接觸式健康監測系統資源庫信息交互設計*

張 青

(山東交通學院 工程機械學院， 濟南 250357)

隨著社會的進步，人們的健康意識不斷提高，越來越多的人佩戴接觸式健康監測設備，以實時監測身體狀況，為突發疾病爭取寶貴的搶救時間[1].接觸式健康監測設備將測量得到的人體各項體征值發送到系統資源庫，與資源庫中的信息實施交互，從而判斷是否發出健康警報.

文獻[2]描述的基于物聯網的生理健康監測系統從物聯網角度構建的資源庫比較全面、系統，但在信息交互方面缺乏有效的實現流程，導致信息交互受阻，健康監測耗時較長；文獻[3]描述的基于Android智能的健康監測系統主要通過人機交互方式進行信息交互，但缺乏資源庫的建設，難以獲取科學、準確的健康結果，可靠性較低；文獻[4]描述的便攜式主動Lamb波結構健康監測集成系統出于方便攜帶考慮，減小資源庫所占內存，資源庫信息量有限，導致資源庫信息交互的可信程度較低.根據上述文獻健康監測狀態存在的問題，本文對接觸式健康監測系統資源庫信息交互進行了設計，并對信息交互展開重點研究.

1 系統總體框架

接觸式健康監測系統一方面能夠監測人體各項體征指標，根據監測指標決定是否發出施救警報[5]；另一方面，監測系統可以將得到的體征數據發送到資源庫，而后資源庫對人體健康狀況作出科學的診斷與評價，用戶能夠直觀、詳細地了解到自身身體狀況[6].

接觸式健康監測系統的總體框架圖如圖1所示，接觸式健康監測系統工作流程如圖2所示.結合圖1、2可以看出，光電傳感器、濾波電路、放大電路共同構成心率傳感模塊.心率傳感模塊與體溫測量模塊將獲取的人體體征參數傳輸到微處理器STC12C5A60S2，微處理器STC12C5A60S2單片機內的轉換A/D端口將其轉換成數字信息輸入到顯示模塊進行顯示.此時，人體體征值信息會被傳輸到系統資源庫中，與資源庫信息進行交互，當微處理器檢測到人體特征值不符合人體健康標準值時，該系統會自動發出警報，對病人進行施救；資源庫信息交互過程中，計算機能夠通過無線通信模塊獲取人體體征信息，并對體征進行研究與分析.

2 系統資源庫信息交互設計

接觸式健康監測系統采用服務器/客戶端的信息通信模式，即監測系統資源庫具備客戶端、服務器的功能[7].系統資源庫發揮服務器的功能，與傳感器協調工作，在進行健康監測信息儲備的同時需上傳實時測量數據.系統的資源庫是整個接觸式健康監測系統的核心單元，在獲取監測數據的基礎上對被監測對象的身體狀況做出診斷與評價分析，在該過程中，系統資源庫以客戶端的形式存在.接觸式健康監測系統中無線通信模塊、傳感模塊等其他模塊之間信息命令的傳達、信息的傳遞都是通過資源庫來實現，該過程中系統資源庫以服務器的形式存在.

圖1 接觸式健康監測系統的總體框架Fig.1 Overall framework of contact health monitoring system

圖2 接觸式健康監測系統的工作流程Fig.2 Workflow of contact health monitoring system

訪問相應的功能服務節點可完成接觸式健康監測系統資源庫的信息交互，信息交互的主要方式是報告與日志，主要表現為：功能服務節點與客戶端之間信息的傳輸主要依賴報告形式實現；系統獲取的相關數據信息會以時間先后的形式保存在日志中，日志主要提供數據查詢服務.

緩存報告與非緩存報告是接觸式健康監測系統中兩種報告控制類型.系統進行信息交互過程中，信息交互數據緩存、降低服務器報告頻率等操作都是通過緩存報告來實現的，其在很大程度上提高了信息交互的安全性與穩定性，有利于接觸式健康監測系統資源庫信息的交互[8].

接觸式健康監測系統中測量數據、報警信息、健康評估結果的傳輸都是以MMS報告形式呈現的[9].系統獲取被監測的人體體征數據，將其傳輸到系統資源庫，采用數據集離散化方法與資源庫數據進行匹配，此時資源庫就現有數據對被監測對象的健康狀況做出診斷與評價，接著資源庫將該結果傳輸到后臺診斷系統，后臺診斷系統從系統穩定度、資源庫信息交互準確率及資源庫信息交互用時準確值3個方面對采用數據集離散化方法給出的診斷結果進行驗證[10].具體驗證方法如下：

1) 系統穩定度.定義利用數據集離散化方法得到的結果為G，從系統穩定度、時間復雜度方面評估該方法的性能，則G在數據集M上的性能驗證公式為

(1)

式中：CG，M、tG，M分別為數據集離散化方法的穩定度與工作時間；ε為穩定度、時間的重要程度，當采用11%穩定度置換11倍工作時間加速時，ε=11%.定義數據集M中的最優方法用BestG描述，最優性能用PBestG，M描述，全部候選方法的標準方差用S描述，那么可使用的檢測方法應在[PBestG，M-γS，PBestG，M]范圍內，其中，可用方法范圍的取值由γ確定.

2) 資源庫信息交互準確率.資源庫信息交互準確率描述為所采用方法與最優方法的逼近程度，計算表達式為

(2)

式中：PGR為資源庫信息的實現概率；PGA為數據集最優匹配方法的實現概率；PGW為最差候選方法的實現概率.

3) 資源庫信息交互用時準確值.當數據集M的可使用匹配方法性能子集包括采用的數據集離散化方法時，則可以確定出信息交互用時的準確值，其定義表達式為

(3)

根據上述方法計算出系統穩定度、資源庫信息交互準確率及資源庫信息交互用時準確值，當3種變量的數值符合標準時，則可輸出資源庫給出的監測結果與健康狀況診斷結果[11]；否則，采用數據集離散化方法與資源庫數據進行重新匹配，再次進行系統穩定度、資源庫信息交互準確率及資源庫信息交互用時準確值的驗證.圖3為接觸式健康監測系統資源庫信息交互模式示意圖.

圖3 系統資源庫的信息交互模式Fig.3 Information interaction mode of system resource database

3 實驗分析

3.1 系統資源庫信息交互有效性分析

為驗證本文系統資源庫信息交互的有效性，采用本資源庫系統進行了健康監測仿真實驗.選取8名自愿者作為測試對象，分別命名為A、B、C、D、E、F、G、H，主要測量被試者的脈搏與體溫，系統進行健康監測信息交互過程中的信息存儲窗口如圖4所示，系統獲取的健康監測結果如表1所示.

圖4 信息存儲設置窗口Fig.4 Setting window for information storage

通過表1可以看出本系統健康監測結果與真實結果的對比情況，本系統獲取的監測值與真實值一致，說明系統在人體健康監測方面的性能真實、有效.在“是否獲取有效的健康分析結果”這一項，本系統的測試結果均是肯定的，再一次驗證了本系統在健康監測過程中資源庫信息交互的有效性.

3.2 系統資源庫信息交互用時分析

為驗證本系統進行資源庫信息交互具有的用時優勢，采用本系統、基于物聯網的生理健康監測系統與基于Android的智能健康監測系統進行信息交互用時測試.具體實驗設置如下：隨機選取10個測試對象，采用3種系統對同一個實驗對象進行健康監測，記錄3種系統進行資源庫信息交互的用時，獲取的數據對比如表2所示.

根據表2可以看出3種系統資源庫信息交互用時的情況.在10次測試中，本系統的用時均值為1.9 s，由于測試對象的隨機性，信息交互的用時存在波動，相對于其他兩種方法來說，本系統的資源庫信息交互用時最短，能夠在較短的時間內獲取測試對象身體狀況的信息交互，為健康監測的過程節約時間，具有較高的監測效率.實驗結果表明，本系統進行資源庫信息交互用時短、效率高.

表1 健康監測結果對比Tab.1 Comparison in health monitoring results

表2 不同健康監測系統信息交互用時對比Tab.2 Comparison in information interaction time of different health monitoring systems s

3.3 系統資源庫信息交互準確率分析

健康監測系統能否獲取準確的監測結果是判斷其性能的重要標準，本文選取50個測試對象，將其均分成5組，分別采用3種系統對5組對象進行準確率測試，記錄的3種系統在健康監測過程中資源庫信息交互的準確率均值如圖5所示.

圖5 系統資源庫信息交互準確率對比Fig.5 Comparison in information interaction accuracy of system resource database

由圖5可以看出，本系統資源庫進行信息交互的準確率最高；基于物聯網的生理健康監測系統資源庫信息交互的準確率次之，且波動較大；基于Android的智能健康監測系統資源庫信息交互的準確率最低.由圖5可知，本系統不僅信息交互的準確率較高，同時性能比較穩定，信息交互的平均準確率高達95.5%，能夠準確獲取人體健康監測數據并進行信息交互.

4 結 論

本文針對接觸式健康監測系統資源庫的信息交互進行了設計，系統監測到的數據經過與資源庫中信息的交互，能夠給出科學、直觀的體征數據與健康狀況診斷結果，為用戶了解自身身體狀況提供科學依據.經實驗測試表明，接觸式健康監測系統資源庫信息交互用時約1.9 s，準確率高達95.5%，可用于接觸式健康監測系統中資源庫信息的有效交互.