基于人工智能的養老安全系統的搭建研究

摘要：隨著人均壽命的提高和老齡化社會的到來，養老問題愈加受到人們的關注。在老年人日益增多的養老院、家庭中，老年人的安全問題成為人們持續關注的重點之一，對此提出了基于人工智能的養老安全系統的搭建方法。以智能手環為載體實現對老年人人體信息和環境信息檢測，采用云計算和大數據技術對采集到的信息進行分析和處理，通過上位機模塊向老人親屬及相關機構發出報警，實現快速救援。

關鍵詞：人工智能"數據采集"安全系統"養老安全

Construction"of"Pension"Security"System"Based"on"Artificial"Intelligence

HAO"Bo1"YU"Jialu2"HU"Hanyu2"WANG"Ruigang2"TONG"Rui2"JIN"Fang2*

1.School"of"Equipment"Engineering，"Shenyang"Ligong"University，"Shenyang，"Liaoning"Province，"110158"China;2.School"ofnbsp;Automation"and"Electrical"Engineering，"Shenyang"Ligong"University，"Shenyang，"Liaoning"Province，"110158"China

Abstract："With"the"increase"in"average"life"expectancy"and"the"arrival"of"an"aging"society，"the"problem"of"elderly"care"is"increasingly"concerning"to"people."In"the"nursing"homes"and"families"with"an"increasing"number"of"elderly"individuals，"the"safety"of"the"elderly"has"become"one"of"the"focuses"of"people's"continuous"attention."Therefore"this"paper"proposes"a"construction"method"for"a"pension"security"system"based"on"artificial"intelligence."The"smart"bracelet"is"used""as"the"carrier"to"detect"the"human"body"information"and"environmental"information"of"the"elderly."Cloud"computing"and"big"data"technology"are"used"to"analyze"and"process"the"collected"information，"and"the"upper"computer"module"sends"alarms"to"the"relatives"of"the"elderly"and"related"institutions"to"achieve"rapid"rescue.

Key"Words："Artificial"intelligence;"Pension;"Security"system;"Pension"security

據國家統計局發布的第七次全國人口普查公報（第五號）顯示，60歲及以上人口為26"402萬人，占全國總人口的18.70%，其中65歲及以上人口占13.5%。與2010年相比較，60歲及以上人口所占比重上升了5.44%，65歲及以上人口所占比重上升了4.63%[1]。

我國的人口老齡化程度正在不斷加劇，老年化形勢日益嚴峻，這導致社會養老問題逐漸凸顯出來。通過人工智能技術，智能化養老緊急呼叫手環可以將老年人的身體狀況信息、位置信息等數據實時傳輸給緊急救援人員，實現快速反應和救援，提高老年人的安全保障。國際上已經有個別企業初步開發出了具有相應功能的智能手環，但是還沒有形成規模化的市場應用，而國內的相關技術還處于研究和探索階段，需要在技術開發、數據處理、技術標準等方面進一步完善和提升。現有的智慧養老模式存在以下問題：（1）結構復雜，難以實現；（2）成本難以控制；（3）使用難度較高，不方便老年人使用[2]。因此，基于人工智能的養老安全報警系統的構建具有重要的現實意義和應用價值。

本文中養老安全系統的搭建主要分為兩部分：一是通過智能手環接收人體與環境信息，對信息進行分析處理；二是與手環相連的移動客戶端的開發。

1"系統框架

根據養老安全報警系統的功能要求，本系統采用了模塊化設計。系統總體框圖給出了各個模塊之間的關系，系統的總體設計思想如圖2所示。

系統主要通過手環檢測數據，通過藍牙與上位機進行互聯。手環系統主要由信息采集模塊、定位模塊、主控制電路和藍牙通信模塊構成。信息采集模塊主要由各類檢測傳感器組成，分為人體信息檢測和環境信息收集兩部分。其中，人體信息檢測包括血壓檢測、體溫檢測、心率血氧檢測、脈搏檢測和人體加速度檢測。環境信息的收集包括煙霧濃度檢測和燃氣泄露檢測。主控制器接收信息采集模塊的數據并進行超限判斷，確認超限后，通過單片機把相應的超限的報警信號利用藍牙發送給相應的上位機模塊。定位模塊同樣將實時數據傳到主控制器，上位機模塊可通過定位手環快速獲得老人的位置信息。上位機模塊根據報警的需要設置了4個部署方向，分別為警局、醫院、社區和手機端，其中手機端又分為家屬端和老人用戶端。

1.1"主控制器

系統采用的是意法半導體的STM32F4系列單片機，控制器作為系統的控制核心，結合多種傳感器、液晶顯示模塊、實時時鐘電路與報警模塊的組合，實現數據的存儲和處理[3]。主控制器對各數據進行相應的閾值判斷，將返回的數據進行分析處理后分別通過通信模塊與顯示模塊進行數據上傳和顯示，用戶通過配套的可視化上位機軟件來實現手環的實時定位與數據監測。

1.2"信息采集模塊

信息采集模塊分為人體信息檢測和環境信息收集兩部分。

在人體信息檢測模塊中，人體加速度部分的信息采用MPU6050六軸傳感器，其結構簡單可靠，體積小，量輕，功耗低，便于維護，價格較低，可以測量整個空間的加速度，全面反應運動物體的空間位置，用以判斷老人的運動狀態，監測跌倒[4]。血壓檢測部分采用振動式血壓傳感器MCP3201，測量由心臟收縮和血液從心室噴射到血管時胸壁產生的機械振動[5]。傳感器通過檢測這些微小的振動來測量血壓值。體溫檢測部分通過程序軟件設計，采集LMT70的輸出數據作為溫度數據。心率血氧和脈搏檢測模塊通過MAX30102傳感器進行多次檢測，增加數據準確性。

在環境檢測模塊中，煙霧檢測采用SD-01A傳感器，其主要用于檢測室內的煙霧濃度，其使用原理是基于光電式煙霧傳感器，通過光強檢測濃度，從而實現火災報警功能。在燃氣泄漏檢測模塊采用MG-811型燃氣探測器，MG-811固體電解質傳感器由固體電解質、金電極、加熱器、鉑引線等組成。可以檢測多種易燃氣體，保障老人安全[6]。

1.3"藍牙通信模塊

藍牙通信模塊方案是基于BLE5.1主從藍牙-串口透傳模塊的技術，旨在提供快速、遠距離、低功耗的通信能力。由于低成本、低功耗等突出優勢，低功耗藍牙信標已被廣泛地應用，例如商場中通過信標發送優惠券、通過信標使用指紋識別定位"BLE"設備、博物館指導、室內定位與跟蹤、幫助盲人和殘疾人、管理智能家庭等[7]。此外，數據加密功能能夠確保傳輸過程中的隱私安全。通過整合醫院數據，實時傳輸老年人健康信息，同時實現社區通告發布和與外聯報警應急系統的連接，從而構建了一個全面的解決方案。

1.4"定位模塊（安全定位）

設計一個安全的定位模塊方案，包括室內室外兼容的基站和Wi-Fi定位技術、準確的信號校正和濾波算法、位置數據采集與處理、用戶友好的地圖界面與強化的位置信息安全授權機制。

1.5"上位機模塊

上位機模塊方案分為警局、醫院、社區、手機端。

1.5.1"警局上位機模塊

警局上位機模塊允許警局管理老年人報警設備，包括添加、修改、刪除等操作。設備設置事件發生閾值，達到次數觸發警報，提醒管理人員處理和響應。展示老年人的報警信息，包括觸發時間、位置、事件類型等，方便管理人員快速了解并做出處理和調度。支持地圖定位，管理員可精確定位報警位置，快速響應。通過終端設備定位模塊，精確定位老年人坐標并在地圖上展示。管理員可設定安全區域參數，脫離區域觸發警報，提醒管理人員跟進。

1.5.2"醫院上位機模塊

醫院上位機模塊設置信息收集功能，收集老人的心率、血壓、體溫等身體信息，便于醫護人員快速判斷健康狀況。同時，設置手環定位和報警裝置，及時知曉老人身體狀況和位置，以便救助老人。上位機操作設計應實現細致、準確分類信息和記錄，并保證高檢索速度與準確度。

1.5.3"社區上位機模塊

社區上位機模塊設置定位和報警裝置，便于及時通知社區管理人員并救助老人。同時，設置業主信息收集和查詢裝置，以便老人能快速報告問題并將其匯報給報警模塊和醫院模塊，方便確認身份和通知家屬。記錄老人進出社區并根據身體狀況提前制定緊急預案。不同的突發狀況可以設定不同預案和典型情況。

1.5.4"手機上位機模塊

手機上位機模塊分為用戶端和家屬端兩種。手機用戶端與手環綁定并采用藍牙連接，能讓老人隨時查看自己的心率、血壓、體溫等身體信息，同時上傳到家屬端的數據云端。家屬端綁定用戶端，可讀取云端信息，實時了解老人的身體狀況。用戶端與家屬端整合定位模塊，方便家屬準確掌握老人位置。老人可在用戶端上查看自己的位置來避免迷路，也可在用戶端上呼叫家屬端以獲取快速救助。

1.6"數據的處理與存儲

為了實現智能化養老緊急呼叫手環的數據處理和存儲，采用云計算和大數據技術。具體來說，就是通過將手環數據上傳到云端，將傳感器采集的數據進行實時處理和分析，并將處理后的數據存儲在云端數據庫中。同時，系統還可以通過數據挖掘和機器學習等技術，挖掘出老年人的健康和生活習慣等信息，為老年人提供更加個性化的養老服務。

數據存儲與管理方面，服務器可以采用MongoDB數據庫進行數據的存儲和管理，人為選定的算法信息將保存到MongoDB數據庫，以便后續系統查詢展示[8]。同時，還搭載了一套數據管理系統，能夠對老年人的身體指標數據、緊急呼叫記錄、異常事件記錄等進行管理和查詢。

2"系統的運行模式

2.1"系統的日常運行模式

在日常運行中，手環會持續監測老年人的身體狀況和環境信息，并將數據實時上傳到云端服務器。服務器會對數據進行處理和分析，提取出老年人的健康狀態和生活習慣等信息，并為老年人提供個性化的養老服務建議。同時，系統會定期向家屬推送老年人的身體狀況數據，讓家屬隨時了解老年人的生活情況。若老年人遇到緊急情況，可以通過手環上的緊急呼叫按鈕向社區管理人員或家屬發送求助信息，系統會立即啟動緊急救援流程，確保老年人得到及時的救助。

2.2"系統的緊急運行模式

當系統檢測到老年人身體異常或環境異常時，會立即觸發緊急報警功能，并向相關人員發送報警信息。同時，系統會啟動自動定位功能，精確定位老年人的位置，并將位置信息發送給相關人員。相關人員收到報警信息后，會立即啟動緊急救援流程，確保老年人得到及時的救助。在緊急救援過程中，系統會持續監測老年人的身體狀況，并向相關人員提供最新的數據，以便他們做出正確的救援決策。

3"結語

本系統的搭建，旨在為老年人的養老安全提供有效保障，在照顧老年人生活習慣和學習能力的前提下精簡手環功能，強化手環的檢測分析功能和續航能力，盡可能做到有效檢測、快速分析、及時報警，從而滿足當前社會趨于個性化、多樣化、多層次性的養老服務需求，在建設智慧社區中有著重大意義。

參考文獻

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陸俊杰，李洪普，李曉峰，等.基于動態加載技術的試驗數據分析系統研究[J].計算機測量與控制，2025，33（1）：155-162.