一種基于RFID技術及紅外熱成像技術的智能查房系統的構建及應用

宋新慶 謝建華 侯晴霏

福建環宇通信息科技股份公司 福建 泉州 362000

引言

隨著我國人口老齡化的日益加劇以及國家政策的持續利好，養老產業規模逐年遞增，養老設施建設行業發展持續加快，對護理從業人員的需求日益增長及護理人員的工作量也日益劇增。養老機構現有的看護模式是護理人員定時巡更查房，工作量大，同時也存在查房效率低或查房不到位的缺陷,已影響到養老產業的健康發展，不符合國家的《十四五智慧健康養老產業發展規劃》[1]要求。

從養老機構的應用場景及服務理念為出發點，結合養老結構實際需求為導向，本方案借助RFID技術[2-3]+熱紅外成像技術[4]為技術手段，設計構建的一套智能查房管理系統平臺軟件系統，可實時、高效地關注機構內老人的日常生活，防止老人在夜間脫離護理情況及意外跌倒情況的發生并提供有效處置措施，有效解決了養老機構的老人需求與機構服務質量之間的矛盾，有利地推動養老機構的健康、可持續發展[5]。

1 方案設計

1.1 系統架構圖（如圖1，圖見下頁）

圖1 系統架構圖

1.2 系統組成

1.2.1 前端采集系統。

1.2.1.1 以養老機構院區為例，前端采集系統主要由RFID有源電子標簽、RFID閱讀器、紅外熱成像模塊三部分組成，根據機構需求及其不同技術特性，安置于不同的位置。

1.2.1.2 RFID有源電子標簽采用軟標簽，置于魔術貼內，做成各種精美的飾品，粘貼在老人胸前或上臂處，尋找附近的RFID閱讀器并主動向閱讀器報送自身標簽信息。

1.2.1.3 RFID閱讀器安放于房間內（根據房間內床位的布局來確定閱讀器的安裝點位）及院區內的一些關鍵點位（如過道、門口，拐角、院區花園路口等卡點位置），便于讀取RFID標簽信息及計算標簽的RSSI值，并通過網絡傳輸至后端PC端的智能查房管理系統平臺。

1.2.1.4 紅外熱成像模塊安裝于洗手間，紅外熱成像系統采集到人體紅外輻射并轉換為數字信號，形成熱圖像信息，通過對圖像數據分析并計算，實時判別人體行為姿態，跌倒條件滿足即發出告警信息至智能查房管理系統平臺。

1.2.2 網絡綜合布線系統采用星形結構，根據GB 50311標準予以實施，本應用主要采用光纖、雙絞網線及網絡交換機等網絡設備而組建的標準通用的信息傳輸系統，將前端RFID閱讀器所采集的標簽信息和紅外熱成像模塊反饋的數據信息送至后端的智能查房管理系統平臺。

1.2.3 后端管理及處置系統。

1.2.3.1 后端機房鋪設靜電底板，安裝標準機柜，放置核心交換機、防火墻、數據存放服務器、視頻監控服務器、智能查房管理系統服務器等主要核心網絡設備，完成對前端數據的存儲及管理等功能。

1.2.3.2 智能查房管理系統平臺是本應用的系統中樞，系統平臺采用C/S架構，系統平臺客戶端安放在值班室工作臺，與機房內的智能查房管理系統服務器數據交互，并對數據進行分析、計算、記錄、查詢及措施指令的發出等工作；值班室工作臺正面顯眼位置安裝LED點陣屏，接收智能查房管理系統平臺發出報警指令后顯示報警點的位置信息；聲光報警器用于接收智能查房管理系統平臺緊急指令，通過聲音和光影來提醒和督促值班人員的及時響應平臺預警的事件。

1.3 功能實現

1.3.1 智能查房管理系統包括老人看護子系統和跌倒判別子系統。

1.3.2 看護子系統采用RFID技術。應用構建過程中（以單一房間為例），先對電子標簽、閱讀器及房間號的所屬關系進行標識、建立所屬對應關系數據庫；再根據房間布局及床鋪點位的擺放情況，找到本房間床鋪布局的近視中心點位，安裝RFID閱讀器；接著計算本房間RFID閱讀器所采集電子標簽由遠及近的RSSI值，建立所屬房間閱讀器的RSSI數據庫，此值的范圍用于判別電子標簽所屬人員是否在房間內的依據；最后智能查房管理系統平臺在預設定的時間段內，不間斷輪詢對進入房間人員的電子標簽及RSSI值和數據庫內數據進行對比、判別、分析，以此判斷進入房間的人員是否和所屬房間的人員。該應用實現原理是采用無線射頻方式對老人佩戴的電子標簽進行讀寫，從而達到識別目標和數據交換的目的，有效解決醫護人員現場查房工作量大、查房效率不高的缺陷及輔助定位的特性，大幅提高查房的連續性、準確性及提升服務質量。

1.3.3 跌倒判別子系統采用紅外熱成像技術。在應用構建過程中，先在洗手間視野比較開闊的、可以較全面的照射到洗手間空間的位置安裝紅外熱成像模塊，收集紅外視頻人體行為數據，形成人體行為紅外視頻數據庫；同時對紅外人體行為數據圖像，進行二值化處理，確定人體頭部位置；實時判別人體頭部的位置信息，如頭部位置的位移量達到紅外成像人體身高70%以上，即視為發生跌倒行為事件，發出告警信號。該應用的實現原理即是光電技術檢測物體熱輻射的紅外線特定波段信號，將該信號轉換成可供人類視覺分辨的圖像和圖形的原理并通過算法，甄別老人在衛生間情況；如老人在衛生間不慎摔倒而無行為能力的情況（跌倒的情況下無法自主發出報警）下第一時間做出判斷、報警，醫護人員及時采取救助措施，從而減少意外情況的發生，保障老人的人身安全。

1.3.4 智能查房管理系統平臺是本系統的神經中樞，對前端RFID設備及紅外熱成像設備所采集的數據進行記錄、匯總、分析并作出判斷的且能自動做出相應事件的措施指令的智能化管理系統，夜間休息時間，老人不在所屬房間或者老人在衛生間跌倒，即可發出告警信息指令，通知夜間值班人員。智能查房管理系統平臺同時具備通過RFID標簽實時查詢房間里老人的留置情況及通過查詢電子閱讀器，定位了老人的大致位置信息。智能查房管理系統平臺在某種程度上緩解了醫護人員不足及醫護監管不到位的瓶頸，有利促進了養老事業的和諧發展。

1.4 方案特點

1.4.1 穩定性。射頻技術的載體一般都是要具有防水、防磁、耐高溫等特點，保證了RFID技術在應用時有一定的穩定性，且技術成熟、存儲信息量大、使用壽命長等特點。

1.4.2 實用性。采用熱成像技術根據物體發熱這一事實來實現的獨處空間內的人員狀態的行為判別，即保護了老人的隱私又起到老人人身安全監管的目的，具有一定的實用性。

1.4.3 宜實施性。RFID技術及熱成像技術，技術成熟且模塊化、集成化，系統搭建簡單，便于在實際應用環境中實施。

2 應用效果

智能查房管理系統平臺對閱讀器及所屬標簽進行時效管理，如在晚上8至第二天早上6點間，標簽所對應的閱讀器須收到標簽信息并對RSSI值進行分析判別；若標簽所對應的閱讀器沒有能收到標簽信息或者閱讀器收到標簽的RSSI值不在預設的范圍內，即視為標簽所屬人員不在標簽所對應的閱讀器所在的房間內，系統自主發出告警信息，通知醫護人員查找或廣播提醒，減輕了醫護人員固定周期的查房工作量。醫護人員收到告警信息，可在平臺上雙擊標簽信息所在告警信息，即可彈出此標簽的軌跡信息，標簽連接到閱讀器的編號、時間、RSSI值等信息，從而確定標簽所屬人員的方位，縮短脫離管理的人員脫管時間，有效保障脫管人員的安全。

智能查房管理系統平臺接到紅外模塊發出的告警信息，第一時間啟動報警裝置，監控室內的警號響起，并在大屏幕顯示出告警信息所在的位置信息，值班醫護人員收到報警信息后，立即到現場詢問或采取相應的救助措施，解決老人獨處時可能發生意外，有效保障老人的人身安全。

智能查房管理系統平臺同時產生一條告警記錄，記錄告警信息的時間、地點并存儲相關的標簽信息、熱圖像信息等資料，以備查證。

3 討論

目前社會上存在一種“熱衷于前沿概念技術而忽略了實際需求”的現象，養老機構行業也頗受此影響，在各類資源緊張的情況下投入巨大，而產生的效益甚微，機構的服務質量[6]也受到影響，不利于養老產業的健康發展。市場應該注重需求，從現實場景的實際需要作為出發點，“重需求，輕概念”，立足于養老機構的服務理念，解決養老機構在實際中碰到的如養老結構人員短缺，工作量大、老人獨處時的行為識別等問題，采取緊扣實際需求的可行性方案，推動養老機構的健康、可持續發展。

千里之行，始于足下。只有通過現實中的項目實踐檢驗，在實施中優化并完善方案，才能更好地貫徹落實《十四五智慧健康養老產業發展規劃》要求，推動養老產業高質量發展。

4 結束語

本應用主要是面向養老機構推出的一套實用型方案，采用成熟的RFID技術和紅外熱成像技術，可解決養老機構面臨的人員短缺、服務性較滯后、老人獨處時的人身安全保障等急需解決的瓶頸現象。在項目應用的實踐中，方案需優化的地方可能會不斷的顯現，需要不斷的探究及完善。