基于信息融合居家养老服务平台的构建

章兵兵+吴韶波

摘 要：智慧居家养老的目的是为了给居家老人构建一个健康、安全和舒适的生活环境。物联网技术与多源信息融合技术的结合，使得对老人的长期远程健康监测和居家安防监测成为可能，为居家养老服务提供了更好的解决方案。文中根据居家老人的生活需求和环境中存在的安全隐患，结合物联网、传感器、多源传感器数据融合等技术，设计了一种基于信息融合的智慧居家养老服务平臺。该平台利用多个传感器节点进行数据采集，实现了对老人远程健康监护、意外情况报警救助、住宅内部环境参数监测、生活业务受理等功能，缩短老人遇到突发情况的救治时间，及时保护老人的生命安全，减轻家属及社会的养老压力，具有一定的实用性。

关键词：智慧；居家养老；传感器；多源信息融合；平台

中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2017）08-00-03

0 引 言

人口老龄化是21世纪无法阻止的趋势，也是全世界面临的难题，而在我国这个问题更加严重，人口老龄化一直是不可忽视的问题。据公开数据显示，截止2014年末，我国60周岁及以上老年人人口已达2.1亿，占总人口的15.5%，65周岁及以上人口1.3亿，占总人口的10.1%[1，2]，未来20年我国老年人人口仍将快速增长。随着中国社会人口老龄化程度的持续增加，我国“421”家庭结构已逐渐形成，导致我国“空巢”家庭大量增加，为国家的养老带来了更大的挑战。

随着年龄的增加，老人的身体变得更加虚弱。大多数老人都患有2～3种并发症多、病程长、隐性的慢性疾病，他们需要有连续的在医疗和生活方面的综合护理服务，而这却给现有的养老服务体系和医疗卫生体系带来了很大挑战。在我国“9073”特殊养老体制下，如何提高居家养老服务的能力与效率，为老人提供全方位的服务和照料，构建面向大多数老年人群的智慧居家养老服务体系已成为目前我国社会最为关注的热点及难点问题之一。

“智慧居家养老”是最近兴起的一种养老模式。它以个人家庭为核心、以居民社区为依托、以专业的团队服务为依靠，为独居在家的老人提供一个健康、舒适和安全的生活环境[3]。它利用物联网相关技术如传感器、ZigBee网络、RFID、移动通信等，在居家老人经常活动的场所以及老人身上，根据需要来安装各种类型的传感器，这些不同种类的传感器能够实时采集与老人相关的各种数据，包括老人的活动轨迹、生理参数信息等，然后通过ZigBee网络将数据发送到协调器，协调器再与远程服务器完成数据交换[4]。智慧居家养老平台将老年人、子女、养老服务中心紧密联系在一起[1]，可为老人提供更优质的服务。

本文依据目前我国独居老人在家可能会遇到的安全问题、隐患和各种生活上的需求，构建了一个基于多传感器信息融合的居家养老服务平台。该平台通过信息采集终端来获取老人的信息（生命体征参数和家居环境参数），然后利用网络通信技术实时准确地将数据发送到远程管理中心的服务器端。服务器结合多源信息融合处理、大数据等先进的信息处理技术为老人提供疾病风险预警、医疗决策调度、家居环境安全隐患报警和业务受理等服务，为居家老人提供一个健康、安全的居住环境。

1 智慧居家养老服务平台的需求分析

一般居家老人由于年龄大，记忆力下降，腿脚不灵便，生理机能衰退，日常操作能力降低等因素，在家中可能会发生一些意外情况，如经常忘记关煤气阀门，造成煤气泄漏；有时长时间煮东西无人问津，可能会引发火灾；老年人在家也可能发生意外跌倒、休克、卡食、触电、坠床等危险，如果不能及时发现，就可能存在生命危险。因此根据独居老人存在的安全隐患和生活需求提出将物联网相关技术应用到老人的居家生活中，为老人提供远程健康监测服务、居家安全报警服务、生活业务受理服务、请求应答呼叫服务及老人室内外定位服务等。

（1）远程健康监测服务。该类服务利用先进、精密的可穿戴设备对老人各项医疗测量指标如呼吸频率、脉搏、血压、血糖、心电、体温等进行持续监测，并把数据传输至养老服务平台，平台根据得到的生理参数数据进行医疗和行为数据融合处理，综合分析得出老人的健康状态，是否患有易发病和慢性疾病，行为是否异常，老人是否跌倒、卡食、休克等。若发现有异常情况发生，系统会及时通知服务人员或老人子女，并采取相应措施帮助老人最快获救，以达到保障老人生命安全的目的。

（2）居家安全报警服务。该类服务主要为老人提供家居环境安全隐患预防与报警服务。此服务适用于家中某段时间无人，可能会出现煤气泄漏、火灾、被盗等情况；或老人因年龄大，记忆力减退，烧煮食物忘记关火而发生煤气泄漏等情况。当安装相关安防终端后，探测器能够感知家里烟雾和可燃气体的浓度，一旦发生危险，报警装置会及时报警提醒老人，同时远程服务中心也能够在第一时间得到报警信息，工作人员可及时赶到，降低损失，使老人的人身安全和财产得到有力保障。

（3）生活业务受理服务。该类服务主要是为解决老人子女因工作长期不在家，无法时刻陪伴在老人身边，而老人由于年龄大，身体不方便，在生活上需要他人帮助和照料的问题。居家养老服务平台会根据老人的实时需要提供各种上门服务，包括家政、理发、送水、拿药看病、上门送餐、网上购物指导、物业维修、精神慰藉等[5]，让老人感受到关怀，时刻给予他们家庭般的温暖。

（4）请求应答呼叫服务。该类服务主要从独居老人身体条件差这一特点和容易遇到突发状况考虑。通过此服务，当老人遇到紧急、重大事情或一般性的求助如突然生病，家中着火，意外跌倒等可以请求救援，在智能终端处有紧急求救按钮，老人可根据需要按下。求救信号会立刻发送到远程服务中心，当服务中心收到老人的求救信息后，中心人员随即安排相应的服务人员进行处理，挽救老人生命，避免老人在身体受到伤害时错过最佳救治时间，为老人提供人性化服务。

（5）老人室内外定位服务。该类服务的主要目的是方便老人子女及服务人员快速查找老人的具体位置。在老人家中，当老人发生意外需要救援时，平台可以通过室内定位技术快速、准确地确定老人的具体位置，缩短救助老人的时间；在室外，当老人走失或发生紧急情况时，家属和中心服务人员也能够在第一时间定位到老人的具体位置，使老人得到及时救助，以保证老人的生命安全。子女也可以实时查看父母的运动轨迹，给父母更多的关心和关爱。endprint

2 居家养老服务平台的设计

2.1 平台整体架构设计

居家养老服务平台旨在解决独居老人在家无人照看时，老人的身体健康出现状况和遇到紧急情况如突发疾病、摔倒、发生火灾或煤气泄漏等问题时，老人的亲属或服务人员能够及时收到信息以保障老人的生命和财产安全。本平台基于可穿戴设备，借助物联网、传感器、ZigBee网络和多源传感器信息融合等新的信息化技术，设计出的智慧居家养老服务平台的整体架构如图1所示。

该平台由4个模块构成，第一个模块为本地监护终端，即信息采集终端；第二个模块为无线通信模块；第三个模块为远程服务器端模块；第四个模块为远程监护终端模块。这4个模块之间完成數据的交换和处理，实现互联互通，为老人提供远程健康监护、居家安防报警、生活业务受理、请求应答呼叫等服务。4个模块的各自功能如图2所示。

2.2 远程服务中心的设计

智慧养老服务平台的中心服务器是该平台的核心，它接收智能终端多个传感器发送的数据，并对数据进行分类存储、分析处理，通过数据融合算法来监测居家老人的健康状态、日常行为是否有异常以及家居安防情况。当老人遇到突发事件或走失时能够实时查看老人的具体位置并给予帮助；当老人在生活上需要帮助时服务人员也可及时上门服务。该服务器将老人与服务人员紧密联系在一起，使老人时刻都能感受到家的温暖。图3所示为远程服务器平台的功能设计。

3 关键技术分析

3.1 物联网技术

物联网是新一代信息技术的高度集成和综合应用，它利用融合协同的泛在网络技术将事物联接起来实现服务智慧化。它通过部署具有一定感知、计算、执行和通信等能力设备，如射频识别（RFID）、红外感应器、GPS等，按约定协议通过网络实现信息的传输、协同和处理，从而实现物与物、物与人、人与人之间的连接，达到对物体进行智能化识别、定位、追踪、监控和管理的网络[6，7]。

在物联网技术盛行的今天，为解决空巢老人的居家养老问题，本平台利用物联网相关技术来实现智能化居家养老（利用传感器技术和数据融合来对老人的身体状况进行长期远程监控，对居家环境进行监测，保证老人的人身安全。老人在家若遇到突发事件，则可通过求救装置和平台对异常数据进行分析得到老人的状态，使老人能够得到及时救治。利用定位技术可对老人进行实时跟踪，以便及时处理老人遇到的紧急情况和突发事件），以满足居家老人的日常生活需求，为老人的生命健康和舒心生活提供有效保障。

3.2 传感器技术

传感器技术的工作原理是将一些事物的微小变化转换为电信号，通过内置的体温、生物等传感器采集老人的生理数据指标（血压、血糖、心率、脉搏、体温、血氧饱和度等）和居家环境参数（CO浓度、烟雾浓度、室温等），对获得的数据进行存储、分析处理和打包，并利用无线通信方式将数据发送到远程服务器端[8]。在服务器端做数据融合处理，其目的在于长期、准确地监测老人的身体特征和居家安防情况。当某一传感器检测到数据异常时，智能终端会主动报警或将数据发送到养老服务平台，及时通知养老服务人员，以便迅速采取相应的处理措施。

3.3 室内外定位技术

在居家养老中，老人由于年龄大，身体机能下降，记忆力减退等不利因素，会导致一些意外情况发生，如走失、跌倒、突发疾病等，这时能及时获取老人的地理位置就显得极为重要。室外定位技术如今已非常成熟，定位精度很高，如“北斗”卫星导航系统、GPS等，但室内定位技术很复杂，是由于室内环境复杂，信号经常会受到门窗、家具、墙壁等室内障碍物的影响，导致室内定位精度降低，甚至无法做到精确定位。但对于居家老人来说，室内是他们生活时间最长的地方，因此精确定位老人在室内的具体位置尤为重要。目前在室内环境下，很多定位系统都存在缺陷，且定位精度低，而WiFi定位技术以其部署灵活、成本低、产品成熟、使用方便等优点已成为室内定位技术的优先选择[9]。为了在室内能实时准确地获取老人的位置信息，本养老服务平台采用了WiFi定位技术来对老人进行自动实时识别和追踪，以确保老人的安全。

3.4 多传感器数据融合技术

该技术充分利用多个同类或不同类传感器所提供的数据资源，采用计算机技术依据某种算法或优化准则对其进行分析处理[10，11]，消除信息冗余和矛盾，通过互补降低不确定性，获得对被测对象的一致性解释与描述，使系统能够获得更加充分的信息，从而提高系统决策和规划。

本养老服务平台采取特征值融合方法，先对采集到的来自各种传感器的原始数据如脉搏、体温、心电、血压、时间、CO浓度、烟雾浓度等进行特征提取，然后根据特征对数据进行分类、汇聚和融合，将老人可能遇到的突发情况、疾病与特征值一一对应，进行决策分析，更加精确的描述老人的身体状况和当前的生活情况，实现远程实时监护的目的。

4 结 语

“百善孝为先“是我国的传统美德，在如今我国人口老龄化日益严重的今天，智慧居家养老服务平台可以给老人提供一个更加舒适、安全、健康的生活环境，有助于他们安度晚年。本文针对居家老人可能存在的安全隐患和生活需求，依托物联网相关技术设计了一套软硬件结合的智慧居家养老服务平台。它通过智能终端装置，以多传感器信息融合的方式将获得的原始数据进行特征值提取后发送到远程服务器，在服务器端做出相应处理，实现对老人的远程监控和照顾，最终实现智慧居家养老的目的。

参考文献

[1]黄毅，佟晓光.中国人口老龄化现状分析[J].中国老年学杂志，2012，32（21） ：4853-4855.

[2]张盈化，闫江.中国养老服务现状、与公共政策选择[J].当代经济管理，2015，37（1）：51-56.

[3]孙文恒，张衡，李彩虹.一种新型虚拟养老院服务系统设计与实现[J].软件导刊，2013（9）：81-83.

[4]中国工业和信息化部.物联网总体框架与技术要求（YD/T 2347-2012）[S].北京：人民邮电出版社，2013.

[5]潘永友.基于物联网技术的养老院管理系统设计与实现[D].杭州：杭州电子科技大学，2013.

[6]张锋，温鸿天，黄镇宏，等.基于物联网技术的人体云健康监护及预警系统[J].计算机测量与控制，2015，23（6）：1898-1901.

[7]吴振宇.基于Web的物联网应用体系架构和关键技术研究[D].北京：北京邮电大学，2013.

[8]苗素贞，彭平.基于物联网技术的社区养老管理系统的研究[J].广东技术师范学院学报，2014，35（3）：15-20.

[9]李佳.基于GPS/WiFi/蜂窝的室内外无缝定位技术研究及定位系统设计[D].成都：西南交通大学，2016.

[10] Jens Bleiholder，Felix Naumann.Data fusion[M].Suite 701 New York NY USA： ACM2 Penn Plaza，2008.

[11]蒋鸿.基于数据融合的智慧养老医疗健康系统的研究与实现[D].南京：南京邮电大学，2015.endprint