于文彬，杜 融，肖 龍，成 博，關(guān)新平

（上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院，上海 200240）

老年人宜居環(huán)境體系的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

于文彬，杜 融，肖 龍，成 博，關(guān)新平

（上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院，上海 200240）

隨著中國(guó)進(jìn)入老齡化社會(huì)，老年人的健康管理問題已經(jīng)變得空前嚴(yán)峻。本文將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與老年人健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)相結(jié)合，針對(duì)老年人癡呆和心腦血管疾病，設(shè)計(jì)出針對(duì)老年人的人體傳感器網(wǎng)絡(luò)、定位系統(tǒng)和智能報(bào)警系統(tǒng)。傳感器將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的傳送到健康管理平臺(tái)和疾病監(jiān)測(cè)專家系統(tǒng)平臺(tái)。通過這兩個(gè)平臺(tái)的支持，聯(lián)合社區(qū)、醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)，最終建立老年人宜居環(huán)境體系。

物聯(lián)網(wǎng)；老年人健康；人體傳感器網(wǎng)絡(luò)；專家系統(tǒng)；老年人宜居環(huán)境

1 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，醫(yī)療條件的完善，生活水平的提高，人口壽命的延長(zhǎng)，老年人的健康服務(wù)問題日漸引起廣泛的關(guān)注。在我國(guó)開展的老齡服務(wù)的工作中，健康服務(wù)是其中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，健康服務(wù)水平的高低直接影響了老年人的身心健康、生活水平。

根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)表明，“十二五”時(shí)期，我國(guó)人口老齡化加速發(fā)展，人口老齡化形勢(shì)更加嚴(yán)峻，將呈現(xiàn)出老齡化、高齡化、空巢化加速發(fā)展的三個(gè)新特征。到2015年，我國(guó)60歲以上老年人口將達(dá)到2.16億，約占總?cè)丝诘?6.7%，年均凈增老年人口800多萬；年均凈增高齡老人100萬，增速超過我國(guó)人口老齡化速度，同時(shí)空巢化進(jìn)一步加劇。城鄉(xiāng)空巢家庭超過50%，部分大中城市達(dá)到70%；農(nóng)村留守老人約4000萬，占農(nóng)村老年人口的37%，老年人照料問題日益突出。到2030年，中國(guó)65歲以上人口占比將超過日本，成為全球人口老齡化程度最高的國(guó)家。到2050年，社會(huì)進(jìn)入深度老齡化階段。

本文試圖將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與老年人健康服務(wù)系統(tǒng)相結(jié)合，通過健康管理平臺(tái)和防病監(jiān)測(cè)專家系統(tǒng)平臺(tái)的支持，聯(lián)合社區(qū)、醫(yī)務(wù)衛(wèi)生機(jī)構(gòu)，建立老年人宜居環(huán)境體系。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

老年人宜居環(huán)境體系系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 老年人宜居環(huán)境體系系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 人體無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSN）在醫(yī)療健康領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，在疾病監(jiān)護(hù)、災(zāi)害中傷員的應(yīng)急救護(hù)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、家庭護(hù)理等多種場(chǎng)合將發(fā)揮重要的作用。低功耗的芯片級(jí)射頻技術(shù)IEEE 802.15.4無線個(gè)域網(wǎng)（Wireless Personal Area Network，WPAN）標(biāo)準(zhǔn)可以有效解決存在的設(shè)備貴、代價(jià)高和功率大等問題，為建立人體區(qū)域的可穿戴的醫(yī)學(xué)傳感器網(wǎng)絡(luò)提供無線傳輸平臺(tái)。主要研究基于Body Sensor Network的老年人身體數(shù)據(jù)收集及其定位與跟蹤，通過GPRS上傳至監(jiān)控室，致力于社區(qū)、醫(yī)院老年人的身體監(jiān)測(cè)以及跟蹤，保障老年人的健康。

2.2 定位系統(tǒng)（室內(nèi)室外）

很多突發(fā)性疾病如心臟病、腦溢血等，發(fā)病后需要在短時(shí)間內(nèi)得到救治，這就要求要對(duì)老人進(jìn)行實(shí)時(shí)的、精確的定位，并將位置信息轉(zhuǎn)換成便于用語言描述的特征點(diǎn)，如路名、門牌號(hào)、標(biāo)志性建筑等等，當(dāng)自動(dòng)報(bào)警時(shí)，可以報(bào)出準(zhǔn)確的、易于理解的地址信息。

2.3 報(bào)警系統(tǒng)

智能設(shè)備在監(jiān)測(cè)老人身體各項(xiàng)參數(shù)的同時(shí)，也會(huì)實(shí)時(shí)地分析老人目前的身體狀態(tài)。在檢測(cè)到身體參數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)，會(huì)提示被監(jiān)測(cè)者停止運(yùn)動(dòng)，原地坐下或躺下休息；當(dāng)出現(xiàn)危險(xiǎn)情況時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)向家人、醫(yī)生或者急救中心撥打電話。撥通后，自動(dòng)向?qū)Ψ秸Z音播報(bào)老人當(dāng)前位置與身體參數(shù)；同時(shí)也會(huì)向周圍的人發(fā)出求助信號(hào)，使老人在最短時(shí)間內(nèi)得到救治。另外，報(bào)警系統(tǒng)還可以監(jiān)測(cè)老人行走的穩(wěn)定程度以及站立、坐下、跌倒等行為。

2.4 健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)

由于本系統(tǒng)以老年人為服務(wù)目標(biāo)，所以設(shè)計(jì)研發(fā)一套針對(duì)老年人的健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。主要包括以下幾個(gè)部分：

1）在被監(jiān)護(hù)者身上佩戴各種身體狀況監(jiān)測(cè)的無線智能設(shè)備，如脈搏、血壓、體溫等等。這些設(shè)備可以將測(cè)量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來，當(dāng)連接到醫(yī)院、療養(yǎng)院或者家庭的基站，將數(shù)據(jù)上傳，供日后查詢。

2）智能專家系統(tǒng)，可以根據(jù)被監(jiān)測(cè)者的身體狀況建議佩戴者服用的藥物以及藥量；也可以提醒服藥時(shí)間、體檢時(shí)間、對(duì)老年期癡呆和老年心理行為問題的早期識(shí)別與預(yù)警等等。

3）認(rèn)路輔助系統(tǒng)，可以根據(jù)當(dāng)前位置語音提示老人如何回家、去醫(yī)院等等。

2.5 老年人健康服務(wù)分布式管理軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)設(shè)計(jì)老年人健康服務(wù)平臺(tái)的分布式管理軟件。該軟件平臺(tái)易于操作，具有友善的用戶界面。能夠及時(shí)地收集老年人在其家庭、小區(qū)、醫(yī)院等地方建立的數(shù)據(jù)采集終端發(fā)布的身體健康狀況信息、地理位置信息等重要信息。同時(shí)，該軟件需要對(duì)這些海量的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地存儲(chǔ)與共享，使其自身、家人、所在小區(qū)居委會(huì)、醫(yī)生等關(guān)注其身體狀況的人員能夠及時(shí)方便地知道老年人的近況及歷史數(shù)據(jù)，從而順利地為其展開合適的服務(wù)。系統(tǒng)需要采取一定的加密措施，以保證私密數(shù)據(jù)的安全性，同時(shí)保證系統(tǒng)能夠安全、穩(wěn)定地運(yùn)行。

2.6 老年宜居環(huán)境體系

為了打造“老年溫馨家庭”、“老年宜居社區(qū)”等一系列老年宜居環(huán)境體系，需要關(guān)注老年人的特殊需求。平臺(tái)需要通過建立完善的服務(wù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系，有效地收集老年人對(duì)現(xiàn)有服務(wù)主觀上的滿意程度，也需要收集服務(wù)對(duì)老年人身心健康狀況的客觀作用，從而對(duì)服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行真實(shí)有效地反饋，并評(píng)估有待開展的老年人服務(wù)項(xiàng)目，從而進(jìn)一步增強(qiáng)功能、完善各種服務(wù)，提高服務(wù)質(zhì)量。平臺(tái)的數(shù)據(jù)也為政府部門把老年人宜居環(huán)境建設(shè)納入城市總體規(guī)劃提供必要的參考。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 老年人人體傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議及數(shù)據(jù)傳輸方式

適用于人體傳感器網(wǎng)絡(luò)的星型拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)由一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和若干設(shè)備組成，使用兩種信道接入機(jī)制，即無時(shí)隙CSMA／CA和時(shí)隙CSMA／CA。IEEE 802.15.4協(xié)議支持低功耗設(shè)備以較低的速率在0 m－10 m的范圍內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)，并詳細(xì)規(guī)范了物理層（PHY：Physical Layer）與媒體接入層（MAC：Medium Access Control sub layer），該協(xié)議的2.4 GHz頻帶包括16個(gè)信道，每個(gè)信道的速率都為250 kbps，較適合醫(yī)學(xué)傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送速率的要求。

3.2 老年人人體WSN性能及傳輸需求分析

人體WSN的范圍為人體區(qū)域，是WSN的最基本組成部分。人體WSNs由部署在人體上的各種醫(yī)學(xué)傳感器節(jié)點(diǎn)和中心節(jié)點(diǎn)組成，傳感器負(fù)責(zé)采集各種人體生理信號(hào)，并通過短距離無線射頻發(fā)送到中心節(jié)點(diǎn)。中心節(jié)點(diǎn)處理并存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)，通過無線通信方式把數(shù)據(jù)傳給相關(guān)醫(yī)護(hù)人員工作站上進(jìn)行進(jìn)一步診斷。網(wǎng)絡(luò)一般采用星型拓?fù)?，?shù)據(jù)流量大都為上行，即發(fā)送到中心節(jié)點(diǎn)。局域WSN的范圍為一個(gè)醫(yī)院、療養(yǎng)院和社區(qū)等其他需要對(duì)其人員進(jìn)行醫(yī)學(xué)監(jiān)護(hù)的單位。

3.3 老年期癡呆和老年心理行為問題的早期識(shí)別與預(yù)警

研究老年人癡呆的早期識(shí)別與預(yù)警指標(biāo)，包括社會(huì)心理學(xué)指標(biāo)、神經(jīng)心理學(xué)指標(biāo)、生物標(biāo)志指標(biāo)和神經(jīng)影像指標(biāo)來對(duì)其身體狀況進(jìn)行識(shí)別與診斷，使其防治重心前移。

3.4 老年人心腦血管疾病檢測(cè)、預(yù)防

研究老年人心腦血管疾病早期檢測(cè)與預(yù)防手段，通過大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行模型建立與分析，同時(shí)通過平臺(tái)建立的遠(yuǎn)程醫(yī)療進(jìn)行遠(yuǎn)程心電檢測(cè)會(huì)診。

3.5 室外GPS＋GPRS無線節(jié)點(diǎn)的開發(fā)與應(yīng)用

在室外通過GPS可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位，定位誤差小于10m。通過GPRS或者3G網(wǎng)絡(luò)可以將位置信息傳送的服務(wù)器上進(jìn)行處理。

在室內(nèi)或者室外GPS信號(hào)受到遮擋時(shí)，通過前期采集的位置信息、行走速度和目的地等信息，利用極大似然的估計(jì)方法，可以得到老人當(dāng)前最可能的位置。在計(jì)算過程中還會(huì)用到多信息融合的方法，將冗余的信息去除，保留價(jià)值高的信息，最大程度地得到精確的位置信息。

3.6 老年人健康服務(wù)分布式管理軟件系統(tǒng)

老年人健康服務(wù)平臺(tái)的分布式軟件管理系統(tǒng)應(yīng)充分考慮其各子系統(tǒng)的信息共享與存儲(chǔ)問題，采用集中管理、操作和分散控制相結(jié)合的模式，保證各子系統(tǒng)自身運(yùn)行的穩(wěn)定和效率，保證整個(gè)軟件系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和智能性。

3.7 老年宜居環(huán)境體系

為了建立完善的服務(wù)評(píng)價(jià)系統(tǒng)，收集老年人對(duì)服務(wù)的主觀評(píng)價(jià)以及服務(wù)對(duì)老年人的客觀作用，從而關(guān)注老年人的特殊需求，打造老年宜居環(huán)境體系，需要提高反饋信息的可信度、擴(kuò)展信息反饋的途徑，擬在家庭、社區(qū)、醫(yī)療機(jī)構(gòu)等地方進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋。同時(shí)平臺(tái)在通過網(wǎng)絡(luò)、圖表等形式直觀、實(shí)時(shí)、真實(shí)地公布反饋信息，并依次對(duì)各個(gè)服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行優(yōu)化管理和功能強(qiáng)化。

4 總結(jié)與展望

基于上述幾點(diǎn)考慮，綜合家庭、社區(qū)及醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)的老年人健康服務(wù)系統(tǒng)，構(gòu)建基于“物聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)的共性管理與服務(wù)支撐平臺(tái)。平臺(tái)具有以下特色的功能，體現(xiàn)了未來的發(fā)展方向。

（1）注重?cái)?shù)字化的采集與存儲(chǔ)。如利用一系列健康指標(biāo)無線傳感器，并組成人體傳輸器網(wǎng)絡(luò)，以供健康服務(wù)使用。

（2）注重網(wǎng)絡(luò)層面建設(shè)。包括人體傳感器網(wǎng)絡(luò)，以及遠(yuǎn)程服務(wù)網(wǎng)絡(luò)等。使老年人隨時(shí)隨地都能享受到健康服務(wù)平臺(tái)給予的實(shí)時(shí)健康狀況檢測(cè)，位置信息查詢，電子保姆及緊急救助等服務(wù)。

（3）注重平臺(tái)功能完善建設(shè)。如基于數(shù)據(jù)庫的分布式管理平臺(tái)建設(shè)，包括家庭、社區(qū)以及醫(yī)療機(jī)構(gòu)的子服務(wù)平臺(tái)，為不同類型的老年人提供不同類型的健康服務(wù)。不斷提高服務(wù)質(zhì)量與增強(qiáng)平臺(tái)功能。建立友好的用戶操作界面以及直觀的數(shù)據(jù)顯示界面，使服務(wù)更易被用戶接受，方便用戶的推廣。

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Design and application for the system of the convenient and livable environment system

YU Wen－bin，DU Rong，XIAO Long，CHENG Bo，GUAN Xin－ping

（SchoolofElectronicInformationandElectricalEngineering，ShanghaiJiaoTongUniversity，Shanghai200240，China）

With becoming an aging society in China，the health management for aged people is becoming more severe.In this paper，IOT（Internet of Things）is combined with health care system for aged people.Against elderly dementia and cardiovascular diseases，body sensor networks for aged people，the location system and intelligent alarm system are designed.The real－time sensor data is transmitted to health care management platform and disease monitoring expert system platform.Supported by these two platforms，as well as the community，the health care institutions，the convenient and livable environment system is established ultimately.

Internet of Things；Health care；Body sensor networks；Expert systems；The convenient and livable environment system

TP393

：A

1001－9383（2011）03－0010－04

2011－06－30

于文彬（1983－），男，博士，主要研究方向：基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧社區(qū)研究.