基于云平臺的健康監測系統的設計與創新

譚瑤，趙君君，皮春春（.武漢科技大學計算機科學與技術學院，武漢430065；.武漢科技大學信息科學與工程學院，武漢430065）

基于云平臺的健康監測系統的設計與創新

譚瑤1，趙君君1，皮春春2
（1.武漢科技大學計算機科學與技術學院，武漢430065；2.武漢科技大學信息科學與工程學院，武漢430065）

0　引言

隨著移動醫療熱潮的興起，醫療產品結合移動智能終端的研發成了當前的研究熱點。美國是開展智能醫療監控方面研究比較早的國家，最早的應用系統應用于對宇航員進行無創生理數據監測以及戰場傷病員急救等方面。目前越來越多的移動電子醫療產品投入商業應用，在監護類設備、運動類裝備（如腕表、鞋類）以及消費產品等領域，已經有越來越多的相關產品進入人們的視野，并擁有一定的用戶群體。人們可以通過可穿戴的移動醫療設備對自己的基本健康狀況進行檢測并實時顯示，同時這些身體健康狀況的數據還可以長期存儲，方便隨時查詢和健康狀況的跟蹤分析。

在大數據時代，用戶對數據處理的要求和精準度更加多元化。從技術上看，要求開發人員用更加敏捷的開發流程、更加安全、便捷的數據存儲方式、更加高效的數據處理方式來實現。在開發流程、開發框架、數據存儲和處理方面的創新和優化，對于軟件開發來說有著重要意義。

近年來，智能醫療設備正在迅速發展，同時也涌現出了一些問題。智能醫療數據監測系統包括生理數據的采集、傳輸、存儲以及分析處理等方面。市場上大多數智能健康類產品是一樣的，缺乏有效的數據存儲以及深入的數據分析等功能；健康數據采集設備方面的研究大多集中于大型穿戴式檢測設備，沒有將各種采集設備統一集成起來，對于用戶來說不夠便利；隨著互聯網和無線通信技術的發展，目前關于數據的傳輸技術更加成熟穩定；目前的智能醫療監控系統，其數據存儲一般都存在本地數據庫中，相對來說不夠安全和穩定。

1　設計方案與實現

1.1整體框架

本課題提出的基于云平臺的健康監測系統的模型如圖1所示。

人體在數據采集端通過傳感器測得基本體征數據，通過藍牙模塊傳送至移動端存儲，移動端通過網絡將數據上傳至服務器。當人們需要時，在移動終端下載App同步健康檢測數據，即可在終端查看數據及分析健康情況。

圖1　基于云平臺的健康監測系統模型

1.2具體功能實現及分析

（1）硬件端的實現

硬件端為數據采集設備，通過相應的傳感器實現體溫、血壓、心率等指標的測量。嵌入式云測量部分采用飛思卡爾解決方案，電源供電部分采用TI解決方案。其采用SPI總線和下一級通信，模擬傳感器（紅外溫度傳感器、壓力傳感器），同時留出接口，便于擴展。同時，該MCU負責和外界通信，處理前一級SPI總線傳過來的數據。

（2）后臺框架

后臺使用基于Python的Django REST Framework框架實現，主要提供包括用戶個人信息管理、用戶數據管理、家庭關系管理、健康數據訪問權限管理等一系列服務的API接口。

健康監測系統的后臺邏輯較為清晰、簡單，主要目的是處理以數據存取為主的與數據相關的全部業務，提供API給Android端訪問。Django REST Framework就是基于Django的REST框架，是一個集健壯性與彈性于一體的開發框架。選擇Django作為后臺框架的主要原因是基于其本身的特性——簡便、快速開發數據庫驅動的應用，較為符合本系統的需求。

例如，本系統的用戶信息表結構如表1所示。

表1　User數據庫表

在數據處理方面，Django有自己的一套ORM （對象關系映射），即在關系型數據庫和業務實體對象間做一個映射，它提供了比較完善的數據庫操作，明顯降低了學習曲線并提高了開發效率。在Django框架中的models.py中定義數據庫代碼如下：

定義好數據庫后，調用數據庫同步命令即可創建相應的表，接下來可以在views.py中用ORM封裝好的命令對數據庫進行增刪改查等操作。

此外，Django還內置了非常便捷的管理應用工具——Admin。通過相應的安裝、配置和運行后，即可通過默認位置 http://localhost:8000/admin/訪問數據庫后臺管理頁面，能夠隨時查看數據庫表、并對其操作。在admin.py中激活使用代碼如下：

（3）云平臺

隨著云計算的提出和發展，越來越多的企業開始提供云平臺服務。利用云平臺，我們可以低成本、快捷地搭建和部署服務，便捷地管理數據庫，實時監控主機狀態。

云平臺的主要功能是作為服務器，部署服務提供API給移動端調用并且接收移動端上傳的數據，使用MySQL數據庫存儲數據。這里MySQL和后臺處理服務既可以在同一臺服務器，也可以部署在不同的服務器上，以實現分布式計算。

（4）移動端的交互

這里我們以Android App為例作為移動端實現和硬件端和云平臺的交互。

Android App首先通過藍牙的串行通訊從硬件端獲取數據信息，存儲到本地的數據庫中。

通過上傳功能，在有網絡的情況下，將本地數據庫中沒有上傳的數據封裝成JSON格式的字符串，通過調用服務端的API用POST方法上傳到服務端。服務端收到POST請求后把JSON格式數據解析出來，并寫入到數據庫。客戶端采用增量方式同步，每次通過API把上次同步的時間戳傳到客戶端，同步時客戶端根據時間戳將之后的數據——即尚未同步的數據上傳至服務器。

同時Android App還要提供UI供用戶查看健康數據信息、健康狀態分析等其他功能。

2　存在的問題及解決思路

2.1引入“家庭”概念，共享健康信息

目前移動智能設備不僅是一種潮流，也是一種需要，我們不僅關心自己的健康數據，也關心家人朋友的健康信息，尤其是老人孩子，如果能夠及時有效地知曉他們的健康信息，在必要的時候可以預防危險情況的發生。而在現有的大多數產品中，只是針對使用產品的用戶，供其查看自己的信息、分享至社交平臺等。因此，我們提出建立家庭關系，與其他用戶綁定，可以共享他人信息。

通過建立家庭關系表來定義哪些人屬于同一個“家庭”，通過建立用戶數據權限表來定義每個用戶將自己的那些數據項公開給同屬一個家庭的用戶，用戶可以管理個人關系和數據，并在共享數據的同時保護個人隱私。

本系統涉及家庭關系的家庭信息表和數據訪問權限信息表如表2、表3所示。

表2　Family數據庫表

2.2收集健康標準，給出健康分析

目前的移動智能產品大多只是機械地顯示測量數據，而忽略了數據本身的意義。我們為此提供了體溫、血壓、體重等各項數據的參考標準，測量得到真實數據后，提示用戶測量數據處在什么樣的位置，是否可能有健康隱患。例如正常人體腋下體溫值的范圍是［36.0℃，37.0℃］。當用戶測量得到自己的體溫值是37.5℃時，在Android端顯示真實數據的同時，將給出一個人體正常體溫的參考指標，并提示用戶目前可能處于低熱狀態，最好盡快做進一步檢查。

2.3測量設備與移動端帳號相互獨立

將用戶與硬件端綁定進而傳輸數據是一種常見的硬件、軟件交互方式，但在這里用戶獨占了硬件設備，不便于設備分享。為了分離測量設備與移動端用戶，我們通過“熱測量”的方式來解決該問題，測量時只需即時用藍牙連接測量設備，降低了使用成本，更加便捷地實現了多人共享同一設備。

2.4利用負載均衡緩解服務器壓力

在分布式計算的基礎上，隨著用戶量和數據量的增加，可能會帶來服務器壓力過大，處理請求緩慢、超時等情況。這里還可以使用云平臺提供的負載均衡服務來提高服務器的性能和工作負載能力。目前企業使用的所謂“負載均衡服務器”，實際上是應用系統的一種控制服務器，所有用戶的請求由此服務器分發，根據各個實際處理服務器狀態將請求具體分配到某個實際處理服務器中，同時，對外公開的域名與IP地址都是這臺服務器。

3　結語

本文給出了基于云平臺的健康監測系統的開發設計，整個系統綜合運用了現在較為流行的技術手段，開發方法，包括云平臺相關技術、Android開發技術、Django后臺開發、MySQL數據庫等，同時對現存的問題進行了分析和優化。可依據本文實現健康監測系統的開發，具有一定的參考意義。

［1］丘恩（Chun W.J.）著.Python核心編程［M］.宋吉廣譯.北京：人民郵電出版社，2008.7.

［2］Brian Hardy，Bill Phillips著.Android編程權威指南［M］.王明發譯.北京：人民郵電出版社，2004.4.

［3］顧宏明.基于云平臺的移動醫療健康服務系統的設計與實現［D］.北京：北京郵電大學，2012.

Cloud Platform；Mobile Medical；Android

Design and Innovation in Health Monitoring System Based on Cloud Platform

TAN Yao1，ZHAO Jun-jun1，PI Chun-chun2
（1.College of Computer Science and Technology，Wuhan University of Science and Technology，Wuhan 430065；2.College of Information Science and Engineering，Wuhan University of Science and Technology，Wuhan430065）

1007-1423（2016）18-0071-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2016.18.017

譚瑤（1994-），女，湖北武漢人，在讀本科，研究方向為計算機應用

趙君君（1994-），男，重慶綦江人，在讀本科，研究方向為計算機應用

皮春春（1993-），男，湖南常德人，在讀本科，研究方向為FPGA視頻處理

2016-04-12

2016-06-10

隨著醫療熱潮的興起，醫療產品結合移動智能終端的研發成了當前的研究熱點。基于云平臺的健康監測產品的應用可以讓大眾受益匪淺。該系統通過硬件傳感設備測量人體健康數據，并通過藍牙模塊傳輸至Android智能終端，通過Android端顯示用戶測量信息并將數據上傳至云平臺存儲，用戶可以從云平臺同步健康信息，通過設置分享他人信息。整個系統綜合運用了云平臺相關技術、Android開發技術、Django后臺開發和MySQL數據庫。

云平臺；移動醫療；Android

湖北省高等學校省級教學研究項目（No.2012215）

With the rise of intelligent medical，the research and development of medical products combined with intelligent mobile terminal has become the current research focus.The public can benefit a lot from the health monitoring products based on cloud platform.The application measures the data of health indicator through hardware sensors and sends the data to Android terminal through Bluetooth transmission module.Data will display by Android app and will be sent to cloud platform.Users can synchronize health information from the cloud platform and share information with others.The whole system applies the cloud platform related technology，Android development technology，Django background development and MySQL database.