陳健堯 田聰勁 王美婷 吳建基 張穎婷

摘要：當今社會人口老齡化已然成為一個不可忽視的問題，近幾年老齡化進程更加快速，中國作為全世界最大的發(fā)展中國家也逐漸步入老齡化社會。隨著老年人口數(shù)量的增加，社會對老齡產品的需求也不斷增加。在移動互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的背景下，移動端設備在人們的日常生活中發(fā)揮著越來越重要的作用，手機為人們的日常生活提供很多便利，如手機支付、移動辦公、電子證件等，這使得老年群體對移動端設備的接受程度以及使用需求也在逐年增加，手機的老年用戶也在逐年增加?！鞍槔稀盇pp利用GPS定位、聲紋識別、運動傳感器等技術，打造了一款專為老年群體設計的老年人關懷類應用，以為老年群體的生活提供便利，并為老年人的監(jiān)護人提供一個方便快捷的、了解老年人實時情況以及照顧老年人的方式。

關鍵詞：App設計；老年人；智能手機；老齡化社會

中圖分類號：TP311.56? 文獻標志碼：A

0 引言

根據(jù)1956年聯(lián)合國《人口老齡化及其社會經(jīng)濟后果》確定的劃分標準，當一個國家或地區(qū)65歲及以上老年人口數(shù)量占總人口的比例超過7%時，則意味著該國家或地區(qū)進入老齡化。1982年，維也納老齡問題世界大會確定了當一個國家或地區(qū)60歲及以上的老年人口超過總人口占比10%時，則意味著該國家或地區(qū)進入嚴重老齡化。根據(jù)以上標準及中國人口調查數(shù)據(jù)，中國人口在20世紀末開始逐漸走向老齡化。通過近年的數(shù)據(jù)分析，中國老齡化進程已進入了加速階段。在中國，老齡化問題已發(fā)展成為一個不可忽視的嚴重人口問題，老齡化將是未來30年中國最大的人口變化趨勢。根據(jù)全國第七次人口普查數(shù)據(jù)預測，60歲及以上的老年人口在2024年、2032年、2048年，將分別突破3億、4億、5億，最終在2052年達到峰值5.24億［2］。

在我國老齡化程度不斷加深的同時，互聯(lián)網(wǎng)時代也在不斷發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)的普及也讓更多的老年用戶接觸到互聯(lián)網(wǎng)。中國互聯(lián)網(wǎng)絡中心發(fā)布的第49次《中國互聯(lián)網(wǎng)絡發(fā)展狀況統(tǒng)計報告》顯示，截至2021年12月，50歲以上網(wǎng)民占比由2020年12月的26.3%提升至26.8%，顯然互聯(lián)網(wǎng)進一步向中老年群體滲透，中老年群體將進一步擴大互聯(lián)網(wǎng)市場。面對即將到來的前所未有的大市場，目前市面上卻只有少數(shù)App為老年群體進行優(yōu)化或專屬定制，大多數(shù)App適老化水平有待提升，多數(shù)存在交互頁面復雜、操作不友好等問題，使得老年用戶群體望而卻步。

截至2021年，中國60歲以上老人已達2.6億，其中獨居老人已超過1億，獨居老人作為老齡化社會中龐大的社會群體，應引起社會足夠的重視。老年人的身體功能和認知功能隨著年齡的增長而逐漸下降，其安全問題以及生活問題不容忽視。但在我國，老年人的監(jiān)護人常常因工作等原因，缺乏對老人的照顧與陪伴?！鞍槔稀盇pp將為老年群體量身定制，大大簡化操作，根據(jù)老年用戶的實際需求設計操作頁面，遇到特殊情況時可給家屬發(fā)出警報，并利用智能手機的特性為老年用戶提供生活便利，保證老年用戶的安全，讓老年人的親屬能夠實時監(jiān)測老人情況。

1 系統(tǒng)功能分析

老年關懷型App的目的是確保老年人的日常安全，將老年人與其監(jiān)護人通過網(wǎng)絡連接在一起，讓監(jiān)護人能夠實時了解老人的狀態(tài)。作為一款老年關懷型App，設計者首先應該確保老年人能夠輕松簡易地使用，并能夠快速有效地解決用戶在使用過程中出現(xiàn)的問題；其次，隨著年齡的增長，老年人的身體機能和認知水平發(fā)生退化，很容易發(fā)生走失、摔倒等意外，當意外發(fā)生時，老年關懷型App能夠盡可能快地做出反應，及時通知監(jiān)護人，避免造成非必要的損失。結合以上需求，老年關懷型App應該具備以下功能：

（1）實時定位。老年關懷型App能夠實時上傳老人的定位至服務器，監(jiān)護人可隨時查詢老人的位置信息以及行動軌跡，并且可以繪制安全區(qū)域，當老年人離開安全區(qū)域后會發(fā)出提醒。

（2）遠程協(xié)助。當老人在使用手機的過程中遇到問題可以向監(jiān)護人發(fā)出幫助請求，監(jiān)護人可遠程對老年人的手機進行操控，以此解決老人遇到的問題。

（3）運動檢測。老年關懷型App能夠實時檢測老人的運動狀態(tài)，并且當老人發(fā)生摔倒等意外時，程序將立刻向監(jiān)護人發(fā)出警報。

（4）語音操控。老人通過語音操控即可對程序進行操作，方便老人對App的使用。

2 “伴老”App設計

“伴老”App由4個模塊組成，分別是運動檢測模塊、遠程操控模塊、實時定位模塊、語音識別模塊，系統(tǒng)功能結構如圖1所示。本系統(tǒng)將通過調用手機及智能手表中的各種運動檢測器和GPS定位采集用戶的行為、位置信息，實現(xiàn)了對用戶的實時監(jiān)測，并通過提醒和警示功能解決用戶出現(xiàn)意外時不能得到及時救援的難題。本系統(tǒng)運用聲紋識別和按鍵聲音化，解決視障人群或文化程度較低人群難以使用手機的難題。本系統(tǒng)通過遠程操作技術，使得監(jiān)護人可遠程解決老年人日常手機使用中遇到的問題。通過以上4個模塊，本系統(tǒng)將達到為老年人提供日常安全監(jiān)護、為老年用戶與其監(jiān)護人提供實時連接的目的。

2.1 運動檢測模塊

2.1.1 運動檢測模塊

人在運動過程中，受每個人四肢的協(xié)調性、個人生活習慣等因素的影響，摔倒的隨機性比較大。因此，在判斷摔倒情況的過程中，設計人員需要考慮摔倒時刻的人體運動姿態(tài)，然后對其進行有效分類。研究表明，人體的基本姿勢通常包含站、走、跑、立、躺、跳等。老人在無人監(jiān)控時很容易出現(xiàn)因為碰撞、推動而導致的摔倒，或者在濕滑平面上摔倒，可能產生嚴重的后果。在摔倒的過程中，身體從平衡狀態(tài)變?yōu)槭Ш鉅顟B(tài)，最后變成落地狀態(tài)，因此，運動檢測模塊需要分析日常動作的狀態(tài)以及摔倒狀態(tài)。通過研究分析可知，瞬時加速度是判斷運動狀態(tài)的關鍵要素，可以將傳感器的加速度感應數(shù)值作為判斷摔倒動作的有效依據(jù)之一［3］。為了簡化摔倒模型，可以將摔倒時刻的狀態(tài)定義為：首先，將人體失去平衡并與地面角度發(fā)生變化的時刻作為起始點，將人物身體接觸到地面發(fā)生碰撞的時刻作為結束點。在落地時刻，人物身體與地面發(fā)生碰撞后會受到一個極大的沖擊力，此時加速度會達到最大值，身體會經(jīng)過一個短暫的震蕩過程，最終回到平衡時候的狀態(tài)。運動檢測模塊可以利用傳感器的檢測數(shù)據(jù)來觀察摔倒過程中加速度閾值的變化以及摔倒過程角度的變化，從而進行對應的運動檢測。

2.1.2 判斷摔倒情況

為了判斷摔倒情況，首先將日常生活行為和摔倒行為進行區(qū)分，通過傳感器檢測的數(shù)值對人物運動狀態(tài)進行判斷。本研究將加速度傳感器的檢測數(shù)值范圍作為判斷分類的依據(jù)，將采用加速度傳感器檢測的數(shù)值作為特征值Z來測量生活行為，通過設置不同運動狀態(tài)相應的閾值范圍，由低到高分別是：坐或者蹲的數(shù)值是0～5；站立的數(shù)值是0～10；走路的數(shù)值是0～40；跑步的數(shù)值是 0～65；而快跑、跳等動作幅度比較大的數(shù)值是0～100；摔倒的數(shù)值則是0～150。此外，為了避免漏報的情況發(fā)生，還需對特征值Z進行區(qū)分。經(jīng)過詳細的研究，當特征值Z<2時，判斷為靜止行為；當特征值260時，則判斷為可疑的摔倒［4］。此外，日常生活中的動作還可以分成兩種情況，第一種是平緩情況，另外一種是非平緩情況。在平緩情況下，加速度數(shù)值時刻處于一個平緩的變化中。在非平緩的情況下，加速度數(shù)值會發(fā)生猛烈的變化，此時運動檢測模塊需要對人物是否發(fā)生摔倒進行判斷。因此，判斷程序可以先判斷老人的行為是否為非平緩行為，然后再進一步判斷老人是否發(fā)生了摔倒行為。由于非平緩行為不會一直發(fā)生，而且摔倒過程會產生一個碰撞過程，然后又在短時間內會出現(xiàn)靜止時刻，因此在判斷過程中需要對這種行為增加一個判定來判斷靜止時刻，將非平緩行為和真正的摔倒行為進行區(qū)分，從而達到準確判斷摔倒情況的目的，具體檢測流程如圖2所示。

2.1.3 發(fā)送求助信息

如果老人出現(xiàn)了摔倒情況，“伴老”App首先會對事故發(fā)生地進行定位，利用手機自帶的定位模塊獲取人物摔倒位置的經(jīng)緯度，再自動編輯成短信將詳細的位置信息發(fā)送到監(jiān)護人的手機上。要實現(xiàn)自動發(fā)送短信功能并確保其安全性，就要選擇一種機制比較安全的方法，比如本地廣播機制。這是因為之前的廣播都為全局廣播，即所有應用程序都能夠收到信息，這樣就很容易引起安全問題。但是本地廣播不一樣，它可以把發(fā)出去的消息只在自己的內部進行消化，不會傳到別的應用程序中去，這樣就解決了安全性問題。研究人員還可以對該廣播事件進行監(jiān)聽，一旦監(jiān)護人收到短信，手機系統(tǒng)就會向外傳遞一個廣播事件，與此同時再對監(jiān)護人收到的短信進行相應的判斷，以實現(xiàn)關鍵字監(jiān)聽功能。研究人員還要將短信內容進行字符串式加密，具體的做法就是將短信的內容轉換成字符串來表示，字符串的表示分別是：電話號碼、具體的短信內容、短信的分隔符［4］。除此之外，研究人員還可以實現(xiàn)自己的廣播，實現(xiàn)好自定義的廣播后，可以將自定義實現(xiàn)的參數(shù)轉發(fā)給需要接收的目標，即研究人員可以在傳過來的廣播中只接收用戶想要知道的內容即可，然后再對加密過的內容進行相應的解密，最后達到監(jiān)聽的目的。

2.2 遠程操控模塊

目前，智能手機已經(jīng)在老年群體中普及。在手機使用的過程中，老年人群體對使用智能手機時遇到的問題均束手無措，只能向年輕群體尋求幫助。但監(jiān)護人因工作、外出等原因無法在老人身邊，即使通過電話、短信等形式向老人說明解決方法，但老年用戶也很難按照監(jiān)護人提供的方法解決問題。這個時候就需要遠程操控來幫助老年用戶解決此類問題了，監(jiān)護人通過本軟件的遠程操控模塊就可遠程連接到老年用戶的手機，幫助老年用戶解決問題。

遠程操控模塊借助網(wǎng)絡協(xié)議如NETBEUI，NETBIOS，IPX/SPX，TCP/IP等協(xié)議，實現(xiàn)了監(jiān)護人在異地對老人所使用的智能手機進行操控的效果。遠程操控模塊分為控制端和受控端，控制端輸入受控端隨機生成控制碼后向目標受控端發(fā)起控制請求。當受控端同意控制請求后進行遠程調試，受控端將在本地建立偽終端服務，并且將控制信息傳送到控制端。當控制端接收到控制信息后，將通過提權操作獲取操控所需的相關權限后對受控端進行遠程操控。

2.3 實時定位模塊

由于老年人隨著年齡的增長，認知能力會出現(xiàn)下降，在日常生活中可能會出現(xiàn)走失、失聯(lián)等意外。當老人走失或者發(fā)生其他緊急意外時，監(jiān)護人可通過實時定位模塊實時準確地獲取老人的位置信息。實時定位模塊將利用目前手機上常見的BDS/GPS雙模定位模塊接收定位衛(wèi)星信號并解算出手機的經(jīng)緯度信息。該經(jīng)緯度信息通過GSM和GPRS模塊利用GPRS技術上傳至云服務器并存儲在相應數(shù)據(jù)庫中［5］。監(jiān)護人使用“伴老”App利用WiFi/4G/5G網(wǎng)絡向服務器發(fā)送網(wǎng)絡請求并調取服務器數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，并且可以通過服務器數(shù)據(jù)庫中存儲的歷史經(jīng)緯度信息，繪制老年用戶的歷史運動軌跡。

2.4 語音識別模塊

2.4.1 語音控制

聲紋識別通過分析語音的聲紋特點，識別與之相對應的人的身份，從語音中濾掉與文本相關的信息，只提取說話人的身份信息。在老人聲紋錄入階段，通常會對其錄取多條語音樣本數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)對老人提供的每一段錄入音頻進行聲紋建模后，同時會對這些模型進行模型聚合，從而得到一個單一的說話人模型，用來表示該說話人的聲紋特征，流程如圖3所示。

說話人身份識別階段，首先待驗證的語音需要通過與錄入階段完全相同的特征提取及聲紋建模過程，得到其聲紋模型。然后將該驗證音頻的聲紋模型與所有目標說話人的模型進行相似匹配，根據(jù)匹配結果進行判別，并得到最終的識別結果［6］。通過語音交互實現(xiàn)聲紋綁定特殊按鍵，即老人在提前錄入聲紋后可以使用語音呼叫指定聯(lián)系人、語音喚醒、語音呼救等功能，流程如圖4所示。

2.4.2 語音登錄

聲紋識別如指紋般有獨特的生物特征，在身份識別方面起到了很大的作用，具有獨特性和相對穩(wěn)定性，并利用其安全性實現(xiàn)語音登錄的功能。用戶在完成聲紋注冊后，系統(tǒng)將注冊的語音樣本對應的聲紋特征輸入特定的模型進行訓練，得到一個能代表注冊用戶聲紋特征分布的模型［7］。在使用App前，用戶根據(jù)系統(tǒng)的提示音進行口語復述，系統(tǒng)與庫中已經(jīng)有的注冊用戶模板逐個進行匹配，判斷該用戶是否為合法用戶，若為真，則自動進入App。另外，在用戶聲紋認證成功的情況下，系統(tǒng)會自動更新或調整用戶的聲紋模型，避免用戶需要多次手動更新自己的聲紋模型。

3 結語

本文在人口老齡化的背景下，以為老年用戶提供日常的安全監(jiān)護為目的著手設計了一款陪伴呵護老年人的App。本研究設計的App包含運動檢測、遠程操控、實時定位、語音識別4個模塊，通過以上4個模塊實時為老年用戶的監(jiān)護人提供實時監(jiān)護服務，讓監(jiān)護人能夠全天候監(jiān)控老年用戶的狀態(tài)，預防意外的發(fā)生，減少意外帶來的損失，為老年用戶的日常安全增加了一層保護，在一定層面上保障了老年人的身體健康，推動老齡化社會的健康發(fā)展。

參考文獻

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［3］高崇陽.基于移動智能終端的摔倒檢測機制的研究與實現(xiàn)［D］.北京：北京郵電大學，2020.

［4］楊峰，趙曙光，許方成，等.基于安卓平臺的老人摔倒報警系統(tǒng)［J］.信息通信，2018（1）：244-246.

［5］李永樂.基于北斗導航和Android平臺的老人定位系統(tǒng)研究［D］.上海：東華大學，2017.

［6］劉勇，梁宏濤，劉國柱，等.基于ResNet-LSTM的聲紋識別方法［J］.計算機系統(tǒng)應用，2021（6）：215-219.

［7］劉麗敏，荊繼武.快速發(fā)展的我國生物特征識別標準規(guī)范［J］.中國信息安全，2019（2）：68-72.

（編輯 王雪芬）

Design of a caring App for the elderly in the context of aging

Chen? Jianyao， Tian? Congjin， Wang? Meiting， Wu? Jianji， Zhang Yingting

（Guangzhou Xinhua College， Guangzhou 523040， China）

Abstract：? The aging of the population has become an issue that cannot be ignored in todays society. In recent years， the aging process has become even more rapid and China as the largest developing country in the world， is gradually entering an aging society. With the increase in the number of elderly people， the demand for aging products in society is also increasing. Under the background of rapid development of mobile Internet， mobile devices play an increasingly important role in our daily life. Mobile phones provide a lot of convenience for peoples daily life， such as mobile payment， mobile office， electronic documents and so on， which makes the acceptance and demand for mobile devices of the elderly group also increase year after year， and the number of elderly users of mobile phones is also increasing year by year. By using GPS positioning， voice recognition， motion sensors and other technologies， the App is designed to provide a convenient way for the elderly to live their lives and for their guardians to learn about the elderly and take care of them. The App provides a convenient way for the guardians of the elderly to learn about the implementation and care of the elderly.

Key words： App design; elderly; smartphone；aging society