胡浩 張琰 武昌工學(xué)院

在智能家庭的應(yīng)用上來說，通過智能家庭來養(yǎng)老是一場(chǎng)在全球范圍內(nèi)正在進(jìn)行的新型養(yǎng)老模式，是在人工智能社會(huì)背景下能夠極力推廣并應(yīng)用的一種新型智慧養(yǎng)老模式。隨著老齡化人數(shù)增多趨勢(shì)，必然使許多老人陷入沒有子女照顧的危險(xiǎn)境地，老人的身體相對(duì)脆弱，微小的碰撞都有可能引起比較大的毛病且不易自救。本文通過對(duì)空巢老人居家養(yǎng)老情況的調(diào)研，并分析其心理特征，不斷的優(yōu)化當(dāng)前系統(tǒng)，分析更具針對(duì)性的空巢老人智能家居系統(tǒng)。

1 研究思路

分析當(dāng)前空巢老人的生活狀況，闡述智能家居對(duì)其生活及精神文明的重要性，并就相關(guān)概念進(jìn)行系統(tǒng)的概述，根據(jù)空巢老人的生活和心理特性，分析空巢老人智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性。目前市場(chǎng)上的家具設(shè)備普適性強(qiáng)，針對(duì)少數(shù)特殊人群有一定局限性，應(yīng)深入了解老年人的生活習(xí)性，并分析其心理特征，通過不斷的優(yōu)化當(dāng)前設(shè)備，提出更具有針對(duì)性的智能家居設(shè)備。

系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

2 研究擬解決的關(guān)鍵問題

對(duì)身體不便的老年人，如何讓設(shè)備提取其信息（傳感器識(shí)別技術(shù)），并讓其簡(jiǎn)便的操作設(shè)備終端。一些老年用戶可能會(huì)有視力障礙問題，而另一些老年用戶可能有聽覺障礙問題，所以選用的傳感器應(yīng)該同時(shí)具備視覺和聽覺功能，老年用戶可以通過語音發(fā)出命令，而不僅僅是通過按鈕。還有一點(diǎn)需要注意的是，一些老年用戶發(fā)出的聲音的音量比較微弱而且含糊不清，所以設(shè)計(jì)出的空巢老人智能家居系統(tǒng)也應(yīng)該具有微弱模糊語音識(shí)別功能。

2.1 為老年人開發(fā)單獨(dú)的設(shè)備管理界面（簡(jiǎn)化界面設(shè)計(jì)）

2.1.1 單一控制：較大視覺字體和相應(yīng)的視覺凸顯色必不可少，單個(gè)操作屏幕應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)較少的操作元素。程序界面和物理設(shè)備中所使用的全部圖標(biāo)也都應(yīng)該易于識(shí)別：比如，燈泡=照明，藥丸=藥品。

2.1.2 界面元素：系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)上可以采用簡(jiǎn)約大氣的設(shè)計(jì)元素，可以采用大圖標(biāo)與大字體先結(jié)合的模式凸顯出相應(yīng)的元素功能，同時(shí)也應(yīng)設(shè)計(jì)相應(yīng)的元素顏色，輔助老年用戶在顏色上區(qū)分相應(yīng)的操作，例如異常提醒圖形可以使用明亮顏色（紅色）來凸顯當(dāng)前操作的錯(cuò)誤。

2.2 防止老年人錯(cuò)誤操作

所有的操作界面按鈕都應(yīng)該具備防錯(cuò)誤觸的功能，在操作錯(cuò)誤時(shí)可以使用顏色的變化來顯示操作的錯(cuò)誤，避免使用文字的描述來顯示錯(cuò)誤，因?yàn)槿绻换ナ?，容易使老年人心煩意亂，不想再次嘗試，放棄與設(shè)備交互。

2.2.1 防止虛假報(bào)警（誤觸自檢）

在老年用戶的使用過程中，存在輕微觸碰情況，空巢老人智能家居系統(tǒng)應(yīng)該存在誤觸自檢的功能，避免發(fā)出錯(cuò)誤求救信號(hào)或向警務(wù)中心發(fā)送虛假的報(bào)警信息。

2.2.2 結(jié)果可見性（數(shù)據(jù)便于查找）

生物傳感器收集的老年用戶數(shù)據(jù)，如血壓、步數(shù)等，應(yīng)自動(dòng)生成易于瀏覽的數(shù)據(jù)模型或數(shù)據(jù)文本，方便查找和打開。

2.2.3 長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行、耐用性

設(shè)計(jì)出的設(shè)備要能夠承受頻繁的操作和意外高處摔落等設(shè)備損傷的情況發(fā)生。另外這些操作設(shè)備還應(yīng)該有大容量和較長(zhǎng)使用壽命的電池加持，當(dāng)空巢老人的親屬或者社區(qū)工作者發(fā)現(xiàn)電池電量不足可以提前更換。

3 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

基于物聯(lián)網(wǎng)的空巢老人智能家居系統(tǒng)在整體的設(shè)計(jì)層面上首先考慮用戶的隱私問題，其次是不能影響到用戶的正常生活。通過部署在家中的無線傳感器進(jìn)行采集空巢老人的生活軌跡、體征等數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)對(duì)用戶進(jìn)行識(shí)別檢查并采集數(shù)據(jù)上傳到空巢老人智能家居系統(tǒng)。該系統(tǒng)將涉及到無線傳感數(shù)據(jù)采集模塊、智能網(wǎng)關(guān)模塊、用戶行為識(shí)別與處理模塊，客戶端模塊。

3.1 無線傳感器數(shù)據(jù)采集模塊

無線傳感器數(shù)據(jù)采集模塊在實(shí)際的應(yīng)用中負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集用戶的生活軌跡和生活環(huán)境，并將采集到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)。在傳輸數(shù)據(jù)的過程中還需要組建通信網(wǎng)絡(luò)來保證各個(gè)模塊之間的通信。傳感器與智能網(wǎng)關(guān)模塊之間組建zigbee通信網(wǎng)絡(luò)，相比其他通信方式，具有低功耗、低延遲、自組織等優(yōu)點(diǎn)?？粘怖先酥悄芗揖酉到y(tǒng)會(huì)運(yùn)用到大量的無線傳感器，使用zigbee網(wǎng)絡(luò)通信可以解決傳輸過程中數(shù)據(jù)量過大問題，同時(shí)無線傳感器的選擇上存在功耗、網(wǎng)絡(luò)組建問題也能夠很好的解決。

3.2 智能網(wǎng)關(guān)模塊

智能網(wǎng)關(guān)模塊是家居智能化核心，也是空巢老人智能家居系統(tǒng)的心臟，負(fù)責(zé)Zigbee 通信網(wǎng)絡(luò)和Internet之間的通信、信息輸入、信息輸出、集中控制、遠(yuǎn)程控制等功能。智能網(wǎng)關(guān)模塊設(shè)計(jì)有數(shù)據(jù)緩存以及數(shù)據(jù)預(yù)處理的功能，無線傳感器采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街悄芫W(wǎng)關(guān)模塊，進(jìn)行短暫的緩存以及數(shù)據(jù)預(yù)處理。數(shù)據(jù)緩存的目的是為了防止傳感器采集的數(shù)據(jù)、智能網(wǎng)關(guān)發(fā)出的控制信息、服務(wù)器端存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)流等數(shù)據(jù)的丟失。數(shù)據(jù)預(yù)處理的目的是為了剔除由于外界干擾、人為干擾等原因造成的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與正常結(jié)果差距過大的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的預(yù)處理也可以減少智能網(wǎng)關(guān)、服務(wù)器端的內(nèi)存占用以及運(yùn)算占用。

3.3 用戶行為識(shí)別模塊

用戶行為識(shí)別模塊涉及到服務(wù)器端運(yùn)算以及設(shè)計(jì)和訓(xùn)練的算法模型，核心是一個(gè)訓(xùn)練完成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，一旦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被訓(xùn)練，它只需要加載訓(xùn)練后的參數(shù)，因此預(yù)測(cè)可以非?？?。在實(shí)際的應(yīng)用過程中由于每個(gè)家庭的空間環(huán)境不用以及空巢老人的生活行為習(xí)慣都會(huì)有差別，相同的動(dòng)作行為都有可能會(huì)引起不同的傳感器工作，產(chǎn)生不同的動(dòng)作行為標(biāo)簽，所以需要大量的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練。

3.4 客戶端模塊

客戶端模塊主要是為了方便空巢老人的親屬以及社區(qū)工作人員查看老人的生活情況，防止出現(xiàn)意外事故。首次使用需要注冊(cè)用戶名和密碼，并綁定智能網(wǎng)關(guān)。登錄界面需要輸入注冊(cè)的用戶名和密碼，若用戶名不存在或者用戶名和密碼不符則提示相應(yīng)的錯(cuò)誤，若用戶名與密碼相符，則可以進(jìn)去相應(yīng)的操作界面?？蛻舳四K分為兩個(gè)主要功能，一是查看用戶生活數(shù)據(jù)，另一個(gè)是設(shè)置智能家居信息。數(shù)據(jù)查看界面中，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成老人日常生活的數(shù)據(jù)，利用可視化模型或者文字說明來向用戶展示老人的生活情況。

4 結(jié)論

基于物聯(lián)網(wǎng)的空巢老人智能家居系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)檢測(cè)、行為預(yù)測(cè)、危險(xiǎn)預(yù)警等功能，可以保障空巢老人在正常的生活起居的安全，老人的親人或者社區(qū)服務(wù)人員可以登錄客戶端實(shí)時(shí)查看老人的身體狀態(tài)。