居家適老化改造專家輔助系統設計與實現

魯衛華

摘? 要：隨著信息與智能化技術在健康養老行業的快速應用，科技為老年人的生活帶來了極大的便利。文章介紹了自研的居家適老化改造專家輔助系統的設計與實現過程，該系統根據長者健康狀況、經濟條件、居住空間與生活方式等多方面的輸入信息，經過專家輔助系統的智能分析判斷，輸出差異化的居家適老改造方案。用戶通過便捷的信息錄入，即可實時獲得適合于自身條件的適老化改造方案，方案通過三維動態模擬方式進行展示，顯著地提升了適老化改造服務的質量與效率，同時也極大地改善了用戶體驗效果。

關鍵詞：適老化改造;專家輔助;系統設計

中圖分類號：TP311.52? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）27-0040-03

Abstract： With the rapid application of information and intelligent technology in the health care industry， science and technology have brought great convenience to the life of the elderly. This paper introduces the design and implementation process of a self-developed expert assistance system for suitable-for-seniors home reconstruction. According to the input information of the elderly， such as health condition， economic condition， living space and life style， the system outputs different suitable-for-seniors home reconstruction schemes through intelligent analysis and judgment of the expert assistance system. Through convenient information input， users can obtain the aging adaptation program suitable for their own conditions in real time. The program is demonstrated through three-dimensional dynamic simulation， which significantly improves the quality and efficiency of the aging adaptation service and also greatly improves the effectiveness of user experience.

Keywords： suitable-for-seniors home reconstruction; expert assistance; system design

引言

居家適老化改造專家輔助系統，基于對國內居家適老化設計現狀及社區居家養老空間適老化需求的調研，針對北京市老舊小區戶型篩選出10套典型戶型作為模塊化改造方案的載體，并在此基礎上歸納總結出21個指征居家老人身體狀況的身體能力項與15個居家適老化需求較大的改造項，其中改造項涵蓋照明系統、輪椅通行、助力扶手、家具配備、安全提醒五大類型。系統根據老年群體自身身體能力狀況、經濟條件、居住空間與生活方式等多方面的輸入信息，經過專家輔助系統的基于多標簽機器學習等算法的智能分析判斷，輸出差異化的居家適老改造建議并通過三維全景漫游和地圖導航兩種方式進行改造方案的效果呈現，通過人機交互方式讓用戶對改造項及涉及產品信息進行修正和確認，生成最終的改造方案及價格清單。系統為老年人量身定制居家適老化改造方案，幫助服務人員快速生成借鑒了專家經驗的改造方案，提升了服務質量和效率;幫助老年人直觀感受改造后的效果，切實改善了用戶體驗效果。

1 系統所涉及的技術

1.1 網絡三維在線展示技術

網絡三維在線展示技術又稱三維網絡技術，因其是立體的網絡應用技術而得名，這種技術是計算機軟硬件技術發展與互聯網結合的產物，是一種將虛擬現實應用于桌面級的技術，通過這一技術可以將三維動畫和數字媒體嵌入到網頁或網絡應用程序中，通過網頁顯示或三維交互，為用戶營造更舒適的感官體驗。為了提升用戶體驗，本系統所涉及的適老化改造輔具、部件以及房間戶型空間均使用網絡三維在線展示技術進行呈現，本系統采用Unity3D進行客戶端程序的開發，Unity3D是一款適用于網絡環境下的三維開發工具，具有業界領先的多平臺支持功能、強大的內嵌服務功能、靈活快速的高端編輯器、內容豐富的資源庫，可以很好地滿足本系統開發的需求。

1.2 WEB交互技術

系統前后臺的數據需要通過WEB交互技術進行通信，本系統采用Tomcat作為WEB服務器，并進行了定制化二次開發。Tomcat最新版本的性能得到了有效提升，使得它成為一個值得考慮的Servlet/JSP容器，可以建立有效的數據交互。Tomcat是由Apache軟件基金會下屬的Jakarta項目開發的一個Servlet容器，按照Sun Microsystems提供的技術規范，實現了對Servlet和JSP的支持，并提供了作為Web服務器的一些特有功能。本系統設計規定了戶型及適老化輔具構件的模型存儲及實時渲染在客戶端主機完成，即實體數據的存儲和處理在客戶端進行，戶型信息及適老構件的屬性信息在后臺服務器存儲和管理，即元數據的存儲和管理在服務器端進行;系統架構確保前后臺之間的數據傳輸只進行戶型和構件編號信息的傳輸，容量巨大的實體數據不用進行傳輸，可以大大減少前后臺之間的數據傳輸量，因此采用Tomcat作為輕量級Servlet容器，即可滿足本系統需求。

1.3 算法建模技術

針對適老改造意愿分布、老年人身體能力情況、各空間改造項目需求及投資預期進行調研分析，研究老年客群決策模型算法的實現，形成居家老人能力綜合評估項與適老改造項之間的耦合關系，建立算法模型。針對調研數據集標簽不平衡及標簽互相關的特點，引入了多標簽機器學習算法，并比較了多種多標簽學習算法在老人調研數據集上的效果，在分類器鏈式算法的基礎上引入了深度學習的思路，取得了較好的實驗效果，同時基于啟發式規則的專家評分決策模型有效彌補了多標簽學習在某些不平衡標簽效果較差的缺點，形成了預測準確度高、性能穩定的居家適老化專家輔助決策模型即老年客群決策模型。最后利用該模型預測的結果引入價格約束等規則，形成產品級的組合推薦方案。

2 系統的設計與實現

2.1 設計思路

系統基于社區典型戶型居家養老空間環境、適老化改造項目、老人健康狀況評估、老年客群決策模型及模塊化適老改造技術的研究入手，篩選出典型戶型、適老改造項和老人能力評估指標項，通過多標簽學習等算法訓練出適老化改造方案決策模型。通過系統設計與搭建將上述研發成果進行系統集成，結合3D建模與交互技術，實現針對不同老年客群智能化推薦適老改造方案以及通過三維動態演示呈現的核心功能，達到提升適老化改造服務質量和效率以及提升用戶體驗的目的。

2.2 系統的架構設計

系統采用三層C/S架構，如圖1所示。第一層是表示層，用于界面引導，接受用戶輸入，向應用服務器發送請求并顯示處理結果。第二層是業務邏輯層，用于執行業務邏輯，向數據庫發送請求。第三層是數據訪問層，用于執行數據邏輯及數據運算，運行SQL及數據存儲過程。為保證平臺具有良好的二次開發能力，系統各功能模塊（服務）采用SOA架構，所有服務均采用接口方式實現，建立服務總線，并對可共用服務等進行了提取，實現了一次定義多次調用的方式。

依據系統核心功能需求和業務邏輯架構，系統整體分為兩大子系統：前臺客戶端子系統和后臺管理子系統。前臺客戶端子系統軟件通過客戶端專用軟件登錄，其主要功能是實現用戶數據的錄入與交互、3D模型的實時渲染、與后端管理子系統的數據交互，主要包含：數據錄入、動態互動、三維呈現、方案管理、數據交互等模塊。后端管理軟件子系統通過網頁登錄，其主要功能是實現與前臺子系統的數據交互、通過專家決策算法生成改造方案、數據配置與管理、權限管理、數據統計分析，主要包括：專家引擎、數據配置與管理、統計分析、數據交互、權限管理等模塊。

2.3 業務功能設計

根據上述架構開發的具有動態模擬演示功能的居家適老化改造專家輔助系統主要功能結構包括設備授權、注冊登陸、創建和瀏覽戶型、長者能力評估及改造方案體驗等，如圖2所示，滿足不同老年用戶的個人信息管理、能力評估、個性化推薦適老化改造方案、改造方案動態模擬演示等需求。

2.4 系統的實現

系統開發架構借鑒三層架構（MVC）思想，第一層是表示層，用于界面引導，接受用戶輸入，向應用服務器發送請求并顯示處理結果，采用Unity3D進行前臺客戶端開發，采用JSP（Java Server Pages）進行后臺用戶管理界面的開發。第二層是業務邏輯層，用于執行業務邏輯（業務邏輯包含：驗證、計算、業務規則等等），向數據庫發送請求，業務邏輯模塊使用行業內主流的C#、Java語言進行開發，Web服務器采用Tomcat。采用Phyton進行算法模塊的開發。第三層是數據訪問層，用于執行數據邏輯及數據運算，運行SQL及數據存儲過程，系統采用Hibernate為應用程序提供數據持久化服務。系統前臺客戶端界面如圖3所示。

后臺管理系統軟件的開發使用目前流行的J2EE開源框架SSH（Spring，SpringMVC，Hibernate）多層框架結構模型作為開發平臺框架。該框架結構簡單，功能完善，提高了組件的可復用性，降低了層與層之間的耦合度，有利于系統的可維護性和可擴展性。

3 結束語

目前，全球老齡化的進程不斷加快，老年人的各類問題成為社會廣泛關注的焦點。與此同時，居家養老已成為當今社會的主流養老模式，因此老年人的居所環境安全問題急需解決。本系統以解決老年人居所安全問題為目的，通過信息化和智能化等技術手段，為老年人量身定制居家適老化改造方案。系統為改造服務人員快速生成借鑒專家經驗的改造方案，提升了服務質量和效率;為老年人直觀展示改造后效果，切實改善了用戶體驗效果。

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