組態化智慧型養老模式探索及其系統架構設計

萬力， 鄭駒

（合肥工業大學建筑設計院（集團）有限公司）

1 組態化智慧型養老系統建設背景

人口老齡化問題已成為世界各國面臨的共同挑戰。根據聯合國的數據，到2050 年，全球65 歲及以上的人口將達到16億，占總人口的比例將從現在的9%上升到16%[1]。在這種情況下，如何實現老年人的健康、幸福和有尊嚴的養老成為亟待解決的問題。而智慧養老作為一種新型的養老模式，通過運用現代信息技術、物聯網技術、大數據技術等手段，為老年人提供個性化、便捷化、智能化的服務，已經成為現階段解決老齡化問題的有效途徑。

近年來，各國政府紛紛出臺相關政策，支持智慧養老的發展。中國政府提出了“健康中國2030”戰略，明確提出發展智慧養老產業，積極推動養老服務與醫療、健康、旅游等產業的融合發展[2]。此外，各國政府還通過財政補貼、稅收優惠等政策措施，鼓勵企業和社會組織參與智慧養老的建設。

2 組態化智慧型養老運行模式

針對目前地產養老、社會養老、社區養老等不全面、不系統、不規范的養老方式現狀，本文提出了采用網格式、區域化的養老管理模式，結合政府有效干預，利用智慧化的管理平臺，建立創新型智慧居家養老體系，并作為全國示范項目得到良好的踐行。

組態化智慧養老基于組態模式，充分采用物聯網、大數據和人工智能AI 等先進技術，在智慧城市的架構下，集成城市醫保、公共安全、教育等信息化平臺，采用多用戶分級管理，結合現場有效人工（家屬、志愿者、社區網格員或村嫂[3]）參與的新型養老合作模式，提高養老管理有效性，技術的適用性和服務的滿意度。智慧平臺基于先進的智能數據庫技術和現場物聯網技術相結合，在云架構的體系下，提高平臺并發處置能力和及時性。

該模式全面提升了養老行業的管理水平、服務效率和用戶滿意度，可引導制訂符合我國適老化社會建設的智慧居家養老標準和管理體系，可有效減少養老服務運營成本，提升居家養老品質、緩解基層就業難題、有效拉動居民需求，提升居民數字養老幸福感，為老年人提供更好的養老服務，實現健康、幸福和有尊嚴的養老。對解決我國目前2.8 億以上老年人口的養老難題具有積極意義。

3 組態化智慧型養老系統架構及設計

3.1 系統總體架構

目前智慧養老場所內老年人安全監護類設備多為簡單智能手環、一鍵報警器等產品，原理基于短距離傳輸技術將報警信息發送至室內網關再發送至后臺，存在產品功能單一、傳輸數據不穩定、無法實現自動報警等缺陷，不能滿足日益增長的智慧養老監護功能需求。

組態式智慧型養老架構（見圖1）結合了人工智能AI 算法、大數據分析、云計算、感知分析、行為分析、毫米波雷達非接觸監測等科技手段，輔以穩定可靠的NB-IoT、Cat.1、5G、BLE 等傳輸方式，功能涵蓋安全監護、健康監測、醫療服務、家政服務、救助服務、娛樂服務等，采用多級守護的持續、穩定、智慧的社區居家組態式養老方案，以實現主動式報警求救及精準定位、危險環境感知并自動報警、多級式求救信息處理。

圖1 智慧養老系統總體架構圖

感知層安全監護類設備通過集成式光學傳感采集技術、活動行為感知傳感技術、人工智能AI算法、大數據分析、云計算、毫米雷達波技術、自動閾值調整技術、低功耗無線傳輸等科技解決無法自動報警、誤報率高、傳輸不穩定等難題，研發可穿戴智能設備的C端，連接體弱多病、少人照顧、足不出戶、長期獨居等社區居家老年人群體，以及居所內安裝求救按鈕、活動探測、對講器、血壓計、跌倒報警器、心率呼吸監護墊、智能拐杖等終端設備實現安全監護、健康監護、環境感知。

監護信息通過傳輸層到平臺，將另一端鏈接至親屬、社區、社會組織、服務供應商等端口，實現全天候、全方位、多層級安全監護，實現智慧安全、智慧健康、智慧服務、智慧管理的養老服務組態系統。

3.2 系統各模塊設計

3.2.1 平臺應用層設計

平臺應用層的功能是為運營管理方、服務人員、子女親屬、主管領導等設計了智慧養老服務平臺、綜合信息展示大屏、子女親屬App、應急救助App、服務人員App、醫生護理App、7x24小時兜底接警的呼叫中心等智慧平臺應用模塊。

智慧養老服務平臺基于互聯網技術、云計算技術、大數據分析、分布式部署等技術進行統一部署（見圖2）。

圖2 智慧養老服務平臺功能

平臺對社區內的護理對象、護理內容、監護數據、人力資源、資產設備等進行統籌管理，并為護理對象的子女、親屬提供信息接口和互動窗口，以保障信息流通，形成多方互聯互通、集管理和服務于一體的綜合性管理功能。對于不同類型的移動客戶端，設計了子女親屬App和應急人員、服務人員App。

子女親屬App功能包括：老人佩戴監護手表，可自動統計生活軌跡和健康數據，通過大數據分析、匯總、存儲。具體內容包含：每天早晨，自動推送老人睡眠統計報告（睡眠質量、睡眠時長）；每天晚上，自動推送老人活動統計報告（報警記錄、心率數據、血氧數據、活動計步、手表離手記錄等）。

應急人員、服務人員的App 提供給上門照料服務人員使用，具有服務工單接收、現場服務記錄上傳、歷史記錄查詢等功能；提供給上門應急救援人員使用，具有救援任務接收、現場救援記錄上傳、歷史記錄查詢等功能。

3.2.2 數據傳輸融合層設計

感知層設備采集到數據進行運算后，需要通過公網或專網傳輸至云端存儲，公網包括4G（含LTECat1，即速率類別1 的4G 網絡）和5G 協同發展的移動物聯網綜合生態體系，在深化4G 網絡覆蓋、加快5G 網絡建設的基礎上，以NB-IoT 滿足大部分低速率場景需求，以LTE-Cat1（以下簡稱“Cat1”）滿足中等速率物聯需求和話音需求[4]，近端通信采用低功耗藍牙BLE等物聯網技術。

融合層是智慧養老系統數據存儲和分類處理的集成融合中心，主要負責對系統中產生的各類數據進行存儲、處理和分析。目標是對長者的基本信息、緊急聯系人信息、親屬信息、服務人員信息、應急人員信息、志愿者等進行登記管理，目的是為長者建立完善翔實的基礎檔案和動態檔案庫，為日后開展居家安全守護和照料服務提供支撐。

3.2.3 感知層設計

智能通話手表：供長者佩戴該手表，手表應采用5G 通信技術，利用運營商基站網絡傳輸數據，出廠已預裝通信卡。手表應采用防水設計，能達IP66 以上等級。支持手動報警、自動監測報警、語音通話、心率/血氧/體溫/睡眠監測、精度定位功能，考慮到長者使用方便，采用磁吸充電方式，工作時長≥3d；內置IC卡，支持門禁開鎖和消費。

智能定位手環：供長者佩戴，采用超低功耗的NB-IoT 通信技術，利用運營商基站網絡傳輸數據，出廠已預裝通信卡。采用防水設計，能達IP67 以上等級；支持手動報警、自動監測報警、精度定位功能，考慮到長者使用方便，采用磁吸充電方式，正常模式工作時長≥10天；低功耗模式工作時長≥20d；內置IC卡，支持門禁開鎖和消費。

求救定位設備：供長者佩戴，采用超低功耗的NB-IoT 通信技術，用運營商基站網絡傳輸數據，出廠已預裝通信卡，用戶無需辦卡、即買即用。采用磁吸充電方式，正常模式工作時長≥10d；低功耗模式工作時長≥20d，電量過低時通過振動、聲音和指示燈提醒長者充電。

智能拐杖：供長者使用，采用4G Cat.1 通信技術。具有語音通話、一鍵報警、精準定位、MP3 收音機、高亮LED照明、防滑等功能，內置大容量電池，可待機工作7天以上。

血壓計：供長者使用。采用全新技術，加壓與檢測信號雙通道線性分流，具備強抗干擾能力，測壓更穩、更準。具備一鍵測量、血壓測量、脈搏測量、語音播報、數據推送、高清大屏、300次測量巡航等功能。

煙霧探測器：安裝在臥室、客廳等地，采用NBIoT 通信技術，利用運營商基站網絡傳輸數據，出廠已預裝通信卡，用戶無需辦卡、即買即用。采用電池供電，續航時間不小于3a，檢測到環境中有煙霧時，能自動發出報警信息，并伴有大音量提醒。支持離線報警、傳感器故障報警。

燃氣探測器：安裝在廚房墻壁上，采用NB-IoT通信技術，利用運營商基站網絡傳輸數據。采用市電供電，檢測到環境中有燃氣泄漏時，能自動發出報警信息，并伴有大音量提醒。支持離線報警、傳感器故障報警、外接開關機械手自動關閉氣體閥門等。

水浸探測器：安裝在廚房，采用NB-IoT 通信技術、出廠預裝通信卡、續航≥3a；具有溢水報警、聲光提醒、防拆提醒、低電提醒等功能。

門磁探測器：安裝在入戶門口或長者房門上，采用NB-IoT 通信技術、出廠預裝通信卡、續航≥3a；具有長時間未開門報警、長時間未關門提醒等功能。

溫濕度顯示器：安裝在住戶客廳或臥室，采用藍牙通信技術、電池供電、工作時長≥5a；具有溫濕度檢測及顯示功能，內置定位信標，可支持穿戴設備實現精準定位。

4 組態化智慧型養老系統應用展望

智慧養老系統的發展將不斷綜合運用人工智能AI算法、大數據分析技術、云計算技術、云存儲技術、分布式架構部署等技術手段，持續研發行為感知分析、大數據融合等技術，進一步構建“基于云架構組態式智慧型居家養老體系”；研發基于廣連接、大數據流以及高可靠性的新型物聯網傳輸協議，用于監護設備通信；研發涵蓋居家、社區、醫療等多級聯動、大數據可視等功能的智慧養老多級安全守護平臺。實現全天候、全方位、多層級安全監護，進一步營造閉環式養老服務生態體系。