基于語音交互的可視化獨居老人陪護系統設計

吳燕 李浩天 鄭忠徽 葉浩塬 步曉婷

收稿日期：2023-04-24

基金項目：江蘇省大學生創新創業訓練計劃項目（202113103083Y）

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2023.22.002

摘? 要：目前，獨居老人的數量越來越多，配套的養老設施相對較少，從人文關懷理念出發，設計開發基于語音交互功能的可視化獨居老人陪護系統。運用圖像識別與語音采集模塊，提供心率檢測、語言分析、娛樂消遣等相關服務。老人可通過該陪護系統以語音、視頻形式和子女保持聯系，該系統可確保老人出現緊急意外情況時得到及時的幫助，是一種互聯網+養老的新型養老模式。

關鍵詞：獨居老人；陪護系統；可視化；語音交互

中圖分類號：TP311? 文獻標識碼：A? 文章編號：2096-4706（2023）22-0005-04

Design of Visual Solitary Elderly Accompanying System Based on Voice Interaction

WU Yan， LI Haotian， ZHENG Zhonghui， YE Haoyuan， BU Xiaoting

（Jiangsu Vocational College of Agriculture and Forestry， Zhenjiang? 212400， China）

Abstract： At present， the number of solitary elderly is increasing， and there are relatively few supporting elderly care facilities. Starting from the concept of humanistic care， a visual solitary elderly accompanying system based on voice interaction function is designed and developed. It utilizes image recognition and speech acquisition modules to provide related services such as heart rate detection， language analysis， and entertainment. The elderly can keep in touch with their children in the form of voice and video through the accompanying system. The system can ensure that the elderly can get timely help in case of emergency， which is a new pension mode of Internet plus pension.

Keywords： solitary elderly; accompanying system; visualization; voice interaction

0? 引? 言

第七次全國人口普查結果顯示，中國人口老齡化進一步加劇，全國人口中60歲及以上人口為2.64億人，占18.70%，其中65歲及以上人口為1.91億人，占13.50%[1]，而中國獨居和空巢老人的數量已達到1.18億。同時，隨著人口平均壽命的增加，老齡化群體規模不斷擴大，護理和康復需求增加等因素決定了中國養老產業面臨更多的機遇和發展空間。老人是社會的弱勢群體，獨居老人更是常常被社會所忽視。因此，在互聯網時代，從我國老齡人口現狀出發，開發符合“適老化”人文關懷設計理念的陪護系統具有重要意義。

老年人健康護理需求種類較多，帶動了老年人護理產業的發展。家庭養老模式是我國傳統養老模式，但隨著獨居和空巢老人數量的增加，互聯網+養老等新型養老模式已逐漸成為新的養老發展趨勢。

1? 國內外獨居老人陪護系統開發現狀

互聯網發展具有高速化、便攜化、普及化的趨勢，老人也應該享受互聯網帶來的便利?？萍际加谌诵?，如果“老齡化”不可逆轉，那么與之相適應的新科技將會為老人開創一條嶄新的康莊大道。

老年人護理系統的概念來自英國信托基金提出的“智能家庭護理”。這種養老模式可以讓老人在自己家中過上優質和滿意的生活，而不會受到時間和地理環境與日常生活聯系起來的限制。老人陪護系統的開發明確表明了我們對“老齡化”的態度。

美國Intel公司的Seattle研究院開展了caregiver's Assistant項目的研究，通過安裝在日常生活用具中的行為識別微型傳感設備，實時獲取老人日?；顒拥臄祿?，分析老人此時彼刻是否需要看護人的幫助。目前，國內比較著名的企業——麥麥養老有限公司專注智慧養老服務，借助智能可穿戴設備及移動互聯網技術，打造智慧養老管理系統[2]，為中高端養老機構提供軟硬件解決方案。尤加利公司的“安心寶”心臟監護儀可以實時監測用戶的心電圖數據，并使用人工智能分析心電數據，顯著提高了心電圖監測和前兆報警的準確性[3]。

香港中文大學醫學研究中心開發了WISSH智能穿戴式生物傳感器系統[4]，該研究中心還成功開發設計出H-shit，該設備能夠通過測量生理參數實現人體心率的計算、血壓測量及心電圖的生成。但作為研究中心的研究項目，能否實現普及化還有待觀察。

上述系統由于體積龐大和使用成本較高等原因，在老年群體人數眾多的我國，推廣應用市場還比較狹小，針對我國國情現狀的獨居老人陪護系統研究還需要繼續完善，林逸磊設計并實現了一款具有實時視頻通話、遇險報警、多人語音群聊、親友圈等陪護功能的移動客戶端老人陪護系統軟件，但是軟件的穩定性和硬件對接還有待提升[5]。

2? 國內獨居老人陪護系統開發問題

面對我國獨居老人和空巢老人的龐大數量，現有養老模式較為陳舊，醫療系統也較為落后，養老服務崗位的人才總量偏少，缺乏專業的研發團隊，并且在短期內難以快速培養和配備到位，部分獨居老人的處境比較艱難，獨居老人智能陪護系統的開發迫在眉睫。

2.1? 獨居老人陪護系統開發人才不足

科學技術的不斷進步使人類變得更加智能。在老人陪護系統開發方面，我國目前的研究人才非常匱乏，研究進展非常緩慢。國內關注“適老化設計”的設計師少之又少，尚未形成系統的開發隊伍，老人陪護系統的開發缺少專業人員的深入研究。

2.2? 獨居老人陪護系統現有模式陳舊

對于獨居老人來說，最好的養老就是擁有一套智能化的養老陪護系統。很多老年人真正需要的服務，并不是一味地將科技進步的成果強行施加于他們，而是使他們享受老年人的特殊待遇。以“老人為本”的人文關懷理念并未深入人心。由于缺乏用戶研究，產品開發之前未能深入了解用戶的實際需求，導致產品的開發不盡人意。開發人員對目標用戶的需求沒有深入的了解，因此并沒有開發出真正適合大多數獨居老人的產品。

2.3? 獨居老人陪護系統開發資金短缺

在國內，老人陪護系統仍未進入大眾視野，研究開發所需資金短缺。當下獨居老人的陪護方式缺少系統綜合型的設計，專注研究智慧養老的公司也是少之又少。若想在未來社會使智慧養老高度普及，不僅僅是需要技術的支撐，更需要源源不斷的研究投入。

3? 獨居老人陪護系統設計與開發

老年陪護系統需要開發一個以家庭社區為中心的移動端軟件，并需要配備簡單的便攜式設備。軟件和設備的結合，可以監控獨居老人身體狀況的參考數據，將其作為健康與否的指標發送給客戶端，以便獨居老人的家人可實時了解老人的身體狀況，并對相關的緊急情況做出及時有效的反饋。

基于語音交互的可視化老年人陪護系統，便于家人親屬通過語言、視頻等方式與老人保持溝通和聯系，老人獨自一人的時候也可以通過隨身佩戴的硬件設備，利用特殊語音激活系統收聽新聞、傳統戲曲、音樂等內容，提高獨居老人生活的幸福感。

3.1? 管理員功能需求

對管理員而言，APP需要提供實時數據，保障基本功能的準確有效、實時響應。APP的監管屬于重點工作，可以展示社區賬戶的詳細資料，設計人性化AI，將老人的重要資料存儲至數據庫，以供隨時調用和更新，還可以通過查詢功能獲取老人的詳細資料。

3.2? 用戶需求與支持條件

對于該系統的用戶而言，首要需求是便于使用，該系統的客戶群是老年群體，這一群體對于新技術和復雜操作步驟的接受能力較弱，只有具備簡單便捷的使用步驟，才能擴大該系統的使用范圍；其次是需要實時修改賬戶信息，APP能夠實時監測設備信息。該系統使用的前提條件是社區老人能夠掃碼進入APP下載界面，社區APP正常運行且網絡穩定，目標受眾老年群體需要攜帶配套的傳感手環。

3.3? 智能老人陪護系統模型設計框架

基于語音交互技術，采用圖像識別與語音采集模塊設計可視化獨居老人陪護系統，該系統包含注冊登錄、接收警報、視頻通話三個軟件部分。硬件層面提供心跳檢測、語言分析、娛樂新聞等功能，具體設計框架如圖1所示。

智能老人陪護系統模型主要包括服務器、智能手機客戶端以及智能硬件陪護設備三大模塊，其中智能手機客戶端基于互聯網形成系統總體架構，涵蓋注冊登錄、接收警報、視頻通話三個部分。硬件方面集成了心跳檢測、語言分析、音頻輸出。該系統可以實現實時收集獨居老人的信息并對其進行分析，自動進行需求的匹配。老人獨居的時候一旦出現異常情況，家人親屬能夠及時發現并由相關人員給予妥善處理。本系統采用可視化及語音交互的模式，便于老人操作或者是遠程操控等。

3.4? 軟件設計

老人陪護系統移動客戶端軟件功能模塊的實現，包括智能養老陪護系統前期數據采集，形成數據模型提出解決方案，然后在互聯網的基礎上形成系統總體框架。

3.4.1? 登錄注冊模塊

對于該模塊，老年用戶或者是家人以獨居老人的個人信息（包括姓名、年齡、家庭住址、手機號碼、個人健康等情況）進行登記注冊，該模塊實現獨居老人信息系統的信息采集、匯總、分類等，負責對所采集的信息進行合理分配、分析和保密等，在收集完老人信息之后，上傳服務器，自動進行需求的匹配。例如可根據老人的健康情況分為輕度需求、需求、重度需求，完成以上所有流程后即為注冊成功。注冊成功的用戶可以登錄該陪護系統進行系統功能的使用。陪護系統登錄注冊模塊流程圖如圖2所示。

3.4.2? 接收警報模塊

該模塊的主要功能是獨居老人在設備端發出報警信息，服務器收到報警信息之后，在手機端以明顯的信號（如燈光閃爍、聲音和震動等形式）通知家人。老人獨自居住容易發生意外事故，例如老人發生意外滑倒時，如手機不在身邊，因其行動不便很難拿到手機聯系家人或醫院，如果老人不能及時聯系外界會讓狀況變得更加嚴重，而提供語音交互功能的陪護模塊，可以實現聯系子女或直接報警的功能。接受警報模塊設計流程圖如圖3所示。

3.4.3? 視頻通話模塊

通過該模塊，獨居老人的家人可以點擊手機APP與老人進行通話。考慮到部分老人可能視力不佳無法通過手環觸屏進行聯系，或者部分老人的方言難以識別，因此采取在手環左右設置兩個特殊按鈕，兩個按鈕同時按下打開音視頻通話模塊，此時手環會通過語音模塊告知老人當前聯系人，若是老人想聯系的人則可以按下右側按鈕進行撥打，若不是則可以按下左側按鈕切換聯系人。當兩側按鈕再一次同時按下時退出音視頻通話模塊。視頻通話模塊設計流程圖如圖4所示。

3.5? 硬件設計

3.5.1? 心跳檢測模塊

心臟是我們身體最重要的器官之一，決定了我們每天的身體和精神狀態，心臟跳動的相關參數是衡量身體健康狀況的一個重要指標。對于獨居老人來說，心臟檢測模塊檢測到的參數能夠及時反饋老人的身體狀況，心跳檢測模塊是在智能手環中植入心跳檢測傳感器設備，對老人進行實時的心跳檢測，在檢測到老人心臟跳動異常時可及時發出警報，并通過軟件客戶端將消息及老人位置發送給家屬。

3.5.2? 語言分析模塊

部分獨居老人對智能設備的操作不熟練，甚至有部分老人普通話不標準或者是口齒不清等，語言分析模塊通過智能語音識別技術，使用簡單的特殊指令呼喚系統，可對老人所說的話（包括音調、語速等相關參數）進行智能分析，進行不同的操作，例如打電話、報警、視頻通話、播放天氣預報等。

3.5.3? 娛樂新聞模塊

娛樂新聞模塊基于智能語音識別技術，老人可通過語音指令激活該系統，系統會對老人所說的話做出分析判斷，根據判斷結果進行不同的操作。例如播放新聞、語音小說、傳統戲曲、音樂等消遣。該模塊可以為老人提供豐富的業余生活，使老人能夠對社會熱點新聞有所了解，從而不與社會脫節。

4? 系統實現

在語音交互的基礎上，采用圖像識別與語音采集模塊，設計老人陪護系統APP。在硬件方面，提供心率檢測模塊、語言分析模塊、娛樂消遣模塊，老人只需配備簡單的便攜式設備即可享受相應的服務，軟件和設備的結合使老人只需攜帶便攜式設備即可使其身體狀況數據發送給客戶端，得到有效的監控。系統部分界面如圖5、圖6、圖7所示。

5? 結? 論

當前是我國養老行業轉型，實現現代化、智能化的關鍵階段，滿足老齡化人口剛需的獨居老人陪護系統將深深扎根我國養老行業。通過開發符合當前老齡人口現狀的“適老化”獨居老人陪護系統，讓獨居老人能夠與家人保持暢通便捷的溝通交流，能夠保證在老人出現緊急意外情況時得到及時的幫助，也可以為老人提供豐富的業余生活。該系統既可以保障獨居老人的生活安全，又能夠提升獨居老人的生活質量，更能增加獨居老人的充實感和幸福感。

參考文獻：

[1] 國家統計局國務院第七次全國人口普查領導小組辦公室.第七次全國人口普查公報（第五號）——人口年齡構成情況 [R/OL].（2021-05-11）.https：//www.gov.cn/xinwen/2021-05/11/

content_5605787.htm.

[2] 戈倩，于衛華.智能可穿戴設備在老年失智患者中的應用現狀[J].護理學報，2018，25（14）：33-36.

[3] 劉澄玉，楊美程，邸佳楠，等.穿戴式心電：發展歷程、核心技術與未來挑戰[J].中國生物醫學工程學報，2019，38（6）：641-652.

[4] 程曉芳.基于慣性傳感器的可穿戴人機交互設備信息控制模型[J].計算機測量與控制，2019，27（6）：70-74.

[5] 林逸磊.基于安卓的老人陪護系統移動客戶端軟件設計與實現[D].杭州：浙江工業大學，2019.

作者簡介：吳燕（1988—），女，漢族，江蘇句容人，助理研究員，碩士研究生，研究方向：信號與信息處理。