智能健康助眠系統的研究與開發

裘珊珊 曾歷 瞿瑋 符珂

【摘? 要】現如今，睡眠健康問題已成為社會談論的焦點問題。調查研究顯示，全球約1/3的人或多或少地經歷過或正在經歷失眠等睡眠障礙。不健康的睡眠習慣會誘發一系列的身心問題，進而影響工作學習生活。該系統通過智能化的管理與輔助，借助數字化的手段將用戶的睡眠狀態記錄下來，并有針對性地給出助眠方案，從而達到緩解睡眠問題的目標。論文先從現有技術方面進行分析，介紹了睡眠監測的技術支持，而后在需求方面對整個程序的功能性及非功能性需求的分析研究作了詳細介紹，繼而對整個系統的設計與實現作出了詳細的闡述。

【Abstract】Nowadays， the problem of sleep health has become the focus of social discussion. Research shows that about a third of the world's population has experienced or is experiencing a sleep disorder such as insomnia at some point. Unhealthy sleeping habits will cause a series of physical and mental problems， and then affect work， study and life. This system through intelligent management and assistance， with the help of digital means to record the sleep state of users， and targeted to provide sleep assistance program， so as to achieve the goal of alleviating sleep problems. This paper firstly analyzes the existing technology， introduces the technical support of sleep monitoring， and then analyzes and studies the functional and non-functional requirements of the whole program on the demand side in detail， and then elaborates on the design and implementation of the whole system.

【關鍵詞】睡眠健康;智能化;助眠

【Keywords】sleep health; intelligent; sleeping

【中圖分類號】TP212.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）10-0158-02

1 研究背景

人的一生大約有1/3的時間是在睡眠中度過的，睡眠對于人的記憶力的鞏固和整合、身體各項機能的恢復有重要作用。研究表明，睡眠不足會導致免疫力功能障礙，慢性疾病和新陳代謝紊亂。據調查，全世界范圍內約有1/3的人存在睡眠問題。這其中，青年人的睡眠問題尤為嚴重，由于生活節奏越來越快，壓力不斷加大，青年人睡眠問題頻發[1]。中國睡眠研究協會日前發布《2017中國青年睡眠狀況報告》中指出，“睡個好覺”現已成為青年們的奢望[2]。76%的受訪者表示入睡艱難，只有24%的受訪者表示睡眠情況不錯，一覺睡到天亮的只有11%。僅有5%的受訪者作息時間規律，而93%的受訪者睡前玩手機。

正是由于睡前手機的使用率極高，而大多數人無法戒除“睡前手機癮”，針對該問題，論文設計并開發出這一套睡眠健康管理系統。通過對人們睡眠問題的研究，設計出舒緩睡眠的音樂鋪助工具;通過對用戶睡眠規律的記錄分析，為用戶制定并培養良好的睡眠習慣;通過對界面的色調及動畫設計，協助用戶進入睡眠狀態，以達到輔助睡眠的效果。本系統對于改善睡眠質量、提高睡眠效率、促進身心健康具有現實意義。

2 睡眠檢測依據

對于睡眠狀態的檢測，本文將心理治療、藥物治療、物理治療等運用于智能APP，使系統更加科學合理。對于本系統的睡眠監測功能，論文采用幾個檢測方法的組合進行。

2.1 陀螺儀

依靠陀螺儀內部陀羅輪子的角動量，及其不依從方向改變的特殊屬性，由于陀螺效應，它的軸始終與初始方位平行，根據其在初始方向上的偏差，可計算出實際方向。手機陀螺儀也是一個構造十分精密的芯片，包括超微小的陀螺在其內部，其測量的參考標準是內部中間在與地面垂直的方向上進行轉動的陀螺依靠設備與陀螺的夾角計算得到結果[3]。根據陀螺儀檢測角度發生的偏差可判斷用戶的睡眠狀態，但還需作進一步判斷。

2.2 運動檢測

用來檢測手機收到的加速度方向及大小的工具，我們叫線性加速計，由于手機靜置的時候只感應重力加速度，故也稱為重力感應。重力感應是根據內部測量組件在各個方向上的受力狀況來判斷。它的強項在于檢測計量設備的受力狀況，對設備相對外部參考物的運動時長更擅長[4]。通過重力加速度來檢測手機是否處于靜置狀態是較為準確的。

2.3 亮屏及解鎖檢測

當用戶進入睡眠狀態后，實時監測手機是否處于亮屏狀態。在此狀態下對手機是否解鎖作出判斷，從而得知用戶是否正在使用手機。

綜合上訴，只有滿足上訴的3個條件，我們才認為用戶大概率處于清醒狀態。

3 系統設計框架

系統預采用三級架構，前端界面開發與接口借入采用Unity3D開發引擎;后臺控制程序編寫，函數封裝采用C#語言，且后臺為本程序鏈接前端與服務器數據交互的一個橋梁，服務器接入后，系統產生的數據交互在服務器端完成[5]。

3.1 基于Unity開發

本系統采用Unity引擎開發，系統共完成設計部分后，使用Unity來完成前端界面及接口的設計與制作，依靠UGUI技術完成，主要有以下幾點優勢。

3.1.1 創建速度快

在不編輯任何代碼的前提下，就可以快速且簡單地在系統中建立起一整套的UI界面。Unity中預定義了很多常見的UI控件，它們以獨立的對象的形式存在于界面之中，而預定義里的UI控件包括了大部分用戶所熟知的UI控件，方便拉取。

3.1.2 直觀，易于使用

對于UI控件，開發者可以直接使用鼠標在視圖中改變它的位置、大小和旋轉角度，而無須編輯任何其他代碼，整套UI設計編輯下來十分輕松，即使是新手也能很快入門。

3.1.3 效果好，效率高

通過對紋理圖集、批處理和新的Canvas組件的支持，Unity的UGUI系統提供了一個已經優化的解決方案，使得開發者添加到系統中的UI可以迅速地被GPU執行繪制。并且在Unity支持的一切硬件平臺上，DrawCall能夠降得很低，同時效率與效果依然能夠維持在很高的水準之上。

3.2 系統的交互界面設計

前端主要控制用戶界面的布局及響應事件的添加。Unity3D作為游戲開發工具，在3D游戲開發方面有著得天獨厚的優勢，而其所特有的UGUI又讓2D應用的開發更加便利，可視化的布局設計大大地減輕了系統開發的工作量[6]。

前端開發用戶界面，根據手機分辨率，自動調整畫布大小，既滿足了主流手機的分辨率要求，又普適了其他小眾手機。而界面上的其他控件，包括輸入框、按鈕、圖標等一系列控件，只需在層級Hierachy面板中創建出來，可以方便地設置控件各個屬性，調整控件的大小、位置、旋轉角度等屬性，設置合適參數。此外，更改控件的Image屬性值，還可以更換圖標，使得界面布局便一步步向設計圖靠攏了。

3.3 后臺程序控制

后臺為程序連接前端和服務器的一個重要橋梁。通過對前端控件的控制，將用戶數據接收后，利用From表單提交數據請求，通過數據庫連接池，繼而將數據向服務器端傳輸，而服務器端接收到數據后，請求數據庫鏈接，將數據存入相應表格中，服務器將數據處理結果通過json編碼的方式返回客戶端后臺，后臺便可接收到數據處理結果[7]。

4 系統的現實意義

智能健康助眠系統是一款針對于睡眠困難人群，緩解失眠，幫助失眠的智能系統。系統收集用戶的入睡及結束睡眠的時間，并在睡眠期間對周圍環境聲音分貝進行提取檢測，綜合以上數據，給用戶提供一個切實可用的助眠意見。此外，用戶通過睡前收聽催眠曲和瀏覽助眠小貼士咨詢等信息能夠進一步達到助眠的效果。系統的核心在于，除普通物理助眠手段之外，還添加了智能數據分析功能，數據庫存儲用戶每一次的數據信息，高效地捕獲、存儲、分析和管理數據，使得系統更加精準地服務于用戶，迎合了數字化時代的需求。

【參考文獻】

【1】李燕燕.拯救睡眠——謹以此文獻給我國正在發展中的心理健康事業[J].北京文學（精彩閱讀），2019（04）：52-75.

【2】吳執軍，張忠漢，卿尚云.正確的睡眠才能保證健康[J].中外健康文摘，2012，9（49）：406-407.

【3】田明.手機中應用的傳感器[J].黑龍江科技信息，2013（28）：39.

【4】金云水.淺析主流體感互動設備在交互作品中的應用[C]//全國新媒體藝術系主任/院長論壇.中國圖學學會;教育部學位辦，2011.

【5】DanielSolis.C#圖解教程[M].北京：人民郵電出版社，2009.

【6】顧文佳.UI設計中用戶交互體驗的視覺思維[D].杭州：中國美術學院，2012.

【7】王珊，薩師煊.數據庫系統概論[M].北京：清華大學出版社，2006.