物聯網技術在青少年健康生活中的應用

陳天澤

摘 要：到2020年，我國青少年預計達到2.2億人口，青少年的健康成長直接關系到國家的未來，越來愈多的人投入到關心青少年健康成長的隊伍中。據中國學生體質與健康調研顯示，中國學生的形態發育水平不斷提高，營養狀況得到改善，常見病患病率持續下降。但是，耐力、力量、速度等體能指標有明顯下降趨勢，特別是視力不良率居高不下，城市超重和肥胖青少年的比例明顯增加，嚴重影響青少年的健康成長。物聯網技術被喻為繼計算機、互聯網之后，世界信息產業的第三次革命浪潮。隨著物聯網技術的不斷完善，以及在其他領域的成功應用，把物聯網技術應用于青少年健康成長服務中，不僅可行而且很有必要，通過提供預防青少年近視的應用、檢測青少年身高體重和關聯營養學的體重計，以及采集青少年的活動記錄。這些物聯網應用能實時監測青少年的行為習慣和身體狀態，上傳數據到分析平臺，利用大數據智能算法，提出對青少年有利的建議，從而助力青少年健康成長。

關鍵詞：青少年健康；物聯網；健康平臺

中圖分類號：D669.6 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）21-0040-03

1 背景技術的介紹

1.1 物聯網的定義

物聯網的英文名稱為Internet of Things，也就是“物物相連的互聯網”，定義是通過射頻識別（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，把任何物品與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理等[1]。

1.2 物聯網的架構（圖1）

有人提出物聯網的三層架構：

（1）感知層：主要任務是采集和捕獲信息，達到感知和識別物體的目的，是實現“全面感知”的基礎。比如利用RFID、傳感器、攝像頭等隨時隨地地獲取物體的信息。

（2）網絡層：利用現在成熟的網絡技術，如Internet、GSM、LTE、NB-IOT等，實現應用層與感知層之間的可靠傳遞。

（3）應用層：利用云計算、分布式計算、人工智能等智能計算，對海量的數據進行分析和處理，獲得有用的信息，并將這些信息反饋給感知層，達到智能控制的目的。

1.3 物聯網中運用的技術

傳感器屬于物聯網的神經末梢，模式識別技術通過其智能處理能力成為物聯網不可或缺的基本條件。窄帶物聯網技術具備廣域覆蓋、海量接入、低功耗等特征，在不同的垂直行業得到更廣泛的應用，開啟萬物互聯的新領域、新時代。

1.3.1 傳感器技術

傳感器的主要功能是識別物體，采集信息，利用聲、光、熱、電、力學、化學、生物、位置等來采集需要的信息。具體包括：溫度傳感器、濕度傳 感器、攝像頭、MP2傳感器、二維碼標簽、RFID標簽和讀寫器等[2][3]。

1.3.2 模式識別技術

模式識別就是通過計算機用數學技術方法來研究模式的自動處理和判讀。隨著計算機技術的發展，人類有可能研究復雜的信息處理過程。物聯網不僅提供傳感器的連接，其也具有智能處理能力，利用模式識別技術擴展到青少年狀態的監測模式識別中[4]。如圖2所示。

1.3.3 窄帶物聯網技術（NB-IOT）

工業4.0時代，窄帶物聯網（Narrow Band Internet of Things， NB-IoT）技術應運而生，成為物聯網一個重要分支。NB-IoT具備四大特點：一是廣覆蓋；二是具備支撐海量連接的能力；三是更低功耗；四是更低的模塊成本。使其可以廣泛應用于多種遠程抄表、智能停車等行業，在青少年體育課程系統跟蹤、體重跟蹤等中應用[5]。

2 物聯網技術在青少年健康生活中的應用

目前物聯網技術在健康領域已有很多應用，各式移動裝置、智能醫材裝置（如聯網血壓計、聯網體脂計等）與傳感技術，隨時隨地監測個人健康信息（如心跳、血壓、血糖、血脂、心率、呼吸、睡眠等）。然而基于青少年營養與健康的檢測應用非常少，青少年的健康與老人健康的監測內容側重完全不同，將物聯網技術應用于青少年健康生活過程中，必定會打破家長由于上班等各方面的原因造成的無法及時了解和糾正青少年狀態的時間和空間限制，給青少年健康生活帶來全新的、革命性的變化。下面從預防青少年近視、身高體重監測、應急情況監測、活動狀態跟蹤等方面，闡述物聯網技術在青少年健康服務中的智能應用，有廣闊的發展前景。

2.1 智能防近視筆套

隨著現代學生課業任務的加重，在青少年時代近視的人數越來越多，近視是學校中的常見病。長期以來，中小學生近視眼發病率呈快速上升趨勢，大中城市中小學生的56/100左右是近視眼，農村中小學生也有50/100的近視眼。這種現象值得引起社會各界的高度重視，保護學生視力是當前中小學生衛生工作中的一項重要任務。智能防近視筆套是由傳感器（紅外傳感、陀螺儀）、通信模塊、控制系統（振動模塊）、告警系統和筆套等部分組成。傳感器的紅外裝置用于感應作業本與青少年眼睛的距離，陀螺儀用于測量筆的位置空間，通信模塊用于將采集信息（學生書寫作業的時間和眼睛距離桌面的距離）傳送到智能平臺，人機交互模塊用于及時發出告警提醒學生適當休息以及保持書寫時距離桌面的距離不要太近，從而在一定程度上降低青少年近視的概率。該應用采集使用該筆套的用戶的視力情況，通過大數據分析，可以分析出學生近視程度和書寫距離的關系，從而優化算法，設置最佳書寫距離。該筆套還可以衡量每天學生的作息時間和作業長度，為優化作業量，提高作業效率提供數據支持[6]。如圖3所示。

2.2 智能體重身高監測儀

現代家長對青少年成長水平和營養程度越來越關心。身高和體重是衡量兒童生長發育及喂養（營養）狀況的客觀指標，特別是體重變化（增加或減少）反映近期飲食和運動的平衡關系。智能體重身高監測儀首先采集青少年父母的身高、體重、青少年的年齡、目前的身高、體重信息做智能分析。關聯營養學的相關理論知識，提出針對該青少年的營養建議。如圖4所示。

智能體重身高監測儀由體重感應器、身高測量系統、無線傳輸、控制系統以及客戶端組成。體重感應器和身高測量系統用于采集青少年的身高和體重，無線傳輸模塊用于將采集數據及時上報平臺，同時依據采集到的青少年父母的身高體重、年齡計算出合理的身高和體重范圍。通過比對青少年目前的身高體重，計算出青少年的BMI，根據下圖不同的分布類型，提供針對該青少年的營養建議，及時發現問題[7]。如圖5所示。

家長通過使用客戶端APP可以同步平臺數據，及時了解青少年的健康信息，平臺也會根據青少年的狀態在APP上面推送營養建議以及運動建議，針對性的助力青少年的身體成長。例如通過給出青少年體重的成長曲線。通過體重變化曲線，青少年可以預測自己未來的體重從而對自己的體重進行控制。

2.3 兒童摔倒報警器

兒童本身的活動量較大，成長過程中由于重心不穩常常會造成跌倒。再加上兒童對周圍環境認知不健全，使得行為存在很多不確定性，嚴重的情況會威脅青少年成長的健康。

兒童摔倒報警器由重力檢測系統、跌倒報警器、客戶端等組成，在一定程度上可以檢測青少年的活動狀態，特別是在突發事件時可以及時發出告警。青少年通過佩戴告警器，在跌倒時及時發出告警，通過物聯網平臺告知其老師或監護人，從而更加有效的獲得狀態信息，在突發情況時得以及時采取措施，最大化的降低摔倒的后續風險。同時該系統還可以提供數據分析：R代表跌倒風險，L代表跌倒到爬起之間的時間長度，通過對一定時間短青少年跌倒時間的求和，得到公式中的分子。公式中的分母T代表了代表了對應青少年年齡段的一定時間內的跌倒均值（年紀小的均值更大）。通過比較L值的和并與T均值比較，得出青少年的跌倒風險，越大越值得引起關注[8]。

3 青少年生活與健康服務平臺

除了上面介紹的幾種應用外，利用物聯網技術還可以應用于青少年體檢報告跟蹤系統、生活習慣監測、睡眠監測等多種系統，在政府、社區、醫院、企業和家庭等多方的共同努力下，可以進一步構建起青少年的健康服務系統。通過系統提供的大數據統計分析功能幫助用戶，及時、全面的管理、檢測青少年的健康狀況。完成個人健康數據在青少年健康管理系統中的采集，轉換，歸集，檢索處理，并應用于實踐，實現從“健康監測——分析——預警——干預”的立體化青少年健康管理，全方位青少年體質監測，有效降低青少年的近視率，并對肥胖進行準確控制，降低青少年健康服務成本起到了積極促進作用，使研究具有一定的理論水平和實用價值[9][10]。如圖6所示。

4 結語

少年強則中國強，青少年的健康是當今社會關注的一項重要問題，青少年的健康成長尤其應該引起全社會的廣泛關注。青少年的體質監控需要社會多方面的部門積極探索研發更好的方法，持續引入高科技，為增進青少年體質健康發展做出努力。關愛青少年、促進健康成長，構建和諧社會是全社會的責任。政府部門和公共服務機構應該立即行動起來，采取有效措施，加大財政投入，特別是近日，教育部、國家衛健委共同起草《綜合防控兒童青少年近視實施方案（征求意見稿）》，更應積極承擔起應有的責任，抓住物聯網產業發展所帶來的機遇，為青少年健康監控開發出更實用的應用系統。產業界更應該積極做好為青少年健康的產品和系統的應用與推廣工作。在全社會的共同努力下，為青少年健康成長增添新的內容。

參考文獻

[1]錢志鴻.物聯網技術與應用研究[M].北京：電子學報，2012.

[2]趙梓森.物聯網和傳感器[M].北京：光通信研究，2014.

[3]繆彩琴.淺談傳感器與物聯網的關系[M].北京：電子世界，2010.

[4]耿安鵬.物聯網在卷煙真偽鑒別系統中的應用[M].北京：電計算機與現代化，2013.

[5]童樺.窄帶物聯網（NB-IOT）商業應用探索[M].北京：信息通信，2017.

[6]李亞男.數據庫技術在信息管理中的應用-預防青少年近視眼[M].北京：程序員之家，2013.

[7]Deng Yiquan.Linux Network Security Technology[C].Control，International Conference on Automation and Systems Engineering（CASE），2011.

[8]諸雅欣.基于物聯網傳感器的iBag智能背包的設計與實現[M].北京：智能處理與應用，2016.

[9]范春.基于物聯網技術的遠程健康管理[M].北京遠程醫療與教學.2011.

[10]Wang Guofang， Wang Wei.The Design of Interface Circuit Based on S3C2410 Data Acquisition System[J].Second International Conference on Computer Modeling and Simulation.2010.