李 強(qiáng)，艾靜蕊，徐書(shū)彤

（唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 唐山 063299）

1 研究背景

根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的第七次全國(guó)人口普查數(shù)據(jù)顯示，截至2021年5月，全國(guó)65周歲及以上老年人口有1.9億人，占總?cè)丝诘?3.5%。我國(guó)老年人的養(yǎng)老模式基本符合“9073”養(yǎng)老格局，即90%的老年人居家養(yǎng)老，7%的老年人社區(qū)養(yǎng)老，3%的老年人機(jī)構(gòu)養(yǎng)老[1]。隨著更多家庭的老人選擇居家養(yǎng)老，老年人意外事故發(fā)生在家中的占比已高達(dá)58.62%。此外，多數(shù)老人居住在老舊小區(qū)，70%以上有獨(dú)居老人的家庭存在居家監(jiān)管難、意外處理不及時(shí)等隱患。其中典型的有因忘記關(guān)煤氣導(dǎo)致的火災(zāi)、忘記關(guān)門窗引發(fā)的安全隱患、忘記關(guān)水龍頭造成水浸事件、離床后發(fā)病無(wú)人知曉等意外事故。

近五年，中央應(yīng)對(duì)老齡化的政策文件已達(dá)百余份。2020年7月15日，國(guó)務(wù)院九部委印發(fā)《關(guān)于加快推進(jìn)老年人居家適老化改造工程實(shí)施方案》要求加快智能化養(yǎng)老發(fā)展，積極應(yīng)對(duì)人口老齡化，并強(qiáng)調(diào)對(duì)高齡、失能、殘疾老年人（統(tǒng)稱為特殊困難老年人）家庭實(shí)施居家適老化改造[2]。

我國(guó)的老人居家安防系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)相對(duì)于國(guó)外起步較晚，目前市面上存在的相關(guān)產(chǎn)品大多存在功 能單一、誤差率較高、數(shù)據(jù)無(wú)法上傳客戶端等不足[3]。而且大多以空間定位、移動(dòng)路線記錄等監(jiān)護(hù)手段為主，監(jiān)護(hù)效果弱且隱私性差。很多產(chǎn)品的對(duì)外接口協(xié)議缺乏規(guī)范性，有的核心技術(shù)沒(méi)有對(duì)外公開(kāi)，技術(shù)復(fù)雜，不易掌握。還有很多產(chǎn)品是針對(duì)特定的環(huán)境開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，因此限制了其使用的范圍。此外，各個(gè)接入設(shè)備之間不能兼容，互操作性差，系統(tǒng)擴(kuò)展性不足，無(wú)法根據(jù)客戶需求融入更多新功能，限制了其進(jìn)一步的發(fā)展。還有的系統(tǒng)購(gòu)買成本和維護(hù)成本均較高，普通家庭用戶難以接受，得不到廣泛推廣使用。因此，本文提出的“老人居家安全管理系統(tǒng)”對(duì)硬件接口兼容好，摒棄常見(jiàn)智能系統(tǒng)接入的設(shè)備安裝復(fù)雜或需要老人頻繁操作的弊端，是一個(gè)符合國(guó)情、符合國(guó)家規(guī)范的集遠(yuǎn)程控制和本地控制于一體的安防控制系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)整體概述

“老人居家安全管理系統(tǒng)”融軟硬件于一體，是基于物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等高級(jí)技術(shù)融合的系統(tǒng)工程，由云平臺(tái)、老人端、子女端及第三方服務(wù)端組成。通過(guò)數(shù)據(jù)中樞分析異常操作并根據(jù)操作下達(dá)正確指令，同時(shí)數(shù)據(jù)中樞和傳感器等設(shè)備同Wi-Fi無(wú)線網(wǎng)或ZigBee下，解決了傳統(tǒng)預(yù)警設(shè)備、線材凌亂的現(xiàn)狀。同時(shí)為住宅與應(yīng)急情況提供了一套完整性、全局性、可操作性、安全可靠的數(shù)字化平臺(tái)，使得住戶在遇到緊急情況前可以有效預(yù)防、緊急情況下及時(shí)通報(bào)、緊急情況后有記錄可查，為老人的日常生活提供保障。平臺(tái)功能架構(gòu)如圖1所示。

圖1 平臺(tái)功能架構(gòu)

2.2 系統(tǒng)功能描述

系統(tǒng)采用自上向下方法開(kāi)發(fā)，將計(jì)算機(jī)、無(wú)線傳感器、自動(dòng)控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等綜合運(yùn)用[4]，當(dāng)檢測(cè)異常時(shí)，啟動(dòng)語(yǔ)音播報(bào)功能播放對(duì)應(yīng)的音頻文件通知老人，同時(shí)通過(guò)“阿里云”服務(wù)器（以下簡(jiǎn)稱為服務(wù)器）推送報(bào)警信息至子女和第三方機(jī)構(gòu)。系統(tǒng)主要分成五個(gè)相對(duì)獨(dú)立的模塊，包括：煤氣和煙霧監(jiān)控、安全用電監(jiān)控、異常用水監(jiān)控、門窗安全監(jiān)控、離床狀態(tài)監(jiān)控。

1）煤氣和煙霧監(jiān)控。安裝煤氣和煙霧報(bào)警器，將采集到的氣體信號(hào)轉(zhuǎn)化為中樞可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理。

2）安全用電監(jiān)控。系統(tǒng)采用施耐德的低壓空氣斷路器和隔離開(kāi)關(guān)MasterpactMTZ1，設(shè)計(jì)漏電保護(hù)、接地故障保護(hù)、電路過(guò)載以及短路等功能，檢測(cè)到用電是否異常。

3）異常用水監(jiān)控。由水流量檢測(cè)裝置、電池外殼/發(fā)射器（與傳感器連接）組成，通過(guò)插入水流的運(yùn)動(dòng)部件和表盤(pán)機(jī)構(gòu)之間的磁力耦合，檢測(cè)用水是否存在異常情況并對(duì)其信號(hào)進(jìn)行處理。

4）門窗安全監(jiān)控。采用磁性干式簧管檢測(cè)門窗的開(kāi)關(guān)情況，通過(guò)磁鐵的磁力引起開(kāi)關(guān)的通斷采集信息，并分析門窗開(kāi)啟模式是否異常。

5）離床狀態(tài)監(jiān)控。通過(guò)床墊采集老人臥床時(shí)的身體指標(biāo)（溫度、壓力、心率等）和離床時(shí)間數(shù)據(jù)，采用高靈敏度及高柔性的觸覺(jué)傳感器和溫度傳感器分析壓力情況及溫度采集情況，檢測(cè)是否存在長(zhǎng)時(shí)間未臥床、異常時(shí)間起床后未再次臥床、臥床期間異常運(yùn)動(dòng)、臥床時(shí)間異常、體溫變化異常等情況。

設(shè)備形態(tài)為床墊夾層，設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)尺寸為1.4m×1m×0.3cm，采用陣列排列，藍(lán)色為觸覺(jué)傳感器，紅色為溫度傳感器。離床溫度分布狀態(tài)如圖2所示。

圖2 離床狀況監(jiān)控

2.3 系統(tǒng)傳輸闡述

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸在采集設(shè)備和本地中控設(shè)備、本地中控設(shè)備和云服務(wù)之間均采用了雙軌道傳輸模式，避免了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)受到干擾時(shí)單一傳輸通道穩(wěn)定性較差的問(wèn)題，確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

本地傳輸設(shè)備包括了ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、數(shù)據(jù)分析器、Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、ZigBee/TCP網(wǎng)關(guān)、NB-IOT窄帶物聯(lián)網(wǎng)模組，功能詳見(jiàn)表1。

表1 本地傳輸設(shè)備功能

云上服務(wù)包括數(shù)據(jù)的接收、分析、存儲(chǔ)和通知下發(fā)，詳細(xì)功能見(jiàn)表2。用戶數(shù)據(jù)私密性：用戶數(shù)據(jù)在非緊急情況下只進(jìn)行本地處理與儲(chǔ)存，本地用戶組與服務(wù)器間的數(shù)據(jù)僅包含設(shè)備運(yùn)行情況、設(shè)備運(yùn)行測(cè)試數(shù)據(jù)。在緊急情況時(shí)，將上傳只關(guān)于此次緊急情況的數(shù)據(jù)。但是此數(shù)據(jù)將在本地用戶組上進(jìn)行加密處理，無(wú)法通過(guò)服務(wù)器進(jìn)行精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)查看與更改。只有得到用戶許可以及用戶自主設(shè)置的唯一ID后，才能進(jìn)行解密操作。

表2 云上服務(wù)功能

3 系統(tǒng)特點(diǎn)

1）降低實(shí)施成本。不用采取大規(guī)模鋪設(shè)的方式，也不必更改復(fù)雜線路，而通過(guò)Wi-Fi、ZigBee為媒介，易于安裝。

2）內(nèi)置充電模塊。硬件設(shè)備內(nèi)置充電模塊，不局限于依賴電力線路[5]，實(shí)現(xiàn)了斷電的緊急情況下的數(shù)據(jù)保護(hù)及安全防護(hù)。

3）實(shí)時(shí)精準(zhǔn)報(bào)警。能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)到的事故進(jìn)行分類實(shí)時(shí)報(bào)警通過(guò)多方式推送到用戶手中。

4）信息化管理。用戶可以通過(guò)手機(jī)APP、微信公眾號(hào)、PC平臺(tái)進(jìn)行多維度監(jiān)測(cè)和管理，極大地拓展了用戶的使用環(huán)境。

5）信息可追溯。將異常行為警報(bào)通知下發(fā)后，將在服務(wù)器中儲(chǔ)存副本，以免本地?cái)?shù)據(jù)丟失后造成的不便。

6）用戶數(shù)據(jù)保密性。用戶數(shù)據(jù)在不存在異常的情況下將儲(chǔ)存在本地的數(shù)據(jù)庫(kù)中，異常數(shù)據(jù)在上載到服務(wù)器的時(shí)候使用只有用戶設(shè)置的唯一用戶密鑰進(jìn)行數(shù)據(jù)解鎖。

4 系統(tǒng)創(chuàng)新

4.1 技術(shù)創(chuàng)新

該系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)、ZigBee等高級(jí)技術(shù)，緊緊圍繞居家管理需求，通過(guò)各類傳感器，采集各種信息到本地?cái)?shù)據(jù)中樞。借助數(shù)據(jù)中樞分析異常操作并根據(jù)操作下達(dá)正確指令，同時(shí)，具有全面的功能、簡(jiǎn)單的操作、友好的界面；擁有良好的硬件接入能力，全無(wú)線通信傳輸；具備很好的靈活性、開(kāi)放性和完備的二次開(kāi)發(fā)力，可適應(yīng)該系統(tǒng)升級(jí)和功能擴(kuò)充維護(hù)；無(wú)須老人操作，自動(dòng)監(jiān)控環(huán)境，使得住戶在遇到緊急情況前可以有效預(yù)防，緊急情況下及時(shí)通報(bào)，緊急情況后有記錄可查，為老人的日常生活提供保障。

4.2 工藝創(chuàng)新

系統(tǒng)對(duì)外提供統(tǒng)一的、通用的接口標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)智慧居家安全管理系統(tǒng)與通用設(shè)備之間的信息無(wú)縫傳輸，提高安全服務(wù)質(zhì)量和效率；考慮到住房的不確定因素，采用耐水、耐熱、防磕、防碰、耐磨等特殊工藝應(yīng)用于產(chǎn)品的各個(gè)模塊以及總控。

5 系統(tǒng)應(yīng)用情況

該系統(tǒng)自2021年4月份起已經(jīng)開(kāi)發(fā)完成并經(jīng)過(guò)嚴(yán)格測(cè)試，先后提供給曹妃甸周邊地區(qū)部分社區(qū)和家庭進(jìn)行試用。累計(jì)防止老人走失60余人次；有效避免多起煤氣泄漏、水浸事件、火災(zāi)事故等。例如：為某養(yǎng)老機(jī)構(gòu)提供的離床監(jiān)控服務(wù)，得到該院的肯定與好評(píng)；為某學(xué)校學(xué)生公寓區(qū)域異常用水成功進(jìn)行報(bào)警，近一年及時(shí)、有效地制止了3次跑水事故，避免了學(xué)校財(cái)產(chǎn)損失；為某商業(yè)公寓提供的門窗安全監(jiān)控、煙霧監(jiān)控，應(yīng)用效果良好。根據(jù)回訪調(diào)查好評(píng)率高達(dá)98%以上，故障率為1%，收獲了良好的口碑，具有很好的可行性和推廣性。

6 結(jié)語(yǔ)

加快智能化居家養(yǎng)老監(jiān)管，積極應(yīng)對(duì)人口老齡化，將是未來(lái)社會(huì)發(fā)展的重要組成部分。基于物聯(lián)網(wǎng)和云平臺(tái)的居家老人防護(hù)系統(tǒng)的出現(xiàn)，代表著我國(guó)社會(huì)未來(lái)發(fā)展的一種趨勢(shì)[6]。系統(tǒng)充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)在社會(huì)服務(wù)中的作用，創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)模式，旨在助力數(shù)字化社區(qū)建設(shè)、智能化社會(huì)養(yǎng)老、數(shù)字鄉(xiāng)村振興計(jì)劃，讓科技為老年人所用，用最小的成本、最好的服務(wù)守護(hù)老年人安全，最大程度地減少老年人意外事故的發(fā)生，替子女守護(hù)老人，其對(duì)于改善我國(guó)嚴(yán)峻的養(yǎng)老問(wèn)題、緩解子女壓力等發(fā)揮著極其重要的作用。