基于信息融合居家養老服務平臺的構建

章兵兵+吳韶波

摘 要：智慧居家養老的目的是為了給居家老人構建一個健康、安全和舒適的生活環境。物聯網技術與多源信息融合技術的結合，使得對老人的長期遠程健康監測和居家安防監測成為可能，為居家養老服務提供了更好的解決方案。文中根據居家老人的生活需求和環境中存在的安全隱患，結合物聯網、傳感器、多源傳感器數據融合等技術，設計了一種基于信息融合的智慧居家養老服務平臺。該平臺利用多個傳感器節點進行數據采集，實現了對老人遠程健康監護、意外情況報警救助、住宅內部環境參數監測、生活業務受理等功能，縮短老人遇到突發情況的救治時間，及時保護老人的生命安全，減輕家屬及社會的養老壓力，具有一定的實用性。

關鍵詞：智慧；居家養老；傳感器；多源信息融合；平臺

中圖分類號：TP319 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）08-00-03

0 引 言

人口老齡化是21世紀無法阻止的趨勢，也是全世界面臨的難題，而在我國這個問題更加嚴重，人口老齡化一直是不可忽視的問題。據公開數據顯示，截止2014年末，我國60周歲及以上老年人人口已達2.1億，占總人口的15.5%，65周歲及以上人口1.3億，占總人口的10.1%[1，2]，未來20年我國老年人人口仍將快速增長。隨著中國社會人口老齡化程度的持續增加，我國“421”家庭結構已逐漸形成，導致我國“空巢”家庭大量增加，為國家的養老帶來了更大的挑戰。

隨著年齡的增加，老人的身體變得更加虛弱。大多數老人都患有2～3種并發癥多、病程長、隱性的慢性疾病，他們需要有連續的在醫療和生活方面的綜合護理服務，而這卻給現有的養老服務體系和醫療衛生體系帶來了很大挑戰。在我國“9073”特殊養老體制下，如何提高居家養老服務的能力與效率，為老人提供全方位的服務和照料，構建面向大多數老年人群的智慧居家養老服務體系已成為目前我國社會最為關注的熱點及難點問題之一。

“智慧居家養老”是最近興起的一種養老模式。它以個人家庭為核心、以居民社區為依托、以專業的團隊服務為依靠，為獨居在家的老人提供一個健康、舒適和安全的生活環境[3]。它利用物聯網相關技術如傳感器、ZigBee網絡、RFID、移動通信等，在居家老人經常活動的場所以及老人身上，根據需要來安裝各種類型的傳感器，這些不同種類的傳感器能夠實時采集與老人相關的各種數據，包括老人的活動軌跡、生理參數信息等，然后通過ZigBee網絡將數據發送到協調器，協調器再與遠程服務器完成數據交換[4]。智慧居家養老平臺將老年人、子女、養老服務中心緊密聯系在一起[1]，可為老人提供更優質的服務。

本文依據目前我國獨居老人在家可能會遇到的安全問題、隱患和各種生活上的需求，構建了一個基于多傳感器信息融合的居家養老服務平臺。該平臺通過信息采集終端來獲取老人的信息（生命體征參數和家居環境參數），然后利用網絡通信技術實時準確地將數據發送到遠程管理中心的服務器端。服務器結合多源信息融合處理、大數據等先進的信息處理技術為老人提供疾病風險預警、醫療決策調度、家居環境安全隱患報警和業務受理等服務，為居家老人提供一個健康、安全的居住環境。

1 智慧居家養老服務平臺的需求分析

一般居家老人由于年齡大，記憶力下降，腿腳不靈便，生理機能衰退，日常操作能力降低等因素，在家中可能會發生一些意外情況，如經常忘記關煤氣閥門，造成煤氣泄漏；有時長時間煮東西無人問津，可能會引發火災；老年人在家也可能發生意外跌倒、休克、卡食、觸電、墜床等危險，如果不能及時發現，就可能存在生命危險。因此根據獨居老人存在的安全隱患和生活需求提出將物聯網相關技術應用到老人的居家生活中，為老人提供遠程健康監測服務、居家安全報警服務、生活業務受理服務、請求應答呼叫服務及老人室內外定位服務等。

（1）遠程健康監測服務。該類服務利用先進、精密的可穿戴設備對老人各項醫療測量指標如呼吸頻率、脈搏、血壓、血糖、心電、體溫等進行持續監測，并把數據傳輸至養老服務平臺，平臺根據得到的生理參數數據進行醫療和行為數據融合處理，綜合分析得出老人的健康狀態，是否患有易發病和慢性疾病，行為是否異常，老人是否跌倒、卡食、休克等。若發現有異常情況發生，系統會及時通知服務人員或老人子女，并采取相應措施幫助老人最快獲救，以達到保障老人生命安全的目的。

（2）居家安全報警服務。該類服務主要為老人提供家居環境安全隱患預防與報警服務。此服務適用于家中某段時間無人，可能會出現煤氣泄漏、火災、被盜等情況；或老人因年齡大，記憶力減退，燒煮食物忘記關火而發生煤氣泄漏等情況。當安裝相關安防終端后，探測器能夠感知家里煙霧和可燃氣體的濃度，一旦發生危險，報警裝置會及時報警提醒老人，同時遠程服務中心也能夠在第一時間得到報警信息，工作人員可及時趕到，降低損失，使老人的人身安全和財產得到有力保障。

（3）生活業務受理服務。該類服務主要是為解決老人子女因工作長期不在家，無法時刻陪伴在老人身邊，而老人由于年齡大，身體不方便，在生活上需要他人幫助和照料的問題。居家養老服務平臺會根據老人的實時需要提供各種上門服務，包括家政、理發、送水、拿藥看病、上門送餐、網上購物指導、物業維修、精神慰藉等[5]，讓老人感受到關懷，時刻給予他們家庭般的溫暖。

（4）請求應答呼叫服務。該類服務主要從獨居老人身體條件差這一特點和容易遇到突發狀況考慮。通過此服務，當老人遇到緊急、重大事情或一般性的求助如突然生病，家中著火，意外跌倒等可以請求救援，在智能終端處有緊急求救按鈕，老人可根據需要按下。求救信號會立刻發送到遠程服務中心，當服務中心收到老人的求救信息后，中心人員隨即安排相應的服務人員進行處理，挽救老人生命，避免老人在身體受到傷害時錯過最佳救治時間，為老人提供人性化服務。

（5）老人室內外定位服務。該類服務的主要目的是方便老人子女及服務人員快速查找老人的具體位置。在老人家中，當老人發生意外需要救援時，平臺可以通過室內定位技術快速、準確地確定老人的具體位置，縮短救助老人的時間；在室外，當老人走失或發生緊急情況時，家屬和中心服務人員也能夠在第一時間定位到老人的具體位置，使老人得到及時救助，以保證老人的生命安全。子女也可以實時查看父母的運動軌跡，給父母更多的關心和關愛。endprint

2 居家養老服務平臺的設計

2.1 平臺整體架構設計

居家養老服務平臺旨在解決獨居老人在家無人照看時，老人的身體健康出現狀況和遇到緊急情況如突發疾病、摔倒、發生火災或煤氣泄漏等問題時，老人的親屬或服務人員能夠及時收到信息以保障老人的生命和財產安全。本平臺基于可穿戴設備，借助物聯網、傳感器、ZigBee網絡和多源傳感器信息融合等新的信息化技術，設計出的智慧居家養老服務平臺的整體架構如圖1所示。

該平臺由4個模塊構成，第一個模塊為本地監護終端，即信息采集終端；第二個模塊為無線通信模塊；第三個模塊為遠程服務器端模塊；第四個模塊為遠程監護終端模塊。這4個模塊之間完成數據的交換和處理，實現互聯互通，為老人提供遠程健康監護、居家安防報警、生活業務受理、請求應答呼叫等服務。4個模塊的各自功能如圖2所示。

2.2 遠程服務中心的設計

智慧養老服務平臺的中心服務器是該平臺的核心，它接收智能終端多個傳感器發送的數據，并對數據進行分類存儲、分析處理，通過數據融合算法來監測居家老人的健康狀態、日常行為是否有異常以及家居安防情況。當老人遇到突發事件或走失時能夠實時查看老人的具體位置并給予幫助；當老人在生活上需要幫助時服務人員也可及時上門服務。該服務器將老人與服務人員緊密聯系在一起，使老人時刻都能感受到家的溫暖。圖3所示為遠程服務器平臺的功能設計。

3 關鍵技術分析

3.1 物聯網技術

物聯網是新一代信息技術的高度集成和綜合應用，它利用融合協同的泛在網絡技術將事物聯接起來實現服務智慧化。它通過部署具有一定感知、計算、執行和通信等能力設備，如射頻識別（RFID）、紅外感應器、GPS等，按約定協議通過網絡實現信息的傳輸、協同和處理，從而實現物與物、物與人、人與人之間的連接，達到對物體進行智能化識別、定位、追蹤、監控和管理的網絡[6，7]。

在物聯網技術盛行的今天，為解決空巢老人的居家養老問題，本平臺利用物聯網相關技術來實現智能化居家養老（利用傳感器技術和數據融合來對老人的身體狀況進行長期遠程監控，對居家環境進行監測，保證老人的人身安全。老人在家若遇到突發事件，則可通過求救裝置和平臺對異常數據進行分析得到老人的狀態，使老人能夠得到及時救治。利用定位技術可對老人進行實時跟蹤，以便及時處理老人遇到的緊急情況和突發事件），以滿足居家老人的日常生活需求，為老人的生命健康和舒心生活提供有效保障。

3.2 傳感器技術

傳感器技術的工作原理是將一些事物的微小變化轉換為電信號，通過內置的體溫、生物等傳感器采集老人的生理數據指標（血壓、血糖、心率、脈搏、體溫、血氧飽和度等）和居家環境參數（CO濃度、煙霧濃度、室溫等），對獲得的數據進行存儲、分析處理和打包，并利用無線通信方式將數據發送到遠程服務器端[8]。在服務器端做數據融合處理，其目的在于長期、準確地監測老人的身體特征和居家安防情況。當某一傳感器檢測到數據異常時，智能終端會主動報警或將數據發送到養老服務平臺，及時通知養老服務人員，以便迅速采取相應的處理措施。

3.3 室內外定位技術

在居家養老中，老人由于年齡大，身體機能下降，記憶力減退等不利因素，會導致一些意外情況發生，如走失、跌倒、突發疾病等，這時能及時獲取老人的地理位置就顯得極為重要。室外定位技術如今已非常成熟，定位精度很高，如“北斗”衛星導航系統、GPS等，但室內定位技術很復雜，是由于室內環境復雜，信號經常會受到門窗、家具、墻壁等室內障礙物的影響，導致室內定位精度降低，甚至無法做到精確定位。但對于居家老人來說，室內是他們生活時間最長的地方，因此精確定位老人在室內的具體位置尤為重要。目前在室內環境下，很多定位系統都存在缺陷，且定位精度低，而WiFi定位技術以其部署靈活、成本低、產品成熟、使用方便等優點已成為室內定位技術的優先選擇[9]。為了在室內能實時準確地獲取老人的位置信息，本養老服務平臺采用了WiFi定位技術來對老人進行自動實時識別和追蹤，以確保老人的安全。

3.4 多傳感器數據融合技術

該技術充分利用多個同類或不同類傳感器所提供的數據資源，采用計算機技術依據某種算法或優化準則對其進行分析處理[10，11]，消除信息冗余和矛盾，通過互補降低不確定性，獲得對被測對象的一致性解釋與描述，使系統能夠獲得更加充分的信息，從而提高系統決策和規劃。

本養老服務平臺采取特征值融合方法，先對采集到的來自各種傳感器的原始數據如脈搏、體溫、心電、血壓、時間、CO濃度、煙霧濃度等進行特征提取，然后根據特征對數據進行分類、匯聚和融合，將老人可能遇到的突發情況、疾病與特征值一一對應，進行決策分析，更加精確的描述老人的身體狀況和當前的生活情況，實現遠程實時監護的目的。

4 結 語

“百善孝為先“是我國的傳統美德，在如今我國人口老齡化日益嚴重的今天，智慧居家養老服務平臺可以給老人提供一個更加舒適、安全、健康的生活環境，有助于他們安度晚年。本文針對居家老人可能存在的安全隱患和生活需求，依托物聯網相關技術設計了一套軟硬件結合的智慧居家養老服務平臺。它通過智能終端裝置，以多傳感器信息融合的方式將獲得的原始數據進行特征值提取后發送到遠程服務器，在服務器端做出相應處理，實現對老人的遠程監控和照顧，最終實現智慧居家養老的目的。

參考文獻

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