許繼勇，舒明雷，周書(shū)旺，劉彬，高天雷

(山東省計(jì)算中心(國(guó)家超級(jí)計(jì)算濟(jì)南中心)，山東省計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南250014)

基于云平臺(tái)的智慧健康養(yǎng)老服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

許繼勇，舒明雷，周書(shū)旺，劉彬，高天雷

(山東省計(jì)算中心(國(guó)家超級(jí)計(jì)算濟(jì)南中心)，山東省計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南250014)

為了滿足老年人智慧健康養(yǎng)老的需求，利用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)手段，構(gòu)建了基于云平臺(tái)的智慧健康養(yǎng)老服務(wù)系統(tǒng)。設(shè)計(jì)并研制了適用于家庭環(huán)境下的健康一體機(jī)、智能床墊等智能終端，實(shí)現(xiàn)生理參數(shù)采集和生命體征監(jiān)測(cè)；開(kāi)發(fā)了智慧健康養(yǎng)老服務(wù)網(wǎng)站和移動(dòng)客戶端軟件；建立了老年健康動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了信息共享，能夠?yàn)槔夏耆颂峁┙】抵笇?dǎo)、慢病管理、遠(yuǎn)程問(wèn)診、安全監(jiān)護(hù)等服務(wù)。該系統(tǒng)推動(dòng)了健康養(yǎng)老服務(wù)的智慧化升級(jí)，提升了健康養(yǎng)老服務(wù)質(zhì)量效率水平。

云平臺(tái)；智慧健康養(yǎng)老；健康一體機(jī)；智能床墊

Abstract∶To meet the needs of the intelligent health care service for the aged, a cloud platform based intelligent health care service system was designed and implemented using the Internet, internet of things, cloud computing and other technologies. Intelligent terminals intended for use in home environment, such as “all-in-one” health machine and smart mattress were designed and developed to collect the physiological data and monitor vital signs. And it also includes website and mobile client software of intelligent health service for the aged. The system established a dynamic monitoring mechanism for the elderly’s health, which makes information shared together, provides healthy instruction, chronic diseases management, diagnosis through remove video, safety custody and other services for the elderly, which promotes intelligent level of aged health care service, and improves the efficiency and quality of old-age health service.

Key words∶cloud platform； intelligent health care service for elderly； “all-in-one” health machine； smart mattress

截至2016年底，我國(guó)60歲及以上的老年人口已達(dá)2.3億，約占總?cè)丝诘牧种?，老齡化程度持續(xù)加深[1]。進(jìn)入老齡化社會(huì)后，老年人對(duì)于醫(yī)療保健、康復(fù)護(hù)理等服務(wù)的剛性需求日益增加。而且，老齡化進(jìn)程與城鎮(zhèn)化、家庭小型化、空巢化相伴隨，與經(jīng)濟(jì)社會(huì)轉(zhuǎn)型期各類矛盾相交織，流動(dòng)老人和留守老人規(guī)模不斷增加，越來(lái)越多的家庭面臨照料者缺失的問(wèn)題。老年人的健康服務(wù)需求已成為“十三五”期間迫切需要解決的重要問(wèn)題[2]。

《“健康中國(guó)2030”規(guī)劃綱要》、《“十三五”國(guó)家老齡事業(yè)發(fā)展和養(yǎng)老體系建設(shè)規(guī)劃》、《智慧健康養(yǎng)老產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃2017—2020年》、《“十三五”健康老齡化規(guī)劃》等一系列政策都提出：實(shí)施“互聯(lián)網(wǎng)+”養(yǎng)老工程，推進(jìn)信息技術(shù)支撐健康養(yǎng)老發(fā)展，發(fā)展智慧健康養(yǎng)老新業(yè)態(tài)；充分運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)手段，創(chuàng)新健康養(yǎng)老服務(wù)模式，開(kāi)展面向家庭、社區(qū)的智慧健康養(yǎng)老應(yīng)用示范，提升健康養(yǎng)老服務(wù)覆蓋率和質(zhì)量效率；搭建智慧健康養(yǎng)老服務(wù)平臺(tái)，對(duì)接各級(jí)醫(yī)療衛(wèi)生及養(yǎng)老服務(wù)資源，建立老年健康動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)機(jī)制，整合信息資源，實(shí)現(xiàn)信息共享，為老年人提供健康指導(dǎo)、慢病管理、安全監(jiān)護(hù)等服務(wù)[2-5]。

為了滿足老年人智慧健康養(yǎng)老的需求,本文提出了一種基于云平臺(tái)的智慧健康養(yǎng)老服務(wù)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)并研制了適應(yīng)家庭需求的高度集成、數(shù)字化、智能化的健康采集和管理終端——健康一體機(jī)，實(shí)現(xiàn)生理參數(shù)采集和生命體征監(jiān)測(cè)；開(kāi)發(fā)了智慧健康養(yǎng)老服務(wù)網(wǎng)站和移動(dòng)端客戶端，建立了老年人動(dòng)態(tài)健康檔案，為老年人提供健康指導(dǎo)、慢病管理、遠(yuǎn)程問(wèn)診、安全監(jiān)護(hù)等服務(wù)。該系統(tǒng)能夠推動(dòng)健康養(yǎng)老服務(wù)的智慧化升級(jí)，提升健康養(yǎng)老服務(wù)質(zhì)量效率水平，并助力醫(yī)養(yǎng)結(jié)合養(yǎng)老模式的構(gòu)建。

1 智慧健康養(yǎng)老系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)

針對(duì)智慧健康養(yǎng)老的服務(wù)模式和需求，本文提出智慧健康養(yǎng)老服務(wù)系統(tǒng)，以物聯(lián)網(wǎng)三層基礎(chǔ)架構(gòu)模式為中心，結(jié)合健康采集和管理終端、智能穿戴設(shè)備，建立如圖1所示的以智能健康養(yǎng)老終端、異構(gòu)傳輸網(wǎng)絡(luò)和健康養(yǎng)老數(shù)據(jù)管理與服務(wù)為主的體系架構(gòu)。

圖1 智慧健康養(yǎng)老系統(tǒng)架構(gòu)Fig.1 Architecture of the intelligent health care system for the elderly

1.1智能健康養(yǎng)老終端

智能健康養(yǎng)老終端主要由老年手機(jī)、定位器、智能手表、智能拐杖、健康一體機(jī)、GPRS血壓計(jì)、智能床墊等多類型的智能養(yǎng)老監(jiān)護(hù)設(shè)備、便攜式健康監(jiān)測(cè)設(shè)備、自助式健康檢測(cè)設(shè)備、智能穿戴設(shè)備組成，實(shí)現(xiàn)位置信息及生命體征信息的實(shí)時(shí)、連續(xù)監(jiān)測(cè)。

1.2異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)傳輸

基于數(shù)據(jù)融合、壓縮感知等方法，將智能健康養(yǎng)老終端獲取的海量異構(gòu)數(shù)據(jù)，通過(guò)有線、Wi-Fi、GPRS/3G/4G等異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境傳輸?shù)皆朴?jì)算中心。

1.3健康養(yǎng)老數(shù)據(jù)管理與服務(wù)

以山東省云計(jì)算中心、國(guó)家超級(jí)計(jì)算濟(jì)南中心、山東省數(shù)據(jù)災(zāi)備中心為平臺(tái)支撐，建立老年人動(dòng)態(tài)電子健康檔案，整合信息資源，為老年人提供智慧健康養(yǎng)老服務(wù)與管理，提高老年人健康水平和生活質(zhì)量。

2 智慧健康養(yǎng)老系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

綜合考慮智慧健康養(yǎng)老服務(wù)模式和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，依據(jù)上述智慧健康養(yǎng)老平臺(tái)架構(gòu)，針對(duì)以下部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)生理參數(shù)采集和生命體征監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程健康管理、健康指導(dǎo)、慢病管理、安全監(jiān)護(hù)的目的。

2.1智能健康養(yǎng)老終端設(shè)計(jì)

智能健康養(yǎng)老終端可以實(shí)現(xiàn)位置信息、生理參數(shù)和健康狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、采集，主要由智能穿戴式手表、健康一體機(jī)和智能床墊組成。

2.1.1 智能穿戴式手表

本智能穿戴式手表基于MTK方案，采用MT6260A芯片，利用GPS+LBS基站+Wi-Fi定位技術(shù)，三維定位，獲取位置信息，利用光感應(yīng)心率檢測(cè)傳感器、三維加速度傳感器、溫度傳感器采集心率、體溫、運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，并使用OLED顯示屏實(shí)時(shí)顯示時(shí)間、溫度、計(jì)步功能。采用低功耗物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)協(xié)議棧，超長(zhǎng)待機(jī)。

2.1.2 健康一體機(jī)

為適用于家庭環(huán)境下的生命體征檢測(cè)，基于無(wú)線體域網(wǎng)(wireless body area network，WBAN)[6]，設(shè)計(jì)了一種高度集成、數(shù)字化、擴(kuò)展性好、使用方便、便于攜帶的智能健康檢測(cè)設(shè)備——健康一體機(jī)。健康一體機(jī)基于STM32芯片，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路、信號(hào)采集放大電路采集人體生理參數(shù)，通過(guò)藍(lán)牙和RS232串口外接生化檢測(cè)設(shè)備，通過(guò)OLED顯示模塊顯示采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)GPRS模塊、以太網(wǎng)控制器和藍(lán)牙模塊，將采集的人體生理參數(shù)上傳至云平臺(tái)[6]，其框架結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 健康一體機(jī)結(jié)構(gòu)框圖Fig.2 Structure diagram of the “all-in-one” health machine

2.1.3 智能床墊

將壓力傳感器和微處理器放置床墊內(nèi)，通過(guò)壓力傳感器采集人體的振動(dòng)信息，由微處理器進(jìn)行信息處理，獲取人體的呼吸值、心跳值、體動(dòng)信息和離床狀態(tài)，把數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程無(wú)線(可選配有線)傳輸?shù)皆破脚_(tái)或移動(dòng)信息終端，實(shí)現(xiàn)對(duì)老人的遠(yuǎn)程智能看護(hù)和主動(dòng)預(yù)警。其系統(tǒng)構(gòu)成如圖3所示。

2.2異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)計(jì)

智能健康養(yǎng)老終端獲取的海量數(shù)據(jù)包括老年人二代身份證信息、生命體征信息及音視頻多媒體信息，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)多種多樣，為適應(yīng)不同應(yīng)用領(lǐng)域的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境(如寬帶網(wǎng)絡(luò)、Wi-Fi、GPRS/3G/4G 等)，基于數(shù)據(jù)融合[8]、壓縮感知算法，有效降低實(shí)時(shí)醫(yī)療數(shù)據(jù)通信量、提高終端與云平臺(tái)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

圖3 智慧床墊系統(tǒng)構(gòu)成Fig.3 Construction of the smart mattress system

2.3智慧健康養(yǎng)老服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)

智慧健康養(yǎng)老服務(wù)平臺(tái)分為健康養(yǎng)老服務(wù)網(wǎng)站和移動(dòng)客戶端軟件。服務(wù)網(wǎng)站采用B/S架構(gòu)，使用SQL Server 2008 R2數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，在Visual Studio.net環(huán)境下使用C#和APS.NET進(jìn)行開(kāi)發(fā)；移動(dòng)客戶端軟件包括Android APP和IOS APP兩部分，分別在Eclipse和Xcode集成環(huán)境下采用JAVA和Object C語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)。其主要功能框架如圖4所示，主要包括：(1)系統(tǒng)管理模塊；(2)檔案管理模塊；(3)醫(yī)療健康服務(wù)模塊；(4)智能救助模塊；(5)民生服務(wù)模塊。

圖4 智慧健康養(yǎng)老系統(tǒng)功能模塊Fig.4 Functional model of the intelligent health care system for the elderly

3 智慧健康養(yǎng)老服務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

通過(guò)有效整合上述的模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)，自主研制了可獲取健康醫(yī)療信息的系列養(yǎng)老終端，對(duì)反映人體健康的重要生理參數(shù)進(jìn)行采集，將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)多種數(shù)據(jù)通訊方式上傳至云平臺(tái)，通過(guò)專業(yè)軟件分析挖掘、監(jiān)測(cè)健康變化情況，為老人提供科學(xué)的健康評(píng)估、慢病管理、運(yùn)動(dòng)與膳食指導(dǎo)、遠(yuǎn)程醫(yī)療問(wèn)診服務(wù)。

3.1智能健康養(yǎng)老終端

3.1.1 健康一體機(jī)

自主研制的健康一體機(jī)具備高質(zhì)量的健康數(shù)據(jù)采集和信息化功能，自帶心電圖、血壓、血氧飽和度、體溫參數(shù)的采集功能，通過(guò)藍(lán)牙外接藍(lán)牙血糖儀、藍(lán)牙尿液檢測(cè)儀，通過(guò)串口外接血脂、血紅蛋白檢測(cè)儀；內(nèi)置身份證閱讀器，用戶通過(guò)身份證刷卡確認(rèn)身份后，所測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)與該用戶綁定，同時(shí)支持選配醫(yī)?？?、RFID等身份識(shí)別閱讀器；可通過(guò)4G、Wi-Fi、有線以太網(wǎng)等多種通訊方式將采集到的數(shù)據(jù)上傳至指定的云平臺(tái)。本健康一體機(jī)如圖5所示。

3.1.2 智能健康床墊

智能健康床墊實(shí)時(shí)對(duì)心率、呼吸、體動(dòng)等狀態(tài)監(jiān)測(cè)，全面監(jiān)護(hù)老年健康狀況變化。老人突感不適、持續(xù)體動(dòng)等情況發(fā)生時(shí)，老人可主動(dòng)告警，同時(shí)系統(tǒng)在異常時(shí)提供智能告警，及時(shí)為老人尋求救助服務(wù)?？赏ㄟ^(guò)機(jī)構(gòu)養(yǎng)老護(hù)理觸控大屏，集中顯示所有在床/離床老人的健康信息。本智能健康床墊及系統(tǒng)如圖6所示。

圖5 健康一體機(jī)Fig.5 The “All-in-one” health machine

圖6 智能床墊Fig.6 Smart mattress

3.2智能健康養(yǎng)老服務(wù)平臺(tái)

以山東省云計(jì)算中心為依托，構(gòu)建了智慧健康養(yǎng)老服務(wù)網(wǎng)站和移動(dòng)客戶端軟件，見(jiàn)圖7～8，移動(dòng)客戶端軟件包含Android APP和IOS APP。為老人建立了動(dòng)態(tài)電子健康檔案，以關(guān)愛(ài)位置服務(wù)、醫(yī)療健康服務(wù)、民生服務(wù)為基礎(chǔ)，有效整合社會(huì)服務(wù)資源，結(jié)合線上線下，通過(guò)平臺(tái)為老年人提供健康評(píng)估、健康指導(dǎo)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、慢病管理、運(yùn)動(dòng)與膳食指導(dǎo)、安全監(jiān)護(hù)、生活照護(hù)等服務(wù)，提高老年人健康水平。本智慧健康養(yǎng)老服務(wù)平臺(tái)界面如圖7所示。

圖7 本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的智慧健康養(yǎng)老服務(wù)平臺(tái)移動(dòng)客戶端Fig.7 Implementation of mobile client for the intelligent old-age health care service platform

圖8 本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的智慧健康養(yǎng)老服務(wù)平臺(tái)網(wǎng)站Fig.8 Implementation of the website for intelligent health care service platform

4 系統(tǒng)應(yīng)用

系統(tǒng)已在居家養(yǎng)老服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中心、老年公寓、日間照料中心、老干部活動(dòng)中心等進(jìn)行試點(diǎn)應(yīng)用(圖9～10)，覆蓋人群5萬(wàn)余人，試點(diǎn)結(jié)果驗(yàn)證了該系統(tǒng)的實(shí)用性、便利性和便捷性，證明系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景。

圖9 老干部活動(dòng)中心Fig.9 Veteran cadre activity center

圖10 日間照料中心Fig.10 Day care center

5 結(jié)語(yǔ)

本文運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)，通過(guò)自主研制的智能健康采集終端、可穿戴設(shè)備將所采集的健康數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳至云計(jì)算中心。老人通過(guò)刷身份證或健康卡登陸?zhàn)B老服務(wù)平臺(tái)，可以完成一些基礎(chǔ)項(xiàng)目或慢性病項(xiàng)目的檢測(cè)，前端硬件設(shè)備結(jié)合養(yǎng)老平臺(tái)軟件，實(shí)現(xiàn)老人自主體檢、動(dòng)態(tài)健康檔案建立、實(shí)時(shí)健康監(jiān)測(cè)、綜合健康評(píng)估、實(shí)時(shí)健康干預(yù)、遠(yuǎn)程問(wèn)診等功能，并制定個(gè)性化的健康促進(jìn)方案，有效預(yù)防和控制疾病危險(xiǎn)侵襲，減少發(fā)病率，提高生命質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)全面健康管理。

[1]中華人民共和國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局.2016年國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)[EB/OL].(2017-02-28) [2017-04-02]. http://www.stats.gov.cn/tjsj/zxfb./201702/t20170228_1467424.html.

[2]中華人民共和國(guó)衛(wèi)計(jì)委.“十三五”健康老齡化規(guī)劃[EB/OL].(2017-3-17) [2017-04-02]. http://www.nhfpc.gov.cn/jtfzs/jslgf/201703/63ce9714ca164840be76b362856a6c5f.shtml.

[3]中華人民共和國(guó)中央人民政府.“健康中國(guó)2030”規(guī)劃綱要[EB/OL].(2016-10-25)[2017-04-02]. http://news.xinhuanet.com/health/2016-10/25/c_1119786029.htm.

[4]中華人民共和國(guó)中央人民政府.“十三五”國(guó)家老齡事業(yè)發(fā)展和養(yǎng)老體系建設(shè)規(guī)劃[EB/OL].(2017-3-6) [2017-04-02]. http://www.gov.cn/zhengce/content/2017-03/06/content_5173930.htm.

[5]中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部.智慧健康養(yǎng)老產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃(2017—2020)[EB/OL]. (2017-02-16) [2017-04-02]. http://www.miit.gov.cn/n1146285/n1146352/n3054355/n3057643/n3057649/ c5489620/content.html.

[6]舒明雷.面向醫(yī)療監(jiān)測(cè)的無(wú)線體域網(wǎng)MAC層關(guān)鍵技術(shù)研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué),2016.

[7]許繼勇,朱清,舒明雷.一種基于云服務(wù)的家用多功能健康檢測(cè)儀:中國(guó),0628853.5[P].2014-10-28.

[8]蔣鴻.基于數(shù)據(jù)融合的智慧養(yǎng)老醫(yī)療健康系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].南京：南京郵電大學(xué),2015.

Design and implementation of intelligent health care service system for elderly based on cloud platform

XU Ji-yong, SHU Ming-lei, ZHOU Shu-wang, LIU Bin, GAO Tian-lei

(Shandong Computer Science Center(National Super Computing Center in Jinan), Shandong Provincial Key Laboratory of Computer Network, Jinan 250014, China)

TP393

A

1002-4026(2017)05-0117-06

10.3976/j.issn.1002-4026.2017.05.020

2017-04-27

山東省科技發(fā)展計(jì)劃(2014GSF118107)；山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2015GGH309003)

許繼勇(1981—)，男，助理研究員，研究方向?yàn)闊o(wú)線體域網(wǎng)、信號(hào)處理、互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療。E-mail：xujy@sdas.org