黃夢(mèng)茹，陳志華，薛玉利

（山東青年政治學(xué)院，山東濟(jì)南 250103)

0 引言

2021 年，第七次全國(guó)人口普查結(jié)果顯示，60 歲及以上老年人口占總?cè)丝诘?8.7%，65歲及以上老年人口占總?cè)丝诘?3.5%。這兩個(gè)數(shù)據(jù)分別已超聯(lián)合國(guó)對(duì)老齡化社會(huì)定義的傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)10%和新標(biāo)準(zhǔn)7%，標(biāo)志著我國(guó)已處于人口老齡化階段，且程度比較嚴(yán)重。于是，健康和養(yǎng)老成為關(guān)系著國(guó)計(jì)民生的社會(huì)熱點(diǎn)問題，引起廣泛關(guān)注，也迎來(lái)了巨大的發(fā)展契機(jī)。2016年國(guó)務(wù)院印發(fā)的《“健康中國(guó)2030”規(guī)劃綱要》中明確提出，到2030 年健康服務(wù)業(yè)總規(guī)模要達(dá)到16 萬(wàn)億。政策的利好必定會(huì)帶動(dòng)資本、技術(shù)、市場(chǎng)向康養(yǎng)產(chǎn)業(yè)集聚。隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)都得到迅猛發(fā)展，人們對(duì)康養(yǎng)的需求也不再局限于病后醫(yī)療和溫飽的滿足，而是向智能化、多功能化擴(kuò)展，希望實(shí)現(xiàn)健康監(jiān)測(cè)、疾病預(yù)防、智慧家居、智能可穿戴、智慧照護(hù)等功能。在萬(wàn)物互聯(lián)的時(shí)代，智慧康養(yǎng)成為實(shí)現(xiàn)這一戰(zhàn)略目標(biāo)的必經(jīng)之路，而具有強(qiáng)大感知能力的傳感器，類似于人體的神經(jīng)末梢，是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程中最為關(guān)鍵、不可或缺的要素，在智慧康養(yǎng)系統(tǒng)的實(shí)踐中具有重要的作用。

1 傳感器技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

傳感器是一類物理檢測(cè)器件，它能夠?qū)⒘?、熱、光、磁、離子等非電信號(hào)按照一定規(guī)則轉(zhuǎn)換成能夠被現(xiàn)代電子通信系統(tǒng)識(shí)別的電信號(hào)，該電信號(hào)經(jīng)過傳輸和處理后可被人們感知，從而幫助人們獲得對(duì)原始信號(hào)的監(jiān)測(cè)和認(rèn)識(shí)，是實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)測(cè)和控制不可或缺的前驅(qū)部件。傳感器的種類繁多，分類方式也有很多，按照測(cè)量對(duì)象的不同可分為壓力傳感器、溫濕度傳感器、加速度傳感器、氣體傳感器等。不論哪種傳感器，在結(jié)構(gòu)上都是由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、變換電路和輔助電源四個(gè)部分組成。其中，敏感元件負(fù)責(zé)原始信號(hào)的探測(cè)，轉(zhuǎn)換元件負(fù)責(zé)將探測(cè)到的原始信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，變換電路負(fù)責(zé)將轉(zhuǎn)換出來(lái)的電信號(hào)進(jìn)行放大、處理，輔助電源則是為整個(gè)器件提供能量。目前，傳感器技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，成為人們生產(chǎn)生活中不可或缺的一部分。

傳感器已廣泛應(yīng)用于智慧農(nóng)業(yè)建設(shè)，幫助搭建智能溫室大棚、實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥檢測(cè)等功能。朱斌應(yīng)用溫濕度傳感器、光照傳感器和CO2傳感器作為感知模塊搭建了智能溫室大棚，并結(jié)合無(wú)線傳感和云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了對(duì)大棚內(nèi)溫濕度、光照和CO2濃度的遠(yuǎn)程監(jiān)控[1]；冼進(jìn)等人應(yīng)用各類智能傳感器并結(jié)合主控芯片實(shí)現(xiàn)了對(duì)大棚內(nèi)溫濕度、光照、CO2濃度和土壤溫濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、定時(shí)定點(diǎn)澆水灌溉、施肥，以及開關(guān)遮光棚和水泵等操作[2]。傳感器可用于各類環(huán)境監(jiān)測(cè)場(chǎng)合，實(shí)現(xiàn)室外空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)、機(jī)房環(huán)境監(jiān)測(cè)、配電室環(huán)境監(jiān)測(cè)、煤礦環(huán)境監(jiān)測(cè)、化工園區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)、居家環(huán)境監(jiān)測(cè)等。應(yīng)用的傳感器類別不同實(shí)現(xiàn)的監(jiān)測(cè)功能和效果也不同[3-4]。智能傳感器可用于生物醫(yī)療領(lǐng)域，如，光纖布拉格光柵力覺傳感器可用于醫(yī)療過程中的力觸覺反饋、健康體征監(jiān)測(cè)[5]；電化學(xué)傳感器可用于糖尿病標(biāo)志物監(jiān)測(cè)；生物傳感器可用于動(dòng)物疫病監(jiān)測(cè)等。傳感器還可應(yīng)用于自動(dòng)控制、智能交通、智慧家居等各行各業(yè)中，幫助實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)測(cè)和控制[6-7]。

目前，傳感器技術(shù)已初步應(yīng)用于智慧康養(yǎng)行業(yè)。徐祥伍等人提出了基于失智癥老年人的智能家居適老化設(shè)計(jì)策略，該策略融入智能感知技術(shù)，可有效提升失智癥患者居家養(yǎng)老的質(zhì)量[8]；聶影等人應(yīng)用ADXL345 傾角傳感器實(shí)現(xiàn)老年人防跌倒檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)，為其行動(dòng)提供了安全預(yù)警保障[9]；許燕婷等人應(yīng)用多種傳感器實(shí)現(xiàn)了對(duì)老年人血壓、心率、加速度、行走狀態(tài)等生理狀態(tài)參數(shù)的實(shí)時(shí)采集測(cè)量[10]；劉鈺應(yīng)用多種傳感器開發(fā)了空巢老人智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)老年人睡眠質(zhì)量、環(huán)境安全、心率、跌倒與定位等的監(jiān)測(cè)[11]；張媛等人應(yīng)用光纖傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)獨(dú)居老年人生活范圍中的圖像、聲音、氣體數(shù)據(jù)等的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[12]；孔魯超等人采用光敏、溫度和火焰?zhèn)鞲衅?，?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)老年人出行和廚房用火狀況，為空巢老年人提供全方位的居家安全保障[13]。此外，傳感器也被逐漸應(yīng)用于智能可穿戴設(shè)備中，起到運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、身體健康監(jiān)測(cè)和疾病防治的作用[14-15]。

2 智慧康養(yǎng)行業(yè)的需求與解決方案

健康和養(yǎng)老是一個(gè)長(zhǎng)期存在的話題，包含老年人的養(yǎng)老、醫(yī)療、養(yǎng)生等各方面，在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的智慧康養(yǎng)卻是一個(gè)新興的領(lǐng)域，其宗旨是面向老年人提供智能化的健康、養(yǎng)老產(chǎn)品或服務(wù)。因此，適老產(chǎn)品和服務(wù)的設(shè)計(jì)必須深入分析老年群體的特征。老年人由于個(gè)體新陳代謝速度變慢、身體機(jī)能下降，造成各類生理、心理問題頻發(fā)，如行動(dòng)遲緩、腦梗、骨質(zhì)疏松、健忘癥等，需要子女和家人付出大量時(shí)間成本去照護(hù)。為滿足老年群體在衣食住行各方面對(duì)健康、安全等的關(guān)切，各種康養(yǎng)模式陸續(xù)被提出，如生態(tài)養(yǎng)生、醫(yī)學(xué)結(jié)合養(yǎng)生、居家養(yǎng)老、機(jī)構(gòu)養(yǎng)老、社區(qū)養(yǎng)老等。盡管各類康養(yǎng)模式仍在不斷地探索和發(fā)展中，但是可以肯定的是，任何一種模式的開展都離不開現(xiàn)代智能產(chǎn)品和服務(wù)的支持。因此，針對(duì)老年人群的特征和需求，智慧康養(yǎng)可在以下兩個(gè)方面開展：立足于老年人家居環(huán)境改善的智能家居和實(shí)現(xiàn)老年人健康監(jiān)測(cè)的產(chǎn)品和服務(wù)。

2.1 智能家居

任何一種養(yǎng)老模式都必須充分滿足老年人對(duì)“住”的功能需求，從居住的舒適度、家居的安全性等各個(gè)方面，為老年人打造多功能化的、全屋化的、操作便捷的智能家居系統(tǒng)。該系統(tǒng)需要借助各類功能傳感器實(shí)現(xiàn)相關(guān)智能化操作。智能家居系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)與傳感器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，如圖1所示。

圖1 智能家居系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)與傳感器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

在門窗模塊中，通過溫度傳感器、光照度傳感器、風(fēng)力傳感器、雨滴傳感器、PM2.5傳感器來(lái)感知室外光照、風(fēng)力、降雨、空氣質(zhì)量等信息，當(dāng)監(jiān)測(cè)值超出閾值范圍后，主控模塊會(huì)控制電機(jī)進(jìn)行自動(dòng)開關(guān)窗操作，以保障室內(nèi)良好的空氣流通；通過人體紅外傳感器進(jìn)行非法闖入監(jiān)測(cè)和報(bào)警，以保障居家安全；通過內(nèi)置有紅外傳感器的人臉識(shí)別模塊或內(nèi)置有光學(xué)指紋傳感器的指紋模塊，實(shí)現(xiàn)智能開鎖，以有效解決老年人忘帶鑰匙的困擾。在室內(nèi)環(huán)境模塊中，通過溫濕度傳感器、VOC氣體傳感器感知室內(nèi)溫濕度和有機(jī)污染物的濃度信息，當(dāng)監(jiān)測(cè)值超出閾值范圍時(shí)，主控模塊會(huì)控制電機(jī)和繼電器進(jìn)行通風(fēng)、開關(guān)空調(diào)、空氣凈化等操作。在廚衛(wèi)模塊中，通過燃?xì)鈧鞲衅鳌⒒鹧婕t外傳感器、水浸傳感器、CO氣體傳感器等對(duì)廚房的燃?xì)庑孤┣闆r、廚房和衛(wèi)生間的返水、漏水情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以保障家居安全。在全屋燈光模塊中，通過光照度傳感器監(jiān)測(cè)室內(nèi)的光照度，并根據(jù)老年人的個(gè)體定制進(jìn)行自動(dòng)開、關(guān)、調(diào)光等操作。在智能家電模塊中，將以差壓傳感器、紅外熱釋電傳感器等多種傳感器為感知網(wǎng)絡(luò)的各類智能家電通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入主控端，方便老年人對(duì)家電進(jìn)行便捷控制?？梢姡腔奂揖又袀鞲衅骷夹g(shù)的應(yīng)用，可以從生活中的各個(gè)細(xì)節(jié)為老年人打造一個(gè)安全、舒適的居家環(huán)境。

2.2 智能健康監(jiān)測(cè)

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)老年人的生命體征數(shù)據(jù)是構(gòu)建智慧康養(yǎng)系統(tǒng)的一個(gè)重要前提，相關(guān)的智能健康監(jiān)測(cè)產(chǎn)品和服務(wù)有很多，如智能手環(huán)、血氧儀等。智能健康監(jiān)測(cè)功能實(shí)現(xiàn)與傳感器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，如圖2所示。按照監(jiān)測(cè)應(yīng)用場(chǎng)所的不同，智能健康監(jiān)測(cè)產(chǎn)品和服務(wù)大體可以分為兩類：應(yīng)用于家庭內(nèi)的日常健康監(jiān)測(cè)產(chǎn)品和可外出佩戴的智能可穿戴產(chǎn)品。

圖2 智能健康監(jiān)測(cè)的功能實(shí)現(xiàn)與傳感器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2.2.1 日常健康監(jiān)測(cè)

為老年人提供日常健康監(jiān)測(cè)的產(chǎn)品和服務(wù)有很多，如血氧儀、血壓計(jì)、心率計(jì)等。其中，血氧儀中內(nèi)置血氧（光電）傳感器，通過測(cè)量?jī)煞N不同波長(zhǎng)透射光強(qiáng)度的變化，監(jiān)測(cè)人體的血氧飽和度；血壓計(jì)中內(nèi)置電阻/電容型氣體壓力傳感器，可監(jiān)測(cè)人體血壓信息；心率計(jì)中內(nèi)置心率（光電）傳感器，通過監(jiān)測(cè)人體心跳時(shí)微弱的皮膚顏色改變引起的反射光強(qiáng)變化，來(lái)檢測(cè)心跳頻率……這些產(chǎn)品都是獨(dú)立的、功能較為單一的健康監(jiān)測(cè)設(shè)備，不能為老人提供全面的日常健康監(jiān)測(cè)服務(wù)。于是，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合單片機(jī)和多種傳感器技術(shù)，將各種設(shè)備的單一監(jiān)測(cè)功能進(jìn)行集成，形成智能健康監(jiān)測(cè)設(shè)備，以達(dá)到對(duì)老年體溫、血壓、心率、體重、血糖、血氧等信息的同時(shí)監(jiān)測(cè)。當(dāng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)超過人體正常閾值范圍時(shí)，設(shè)備內(nèi)置的主控模塊會(huì)提醒老年人及時(shí)關(guān)注自身健康問題、防止意外發(fā)生?？梢?，傳感器技術(shù)已深入老年人日常健康監(jiān)測(cè)的各類終端設(shè)備中。

2.2.2 智能可穿戴產(chǎn)品

日常健康監(jiān)測(cè)設(shè)備在幫助老年人進(jìn)行自我健康監(jiān)測(cè)方面發(fā)揮了重要的作用，被廣泛應(yīng)用于千家萬(wàn)戶中，但由于設(shè)備本身的體積問題，此類設(shè)備不方便攜帶，當(dāng)老年人外出時(shí)就無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)的跟蹤和監(jiān)測(cè)，而智能可穿戴設(shè)備的出現(xiàn)可以很好地解決這一問題。智能可穿戴設(shè)備對(duì)日常穿戴進(jìn)行智能化開發(fā)，形成可穿戴的智能眼鏡、智能手表等，使對(duì)人體健康的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)成為可能。

針對(duì)老年人群體的智能可穿戴設(shè)備主要涉及運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)/游戲和醫(yī)療保健兩類，其中以醫(yī)療保健產(chǎn)品居多。前者受眾相對(duì)較窄，面向老年戶外、健身愛好者和游戲愛好者開發(fā)，產(chǎn)品或服務(wù)多以智能手表、智能手環(huán)、智能頭盔、智能耳機(jī)為主要形式。其中，面向運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)的智能可穿戴設(shè)備一般內(nèi)置心率傳感器、步頻傳感器等，可實(shí)時(shí)地測(cè)量老年人的心率、運(yùn)動(dòng)步頻等。此外，根據(jù)運(yùn)動(dòng)形式的不同，市場(chǎng)上也存在各類特殊運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)器件。如針對(duì)潛水運(yùn)動(dòng)開發(fā)的可穿戴設(shè)備，器件內(nèi)部集成氣壓傳感器、水聽傳感器、潛水振動(dòng)傳感器、加速度傳感器等，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氣壓、潛水深度、液氣泄漏情況等，可為潛水運(yùn)動(dòng)提供專業(yè)的數(shù)據(jù)參考和指導(dǎo)。后者受眾面廣，具有普適性，產(chǎn)品和服務(wù)囊括智能手表、智能手環(huán)、智能背心、智能腰帶、智能可植入芯片等，可按照佩戴的身體部位，分為頭戴式、腕帶式、身穿式、攜帶式，以及植入芯片式。這些產(chǎn)品內(nèi)置各類傳感器，可實(shí)時(shí)測(cè)量老年人的心率、血氧濃度、血壓等各項(xiàng)生命體征指數(shù)，監(jiān)測(cè)老年人的行走狀態(tài)（站、坐、走、跌倒），對(duì)老年群體的健康、疾病防治、人身安全等起到很好的監(jiān)測(cè)和預(yù)警作用。綜上，智能可穿戴設(shè)備由于能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)老年人的生命體征數(shù)據(jù)，在智慧養(yǎng)老系統(tǒng)的構(gòu)建中必將發(fā)揮重要的作用。

3 小結(jié)與展望

借助新一代信息技術(shù)和傳感器對(duì)物理、化學(xué)、生物信息優(yōu)越的感知和轉(zhuǎn)換能力，構(gòu)建智慧康養(yǎng)體系，從而讓龐大的老年群體老有所養(yǎng)、老有所依，并獲得個(gè)體身心健康和滿足，成為實(shí)現(xiàn)和諧社會(huì)、智慧社會(huì)必須解決的關(guān)鍵問題。康養(yǎng)是針對(duì)老年群體的健康、養(yǎng)生和養(yǎng)老，因而對(duì)傳感器的體積、精度等都有很高的要求。為滿足龐大的康養(yǎng)市場(chǎng)需求，傳感器必將向集成化、微型化、智能化方向發(fā)展，同時(shí)兼顧低功耗、低成本和親膚性，以適用于智能家居設(shè)備、智能可穿戴設(shè)備。此外，人們可以結(jié)合傳感器技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)，打造智慧康養(yǎng)平臺(tái)，通過密集的傳感器網(wǎng)絡(luò)采集各類數(shù)據(jù)，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行信息傳輸和上傳，通過云平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行最終的整理、分析和決策，實(shí)現(xiàn)覆蓋全網(wǎng)的智慧康養(yǎng)產(chǎn)品和服務(wù)，以破除地域經(jīng)濟(jì)和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)發(fā)展不平衡的影響，為我國(guó)應(yīng)對(duì)人口結(jié)構(gòu)老齡化提供參考。