話到默認電話號碼，并同時啟動北斗/GPS/GSM定位。此外，老人還可通過對手表設置親情鍵，一鍵撥通與子女或親友進行親情通話。

2.2手機APP

基于Anclriod/IOS系統，在移動客戶端研發出基于北斗智慧手表的健康安全監護APP，主要有測量記錄和跌倒提醒功能。測量記錄是監護人通過手機APP，可查看一定時期內老人的健康測量記錄，包含血壓、血糖、體溫和脈搏記錄等，定期了解老人健康狀況。跌倒提醒是老人出現跌倒偵測或是發出SOS求救，手表會發出訊息通知授權手機App，手機會有相應的振鈴或訊息提示，可準確定位老人的位置，在需要的時候可通過一鍵報警功能向警方尋求幫助。

2.3服務平臺軟件系統

智慧居家養老服務平臺軟件系統主要由通信服務子系統、定位服務子系統、應用處理子系統、地理服務子系統、接口服務子系統以及空間數據庫和業務數據庫組成。

通信服務子系統主要為親情通話、監聽、SOS報警、北斗/GPS自動雙模定位、終端設置、基站、遠程管控、查詢指令、身份識別、設備入網等提供數據通訊；定位服務子系統主要完成北斗智慧手表的空間定位功能，融合北斗/GPS自動雙模定位、GSM基站定位；應用處理子系統則為應用提供接入或邏輯處理的功能，主要包括遠程設置、遠程查詢、定位優化、GIS信息處理、SOS報警、遠程監聽、終端管理等；地理服務子系統結合空間數據庫為系統提供地理資源服務功能，并提供氣象和路況信息，為老年人與監護人提供數據支持；接口服務子系統主要實現與政府管理、社區管理、養老機構、智慧城市、社會監管等實現數據交換的功能；WEB服務子系統為訪問系統用戶提供可視化人機交互操作接口，供家庭、社區、養老機構、醫療機構、監管機構、政府部門等不同權限的用戶登錄系統查詢自己所需要的信息；空間數據庫是為地理服務提供地理點、線、面、時間、空間基礎數據服務，業務數據庫則是用來存儲系統基礎數據和業務數據。

3.關鍵技術分析

3.1室內外無縫定位

眾所周知，在室外老人的位置可以通過北斗/GPS精確定位。但在室內由于受到門窗、墻壁等障礙物的影響，衛星信號會大幅減弱或收不到信號，導致定位精度降低，甚至無法定位。但室內是與人類生活最為密切的場所，很多情況下都需要知道老人在室內的精確位置。基于此難題，該款北斗手表內嵌的導航定位芯片支持北斗/GPS系統及羲和系統。羲和系統是基于協同實時精密定位技術構建的廣域室內外高精度定位導航服務系統，該系統以北斗/GPS、移動通信、互聯網和衛星通信系統為基礎，融合廣域實時精密定位和室內定位等技術，對北斗系統的定位精度和服務范圍進行了提升和拓展，最終將形成室外亞米級、城市室內優于3m的無縫定位導航能力。通過該技術，該款北斗智能手表能更加精確的對老年人進行自動實時識別和追蹤，確保了老年人的安全。

3.2多傳感器數據融合技術

該技術充分利用不同時間與空間的多傳感器數據資源，采用計算機技術對按時間序列獲得的多傳感器觀測數據，在一定準則下進行分析、綜合、支配和使用，獲得對被測對象的一致性解釋與描述，進而實現相應的決策和估計，使系統獲得比它的各組成部分更充分的信息。

服務平臺直接將采集到的來自干各種傳感器的未經過預處理的原始數據，如時間、心跳、體溫、血壓，脈搏等數據與定位信息進行融合，通過對各種信息數據的優化組合，更精確的描述監護對象的狀況以及當前所在的環境，達到實時安全監護的目的。

4.結語

“百善孝為先”是中國社會的傳統美德，在我國人口老齡化問題日趨嚴峻的今天，應當建立一個家庭養老和社會養老相結合的養老體系，推行以家庭養老為基礎、社區服務為依托、機構養老為補充的養老模式，形成服務對象公眾化、運作機制市場化、服務隊伍專業化的格局。該智慧居家養老系統融合了眾多先進技術，建立起了全方位智慧養老服務功能體系，真正做到了讓老人舒心、安心，讓子女放心、省心。該系統已在黃石市黃石港區南岳社區進行了應用示范，反應良好，社會效益顯著。該系統對提高政府部門的服務效率和管理水平，應對人口老齡化、保障和改善民生，促進社會穩定和諧發展有積極的作用。