基于物聯網技術的廣西城鎮智慧居家養老服務體系構建＊

廣西醫科大學 吳昊 唐忠

根據第七次人口普查數據顯示，截至2020 年底，我國老年人口（60 歲以上）總數已達到2.64 億，占總人口比重的18.7%，預計在2035 年，老年人口將達到3 億以上。面對復雜嚴峻的社會養老問題，居家養老作為最符合傳統文化下國人長期形成的價值觀念，在多元化養老模式中占據基礎、主體、優先且長期的地位。在推廣居家養老模式的同時，應引入更多智能設備來改善老年人的居家服務環境，利用技術力量改善當前養老資源不足、養老服務水平不均衡的狀況。本文以廣西地區為例，分析物聯網技術在智慧居家養老服務體系構建中的具體應用。

1 廣西地區城鎮居家養老現狀

廣西是我國西南地區最大的省級行政區，也是少數民族的聚居區。第七次人口普查的數據顯示，廣西60 歲以上的老年人口達到836 萬人，占總人口比重的16.69%，其中65 歲以上的老年人口占近四分之三，較2010 年人口普查數據上升了1.91 個百分點[1]。根據《廣西壯族自治區2021 年民政事業發展統計公報》，截至2022 年底，在廣西注冊的養老機構和設施共有112891 個，其中機構583 個，床位數25.2 萬張，平均每1000 名老人僅擁有養老機構床位數30 張。2022 年，廣西全區建設養老床位26.1 萬張，盡管床位數成倍增長，但養老機構在疏解城鎮養老人口壓力上所發揮的作用極為有限，居家養老仍是該區老年人口養老的首要方式。城鎮養老資源緊張使居家養老資源供給不足、供給方式不匹配等問題相當突出。

2 物聯網技術在智慧居家養老服務中的應用方向

在城鎮居家養老服務中，利用物聯網技術接入智能設備、網絡平臺和各種應用，能夠實時監測與老年人的體能變化、健康狀況，預警安全風險，同時提供多樣化的居家養老專屬服務，打造智慧化的居家養老服務體系，有效提升老年人的生活質量和居家安全感。

2.1 老人健康管理

物聯網是智慧居家養老服務體系的基礎，能夠顯著提升居家養老的健康管理水平。在居家養老環境中安置智能設備和各類傳感器，如智能手表、手環等可穿戴設備能夠收集老人的心率、血壓、血氧、行動步數、睡眠質量等各類數據，上傳至云端或手機App，方便子女的遠程監護，同時可以接入人工智能等，對老人的健康狀況作實時評估，長期的監測數據還能形成個性化的老人健康檔案和管理方案，協助醫生提供定制化的健康指導，及時給出干預意見。

2.2 智能家居

物聯網技術將家居系統與功能服務進行整合，從而使各種定制的設備職能有效服務于養老需求，如智能語音助理接入居家養老環境的各類電器設備，實現語音指令操控，減少不必要的家務活動；智能攝像頭、智能門鎖、煙霧報警器等設備，可以實現遠程提醒、自動報警、一鍵求救等關鍵功能；智能床、智能座椅等可以根據老人睡眠時的慣用姿勢、睡眠時長、睡眠質量調節硬度、高度、溫度等，為老人提供更適宜的居家環境。

2.3 多元生活服務

構建智慧居家養老環境需要考慮到老年人的社交與情感需求，并提供定制化的生活服務。利用物聯網設備生成的數據，可以記錄老年人的位置信息、行動軌跡等，從而智能化地推薦適合老年人的社交活動，輔助醫生定期咨詢問診。同時，根據設備對居家環境中家電情況、室內環境的監測，幫助老人智能預約家政服務、自動購置日用消耗品等，使老年人更方便地管理個人生活。這些服務能夠幫助老年人隨時掌握自身狀況，同時加強與外界的交流，提高生活滿意度。

3 物聯網技術應用下廣西智慧居家養老服務體系的構建

針對廣西地區城鎮居家養老的現狀問題，該區曾先后出臺了《關于建設養老服務業綜合改革試驗區的意見》《廣西促進養老托育服務健康發展三年行動方案（2021—2023 年）》《廣西壯族自治區“十四五”養老服務體系規劃》等政策，其中明確提出了智慧居家養老服務體系的構建要求，即“推進智慧居家養老服務平臺建設”，實現“信息化、智能化、便捷化的居家養老服務”，同時鼓勵社會積極參與智慧居家養老設備、產品的研發與推廣。根據廣西城鎮居家老年人的實際需求，這一體系的構建主要包括智慧養老服務平臺和智能終端設備網絡兩部分。其中，智慧養老服務平臺提供居家養老環境之外的數據采集，以及與政府、醫療機構等第三方服務的合作，而物聯網技術主要應用于在智能終端設備網絡部分，實現采集和存儲生命體征、預處理健康數據等重要功能。

3.1 智能終端設備網絡中物聯網監測系統的技術應用

3.1.1 生命體征采集

物聯網中智能設備的生命體征采集主要是通過體征感應器中的測量模塊實現的。目前，主流的手持設備和智能穿戴設備幾乎都采用這種方式進行實時監測，如心率測量、血氧測量等。相比傳統的指標監測方式，智能終端設備網絡的優勢在于可以細化到皮下、皮表的傳感器實時采集生命體征。以皮下植入的連續動態血糖測量為例，該測量主要采用微型酶電極的化學反應方法，在電極端固化葡萄糖氧化酶，加快葡萄糖分解，根據電流讀取分解后葡萄糖的濃度計算血糖水平，監測過程持續5min 左右即完成，設備隨后將動態監測數據發送至手機App 以進行可視化呈現。若監測值不屬于正常范圍，則根據具體數值情況在App 端提出檢查建議或健康狀況告警，指出罹患糖尿病、高血壓等病癥的概率和建議。皮表的實時采集則以多維傳感設備為主，如實時采集血壓的智能血壓測量設備，則采用氣體壓力傳感器、電子排氣閥等，使加壓更平穩、測量精度更高[2]。在完成周期性測量后，設備內置的軟件系統能夠實時控制其他相關硬件，以嵌入式的Web 服務器對數據進行預處理，數據傳輸至嵌入式Web 服務器后，被監測程序提取不同信道的數據變量，緩存為CGI 格式的文件，檢查網絡連接并獲取到用戶端對緩存數據的訪問請求后，利用近場通訊或無線網絡等將處理結果發送到分析軟件，向App 傳輸各變量的Value 值，最終轉換成響應的可視化指標。在App 端突然離線、斷電或無響應的情況下，程序會控制設備進行振動報警。

3.1.2 行動定位

行動定位功能主要搭載于老年人在家和外出時攜帶的定位終端設備。在信號較弱的區域，例如遮擋、陰暗和塵土較多的地方，使用RFID 無線通信技術內置在設備中的RFID 標簽和固定的讀寫器可以定位老年人的位置。在戶外，利用BDS 與GPS 雙定位模塊接收衛星信號，對老人的位置進行持續追蹤。定位模塊的啟動時間一般控制在30s 以內，每50ns 發送信號至嵌入式服務器，再由嵌入式服務器解碼為經緯度信息，由社區運營商提供的GPRS 網絡上傳至云端服務器，最后，位置信息通過智能App 傳送給監護人。物聯網作為連接公共網絡與智能設備的終端橋梁，為監護人及時了解老人的出行動態和實時位置提供了極大的便利。

3.1.3 跌倒檢測

此類功能依托于智能穿戴設備中的主控處理器和加速度模塊（常見模塊如ADXL345、MMA7260Q、MPU6050等）協同作用實現。當配合智能攝像頭和環境聲音傳感器使用時，能夠更好地發揮作用。跌倒檢測則主要依靠智能穿戴設備內置的三軸加速度傳感器[3]，該傳感器能夠在1ms 以內對突然的射頻信號進行捕捉，對傾斜時產生的靜態重力加速度以及運動沖擊時產生的動態加速度進行測量，再將瞬間加速度轉化為輸出的電壓值，利用內置的軟件算法，即可對老人運動過程中是否跌倒作準確判斷。該系統在物聯網下的結構如圖1 所示。

圖1 物聯網智能穿戴設備跌倒檢測功能結構Fig.1 Functional structure of fall detection of IoT smart wearable devices

該系統主控芯片的算法部分，基于重力建立人體與地面的垂直坐標系，首先根據x、y、z三軸向上的加速度定義合加速度，根據合加速度的變化及其與重力加速度的差值判斷跌倒加速度變化。其公式為：

其中，cx、cy、cz分別為三坐標軸方向上的加速度，c為合加速度。傳感器在運行時不斷記錄老人行動時的合加速度變化，在跌倒身體失重時，合加速度會減到最低，身體撞擊至地面時發生劇烈變化，其傳感器采集數值表現出“失重—撞擊（峰值）—靜止”的瞬時變化。但由于老人劇烈運動時也可能出現加速度波動的情況，因此該算法還要包含閾值設定和夾角計算，為波動變化設定0.4s 的階段間時間間隔以內的時間閾值和1.8gn 的加速度臨界值，即可依靠計算判斷老人是否出現跌倒情況；再根據人與坐標系內各軸的夾角（包括圍繞x軸的側傾角、圍繞y軸的俯仰角和圍繞z軸的旋轉角）計算確認失重和跌倒的程度。不同智能設備的算法之間可能存在差異，但在硬件構造和判斷邏輯上大體相同，都是依靠主控芯片的算法運算和多模的傳輸協議完成必要的信息采集、處理與傳遞[4]。

3.2 智慧居家養老服務平臺的構建思路

在物聯網設備提供的準確數據的基礎上，居家養老所產生的各類服務需求都可以借助在線平臺上多方寫作的服務模式加以滿足。多方參與、共享醫療是近年來居家養老服務行業的發展趨勢，因此智慧養老服務平臺的建設也要體現出符合該趨勢的業務運營模式，如廣西南寧的南寧市智慧養老服務平臺，就采取與多家養老機構、社區合作的方式構建線上服務體系。

根據當前較為成熟的物聯網平臺建設成套方案，一般按照“終端物聯，服務互聯”的思路[5]，將其整體服務模式分為數據層、業務層和用戶層。數據層的內容由各服務方和居家老人主體共同提供，包括政府登記、醫療記錄、智能設備監測數據等，形成每位老人專屬的電子健康檔案記錄，平臺的運營人員根據不同數據的性質和使用需求，將其分發到家政服務、醫療體檢機構等不同服務參與方。在業務層，第三方根據數據需求提供相應服務，接受平臺對業務流程的監督。在用戶層，則對接居家老人的物聯網居家環境，保證各穿戴設備、智能家居和手機應用所產生的信息數據能夠及時進入在線服務平臺。

在平臺統一調度下，居家老人的隱私得到保護，體征數據得到集中的處理和傳輸，保證各方提供的服務受到監管，同時增加養老服務的接入形式。居家長者的數據傳輸、養老政策的下達、服務平臺的監督均由構建平臺的官方負責，第三方機構則在平臺的功能指導下提供養老服務。同時，根據平臺上對服務效果的反饋，第三方機構可以不斷優化服務提供方式，完成服務內容的迭代。

4 結語

在物聯網技術的引入下，智慧居家養老服務體系的構建具有明晰的技術前景，能夠有效解決廣西城鎮居家老年人面臨的各種養老問題，增強其晚年生活的幸福感。要實現該體系的成功構建，需要繼續加強物聯網技術在居家養老領域的研發力度和推廣程度，鼓勵各類社會力量參與智慧居家養老服務體系的建設和運營，引導、促進物聯網技術在智慧居家養老領域的健康發展，通過軟硬件迭代提升養老服務質量，實現智慧養老服務體系的不斷完善與優化。