特殊人群穿戴式監護系統

張秋鎮　林凡　楊峰　崔苗　張廣馳

摘 要：當前，我國在特殊人群管理方面依舊停留在傳統的人員監護模式上，由于特殊人群與監管人員比例不對稱，導致監護工作量大，人員信息在社區-監護機構-公安-監護人之間無法共享、同步，特殊人群容易出現丟失、肇事等狀況。而智能穿戴設備的興起及互聯網的飛速發展為特殊人群的監護提供了更加完善的解決方案，實現了人員的信息化，極大地便利了對特殊人群的監護與管理。

關鍵詞：特殊人群;監護系統;智能穿戴設備;定位;通信;生物感應

中圖分類號：TP27文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2020）07-00-03

0 引 言

特殊人群包括易肇事肇禍精神問題人員、涉毒人員、社矯服刑和刑釋解教人員等需要監護的群體。根據中國疾病預防控制中心2009年初公布的數據顯示，我國各類精神疾病患者人數在1億人以上。另有研究數據顯示，我國重性特殊人群人數已超過1 600萬[1]。其中僅有20%～30%被精神病專科醫院與公安安康醫院收治。即70%～80%具有肇事肇禍傾向的重性特殊人群可能流落于社會，成為社會治安的一大隱患[2]。

1 特殊人群監管的必要性及其解決方案

近年來，我國特殊人群惡性案件頻發。而在司法實踐中，與特殊人群惡性刑事案件高發形成鮮明對比的，是對特殊人群進行社會管理和救治的缺失和滯后。特殊人群刑事案件頻發應作為維護社會穩定的重點引起社會各界的高度關注[3]。

目前對于特殊人群的監管均是基于人力監督，需要耗費大量的社會公共人力及物力，一旦有微小的差錯便會造成不可預計的后果。由于監管缺失，特殊人群的現狀堪憂：受生活條件所限，目前絕大多數特殊人群處于無人管、無人問的狀況。從掌握的情況來看，90%的特殊人群雖然跟隨家人生活，實際上完全處于無人監管，聽之任之的狀況，很少接受正規監護管理或家庭主動參與監管[3]。作為特殊人群，對其管理直接關系到其他公眾的人身安全和社會治安的和諧穩定。因此，急需一個功能全面的特殊人群監護系統。

信息技術與傳統產業正迎來前所未有的融合機遇，以智能可穿戴設備為代表的新興信息產品與技術的發展和應用，推動了傳統領域服務與功能的全面升級。文獻[4]提出了一種應用于老年人的智能手環，其具備定位、摔倒報警、運動檢測、生命體征檢測等功能;文獻[5]提出了一種兒童可穿戴安全看護系統，可實現心率檢測、體溫檢測、位置監控等功能。由此可見，智能穿戴設備在人員監管方面已有應用，而本文的智能穿戴設備主要為特殊人群服務。本文以移動終端、定位芯片、生物感應模擬前端芯片作為媒介，基于大數據物聯網科技手段和云平臺技術，以更深入的智能化、更全面的互聯互通、更人性化的感知，實現以特殊人群定位、特殊人群信息及日常管理、監護人管理為核心的服務平臺，實現監護中心及各級單位、監護人對于特殊人群的快速定位、用藥情況查詢、尋找失聯人員、用藥提醒下發、大數據分析統計等功能，構建一個全方位的特殊人群管理云服務平臺。

2 特殊人群監管系統

特殊人群監管系統由監管端及被監管端組成。系統組成如圖1所示。

被監管端采用特殊人群定位腕表，該腕表是用于監護特殊人群的前端硬件設備，具有定位、人員追蹤、體征檢測、智能提醒、時間顯示等功能。

監管端為特殊人群定位管理云平臺。特殊人群綜合管理一體化云平臺主要實現了特殊人群信息管理、定位管理、統計查詢以及系統管理等功能。

2.1 特殊人群定位腕表

運用生物感應模擬前端芯片與多模定位技術開發具備體征檢測、特殊人群精確定位、深度防水、防拆卸的高可靠特殊人群定位腕表終端。終端硬件模塊構成：主CPU（MT250X+MT2511芯片組）、GPRS無線通信模塊、GPS定位模塊、WiFi定位模塊、電源管理、LCD液晶顯示、防拆檢測、天線、按鍵等，如圖2所示。

2.1.1 體征檢測與健康管理

在對特殊人群的監護過程中，對人員身體健康狀況的檢測不可忽視，不僅需要實時檢測，更需要長時間記錄，通過對記錄結果與現實行為狀況進行分析，進而通過分析結果對人員的病理進行評估及預計發病的可能性與時間頻率，以便做好預防應對工作。MT2511是一款高度整合的芯片，可同時采集心電圖（ECG）和光電容積脈搏波（PPG）發出的生物信號，精準收集脈搏數據，支持肌電圖（EMG）、腦電圖（EEG）、脈搏血氧飽和度分析（SpO2）和血壓分析等。MT2511配備聯發科技獨家內建的心跳間隔技術和4 KB SRAM以優化睡眠狀態下心臟速率監控的整體系統功耗，是一款專為健康、醫療管理而設計的芯片。運用高級程度的芯片取代傳統功能單一的模塊組合，最大程度縮小產品電路占據的空間。同時，MT2511相比傳統的心率檢測模塊、血壓檢測模塊等，能夠更加精確地實現對體征的檢測。

2.1.2 多模定位技術

定位主要用于尋找處于監管狀態下走失的人員，或對不處于公共監管下人員的一種行為監管。本佩戴終端采用基于北斗/GPS，LBS，WiFi多重混合定位技術的嵌入式位置信息服務終端，以保證定位精度在較為合理的范圍內。使用LBS基站定位，通過電信、移動、聯通等運營商的無線電通信網絡獲取用戶端所在位置數據信息;使用WiFi定位，依據終端設備搜索附近范圍內WiFi的MAC地址及信號強度值，解析WiFi的IP信息得出用戶位置，根據信號強度實現室內定位;GPS在室外能夠實現較為精確的定位。三種定位方式相輔，強化對不同環境條件下的適應能力，有助于提高定位精確度，同時在地理信息系統平臺的支持下，確認用戶位置。GPS定位模塊使用泰斗TD1030 GPS芯片實現GPS/北斗定位，TD1030支持多種衛星導航系統，具備全方位功能，能滿足不同行業定位的嚴格要求。主要實現終端用戶使用者的精準、實時定位，及數據信息采集，具有靈敏度高、尺寸小、成本低等優點。

2.1.3 通信模塊與數據交互

GSM/GPRS無線通信單元包括基帶處理器、信息存儲器、信息傳輸接口、信號收發單元等。該系統使用MT250X系列單處理器解決方案，搭配RF外接天線和射頻功放組成一套完整的無線信息傳輸系統，實現穿戴設備與云平臺的連接和信息交互。為了使數據在通信交互過程中更加安全可靠，設計終端與后臺的數據交互通信協議，對關鍵消息字段加密。同時制定消息的格式字段內容，方便對交互數據進行加密及解析。用戶端與平臺的數據交互使用Socket方式。Socket協議報文消息的組成：報文頭部 + 報文實體+ 報文結束符。

報文頭部：終端型號+IMEI碼+協議版本號+命令代號+消息長度;

報文體：隨機碼+信息內容（可變）;

報文結尾符：結尾符號＼r＼n。

2.2 特殊人群管理云平臺

特殊人群管理云平臺基于B/S架構構建，主要由特殊人群信息管理、監護人員管理、定位管理、統計查詢及系統管理等功能模塊組成，如圖3所示。

2.2.1 特殊人群信息管理

社區民警、監護人或相關部門監管人員可通過系統網頁平臺進行特殊人群的檔案信息錄入、更新及核實，保證數據的實時性及準確性。其中包括特殊人群檔案信息管理、幫扶信息、學習教育記錄等。主要記錄社區對人員的關愛幫扶情況、人員參與學習并接受教育的情況等。

2.2.2 定位管理

定位管理部分功能如下所示。

（1）即時定位：在特殊人群管理云平臺上可隨時查看特殊人群的實時位置。云平臺基于GIS系統的展現方式，在地圖上直觀顯示人員所處位置及附近的地理信息。

（2）軌跡回放：在定位平臺上，可查詢特殊人群在過去30天內的活動軌跡，包括對應的時間和地點信息。

（3）定時定位：特殊人群管理平臺可自定義人員在某些特定時間上傳定位信息。

2.2.3 系統管理

（1）系統參數：對報警提示、定位頻率、定位模式、拆卸報警、腕表振動時長等參數進行配置。

（2）角色管理：對平臺用戶角色進行配置，如市、區、街道辦、社區監護人員、派出所民警等。不同的角色對應不同的系統應用權限，根據實際需求進行配置。

（3）系統日志：記錄系統的操作日志，包括時間、操作內容及結果等。

（4）用戶管理：對平臺用戶進行新建、刪除、修改和查詢等操作。對用戶名、密碼、對應角色等信息進行配置。

3 原型系統的實現

已開發出的原型系統含特殊人群定位腕表終端和特殊人群管理云平臺兩部分。

特殊人群定位腕表終端原型系統的參數見表1所列。

4 結 語

本文從現階段我國特殊人群的管理現狀出發，了解現階段在管理方面存在的難題，借助當前發展較為迅速的可穿戴技術完成了對特殊人群更加人性化的監護，同時使得人員數據信息化，以便不同部門之間的數據交互及共享，降低了當前對特殊人群監護管理方面的難度及資源開銷。未來，將進一步完善監護系統的功能，最大程度將可能涉及的需求囊括其中。

注：本文通訊作者為張秋鎮。

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作者簡介：張秋鎮（1993—），男，本科，助理工程師，主要研究方向為嵌入式和物聯網等。

林 凡（1983—），男，碩士，高級工程師，主要研究方向為物聯網和智能化網絡等。