基于云平臺的智慧健康養老服務系統設計與實現

許繼勇，舒明雷，周書旺，劉彬，高天雷

(山東省計算中心(國家超級計算濟南中心)，山東省計算機網絡重點實驗室，山東 濟南250014)

基于云平臺的智慧健康養老服務系統設計與實現

許繼勇，舒明雷，周書旺，劉彬，高天雷

(山東省計算中心(國家超級計算濟南中心)，山東省計算機網絡重點實驗室，山東 濟南250014)

為了滿足老年人智慧健康養老的需求，利用互聯網、物聯網、云計算等技術手段，構建了基于云平臺的智慧健康養老服務系統。設計并研制了適用于家庭環境下的健康一體機、智能床墊等智能終端，實現生理參數采集和生命體征監測；開發了智慧健康養老服務網站和移動客戶端軟件；建立了老年健康動態監測機制，實現了信息共享，能夠為老年人提供健康指導、慢病管理、遠程問診、安全監護等服務。該系統推動了健康養老服務的智慧化升級，提升了健康養老服務質量效率水平。

云平臺；智慧健康養老；健康一體機；智能床墊

Abstract∶To meet the needs of the intelligent health care service for the aged, a cloud platform based intelligent health care service system was designed and implemented using the Internet, internet of things, cloud computing and other technologies. Intelligent terminals intended for use in home environment, such as “all-in-one” health machine and smart mattress were designed and developed to collect the physiological data and monitor vital signs. And it also includes website and mobile client software of intelligent health service for the aged. The system established a dynamic monitoring mechanism for the elderly’s health, which makes information shared together, provides healthy instruction, chronic diseases management, diagnosis through remove video, safety custody and other services for the elderly, which promotes intelligent level of aged health care service, and improves the efficiency and quality of old-age health service.

Key words∶cloud platform； intelligent health care service for elderly； “all-in-one” health machine； smart mattress

截至2016年底，我國60歲及以上的老年人口已達2.3億，約占總人口的六分之一，老齡化程度持續加深[1]。進入老齡化社會后，老年人對于醫療保健、康復護理等服務的剛性需求日益增加。而且，老齡化進程與城鎮化、家庭小型化、空巢化相伴隨，與經濟社會轉型期各類矛盾相交織，流動老人和留守老人規模不斷增加，越來越多的家庭面臨照料者缺失的問題。老年人的健康服務需求已成為“十三五”期間迫切需要解決的重要問題[2]。

《“健康中國2030”規劃綱要》、《“十三五”國家老齡事業發展和養老體系建設規劃》、《智慧健康養老產業發展行動計劃2017—2020年》、《“十三五”健康老齡化規劃》等一系列政策都提出：實施“互聯網+”養老工程，推進信息技術支撐健康養老發展，發展智慧健康養老新業態；充分運用互聯網、物聯網、大數據等信息技術手段，創新健康養老服務模式，開展面向家庭、社區的智慧健康養老應用示范，提升健康養老服務覆蓋率和質量效率；搭建智慧健康養老服務平臺，對接各級醫療衛生及養老服務資源，建立老年健康動態監測機制，整合信息資源，實現信息共享，為老年人提供健康指導、慢病管理、安全監護等服務[2-5]。

為了滿足老年人智慧健康養老的需求,本文提出了一種基于云平臺的智慧健康養老服務系統，設計并研制了適應家庭需求的高度集成、數字化、智能化的健康采集和管理終端——健康一體機，實現生理參數采集和生命體征監測；開發了智慧健康養老服務網站和移動端客戶端，建立了老年人動態健康檔案，為老年人提供健康指導、慢病管理、遠程問診、安全監護等服務。該系統能夠推動健康養老服務的智慧化升級，提升健康養老服務質量效率水平，并助力醫養結合養老模式的構建。

1 智慧健康養老系統的架構設計

針對智慧健康養老的服務模式和需求，本文提出智慧健康養老服務系統，以物聯網三層基礎架構模式為中心，結合健康采集和管理終端、智能穿戴設備，建立如圖1所示的以智能健康養老終端、異構傳輸網絡和健康養老數據管理與服務為主的體系架構。

圖1 智慧健康養老系統架構Fig.1 Architecture of the intelligent health care system for the elderly

1.1智能健康養老終端

智能健康養老終端主要由老年手機、定位器、智能手表、智能拐杖、健康一體機、GPRS血壓計、智能床墊等多類型的智能養老監護設備、便攜式健康監測設備、自助式健康檢測設備、智能穿戴設備組成，實現位置信息及生命體征信息的實時、連續監測。

1.2異構網絡傳輸

基于數據融合、壓縮感知等方法，將智能健康養老終端獲取的海量異構數據，通過有線、Wi-Fi、GPRS/3G/4G等異構網絡環境傳輸到云計算中心。

1.3健康養老數據管理與服務

以山東省云計算中心、國家超級計算濟南中心、山東省數據災備中心為平臺支撐，建立老年人動態電子健康檔案，整合信息資源，為老年人提供智慧健康養老服務與管理，提高老年人健康水平和生活質量。

2 智慧健康養老系統方案設計

綜合考慮智慧健康養老服務模式和物聯網技術，依據上述智慧健康養老平臺架構，針對以下部分進行設計，實現生理參數采集和生命體征監測、遠程健康管理、健康指導、慢病管理、安全監護的目的。

2.1智能健康養老終端設計

智能健康養老終端可以實現位置信息、生理參數和健康狀態信息的實時監測、采集，主要由智能穿戴式手表、健康一體機和智能床墊組成。

2.1.1 智能穿戴式手表

本智能穿戴式手表基于MTK方案，采用MT6260A芯片，利用GPS+LBS基站+Wi-Fi定位技術，三維定位，獲取位置信息，利用光感應心率檢測傳感器、三維加速度傳感器、溫度傳感器采集心率、體溫、運動數據，并使用OLED顯示屏實時顯示時間、溫度、計步功能。采用低功耗物聯網節點協議棧，超長待機。

2.1.2 健康一體機

為適用于家庭環境下的生命體征檢測，基于無線體域網(wireless body area network，WBAN)[6]，設計了一種高度集成、數字化、擴展性好、使用方便、便于攜帶的智能健康檢測設備——健康一體機。健康一體機基于STM32芯片，通過A/D轉換電路、信號采集放大電路采集人體生理參數，通過藍牙和RS232串口外接生化檢測設備，通過OLED顯示模塊顯示采集實時數據，通過GPRS模塊、以太網控制器和藍牙模塊，將采集的人體生理參數上傳至云平臺[6]，其框架結構如圖2所示。

圖2 健康一體機結構框圖Fig.2 Structure diagram of the “all-in-one” health machine

2.1.3 智能床墊

將壓力傳感器和微處理器放置床墊內，通過壓力傳感器采集人體的振動信息，由微處理器進行信息處理，獲取人體的呼吸值、心跳值、體動信息和離床狀態，把數據遠程無線(可選配有線)傳輸到云平臺或移動信息終端，實現對老人的遠程智能看護和主動預警。其系統構成如圖3所示。

2.2異構網絡傳輸設計

智能健康養老終端獲取的海量數據包括老年人二代身份證信息、生命體征信息及音視頻多媒體信息，數據結構多種多樣，為適應不同應用領域的異構網絡環境(如寬帶網絡、Wi-Fi、GPRS/3G/4G 等)，基于數據融合[8]、壓縮感知算法，有效降低實時醫療數據通信量、提高終端與云平臺間數據傳輸的可靠性。

圖3 智慧床墊系統構成Fig.3 Construction of the smart mattress system

2.3智慧健康養老服務平臺設計

智慧健康養老服務平臺分為健康養老服務網站和移動客戶端軟件。服務網站采用B/S架構，使用SQL Server 2008 R2數據庫系統，在Visual Studio.net環境下使用C#和APS.NET進行開發；移動客戶端軟件包括Android APP和IOS APP兩部分，分別在Eclipse和Xcode集成環境下采用JAVA和Object C語言進行開發。其主要功能框架如圖4所示，主要包括：(1)系統管理模塊；(2)檔案管理模塊；(3)醫療健康服務模塊；(4)智能救助模塊；(5)民生服務模塊。

圖4 智慧健康養老系統功能模塊Fig.4 Functional model of the intelligent health care system for the elderly

3 智慧健康養老服務系統實現

通過有效整合上述的模塊化設計技術，自主研制了可獲取健康醫療信息的系列養老終端，對反映人體健康的重要生理參數進行采集，將采集到的數據通過多種數據通訊方式上傳至云平臺，通過專業軟件分析挖掘、監測健康變化情況，為老人提供科學的健康評估、慢病管理、運動與膳食指導、遠程醫療問診服務。

3.1智能健康養老終端

3.1.1 健康一體機

自主研制的健康一體機具備高質量的健康數據采集和信息化功能，自帶心電圖、血壓、血氧飽和度、體溫參數的采集功能，通過藍牙外接藍牙血糖儀、藍牙尿液檢測儀，通過串口外接血脂、血紅蛋白檢測儀；內置身份證閱讀器，用戶通過身份證刷卡確認身份后，所測量數據自動與該用戶綁定，同時支持選配醫保卡、RFID等身份識別閱讀器；可通過4G、Wi-Fi、有線以太網等多種通訊方式將采集到的數據上傳至指定的云平臺。本健康一體機如圖5所示。

3.1.2 智能健康床墊

智能健康床墊實時對心率、呼吸、體動等狀態監測，全面監護老年健康狀況變化。老人突感不適、持續體動等情況發生時，老人可主動告警，同時系統在異常時提供智能告警，及時為老人尋求救助服務。可通過機構養老護理觸控大屏，集中顯示所有在床/離床老人的健康信息。本智能健康床墊及系統如圖6所示。

圖5 健康一體機Fig.5 The “All-in-one” health machine

圖6 智能床墊Fig.6 Smart mattress

3.2智能健康養老服務平臺

以山東省云計算中心為依托，構建了智慧健康養老服務網站和移動客戶端軟件，見圖7～8，移動客戶端軟件包含Android APP和IOS APP。為老人建立了動態電子健康檔案，以關愛位置服務、醫療健康服務、民生服務為基礎，有效整合社會服務資源，結合線上線下，通過平臺為老年人提供健康評估、健康指導、遠程醫療、慢病管理、運動與膳食指導、安全監護、生活照護等服務，提高老年人健康水平。本智慧健康養老服務平臺界面如圖7所示。

圖7 本系統實現的智慧健康養老服務平臺移動客戶端Fig.7 Implementation of mobile client for the intelligent old-age health care service platform

圖8 本系統實現的智慧健康養老服務平臺網站Fig.8 Implementation of the website for intelligent health care service platform

4 系統應用

系統已在居家養老服務網絡中心、老年公寓、日間照料中心、老干部活動中心等進行試點應用(圖9～10)，覆蓋人群5萬余人，試點結果驗證了該系統的實用性、便利性和便捷性，證明系統具有廣闊的應用前景。

圖9 老干部活動中心Fig.9 Veteran cadre activity center

圖10 日間照料中心Fig.10 Day care center

5 結語

本文運用互聯網、物聯網、云計算等技術，通過自主研制的智能健康采集終端、可穿戴設備將所采集的健康數據自動上傳至云計算中心。老人通過刷身份證或健康卡登陸養老服務平臺，可以完成一些基礎項目或慢性病項目的檢測，前端硬件設備結合養老平臺軟件，實現老人自主體檢、動態健康檔案建立、實時健康監測、綜合健康評估、實時健康干預、遠程問診等功能，并制定個性化的健康促進方案，有效預防和控制疾病危險侵襲，減少發病率，提高生命質量，從而實現全面健康管理。

[1]中華人民共和國國家統計局.2016年國民經濟和社會發展統計公報[EB/OL].(2017-02-28) [2017-04-02]. http://www.stats.gov.cn/tjsj/zxfb./201702/t20170228_1467424.html.

[2]中華人民共和國衛計委.“十三五”健康老齡化規劃[EB/OL].(2017-3-17) [2017-04-02]. http://www.nhfpc.gov.cn/jtfzs/jslgf/201703/63ce9714ca164840be76b362856a6c5f.shtml.

[3]中華人民共和國中央人民政府.“健康中國2030”規劃綱要[EB/OL].(2016-10-25)[2017-04-02]. http://news.xinhuanet.com/health/2016-10/25/c_1119786029.htm.

[4]中華人民共和國中央人民政府.“十三五”國家老齡事業發展和養老體系建設規劃[EB/OL].(2017-3-6) [2017-04-02]. http://www.gov.cn/zhengce/content/2017-03/06/content_5173930.htm.

[5]中華人民共和國工業和信息化部.智慧健康養老產業發展行動計劃(2017—2020)[EB/OL]. (2017-02-16) [2017-04-02]. http://www.miit.gov.cn/n1146285/n1146352/n3054355/n3057643/n3057649/ c5489620/content.html.

[6]舒明雷.面向醫療監測的無線體域網MAC層關鍵技術研究[D].濟南：山東大學,2016.

[7]許繼勇,朱清,舒明雷.一種基于云服務的家用多功能健康檢測儀:中國,0628853.5[P].2014-10-28.

[8]蔣鴻.基于數據融合的智慧養老醫療健康系統的研究與實現[D].南京：南京郵電大學,2015.

Design and implementation of intelligent health care service system for elderly based on cloud platform

XU Ji-yong, SHU Ming-lei, ZHOU Shu-wang, LIU Bin, GAO Tian-lei

(Shandong Computer Science Center(National Super Computing Center in Jinan), Shandong Provincial Key Laboratory of Computer Network, Jinan 250014, China)

TP393

A

1002-4026(2017)05-0117-06

10.3976/j.issn.1002-4026.2017.05.020

2017-04-27

山東省科技發展計劃(2014GSF118107)；山東省重點研發計劃(2015GGH309003)

許繼勇(1981—)，男，助理研究員，研究方向為無線體域網、信號處理、互聯網醫療。E-mail：xujy@sdas.org