基于物聯網云計算大數據的智能健康生活成長系統

◆郝孝帥 孫麗君 鄭仙學

（山東科技大學信息工程系 山東 271000）

基于物聯網云計算大數據的智能健康生活成長系統

◆郝孝帥 孫麗君 鄭仙學

（山東科技大學信息工程系 山東 271000）

當今社會的亞健康問題和老齡化問題日益嚴重，一些慢性病造成的死亡人數呈現出持續增長的趨勢。對于慢性疾病需要定時測量，不斷地檢測，以便根據自身的生化指標合理調整飲食、藥物等的攝入情況。僅僅通過醫院進行生化數據測量遠遠不能滿足監測的需要，還需要用戶定時監測自身的情況。智能健康生活成長云系統能夠有效對居民的健康數據進行數字化、信息化管理，使得用戶能夠更好地管理自己的健康數據，也方便醫生及時掌握用戶的健康情況，同時也有利于政府對所轄區域的全民體質進行調查研究。智能健康生活成長云系統涵蓋了物聯網、云計算和大數據系統三大信息技術前沿領域，在改變傳統醫療模式方面，具有特有的技術優勢、創新服務模式，極大程度提高了健康醫療產業的信息化和智能化，是社會急需的創新應用，無論是在市場需求方面，還是國家政策角度，或是技術創新層面等多個角度層面，該系統的研發和實現都具有重要的現實意義。

物聯網；云計算；大數據；智能健康生活成長系統

0 引言

最近幾年，伴隨著全球性移動通信網絡科技的不斷進步，移動智能終端的普及性與覆蓋率得到了極大發展，大量的移動應用和服務以此為載體應運而生，這些觸手可及的應用服務正逐漸改變人們的日常生活。智能健康這一概念的提出，使用戶可以通過移動通信技術，借助身邊的移動智能終端使用移動應用，就可以隨時隨地地查看自己或者家人的健康數據，并把這些健康數據存儲在數字化的電子檔案中，可以隨時隨地獲取醫生的建議，進行長期、有效地調節監控，取得較好的療效。另外，隨著全球人口老齡化程度的日益加劇，人民生活水平逐漸提高，新型醫療服務需求不斷增加，便攜式的智能化管理設備越來越受青睞。云計算技術的引進，增強了信息化的發展，使得信息服務變得更廣泛，同時也精細化了居民和社會的日常需求，可以滿足大數據量的處理和分析。

1 醫療服務存在的問題

隨著社會的不斷發展，科技的日益進步，近些年來，居民的生活質量不斷提高，居民個人保健意識增強，對健康生活的要求也日益增長，但是，目前仍然存在一些問題。

（1）現有的醫療機構數量龐大，各機構的業務存在很大的差異性，提供的醫療服務的質量和效率有待提高，影響了患者的及時治療。信息孤島現象嚴重，根據患者的就診習慣，往往只是由一家醫院儲存就診患者的健康檔案，當患者發生意外被另一家醫院接診時，若未及時取得家屬聯系，尤其為危重病患這種特殊情況下，醫院無法快速確認病人身份，不能獲取患者的相關資料，無法對患者進行登記入院，延誤急救的黃金時間。

（2）各大醫院的數據庫里積累的醫療案例，當前尚未進行資源統計分析，真正用信息化解決效益問題的相對很少，還是僅僅依靠醫生個人的學習積累，造成不必要的數據浪費。在家庭中無法有效地實時跟蹤和監控體征信息，醫院也不能對患者或者亞健康人群提供實時診斷與健康提醒服務，往往是有病征才治病，延誤了治療的最佳時間。因此生活中實時的身體健康數據的采集分析必不可少。

（3）全球化、高效率、快節奏的社會生活使得大部分群體壓力大、生活節奏不規律。語言溝通交流存在障礙、非專業人士健身鍛煉活動易出現力度過大、強度過高等不合理的鍛煉方式造成的肌肉拉傷等不必要的身體傷害。在某些有意外情況下，某些體育課等發生意外事故，造成家長、學校對體育課產生負面情緒，科學合理的運動指導、危險提醒能夠降低意外傷害的可能性，有助于學生得到安全合理的鍛煉。

針對于某一單項服務的小眾軟件系統正不斷開發應用。但是，為享受多項服務，用戶不得不安裝多個軟件，而且存在數據不統一等現象，造成用戶困擾。因此，在多方位、專業性、一體化健康貼心輔助服務方面存在較大空缺，具有廣闊的市場前景，也具有可實現、可推廣的研究價值。

2 智能健康的研究現狀

隨著人們生活水平的不斷提高，人們越來越來重視健康的生活，而“智能健康”作為嶄新的概念，現在越來越受到人們關注。按照國際醫療衛生會員組織的定義，通過使用個人商務設備、手機和衛星通信等移動通信技術，為用戶提供醫療服務和信息，在移動互聯網等相關領域，通過使用 Android 和 IOS 平臺的移動終端系統，開發出相關的醫療健康類移動應用，為用戶提供服務的嶄新方式。當醫療人力資源不足時，智能健康提供了一種有效方法，用來支持發展中國家的醫療衛生服務和健康問題。由于手機設備的成本較低，伴隨著全球性移動通信網絡的普及，為智能健康提供了良的技術基礎和應用前景。

智能健康改變了傳統保健模式，用戶可以隨時檢測自己的身體狀態、體征數據等生理指標，及時獲取醫生或者第三方醫療機構的相應診斷和醫療建議，達到了對自身的各項生理指標的實時監控。在整個健康監測環境中，憑借移動通訊設備的加入，一方面節省了大量的人力、物力資源，減少了不必要的掛號負擔和時間成本，另一方面為用戶提供一個良好的實時體征監測服務，引導用戶養成良好的飲食、生活習慣，增加居民的健康意識，提高全民身體素質。另外智能手環，智能便利貼等也開始嶄露頭角，使人們能夠及時了解自身的身體狀況。

目前，智能健康感知系統與云計算技術、大數據技術結合仍處于初期研究階段，該系統涉及的關鍵技術不但有一定的理論研究價值，而且具有重要的實際應用價值。當前針對智能健康感知系統采集與處理數據的關鍵技術研究還不夠充分，可以參考的應用模型也相對較少，存在很大的研究空間和科學價值。綜上所述，需要基于物聯網、云計算、大數據設計并構建一個智能健康生活成長云系統模型，并對其中各層涉及到的部分關鍵技術進行研究。

3 智能健康生活成長系統的功能需求

（1）注冊用戶，并根據自身情況選定不同的進入模式：兒童模式、青少年模式、成人模式、老人模式等不同模式，不同用戶使用時進入所選模式，選取所需的功能板塊對健康生活進行“他制性”輔助指導。

（2）可穿戴設備感知采集周圍環境數據，身體狀況數據，對用戶進行健康提醒，身體周圍危險指數預警，緊急時刻能夠快捷求救，譬如：報警、醫院急救等。

（3）采集用戶的反應速度數據、情緒變化情況，評測精神狀態、健康指數，推薦對已設定的工作計劃進行合理的時間調整。

（4）飲食作息等的生活提醒板塊，語音記錄所需要處理的工作內容及其時間，便捷及時提醒。

（5）休閑健身版塊，根據采集到的環境指數、心電、血氧、血壓等身體素質數據制定推薦合理的運動方案，記錄消耗的能量，根據運動反應的情況適時提醒注意事項。

（6）語言交流翻譯模塊，當雙方需用不同語言交流時，應用常用的語言數據庫，對交流的對話進行英漢互譯等翻譯。

（7）學習助手板塊，根據所選的模式，添加不同的學習內容，從云端獲取所需要的學習資料，滿足需求。

4 智能健康生活成長系統的工作原理

基于物聯網云計算大數據的智能健康生活成長云系統的整體設計方案采用了四層結構模型，分別是云應用層、云服務層、傳輸層和感知層。（1）感知層是最底層的前端智能裝置，由大量傳感器節點組成，主要負責健康數據的采集。（2）傳輸層的作用是將采集到的健康數據進行處理和傳輸。（3）云服務層位于系統的第三層，主要作用是負責接收、存儲用戶的健康數據，并根據一定的算法進行數據挖掘和數據分析處理。（4）云應用層是用戶直接接觸的服務層，主要向用戶反饋相關的健康數據信息以及數據分析報告，進行一定的人機交互功能，提供一定的應用服務。

該系統通過以上四層結構相互通信、交互協作，實現了感知層采集數據、傳輸層傳輸數據、服務層分析數據、應用層交互數據的整體功能。在智能健康生活成長云系統中，智能健康感知系統成為一個重要組成部分。

5 智能健康生活成長系統的軟硬件組成

5.1 硬件組成

（1）感知層：包含感知采集周圍環境的傳感器以及自身身體狀況的傳感器。其中感知周圍環境的傳感器，包含溫濕度傳感器、光照強度傳感器、煙霧濃度傳感器等；感知自身身體狀況的傳感器包含心電傳感器、血壓傳感器、脈搏傳感器、呼吸率傳感器、體溫傳感器等。而這些傳感器被集成人們便于穿戴的設備，具有簡單，輕巧的特點。

（2）傳輸層：包含協調器，網絡路由器等。

（3）云服務層：包含 WebService 服務器，數據接收器，日志解析器，云平臺數據倉庫，百度 ToT 云平臺，亞馬遜 AWS云資源服務等。

（4）云應用層：手機與電腦顯示終端。

5.2 軟件組成

本系統的軟件主要包含傳感層數據采集的嵌入式程序，云服務層的 Windows IoT，亞馬遜 AWS 云資源服務相關的云軟件，云應用層的手機與電腦終端顯示與提示軟件。

6 智能健康生活成長系統的創新點

（1）技術結合：物聯網，云計算技術，大數據的結合使得本系統能夠順利發揮功能。

（2）私人訂制性：模式的選取，數據的采集分析均屬于個人專屬情況的解析指導，針對于特殊群體，特殊需求設定不同的功能選項，做到節省物理空間的同時享受到貼心的針對性服務。

（3）系統板塊可裁剪性：系統在設計中盡量做到某些關聯性差的功能板塊相互獨立，設定視圖，提供某些特定的開源，便于系統的優化。

（4）便捷性：使用可穿戴的傳感器進行數據采集，然后上傳至云層，經過大數據技術的加工處理，最后在電腦或者手機終端上顯示給出使用者健康的提示。這避免了人們去醫院做相關的檢查。

（5）針對性強：本系統設置了兒童，老年等多種模式，人們可以根據自己的年齡段選擇相應的模式，從而對自己的健康生活做出指導。

（6）實用性：本系統支持英文和中文兩種語言翻譯，對于說英文的外國友人可以根據此功能進行愉快的交流。

（7）多方位性：由于本系統使用了云存儲技術，用戶可以根據自身需求，從云端下載資料以供學習研究。并且，提供了健身休閑服務，工作生活提醒服務等，便于用戶生活中得到多方位的優質服務。

7 前景

一方面，對于偏遠地區、不發達地區的居民，可以對居民的健康情況進行有效監測，一定程度上遏制慢性病的發展，早發現早治療，避免病情惡化，使得偏遠地區本不富裕的居民因病致殘，因病致窮。

另一方面，通過醫生實時獲取居民的健康數據，對居民健康情況進行有效監控，并提供一定的咨詢和引導服務，對需要就醫的居民提供醫院建議。在節省居民的搭乘交通工具的財力負擔和時間的同時，也對醫院的就醫人群進行分流，降低醫院門診的掛號負擔，將傳統“有病治病”的醫療模式變成了更有效更便利的“預防為主”。

[1]范廣暉．基于iOS的移動健康管理系統的設計與實現[D]．西北大學，2014．

[2]韓佳．遠程監護類的移動醫療系統設計研究[D]．北京服裝學院，2014．

[3]高天雷．基于云計算的智能健康感知系統關鍵技術研究[D]．山東師范大學，2015．

[4]陳志江．基于物聯網的遠程智能醫療監護數據傳輸網絡的設計[D]．杭州師范大學，2012．