基于智能電子圍欄技術的老年人監護系統設計

何豪杰

摘要：隨著移到互聯時代的到來，基于地理位置信息服務的手機端應用得到了廣泛的應用。本文針對老年人位置軌跡監管理的巨大社會需求，提出了包括服務管理中心、老年人手機客戶端、監護人手機客戶端的一種解決方案，對智能電子圍欄技術在老年人運動軌跡管理的應用提供了一種新的探索。

Abstract： Along with the adventure of the Internet era， geographic location information services embedded in mobile phone applications have been widely applied. There has been the huge social demand for the location-tracking management to the elderly nowadays. This paper proposed a solution in which the location-tracking management included three parts of services. They were the management center， mobile phone client of the elderly and mobile phone client of the guardian. The intelligent electronic fence technology should be used to track and management the elderly location for their secure， which is a new kind of exploration in an aging society.

關鍵詞：地理位置服務;老年人安全;電子圍欄;系統設計;位置軌跡

Key words： LBS;elderly safety;electronic fence;system design;location tracking

中圖分類號：TP273 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）01-0161-02

0 ?引言

近年來，地理位置服務（Location Based Service， LBS）已經成為移動互聯時代的基本設施與服務，在社會與經濟各行業與不同場景得到了廣泛的應用。其中電子圍欄就是LBS與安全需求相結合而衍生出來的一種較為成熟的技術。它目前被廣泛應用于倉庫、軍事基地和學校等軍用、民用安全防范領域，如電子圍欄技術被北京市用來解決旅游季節北京市交通擁堵問題[1]。隨著中國老齡化的到來，中國面臨著監護人針對老年人日常生活安全，特別是針對位置運動軌跡監控的巨大市場需求。本文在于將虛擬電子圍欄技術應用于老年人日常運動軌跡的監控方面，將定位與服務應用到老年人安全上，設計一款基于LBS的老年人日常生活運動軌跡管理與監護系統，以提高全社會及監護人對于老年人，特別是記憶力下降的失能老年人的關懷，解決部分記憶失能老年人的行為管理與監控。

1 ?系統架構及功能

根據LBS的現有技術和用戶需求，本系統設計包括五個部分：中央監控管理中心（以下稱服務端）、及為服務端提供數據存儲的數據庫、為服務端提供地圖接口的電子地圖模塊、老年人客戶端（被監護端）、監護人客戶端（監護端）。系統整體開發采用B/S模式，其中監護端及被監護端采用移動互聯模式開發其手機端APP。其各自功能與關系如圖1所示。

服務端的主要功能包括客戶端手機信息登記、老年人手機位置信息的接收與存儲、老年人定位的實時顯示、電子圍欄的設置及預警的配置與管理、監護人與被監護人關系認證、監控權限管理、老年人運動思戀分析與預警、電子地圖接口及數據庫。服務端基于電子地圖，能夠根據老年人所攜帶手機GPS定位或基站定位服務所提供的位置信息，利用百度地圖等平臺接口對老年人的位置信息進行可視化的展示;同時對于監護端所設置的虛擬電子圍欄也以可視化的方式加以呈現。如果發生了老年人“碰撞”了電子圍欄的情況，系統會將這一事件記錄下來，并跟蹤此事件在后續一定時間間隔內是否得到了妥善的解決，如果沒有解決則提醒中心管理員關注此事件進程。

被監護端APP可以在后臺運行。功能則主要包括注冊與認證管理模塊、監護申請、位置信息的獲取及上傳、報警模塊、撥打監護人電話模塊。老年人（被監護人）客戶端主要通過移動互聯APP，來完成對位置信息的讀取，在進行相應的計算與轉換后通網絡上傳至服務端。作為一個APP程序運行于后臺，隨時將老年人手機的位置信息與服務管理中心端的虛擬電子圍欄進行比較，如果老年人手機進入了不安全區域，或者老年人手機位置信息所顯示的軌跡信息與日常軌跡發生明顯的改變，則將向老年人的手機發出提醒（警告）信息，同時向監護人手機發出預警信息（信號），并在服務端做出預警登記事項，以做后續分析，或作為群體數據分析的基礎。

監護端APP的功能主要包括注冊與認證管理模塊、監護申請管理、虛擬電子圍欄設置及報警信息設置。移動端通過移動通信網絡向服務平臺發送相關請求，服務平臺接受請求，并作判斷，進行相關處理，返回給移動終端。監護人可以登錄及管理自己的個人信息;監護人可能登記被監護人（老年人）信息，并提供相應的雙方關系認證信息，經過中心管理人員的審核通過后，方可擁有對于被監護人的位置信息的監控權限;老年人位置移動（變化）的可視化模塊為監護人提供了一個即時實時可視化反饋;老年人虛擬電子圍欄的設置則可以基于周邊安全性、日常生活活動范圍進行設置;老年人（被監護人）異常位置提醒模塊則是服務端根據老年人位置與虛擬電子圍欄進行比較判斷，當發生越界等事件時，則向監護客戶端發送一個相應的提醒短信。老年人位置移動軌跡則是通過與服務端的通信，即時獲取被監護人（老年人）位置信息，并通過電子地圖接口API實現顯示其位置，方便監護人對于被監護者的觀察與分析。

2 ?系統核心功能設計

2.1 監護關系的認證

監護雙方需要一個嚴謹的監護認證程序。監護方需要通過手機短信驗證的方式獲取服務中心的認證，被監護方也需要在家人或老年人自己的操作下，通過手機短信驗證的方式獲取服務管理中心的認證。然而，監護雙方關系的確立才是系統設計的核心。當老年人通過手機客戶端完成注冊后提出監護申請，這一申請將遞交服務管理中心，等待監護端的監護認證許可;只有當監護端通過監護方的申請，雙方才能建立起可靠的監護與被監護的關系。隨后服務中心對已經建立的認證關系進行記錄，并基于這一認證關系管理后續相關功能。

2.2 地理位置信息的獲取

目前有基于基站定位服務的[2]，有采用GPS/北斗定位技術進行定位的方案[3]，也有基于基站端而設置虛擬電子圍欄的，設計出了穩定、安全、可靠實用的定位系統，為老年人及其家庭提供了很好的幫助。然而，鑒于過高的成本不利于老年人定位應用與服務的推廣，因此本設計中采用了基于基站定位服務的設計方案，以降低老年人及監護人客戶端應用這一方案的成本。

本監護系統利用智能手機為載體，開發監護系統時以百度地圖庫API來構建虛擬地理電子圍欄。為了在手機監控端的應用程序上直觀地顯示定位結果，開發過程中利用地圖庫的軟件開發工具包在應用程序中加入百度電子地圖API。這樣系統可以定時獲取用戶位置信息。在Android設備上通過調用百度SDK接口，可直接訪問百度地圖的各種服務和數據庫。

為了提升服務管理中心的系統的效率，可以采用主動獲取老年人地理位置。這樣平時不需要對所有老年人進行地理位置信息的監控與提取，而當監護端需要老年人的位置信息時，通過通信啟動老年人手機客戶端讀取手機位置，實時向監護端發送老年人的位置信息，使監護端可以掌握老年人的位置信息，實現對老年人的有效監護。如果老年人手機位置在允許（安全）的范圍內，客戶端只是對老年人手機位置信息進行記錄（軌跡信息），并將相應的信息存儲起來，并與日常行為軌跡進行比較，方便第三方監護機構與個人調用相應的客戶端（監護端）進行分析與觀察。另外一種方案是老年人手機客戶端按一定周期，如每隔一個較短的時間周期主動讀取地理位置信息并上報服務端，服務端將此位置信息寫入后臺數據庫中，以方便后續業務邏輯對于位置信息的使用。

2.3 虛擬電子圍欄的設置與應用模式

虛擬電子圍欄的設置信息是放置在服務管理中心端，并由服務端進行電子圍欄信息的存儲、電子圍欄“碰撞”事件的守衛與判定。虛擬電子圍欄的設置權限由監護端進行設置，服務端則擁有審查與修訂的權限。在APP中進行地理圍欄的劃分，監護端通過電子地圖可以可視化設置虛擬電子圍欄、提醒等級，監護人可以設置分等級的電子圍欄方式來對應不同提醒等級。當老年人脫離劃分的安全區域或走失后，能及時通知監護人并實時發送位置信息，可以對走失的老年人進行及時的救援。

對于虛擬電子圍欄的設置，可以根據公共安全的需要，采用公共干預的方案來設置虛擬電子圍欄，由服務中心端針對所有認證被監護用戶設置統一的虛擬電子圍欄，疊加于個性化的電子圍欄之上。服務管理中心系統將精準設定服務區域范圍、數據傳送時限及服務對象。例如，對于江河湖海等自然區域以及某些不利于老年人活動的特定區域，可以由負有相關管理責任的機構，委托服務管理中心設置公共安全虛擬電子圍欄。在預設設定電子圍欄的情況下，只要老年人進入了預設危險區域（或者超出預設安全區域），則激活電子圍欄預警模塊，在特定時間范圍、在特定區域里，為指定手機（監護人）手機發送提示短信，告知其當前老年人的位置信息，提醒監護人對老年人進行進一步的采取相應的行動。

電子圍欄在使用的有兩種模式，其一是圍欄檢測客戶端模式，另外一種是圍欄服務器檢測模式。前者是每隔一段時間將電子圍欄數據從服務管理中心端下載到監護端（老年人）手機，并由老年人手機端APP提供“碰撞”檢測，或檢測為真則啟動當地警醒模塊，并報告服務管理中心;而后者是由服務管理中心端來根據老年人手機地理位置數據來與虛擬電子圍欄數據比較，檢測“碰撞”情況，或檢測為真，服務管理中心首先向監護雙方發出預警信息，并進行事件登記。

3 ?結論

開發建設基于LBS的老年人日常生活軌跡監護將有著重要的現實意義，其中虛擬電子地理圍欄技術的應用可有效保護老年人，防止老年人走失或避免老年人靠近不安全區域。系統的開發需要解決地理位置信息獲取、監護授權、電子地理圍欄設置等核心功能。而對于老年人日常活動軌跡可能涉及個人隱私的情況還需要慎重考慮。

參考文獻：

[1]蘇杭.電子圍欄技術在景區交通問題中應用的SWOT分析[J].物流工程與管理，2019，41（09）：124-126.

[2]范兵兵，艾信友，曾研，胡凱旋，任澤明.基于STM32的位置定位系統設計[J].科技創新與應用，2018（12）：90-91.

[3]彭育強.虛擬停車電子圍欄設計研究[J].計算機測量與控制，2019，27（05）：141-144，149.