基于養老場景的智能家居監測平臺設計研究

■李珂心，吳智慧 Li kexin & Wu zhihui

(南京林業大學家居與工業設計學院，江蘇南京 210037）

我國人口老齡化形勢日趨嚴峻，自2000年以來60歲及以上人口數量增長迅速，老齡人口占比從10.45%增長至18.70%，二十年來幾乎翻了一倍。老齡人口的增長致使勞動年齡人口比例下降的同時對養老保障體系造成了巨大的壓力，養老資源分布不均、老齡人口空巢化等問題也隨之而來。對此政府有關部門相繼出臺相關法律法規，引導養老產業向科學化、智慧化方向發展，以緩解社會各級的養老壓力。

1 智慧養老的研究背景

1.1 人口老齡化的加劇深化了養老壓力

根據第七次全國人口普查數據顯示，在年齡構成方面，60歲及以上人口占18.7%，與2010年第六次全國人口普查相比，60歲及以上人口的比重上升5.44%，且65歲及以上人口占13.5%，由此觀之我國人口老齡化趨勢仍在進一步加深，并向高齡化方向發展。高齡化意味著半失能老人、失能老人群體在不斷擴大[1-3]，其在養老環節中需要外界的干預支持增加，對養老資源的需求愈發強烈。世界上發達國家大多在經濟發展達到一定程度后才會步入老齡社會，完備的物質資源、健全的管理制度與堅實經濟基礎足以提供優質的社會養老服務[4]，而我國卻呈現“未富先老”的特征，即在物質經濟還未做好充分準備時已步入老齡化社會，致使現存的養老保障體系與養老服務設施難以支撐起與日俱增的養老需求。

1.2 養老資源緊缺且供需匹配存在區域差異

人口老齡化給中國老年產品市場帶來了新的發展機遇，但現階段社會上的養老機構數量有限，且養老資源呈現區域、城鄉、省際分布不均的現象[5]，東部經濟發達區域優于西部，城鎮資源優于農村，而人口老齡化趨勢在大體上卻與之不盡相同，東部區域人口老齡化趨勢逐漸放緩，中西部區域不斷加劇，且農村人口老齡化程度始終超于城鎮[6]。在部分區域養老資源充足的同時，不發達區域因中青年人口流失而形成空巢化現象，部分老人難以滿足基礎生活需求，逆向發展的供需匹配關系導致了低發達程度地區的老人難以得到優良的養老保障與服務。

■圖1 綜合智慧養老監測平臺系統方案

1.3 智慧養老產業不斷發展完善

智慧養老的概念最早由英國生命信托基金會提出，被稱為“全智能化老年系統”，通過利用先進的信息技術手段，為老人提供物聯化、互聯化、智能化的養老服務，先進的管理和信息技術的強大將老人與政府、社區、醫療機構和醫護人員聯系起來[7-8]，逐步形成養老產業鏈。養老產業自身發展的同時，新興科技也在逐步為其成長賦能。物聯網通過智能設備間的聯動形成智慧養老家居系統，不再局限于單一產品的使用，通過整體控制達到多設備協同工作的效果，輔助傳感器設備對老人生理健康與安全進行實時監測[9]，結合人工智能技術還可使智能產品具有自主學習功能，以實現主動干預、危險預判、解決問題、情感陪伴等功能[10]；大數據通過涉及老年人的各種智能終端、監測傳感器與網絡設備，獲取圖片、音頻、視頻、定位、流媒體數據等信息[11]，進行心理與行為分析后用以提升養老服務或產品設計與管理，提升老人使用滿意度。

1.4 相關政策推動醫養事業發展

2015年國務院辦公廳《關于印發全國醫療衛生服務體系規劃綱要（2015年-2020年）的通知》；2016年中共中央、國務院《“健康中國2030”規劃綱要》都提到“推進醫療機構與養老機構等加強合作，將養老機構和醫院功能相結合的新型養老模式”。2017年國務院發布《“十三五”國家老齡事業發展和養老體系建設規劃》文件，對養老做了長期規劃。2019年國務院發布《關于推進養老服務發展的意見》，要求破除發展障礙，健全市場機制，持續完善居家為基礎、社區為依托、機構為補充、醫養相結合的養老服務體系，在國家層面推動整個養老產業升級。2020年國務院辦公廳發布《國務院辦公廳關于建立健全養老服務綜合監管制度促進養老服務高質量發展的意見》細化各部門在養老環節中的職責，以期加快形成高效規范、公平競爭的養老服務統一市場，建立健全養老服務綜合監管制度。

2 智慧養老的需求分析

2.1 養老模式轉變導致對養老機構與平臺的需求

我國的家庭規模正在逐漸往小型化趨勢發展，根據多次人口普查數據結果得出，1982年我國家庭平均人數為4.41人，至2010年已減為3.10人，2020年更是創下2.62人的新低，學者推測到2050年只有2.51人每戶。家庭規模小型化趨勢伴隨著老齡人口劇增，直接結果就是空巢老人數量的增加和以家庭為單位的養老壓力增加。伴隨老年人身體、認知功能等多維度的下降，在照料時會有著巨大的人力物力需求[12]。且由于空巢家庭的擴大，傳統的居家養老模式難以持續，未來很難單純依賴子女進行養老，養老逐漸轉化為社會問題，將依托于多方的協同合作，由社區、政府、醫療機構、養老機構等多方參與共同完成[13]。在此趨勢下，對養老及醫療相關的社會保障服務需求會大幅增加，居家養老也由傳統意義上的在家里養老轉變為以居家為基礎、社區為依托、機構為支撐三位一體新模式[14-15]。相關養老平臺的出現可在一定程度上緩解這一問題，經過實地走訪調研發現，多處養老院、社區養老服務中心正在逐步使用綜合養老平臺，主要包含了睡眠監護平臺、安全監護平臺、生命體征檢測平臺、呼叫救助平臺、慢性病管理平臺、線上問診平臺等。即使在居家養老模式下，也可依托養老服務企業或社區養老服務中心，享受到平臺專業的服務、治療與救助。

2.2 智能化水平提升促發智慧養老需求

老齡人口數量與養老服務人員數量不平衡，老人難以獲得完備的照顧與護理，且工作人員工作量往往超標，長此以往會因疲勞工作出現意外差錯。為了減負工作人員工作并提升老人體驗感，一些機械性、重復性的工作已不需要完全的人工操作，通過智能設備的引入來釋放部分工作人員部分工作，使工作人員投入到更精細且需要更多經驗的工作中去，或為老人提供情感化照料服務[15]。而一些監測、收集類工作如體溫監測、體征監測、信息采集等可以通過機器設備來代替人工，機器可以更好地將信息分類處理，在出現問題時進行相應的反饋措施[16-17]。同時在云端建立大數據庫，通過進行心理與行為分析后，在養老產業鏈前端的設計環節使用，以提升養老服務水平及產品使用體驗，提升老人使用滿意度[18]。

3 現有智慧養老平臺的類型分析

現有智慧養老平臺品牌主要可將其分為服務提供型平臺和專項監測型平臺兩大類。

3.1 服務提供型平臺

服務提供型平臺主要依托智能手機、電腦、顯示終端、智能攝像頭等設備獲取老人需求信息，并為其提供針對性服務，如適老化改造、購物、保潔、助浴、助餐等生活化服務和慢性病干預、健康體檢、互聯網醫院、保健康復、緊急救助等醫療服務[19]。解決了因信息溝通不及時、了解不全面而造成的老人在有需求時難以精準快速找到相應服務產品的問題，且可以通過攝像頭、顯示終端等設備與老人進行互動溝通，在保障老人健康安全的同時關照老人心理健康及情緒感受，提供精神慰藉與心靈撫慰[20-21]。

3.2 專項監測型平臺

專項監測型平臺主要以傳感器、攝像頭、紅外檢測儀等硬件設備獲取信息，通過對老人行為健康、周圍環境安全等內容的監測，及時發現老人健康安全問題及周邊環境問題[22]，解決了傳統醫養場景中有突發狀況時不能及時被發現救助的問題，進一步結合數據分析系統預判老人健康狀況及疾病發生風險，達到防患于未然、治未病的效果[23-24]。

根據我國現階段現有養老市場的實際情況，通過調研和總結歸納分析，現有部分養老平臺的類型及其主要內容如表1所示。

表1 養老平臺類型及主要內容

4 智慧養老智能家居監測平臺的設計

4.1 總體設計原則

（1）隱私保障：監測視頻安全性高，安全監護的同時保護老年人隱私[23]。

（2）安全保障：不僅能手動報警求救，監測到異常也能自動報警求救及定位。

（3）子女放心：子女既能及時了解父母生活狀況，又不能打擾老人正常生活或護理人員工作。

（4）平臺管理：能滿足養老機構日常運營，人員、健康、設備數據可查、可管理。

（5）增效減負：通過智能化建設，提高管理效率，降低意外事故和運營成本。

4.2 智能家居監測平臺的設計

智能家居監測平臺的設計分為智慧養老監測平臺系統設計和機器視覺監測系統設計。

4.2.1 智慧養老監測平臺系統設計

如圖1，該設計方案包括養老房間監測設備、機房、云服務器、照護站監測設備。該養老場景綜合監護方案基于現有養老場景及目標用戶分析，通過智能攝像頭、生命探頭、定位信標、IP床位分機、求救按鈕、傳感器等機器視覺或終端設備建立監測系統，智能攝像頭可直接識別異常行為并提出解決方案，生命探頭可監測空間內有無生命活動，定位信標可記錄空間內人員出入情況，IP床位分機可用于老人與照護站進行語音交流，求救按鈕可在老人發生意外時被觸發并發出警報，傳感器采集場景內溫濕度和空氣質量等環境指標；機房設有系統服務器，通過養老院內部局域網，將場景內所獲取的數據信息分析處理后傳送至照護站；同時通過云服務器及網絡分別將信息傳遞至子女手機App和大數據庫。

4.2.2 機器視覺監測系統設計

該設計方案包括了空氣質量監測、環境安全監測、老人行為監測和老人健康監測等系統設計。

（1）空氣質量監測

如表2所示，空氣質量主要監測指標為：溫度、濕度、CO濃度、CO2濃度、甲醛濃度、CH4濃度及TVOC濃度等，其監測范圍依據《室內空氣質量標準2020》GB/T18883-2020執行。當通過場景或室內的機器視覺（傳感器）所采集或監測指標出現異常情況時會立刻報警，信息會反饋在管理平臺界面上或子女手機App上。在接入全屋智能平臺時，可通過監測指標的變化來控制室內智能設備的開關或其他相應操作，如當溫度高于28 ℃時自動打開空調，CO2濃度高于0.10 %時自動打開空氣凈化器等。

表2 空氣質量監測

表2 空氣質量監測（續）

（2）環境安全監測

如表3所示，環境安全主要監測指標為：外人闖入報警、出入門禁管理、陽臺門窗異常闖入等。通過機器視覺（紅外傳感器、攝像頭等）監測區域人員流動情況，借助面部識別技術分析人員類型，如若為未錄入系統的陌生人員闖入或出現其他異常狀況，則自動反饋至管理平臺或報警處理；出入門禁管理可識別老人經過房門的行為，并記錄下老人出入情況；陽臺門窗異常闖入可通過紅外或其他方式監測，在夜晚、室內無人時若有異常闖入行為則反饋至管理平臺或報警處理。

表3 環境安全監測

（3）老人行為監測

如表4所示，老人行為主要監測指標為：主要監測老人有無摔跤、躺倒、長時間無動作等行為。借助機器視覺（攝像頭等）監測及其智能算法提取人體關節點的骨架圖，通過節點在三維坐標的位置判斷老人的行為。

表4 老人行為監測

（4）老人健康監測

如表5，老人健康主要監測指標為：體溫監控和睡眠狀況。通過機器視覺（傳感器、攝像頭等）紅外測溫獲取老人體溫數據，并將其制作為曲線圖，以方便隨時查看體溫變化趨勢，當體溫出現異常時立即發出警報。并監測老人夜間睡眠質量，主要監測數據為起夜及翻身的次數和時間，并生成老人睡眠大數據，同時可接入外部睡眠監測傳感器，進行更深層次的睡眠指標監測，并將信息同步至綜合管理平臺[25-26]。

表5 老人健康檢測

5 結語

本研究設計的基于智慧養老場景下的智能家居監測平臺，可實現對老人的行為監控，達到行為監測、行為預判、自動提出解決方案的效果，并在用戶使用過程中不斷學習迭代，以達到監測識別準確率的提高和平臺解決方案的優化。在養老場景中使用此綜合監測平臺時，可減輕傳統醫養場景中因純人工監測操作而形成的高工作量、高出錯率的問題，解放工作人員部分工作，投入到需要經驗與情感的工作中去；在居家養老及養老機構中使用時，可避免老人有突發狀況時不能及時被發現救助的問題，防止因錯過最佳治療期而造成不可扭轉的后果。老人可以自主通過終端設備與醫護人員和親屬交流，在滿足老人生活基本需求的同時給予其心理、精神及情感照料，子女也可以通過手機等終端設備快速查看監測狀況，信息實時溝通無障礙，使得出門在外的子女更安心。

在智慧養老的趨勢下，運用互聯網、物聯網、大數據等信息技術手段，搭載智能新技術為智慧健康養老系統賦能已成為大勢所趨。該平臺的設計研究可以更好地進行數據的收集與整理，在網絡層面建立大數據庫，實現數據信息的云端共享。對接各級醫療機構及養老服務資源，建立老年人健康動態監測機制，整合信息資源，為老年人提供智慧健康養老服務；對接養老產業鏈前端部門，在養老服務設計的初期階段運用大數據分析，更有針對性地進行產品與服務開發；對接政府平臺與相關執政部門，根據大數據完善頂層設計，助力養老總體框架的搭建和部署。