物聯網技術在社會服務中的應用

◆姚婧瀛

（鄭州外國語新楓楊學校 河南 450000）

物聯網技術在社會服務中的應用

◆姚婧瀛

（鄭州外國語新楓楊學校 河南 450000）

鑒于物聯網技術作為未來智慧城市核心技術，提出了利用物聯網RFID技術進行老人的出行保障服務，以促進社會服務應用功能。通過物聯網技術應用分析和目前社會關注問題的研究，提出利用現代技術解決社會關注的老人社會服務問題的方案和策略，實現利用高科技提高社會管理功能的目標。

物聯網；RFID技術；老齡社會；老年人

0 引言

社會信息化的快速發展，使物聯網（The Internet of things）技術已在不知不覺中進入了我們的生活，智慧城市、智慧醫療、智能家居進入我們的視野。物聯網技術是繼智能手機之后的又一場信息技術革命，1蘋果、谷歌和小米等企業利用物聯網技術打造物聯網生態圈，包括可穿戴、智能家居、車載電子產品等多個門類，并應用在各種不同領域。日常生活中手機、空調、私家車；水、電、熱力流量的采集；還有飛機場入侵防御系統、機動車和非機動車的防盜系統，各類公共出行工具、高速公路 ETC收費系統等都使用了物聯網技術。目前，果殼魔戒、小米手環等可穿戴設備應用的安全認證技術，當魔戒或手環等產品靠近手機時，射頻信號通過線圈感應，安全認證自動啟動，蘋果Apple Watch進一步提升安全認證的級別，實現安全支付功能，物聯網技術已經融入到我們生活的方方面面2。隨著物聯網技術越來越成熟，物聯網技術在社會各個領域有廣泛的需求和應用前景，本文主要探索物聯網技術在老人社會服務方面的應用。

1 我國老齡化社會中的老年人社會服務

我國正加速進入老齡化社會，特別是大中城市的老齡化特征愈加明顯，2013年，我國老年人口有2.02億，占總人口的14.9%。2014年，我國60歲以上老年人口2.12億，老齡化水平達到15.5%，特別是在獨生子女一代進入45歲后，將面對4位或是以上老人的贍養問題，老人出行成為子女最為擔憂的社會問題，也將會成為社會關注熱點。老年人作為流動人員也占有一定比例，據中國國家衛計委流動老人健康服務專題調查顯示，2015年我國 2.46億的流動人口中，流動老人占流動人口總量的 7.2%，年齡中位數為64歲，其中低于70歲人口約占80%，70至79歲人口占18%，80歲以上的高齡流動老人約5%。我國提出的《社會養老服務體系建設規劃（2011～2015年）》“9073”養老模式，居家養老、社區養老和機構養老分別占90%、7%和3%。“9073”養老格局中，如何提高養老服務能力與效率，社會如何提供一種保障性服務，讓居家養老、社區養老和機構養老三種養老模式不是成為老人的自由生活的束縛和無奈選擇，而是在技術的支持下改善老人的安全保障，提高老人自由生活保障。

國內物聯網的研究始于2003年，但研究熱潮從2010年才開始。3物聯網技術可以在物品與物品，人與物品，人與人之間形成互連，這項技術應用在對老人出行方面，能夠提供安全出行監護，提高社會管理水平。物聯網技術使三種養老模式與醫療體系已經開始實現資源整合，如何在社會管理中使物聯網技術和三種養老模式形成一種智慧服務模式，構建面向大規模老年人群的養老服務體系，已經成為急需解決的社會問題，鑒于這一實際社會問題，本創新研究小組通過社會調查發現，市場上現有的老人定位服務產品具有一定的缺陷，如其采集的數據不能傳入社會公網進行快速查詢和分析，也不能調用社會力量為老人形成一種社會服務和保護，鑒于以上情況，本文創新提出把RFID應用于老人出行社會服務，把老年人社會服務與物聯網技術進行結合的設計思想，本創新項目實現了現代科技技術對老年人的社會服務功能。創新項目設計采用為老人配備RFID可穿戴設備的方式或是藍牙設備、GPS設備等，同時在各個路口通過數據采集設備接收老人途經的各個路口情況，進行老人出行的記錄。提高老年人的交通中的人身安全保障，在老年人走失時，能夠及時發現其運動軌跡，便于尋找和發現，使老人及時得到社會救助。

項目還可進行功能擴展，通過配置感應器，對老人心跳、血壓等身體狀況進行監測，通過后臺大數據分析功能，在老人出現特殊情況下啟動報警，快速啟動社會力量，還可為老年人健康醫療，通過大數據分析發現最佳治療方案。

2 老年人出行保護測試

針對本項目，創新團隊進行了社會監控設施走失查找實驗，2016年8月25上午十二點實驗人員A從鄭州外國語新楓楊學校北門出發到雪松路口的的丹尼斯超市，途經休閑食品店，汽車配件店等安裝有視頻監控的店面，實驗小組在下午兩點開始對校園門口，翠竹街和雪松十字路口的交通路口監控錄像以及街邊緊鄰丹尼斯超市的汽車配件店、休閑食品店朝向路口方向的視頻監控進行調用，查找A的軌跡。

圖1 A同學出行起點

實驗小組通過A起點到終點路面上的各個監控點，按照時間點進行一幀一幀的查看，直到三點鐘也沒有發現任何蹤跡，沒有發現A學生從各個監控點穿過。

圖2 A同學出行到達位置

通過實驗，本文認為在老年人走失時的前兩個小時是最為關鍵的時間點，若能夠獲得走失的起始點和行動軌跡就會提高走失老人找回率，現在社會管理啟用“老大哥監控”，處處遍布監控設備，但圖像監控不能快速智能提取、快速查找路面人員行動軌跡，只能依靠一幀幀的退回查找，此外，各種店面的監控設備不能聯動，本文認為若能夠使得社會監控設備和各種路邊店鋪監控設備進行聯動，各個監控點組成一個大網，利用成熟的物聯網技術不僅能夠為老人提供社會服務，還能夠降低社會治安成本，提高效率。而已有的老人定位產品果殼魔戒、小米手環等產品應用都存在一定的缺點，如，不能上傳到云和公共數據服務平臺，不能調用社會力量進行老人社會服務，老人走失后也不能進行出行軌跡的分析等，本研究認為社會管理中物聯網技術應用能起到更好的效果。

3 物聯網技術的老人出行管理應用

物聯網是新一代信息技術的重要組成部分，通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡，物聯網技術身份認證的應用能夠實現老人社會保護服務，實現和諧社會的有效管理。

超高頻無線射頻識別系統設計，RFID系統主要由電子標簽、讀卡器、RFID中間件和計算機應用系統組成。RFID是自動識別技術的一種，采用無線射頻方式對目標進行智能識別并獲取相關數據，實現非接觸式雙向數據通信。4RFID識別系統具有穿透一般障礙物閱讀標簽的能力，能夠在一些惡劣環境使用。通過無線電信號識別特定目標，無線電信號通過特定頻率的電磁場把攜帶在老人身上的RFID標簽數據傳遞到識別系統，在路口對標簽進行自動識別或跟蹤，識別系統與識別目標之間的數據讀寫通過非接觸式完成。標簽分為有源和無源標簽，無源標簽不需要電池供電，每次當老人進入路口管理系統的磁場時，攜帶或是附著老人身上的標簽從磁場中獲得能量。RFID系統還具有閱讀速度極快，數據記憶容量大，安全性能高等優點，所以適宜于在大量數據存儲的情況下使用（見表1）。

其中，標簽芯片內存中寫有每個老人的唯一身份信息數據，識別器與標簽按照約定的通信協議進行信息交互，也就是說當附有標簽的老人進入磁場內時，交通路口安裝的識別器通過天線向標簽發送指令，標簽被激活后根據老人的交通遵守情況進行提醒服務系統按照指令內容將存儲于芯片中的老人身份標識信息傳給識別器，然后通過路口計算機軟件系統負責提供一個可操作界面，存儲識別信息或者通過互聯網將數據共享。

表1 RFID系統標簽各頻段基本特性和參數比較5

4 交通路口物聯網的構建

RFID智能管理系統由后臺老人身份管理系統和前端硬件組成，后臺老人身份管理系統包括：系統網絡及機房硬件、系統管理軟件、發卡器、操作電腦；前端硬件包括：標簽、讀寫器、天線、手持讀寫器等。利用現有的交通路口的監控網絡，進行功能的擴展，在主要路口安裝監控天線，實時讀取經過的老人卡標簽信息，同時傳輸至后臺服務器，在老人走失或是其他特殊情況時，能夠及時報警，監控中心通過調用老人出行軌跡，進行查尋定位，此外還可通過手持設備進行找尋和身份識別。設計通過 QR2235超高頻電子標簽 UHF技術實現數據的外傳，讀寫器采用孚思D2184D四通道超高頻讀寫器進行數據的接收傳輸（圖3）。

（1）設置RFID標簽

通過標簽唯一識別信息標示建立監測對象與標簽的一一對應關系，標簽中存儲每個對象的唯一標識信息在一定條件觸發被讀取后傳送到路口管理系統的存儲設備，并傳輸給數據處理中心，進行數據共享。當老人攜帶標簽進入交通路口感應區時，標簽被激活，系統自動開啟記錄。

（2）路口構建RFID物聯網絡

在路口構建RFID物聯網絡，路面設置感應區域。網絡由多個無線傳感器節點互連接組成，傳感器節點主要由數據收集模塊（讀卡器、AD轉換器）、數據處理模塊（單片機）、數據傳輸模塊、電源四個部分組成。6讀卡器器收集路口數據信息轉換后傳送給單片機進行數據存儲和處理，傳輸到云或是經由無線通信模塊與數據中心進行數據的傳輸7-8。

（3）協議層

交通路口傳輸網絡通過管理多種多樣的接入協議實現對外部傳感器、智能元件的接入，包括對RFID、GPS、ZigBee、6LoWPAN、WiFi、藍牙、紅外等協議的廣泛支持，便于設備擴展。這些協議所連接的設備可以是采集外界環境數據的傳感器設備，也可以是執行標準服務的各種功能終端，如顯示、驅動、制動設備等。

（4）客戶端測試

（老人）智能可穿戴設備，需要進行認證測試，如，射頻（RF）一致性測試，主要包括發信機測試和收信機測試兩部分。

（5）路口數據收集模塊

采用數據通用、多路輸入處理方案，實際應用中，收集數據信息的讀卡器會涉及到不同的種類，單片機應具有數據通用、多路輸入處理的功能，使收集到的模擬信號（電流信號、電壓信號）和數字信號都能夠傳輸到單片機中進行處理，在實際工作中就會具有很好的靈活性。

圖3 系統架構圖

5 技術指標

5.1 主要部件技術指標

（1） 讀寫器

射頻讀寫器能夠讀寫符合ISO18000-6C（EPC G2）、TK900標準的電子標簽。讀寫器選擇多接口（如 RJ45、RS485、RS232和以太網接口），可直接接入 Internet，或接入中間件（如微軟BizTalk RFID）平臺進行應用。

技術指標：

工作頻率：840-845（902～928）MHz

協議： ISO18000-6C（EPC G2）

工作方式：廣譜跳頻或定頻方式

天線數量：四個

射頻功率：20～33dBm（國家或地區不同會略有差別）

通信接口：RS232、RJ45、以太網口

工作溫度：-20℃～+55℃（根據地區不同可以選擇設備的耐溫特性）

讀卡距離：大于7米（讀卡距離與標簽及天線有關，可根據路口情況選擇）

平均功耗：小于12瓦

電源：12VDC/3A

（2）天線（或內置天線）

工作頻率：840-845（902～928）Mhz

電壓駐波比：<1.5

極化方式：圓級化

增益：12 dBi

電纜接口：N--F

波束寬度：58°×60°

重量：1.0KG

（3）標簽手環

該標簽為PVC封裝，空氣介質，可手持或插入配套卡座。

技術指標：

工作頻率：840-845（902～928）MHz

協議標準：ISO-18000-6C（EPC G2）

工作方式：廣譜跳頻或定頻方式

存儲容量：96位 EPC編碼 64位唯一ID號， 224位用戶數據區

抗干擾性：具備防沖撞機制

標簽材質：PVC或者PET

適用介質：空氣介質

工作距離：讀取距離0-15米（實際工作距離視工作環境和配套天線存在差異）

物理尺寸：120×40×0.8mm、115×35×0.8mm、86×54× 0.8mm×（可根據需求定制）

重量：7g

5.2 系統目標

（1）標簽識別率≥95%

非雨、雪天氣條件下，所有正確佩戴標簽的老人通過安裝天線的路口時，標簽信息被天線讀取且數據上傳一次的概率為95%以上。

（2）系統容量≥100萬條

系統數據庫支持100萬條信息的讀取、寫入。

（3）系統并發數量≥2萬條/秒

6 研究的基本思路和研究方法

本文通過社會調研，查閱文獻，實驗分析等方法進行研究，通過RFID（無線射頻識別技術）進行設計，進行了RFID標簽，數據傳輸處理方案設計，研究物聯網技術解決社會關注問題的社會管理應用，并以具體案例示范研究驗證。

（1）社會調查，對養老情況、老人失聯后的路口監控調取尋找情況進行了社會調研。

（2）文獻查閱，小組大量閱讀了國內外物聯網應用文獻，結合我國實際進行了本項目的研究。

（3）研究方法設計，對交通路口網絡和監測對象上附著的RFID標簽，數據傳輸處理進行了方案設計，研究物聯網技術方法的社會管理應用模式，并以具體案例示范研究驗證。

7 創新性

本文運用物聯網技術方法，科學調研的方法，進行現代社會管理，關注養老問題中的老年人關注的社會服務問題。在創新性方面，利用云計算、大數據技術和數據共享技術等現代技術解決社會關注問題，解決交通路口圖像檢索速度問題，為老人出行提供實時社會救助保障服務提供創新思維，是未來智慧養老模式中的一個新的解決方案和服務模式。

8 結論

本文的應用研究主要利用了物聯網技術，物聯網射頻識別技術不僅可在非接觸條件下可實現信號數據高度識別，還可以通過與外界數據庫進行比對和快速查詢分析等操作，通過電子標簽、閱讀器等設備組成的射頻識別系統中，電子標簽包含與目標對象屬性信息呈現對應關系的數據，將其和原有的城市物聯網發展與關鍵技術進行融合研究，可實現社會管理低成本，社會數據高共享，大數據高速檢索等，利用新技術服務于老齡化社會中社會關注的老人出行問題，可以為老人提供更有效的社會安全保障服務，對接智慧養老，和智慧城市建設，提高老人的社會服務功能，增強社會和諧。

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