基于大數據的社區老年用戶智能監測系統的研究與設計

劉 航， 騰峭瑩， 曲曉鵬， 譚振江

(1 吉林師范大學 計算機學院, 吉林 四平 136000； 2 數值模擬吉林省高校重點實驗室(吉林師范大學)， 吉林 四平 136000)

引言

上世紀末期，中國正式進入老齡化時代[1]。中國已成為世界上老年人口數量最多的國家，據2017年末數據顯示，中國老年人口數達到15 831萬人，與2000年度第五次人口普查數據相比，老年人口比例升至11.4%。隨著老年人口的增加，中國養老保障的負擔正日益加重。中國當代社會中，父輩與子輩分開居住現象明顯，兒女工作忙，父母獨居在家，空巢老人現象逐漸形成。面對龐大的工作壓力，兒女對父母的照顧越來越顯得力不從心，既不能實時了解父母的健康狀況，又不能在父母身體不適時及時趕到，空巢老人的獨居問題逐漸得到了社會的廣泛關注。基于該問題的考慮，本團隊提出了社區老年用戶健康監測系統項目的開發。

老年人常常是心腦血管等突發性病癥的患者，患病時若得不到及時救治，常常錯過最佳治療時間。而獨居老人往往在患病時來不及呼救，最終會對老人身體以及家庭帶來沉重負擔。若單純的依靠醫院就醫來對老年患者進行就醫會在一定程度上浪費醫療資源[2]，并且極大地減少醫療就診的效率。在這種情況下，實時動態生理體征監測就成了患者隨時隨地監測自身狀況的最佳手段，不但降低了醫療費用，而且很大程度上預防了突發情況的產生，對于老年人安度晚年，提高生活質量有重大作用。

因此，如何在不限制老年人自身日常生活的情況下準確、安全地監控老人身體健康狀況就成了當地醫療系統研究的重要方面。社區老年用戶健康監測系統在最大程度上實現了這些功能，通過可穿戴智能手環實現對老人身體各項數據的實時監控，將物聯網傳感器檢測到的睡眠、心率、血壓、血糖、體溫等多種健康數據通過藍牙傳輸至數據平臺，采用先進的大數據處理技術對數據進行匯總、分析和深度挖掘[3]。與手機終端APP結合實現社區醫院、老人自身、監護人三方數據共享。達到兒女遠程監控老人身體狀況的目的，并且在遇到突發狀況時及時聯系醫院，最大程度保證治療最佳時間。

1 研究背景

可穿戴的智能手環作為當代智能家居的一種，以其體積小、方便佩戴廣受消費者喜愛。也使得老齡化時代必將與信息化時代結合起來，利用智能手環實現對老年用戶健康水平的監測已不再是一個概念[4]。近年來，人工智能開始逐步發展起來，在其影響下，越來越多的企業開始注重智能可穿戴手環的研發，利用當下高速發展的大數據技術，將智能手環收集到的數據高效地利用起來，通過云端的數據計算與對比，實現終端的數據監控。國外三星、谷歌等多家IT領先企業已將可穿戴智能手環設備投入巨資開發，并在功能和技術上逐步完善。例如，三星公司在2017年8月開發的三星Gear Fit2 PRO手環，已經實現了連續心率跟蹤、GPS映射、回復電話文本、心跳周期監控等健康數據監測功能，并基于Android和IOS兩種平臺開發，對比三星上一代手環，Fit2在技術和功能上有了很大改善。國產品牌方面，小米、華為、樂心等品牌在智能手環的開發上也有自己獨特的功能與技術，2018年2月，小米推出小米3智能手環，并在功能上增添了熱量消耗，配速提醒等近40余項功能。利用智能手環服務于老年群體，使老年用戶享受科技帶來的便捷與安心，為解決人口老齡化問題起到推動作用。

2 主要內容

智能手環的設計由硬件系統與終端APP共同組成，能勝任各項功能檢測與定位，具有SOS、GPS定位功能,體溫、血壓、血糖、心電、心跳、睡眠、運動等數據的自動檢測。軟件系統通過大數據、物聯網與云計算[5]進行數據保存與共享，建立完善的個人健康數據庫，從而實現永久的數據保存和分析功能，真正實現醫療信息化。社區老年用戶健康監控系統就是將硬件設備和軟件設備與社區醫院相結合，手機終端APP為三方共有，實現醫療體系的信息化和可靠化。醫院方面開展社區老人健康教育的宣傳，多發病癥的防范與治療，同時存儲老人身體各項健康數據，定期通知老人體檢以及實現預約掛號檢查功能，提高老人身體健康質量的保障。老年人有運動管理、久坐提醒、藥物提醒、一鍵呼救、一鍵SOS、視聽娛樂等功能。通過感應電路的設計[6]，用戶的心率、體溫、運動狀態等參數通過藍牙傳輸到數據平臺，經過對數據的分析與處理最終發送至終端APP，方便用戶分析身體狀況和環境生活狀態。監護人方面需要GPS定位、一鍵呼救電話、跌倒預警等功能。及時觀察老人健康狀況，并在老人遇到突發狀況時及時聯系醫院，達到救治的及時性和可靠性。社區老年健康監測系統流程如圖1所示。

圖1 社區老年用戶健康監測系統設計流程圖

Fig.1Designflowchartofhealthmonitoringsystemforcommunityelderlyusers

3 相關技術與設計

社會老年用戶健康監測系統設計架構如圖2所示。

圖2 社區老年用戶健康監測系統設計架構

Fig.2Communityhealthmonitoringsystemdesignframeworkforelderlyusers

3.1 大數據簡介[7]

大數據是指無法用傳統數據庫儲存，數據量龐大且復雜的數據集，使用特殊技術有效地深入處理和挖掘大量數據。隨著社會生活水平的不斷發展，科技高速發展，信息流動極快，生活中的數據越來越復雜，大數據也因此而產生。大數據的概念也在不斷滲透進社會的方方面面，大數據并不僅僅意味著大量、快速、深入的數據處理，更是一種從不同數據中獲取有價值信息的能力[8]。

3.2 硬件核心設計[9]

智能手環硬件傳感器方面采用ADI公司研發的ADIXL362傳感器，該傳感器在喚醒模式下功率比其同類傳感器相比低60%，僅為200nA，低功率損耗并且可采用紐扣電池供電[10]。

ADIXL362傳感器在量程范圍內可實現準確的感應功能，提供精確的數據輸出，在超時間功率消耗的情況下，仍能保持超高的穩定性能。利用傳感器所帶的紅外感應功能，通過感應人體發出的紅外光[11]，精確測量人體體溫，誤差不超過0.5 ℃。

3.3 硬件外觀設計

智能手環外觀選用黑色和藍色兩種顏色，簡單大氣，適合絕大部分人群。手環材質上為避免用戶在佩戴時出現不適感，選用醫用級TPU橡膠材質，相比于硅膠材質的手環，TPU材質避免了觸感油膩，質感偏厚的缺點。材質環保無毒，不易沾灰變臟，符合多數人對舒適度的要求。

顯示屏采用1.5英寸LED屏，屏占比適中，避免老年人因視力不好而影響使用。鋰電池容量在2 000-4 000 mA左右，待機時間可達到4天左右。

3.4 GPS定位和一鍵呼救

利用GPS定位功能實現對老人所在位置的實時了解，并在老人遇到突發狀況時自動發出短信等求救信號。

3.5 終端APP設計

利用Java語言編寫APP程序，基于MyEclipse軟件上進行編譯與測試運行，并開發出Android與IOS兩個版本，可在軟件商城自行下載。避免用戶手機不同造成的局限性。軟件頁面的設計上采用簡潔布局，字體適中，更利于老年用戶使用。并且提供數據預警設置，用戶可在后臺上設置自己的健康數據標準，如血壓、體溫、血糖等數據，當用戶自身數據超出標準后，軟件可自動發出警報提示，最大程度保證用戶自身健康標準。

3.6 數據的交換傳輸[12]

智能手環通過藍牙設備與手機終端APP進行數據傳輸，使用由藍牙技術聯盟(SIG)開發的最新版Bluetooth4.2進行數據交換設計[13]。Bluetooth4.2相較于之前的版本，在范圍不變的情況下，能提供更準確、更穩定的數據傳輸，利用手機終端搜索并匹配設備，實現信息可靠化。

3.7 后臺數據庫的建立

利用SQL語言搭建標準健康數據庫，存儲個人健康數據，將手機終端傳來的數據存儲至后臺，實現每天數據的不斷更新，達到對用戶健康數據的保存與對比。

4 基本功能的實現

終端APP界面如圖3所示。

圖3 終端APP界面

4.1 血壓血糖的標準測量

利用傳感器的紅外感應功能，記錄人體中血紅細胞吸收紅外線能力的強弱與動脈血管的收縮能力，收集人體信息，將接收回來的信息進行分析處理，顯示在終端APP上。

4.2 設置睡眠時間提醒

用戶自行設定行動時間，系統會在規定時間發出提醒，規范用戶正確的作息時間。提醒方式采用人性化設計，通過手環檢測用戶睡眠質量，若用戶處于深度睡眠，則在用戶設置的時間前兩分鐘發出輕度震動提醒，盡量減少用戶醒來時的難受程度，若在規定時間用戶依舊沒有醒來，則采用正常喚醒模式。若用戶處于輕度睡眠，則在規定時間喚醒即可。同時通過手環對用戶睡眠質量的檢測，可以使用戶了解到自身睡眠情況，幫助檢測和改善自身睡眠質量。

4.3 設置用藥提醒

在用戶需要用藥時可以設置用藥提醒，利用后臺數據庫，系統可根據用戶身體狀況及服藥種類給出適宜的服藥方法及注意事項。

4.4 設置久坐提醒[14]

考慮到老年用戶身體不能久坐，因此利用手環檢測用戶活動狀態，當用戶運動狀態長時間未改變時，自動發出震動提醒，保證用戶健康生活狀態。

4.5 設置心率對比

考慮到一些喜好運動的用戶需求，軟件中添加運動步數與心率對比數據圖[15]，老年人身體素質并不適合劇烈運動，在大量運動后若心率出現大幅度波動，則發出預警提示，同時用戶也可根據對比圖觀察自身身體素質，了解自身健康標準。

5 結束語

面對中國越來越多的空巢老人獨居現象，社會對老年人的健康情況關注越來越多，可穿戴智能手環成為了兒女監控老人健康情況的首選。而社區老年用戶健康監測系統更是將智能手環與社區醫院相結合，加強了患者與醫院的溝通與交流，能及早地發現病情并及時救治，有效地達到了監控病情的目的。進一步加強了老人健康的保障，在一定程度上達到了對老人面對突發狀況時救助的及時性，方便患者就醫，并且縮短了復雜的就醫流程，兒女能通過手機終端APP觀察老人身體健康數據，達到對父母健康的實時監控，一定程度上實現了用戶老年生活的健康保障。社區老年用戶健康監測系統在未來有望進入醫療體系中，并有望成為解決中國人口老齡化問題的重要工具。