魯衛(wèi)華

摘? 要：隨著信息與智能化技術(shù)在健康養(yǎng)老行業(yè)的快速應(yīng)用，科技為老年人的生活帶來(lái)了極大的便利。文章介紹了自研的居家適老化改造專家輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程，該系統(tǒng)根據(jù)長(zhǎng)者健康狀況、經(jīng)濟(jì)條件、居住空間與生活方式等多方面的輸入信息，經(jīng)過(guò)專家輔助系統(tǒng)的智能分析判斷，輸出差異化的居家適老改造方案。用戶通過(guò)便捷的信息錄入，即可實(shí)時(shí)獲得適合于自身?xiàng)l件的適老化改造方案，方案通過(guò)三維動(dòng)態(tài)模擬方式進(jìn)行展示，顯著地提升了適老化改造服務(wù)的質(zhì)量與效率，同時(shí)也極大地改善了用戶體驗(yàn)效果。

關(guān)鍵詞：適老化改造;專家輔助;系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP311.52? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）27-0040-03

Abstract： With the rapid application of information and intelligent technology in the health care industry， science and technology have brought great convenience to the life of the elderly. This paper introduces the design and implementation process of a self-developed expert assistance system for suitable-for-seniors home reconstruction. According to the input information of the elderly， such as health condition， economic condition， living space and life style， the system outputs different suitable-for-seniors home reconstruction schemes through intelligent analysis and judgment of the expert assistance system. Through convenient information input， users can obtain the aging adaptation program suitable for their own conditions in real time. The program is demonstrated through three-dimensional dynamic simulation， which significantly improves the quality and efficiency of the aging adaptation service and also greatly improves the effectiveness of user experience.

Keywords： suitable-for-seniors home reconstruction; expert assistance; system design

引言

居家適老化改造專家輔助系統(tǒng)，基于對(duì)國(guó)內(nèi)居家適老化設(shè)計(jì)現(xiàn)狀及社區(qū)居家養(yǎng)老空間適老化需求的調(diào)研，針對(duì)北京市老舊小區(qū)戶型篩選出10套典型戶型作為模塊化改造方案的載體，并在此基礎(chǔ)上歸納總結(jié)出21個(gè)指征居家老人身體狀況的身體能力項(xiàng)與15個(gè)居家適老化需求較大的改造項(xiàng)，其中改造項(xiàng)涵蓋照明系統(tǒng)、輪椅通行、助力扶手、家具配備、安全提醒五大類型。系統(tǒng)根據(jù)老年群體自身身體能力狀況、經(jīng)濟(jì)條件、居住空間與生活方式等多方面的輸入信息，經(jīng)過(guò)專家輔助系統(tǒng)的基于多標(biāo)簽機(jī)器學(xué)習(xí)等算法的智能分析判斷，輸出差異化的居家適老改造建議并通過(guò)三維全景漫游和地圖導(dǎo)航兩種方式進(jìn)行改造方案的效果呈現(xiàn)，通過(guò)人機(jī)交互方式讓用戶對(duì)改造項(xiàng)及涉及產(chǎn)品信息進(jìn)行修正和確認(rèn)，生成最終的改造方案及價(jià)格清單。系統(tǒng)為老年人量身定制居家適老化改造方案，幫助服務(wù)人員快速生成借鑒了專家經(jīng)驗(yàn)的改造方案，提升了服務(wù)質(zhì)量和效率;幫助老年人直觀感受改造后的效果，切實(shí)改善了用戶體驗(yàn)效果。

1 系統(tǒng)所涉及的技術(shù)

1.1 網(wǎng)絡(luò)三維在線展示技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)三維在線展示技術(shù)又稱三維網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，因其是立體的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)而得名，這種技術(shù)是計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)發(fā)展與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的產(chǎn)物，是一種將虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用于桌面級(jí)的技術(shù)，通過(guò)這一技術(shù)可以將三維動(dòng)畫和數(shù)字媒體嵌入到網(wǎng)頁(yè)或網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序中，通過(guò)網(wǎng)頁(yè)顯示或三維交互，為用戶營(yíng)造更舒適的感官體驗(yàn)。為了提升用戶體驗(yàn)，本系統(tǒng)所涉及的適老化改造輔具、部件以及房間戶型空間均使用網(wǎng)絡(luò)三維在線展示技術(shù)進(jìn)行呈現(xiàn)，本系統(tǒng)采用Unity3D進(jìn)行客戶端程序的開發(fā)，Unity3D是一款適用于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的三維開發(fā)工具，具有業(yè)界領(lǐng)先的多平臺(tái)支持功能、強(qiáng)大的內(nèi)嵌服務(wù)功能、靈活快速的高端編輯器、內(nèi)容豐富的資源庫(kù)，可以很好地滿足本系統(tǒng)開發(fā)的需求。

1.2 WEB交互技術(shù)

系統(tǒng)前后臺(tái)的數(shù)據(jù)需要通過(guò)WEB交互技術(shù)進(jìn)行通信，本系統(tǒng)采用Tomcat作為WEB服務(wù)器，并進(jìn)行了定制化二次開發(fā)。Tomcat最新版本的性能得到了有效提升，使得它成為一個(gè)值得考慮的Servlet/JSP容器，可以建立有效的數(shù)據(jù)交互。Tomcat是由Apache軟件基金會(huì)下屬的Jakarta項(xiàng)目開發(fā)的一個(gè)Servlet容器，按照Sun Microsystems提供的技術(shù)規(guī)范，實(shí)現(xiàn)了對(duì)Servlet和JSP的支持，并提供了作為Web服務(wù)器的一些特有功能。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)定了戶型及適老化輔具構(gòu)件的模型存儲(chǔ)及實(shí)時(shí)渲染在客戶端主機(jī)完成，即實(shí)體數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理在客戶端進(jìn)行，戶型信息及適老構(gòu)件的屬性信息在后臺(tái)服務(wù)器存儲(chǔ)和管理，即元數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理在服務(wù)器端進(jìn)行;系統(tǒng)架構(gòu)確保前后臺(tái)之間的數(shù)據(jù)傳輸只進(jìn)行戶型和構(gòu)件編號(hào)信息的傳輸，容量巨大的實(shí)體數(shù)據(jù)不用進(jìn)行傳輸，可以大大減少前后臺(tái)之間的數(shù)據(jù)傳輸量，因此采用Tomcat作為輕量級(jí)Servlet容器，即可滿足本系統(tǒng)需求。

1.3 算法建模技術(shù)

針對(duì)適老改造意愿分布、老年人身體能力情況、各空間改造項(xiàng)目需求及投資預(yù)期進(jìn)行調(diào)研分析，研究老年客群決策模型算法的實(shí)現(xiàn)，形成居家老人能力綜合評(píng)估項(xiàng)與適老改造項(xiàng)之間的耦合關(guān)系，建立算法模型。針對(duì)調(diào)研數(shù)據(jù)集標(biāo)簽不平衡及標(biāo)簽互相關(guān)的特點(diǎn)，引入了多標(biāo)簽機(jī)器學(xué)習(xí)算法，并比較了多種多標(biāo)簽學(xué)習(xí)算法在老人調(diào)研數(shù)據(jù)集上的效果，在分類器鏈?zhǔn)剿惴ǖ幕A(chǔ)上引入了深度學(xué)習(xí)的思路，取得了較好的實(shí)驗(yàn)效果，同時(shí)基于啟發(fā)式規(guī)則的專家評(píng)分決策模型有效彌補(bǔ)了多標(biāo)簽學(xué)習(xí)在某些不平衡標(biāo)簽效果較差的缺點(diǎn)，形成了預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度高、性能穩(wěn)定的居家適老化專家輔助決策模型即老年客群決策模型。最后利用該模型預(yù)測(cè)的結(jié)果引入價(jià)格約束等規(guī)則，形成產(chǎn)品級(jí)的組合推薦方案。

2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 設(shè)計(jì)思路

系統(tǒng)基于社區(qū)典型戶型居家養(yǎng)老空間環(huán)境、適老化改造項(xiàng)目、老人健康狀況評(píng)估、老年客群決策模型及模塊化適老改造技術(shù)的研究入手，篩選出典型戶型、適老改造項(xiàng)和老人能力評(píng)估指標(biāo)項(xiàng)，通過(guò)多標(biāo)簽學(xué)習(xí)等算法訓(xùn)練出適老化改造方案決策模型。通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與搭建將上述研發(fā)成果進(jìn)行系統(tǒng)集成，結(jié)合3D建模與交互技術(shù)，實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同老年客群智能化推薦適老改造方案以及通過(guò)三維動(dòng)態(tài)演示呈現(xiàn)的核心功能，達(dá)到提升適老化改造服務(wù)質(zhì)量和效率以及提升用戶體驗(yàn)的目的。

2.2 系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用三層C/S架構(gòu)，如圖1所示。第一層是表示層，用于界面引導(dǎo)，接受用戶輸入，向應(yīng)用服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求并顯示處理結(jié)果。第二層是業(yè)務(wù)邏輯層，用于執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯，向數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)送請(qǐng)求。第三層是數(shù)據(jù)訪問層，用于執(zhí)行數(shù)據(jù)邏輯及數(shù)據(jù)運(yùn)算，運(yùn)行SQL及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)過(guò)程。為保證平臺(tái)具有良好的二次開發(fā)能力，系統(tǒng)各功能模塊（服務(wù)）采用SOA架構(gòu)，所有服務(wù)均采用接口方式實(shí)現(xiàn)，建立服務(wù)總線，并對(duì)可共用服務(wù)等進(jìn)行了提取，實(shí)現(xiàn)了一次定義多次調(diào)用的方式。

依據(jù)系統(tǒng)核心功能需求和業(yè)務(wù)邏輯架構(gòu)，系統(tǒng)整體分為兩大子系統(tǒng)：前臺(tái)客戶端子系統(tǒng)和后臺(tái)管理子系統(tǒng)。前臺(tái)客戶端子系統(tǒng)軟件通過(guò)客戶端專用軟件登錄，其主要功能是實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)的錄入與交互、3D模型的實(shí)時(shí)渲染、與后端管理子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，主要包含：數(shù)據(jù)錄入、動(dòng)態(tài)互動(dòng)、三維呈現(xiàn)、方案管理、數(shù)據(jù)交互等模塊。后端管理軟件子系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)頁(yè)登錄，其主要功能是實(shí)現(xiàn)與前臺(tái)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互、通過(guò)專家決策算法生成改造方案、數(shù)據(jù)配置與管理、權(quán)限管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，主要包括：專家引擎、數(shù)據(jù)配置與管理、統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)交互、權(quán)限管理等模塊。

2.3 業(yè)務(wù)功能設(shè)計(jì)

根據(jù)上述架構(gòu)開發(fā)的具有動(dòng)態(tài)模擬演示功能的居家適老化改造專家輔助系統(tǒng)主要功能結(jié)構(gòu)包括設(shè)備授權(quán)、注冊(cè)登陸、創(chuàng)建和瀏覽戶型、長(zhǎng)者能力評(píng)估及改造方案體驗(yàn)等，如圖2所示，滿足不同老年用戶的個(gè)人信息管理、能力評(píng)估、個(gè)性化推薦適老化改造方案、改造方案動(dòng)態(tài)模擬演示等需求。

2.4 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)開發(fā)架構(gòu)借鑒三層架構(gòu)（MVC）思想，第一層是表示層，用于界面引導(dǎo)，接受用戶輸入，向應(yīng)用服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求并顯示處理結(jié)果，采用Unity3D進(jìn)行前臺(tái)客戶端開發(fā)，采用JSP（Java Server Pages）進(jìn)行后臺(tái)用戶管理界面的開發(fā)。第二層是業(yè)務(wù)邏輯層，用于執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯（業(yè)務(wù)邏輯包含：驗(yàn)證、計(jì)算、業(yè)務(wù)規(guī)則等等），向數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)送請(qǐng)求，業(yè)務(wù)邏輯模塊使用行業(yè)內(nèi)主流的C#、Java語(yǔ)言進(jìn)行開發(fā)，Web服務(wù)器采用Tomcat。采用Phyton進(jìn)行算法模塊的開發(fā)。第三層是數(shù)據(jù)訪問層，用于執(zhí)行數(shù)據(jù)邏輯及數(shù)據(jù)運(yùn)算，運(yùn)行SQL及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)過(guò)程，系統(tǒng)采用Hibernate為應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)持久化服務(wù)。系統(tǒng)前臺(tái)客戶端界面如圖3所示。

后臺(tái)管理系統(tǒng)軟件的開發(fā)使用目前流行的J2EE開源框架SSH（Spring，SpringMVC，Hibernate）多層框架結(jié)構(gòu)模型作為開發(fā)平臺(tái)框架。該框架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能完善，提高了組件的可復(fù)用性，降低了層與層之間的耦合度，有利于系統(tǒng)的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。

3 結(jié)束語(yǔ)

目前，全球老齡化的進(jìn)程不斷加快，老年人的各類問題成為社會(huì)廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)。與此同時(shí)，居家養(yǎng)老已成為當(dāng)今社會(huì)的主流養(yǎng)老模式，因此老年人的居所環(huán)境安全問題急需解決。本系統(tǒng)以解決老年人居所安全問題為目的，通過(guò)信息化和智能化等技術(shù)手段，為老年人量身定制居家適老化改造方案。系統(tǒng)為改造服務(wù)人員快速生成借鑒專家經(jīng)驗(yàn)的改造方案，提升了服務(wù)質(zhì)量和效率;為老年人直觀展示改造后效果，切實(shí)改善了用戶體驗(yàn)效果。

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