基于動態情緒識別的老年公寓系統

馬林濤， 王淑娟， 仇志磊， 崔寶著， 崔玉玲， 房立琰

（德州學院 能源與機械學院， 山東 德州 253023）

0 引 言

現如今，中國社會老齡化程度正在加深。 據了解，老年公寓目前大多都采用人工管理，管理起來相對復雜，工作效率也不高。 隨著時代的發展，中國老年人口數量也在增加，又因受到時下快節奏的工作和生活狀態影響，有很多老人都會選擇離開子女進入養老院來安享晚年生活，所以利用最新技術打造智能化、人性化的老人看護新模式迫在眉睫。 對此，將展開研究論述如下。

1 整體設計

老年公寓智能管理系統集多功能于一體，可以確保老人身心健康和人身安全，同時針對老人面部表情分析情緒狀態、并及時反映給家屬，記錄查詢老人每天身體情況。 智能語音助手輔助家屬了解老人心理健康情況，該裝置還可以實現語音對話、語音指令的識別功能，利用熱釋紅外傳感器識別人體圖像，進行人機對話、GPS 定位、煙霧報警、溫濕度檢測，老人遇特殊情況緊急呼叫，對老人加以看護和豐富老人的娛樂生活等功能。 對于老人不同情緒狀態，可以發放到老人家屬的手機上。 對老人情緒狀態的及時了解、反饋，不僅能對老人做到及時關心、密切關注，還能保持老人心態平和、及樂觀態度，使其對生活充滿希望，進而確保老人身心健康。 該系統設計框架如圖1 所示。

圖1 裝置工作框圖Fig． 1 Working block diagram of the device

2 系統功能設計

2．1 動態情緒識別

研究可知，老人常會表現出4 種基本情緒:開心、難過、生氣、害怕，為了便于管理人員及其家人得知老人的情緒狀態，及時關愛、關心老人，了解老人的生活。 將一種用于行為識別的時空局部描述子HOG3D 應用到基于視頻序列的動態表情識別中。動態序列表情識別是指對一系列連續變化的面部圖像序列進行識別，標記其所指定的表情類別，主要是以上4 種基本情緒。 為了高效地實現基于離線視頻序列的表情識別，捕捉到老人的實時面部表情，就可做到對表情視頻序列的實時精細化識別。

首先， 是獲取圖像并執行面部檢測，捕捉并提取具有面部的動態情緒圖像部分。 針對所提取的面部表情在比例和灰度上不均勻，將圖像統一重塑為標準大小，實現圖像預處理功能。 然后，利用卷積神經網絡將提取到的面部表情進行分類，得出該面部表情的結果。

通過攝像頭捕捉到老人的實時面部表情，經過算法分析，利用GSM 模塊將老人的情緒狀態結果發送給管理人員及其家人的手機上，從而得知老人實時的情緒狀態。 所以在需要時，該功能則可幫助疏導老人心理健康，有效調節老人的情緒狀態。 動態情緒識別基本框架如圖2、圖3 所示。

圖2 動態情緒識別基本流程Fig． 2 Basic process of dynamic emotion recognition

圖3 動態情緒識別基本框架Fig． 3 Basic framework of dynamic emotion recognition

2．2 語音指令識別

WTK6900G-B01 語音識別模塊是由本地語音觸發引擎的離線模塊，這是一款具有低成本、高可靠性和高通用性的語音識別模塊，實現了更遠距離的喚醒，以及兼具更高可靠性的喚醒識別率以及更豐富的語音控制指令條數等功能。 該模塊與單片機的輸入輸出口相連，控制老年公寓室內的智能家電、智能照明和智能家居等，同時還能夠與老人進行人機交互，在一定程度上緩解老人的情緒。

2．3 火災預警

使用NIS-07 離子煙霧傳感器檢測室內空氣質量，進行火警預警，保證老人良好的居住生活環境，同時也保障了老年公寓內的一些公共場所實施禁煙的可行性。 當該檢測器一旦發現有人吸煙，將會發出警報。 該傳感器內部具有微量的人造放射性物質，高性能、低活性的電離室保證了該傳感器輻射性低，具有安全性、更好的穩定性、及耐腐蝕等功能。

2．4 溫濕度檢測

溫濕度檢測效果如圖4 所示。 通過DTH11 模塊測量室內和室外溫度，從而為老人健康生活提供有益參考。

圖4 室內溫濕度檢測圖Fig． 4 Indoor temperature and humidity detection diagram

2．5 緊急呼叫

設計原理如圖5 所示。 該裝置將會放置呼叫器于老人的床頭以及衛生間，當老人需要緊急呼叫時，按下紅色按鈕，會通過GSM 模塊發送緊急短信至護士站和家屬，并及時送至醫院接受治療；按下綠色按鈕將會給護士站發送求救信息，這樣護士站的護士就會及時提供幫助。 該系統不需要老人記住任何電話號碼，只需要按下對應的紅色或者綠色按鈕，尋求對應的幫助，從而保證老人在老年公寓的健康生活需求。

圖5 GSM 原理圖Fig． 5 Schematic diagram of GSM

2．6 GPS 定位報警器

在某些情況下，還可能會出現老年人摔倒現象，而老人摔倒后一旦處理不當將會造成嚴重后果。 因此實時了解老人的行為狀態十分重要。 研究給出的GPS 定位報警器電路設計如圖6 所示，報警信息圖片如圖7 所示。 傳感器通過跌倒識別、檢測并定位老人的位置信息，通過STC12CSA60S2 對數據進行處理，同時指令GSM 模塊把信息發送到指定手機號上，例如:監護人電話號碼、醫院急救車電話等。GSM 模塊的SIM900 能給監護人或看護人員發去老人摔倒位置信息，使摔倒老人及時得到救助診療，從而將摔倒后的不利后果降至最低。

圖6 GPS 定位報警器電路圖Fig． 6 Circuit diagram of GPS positioning alarm

圖7 報警信息圖片Fig． 7 Alarm information picture

3 結束語

當今，老年公寓的數量也在逐漸增加。 只是，老年公寓現如今大多仍是采取人工管理模式，管理起來相對繁雜。 而對老年公寓的管理質量將直接影著老年公寓中老人的健康以及心理，因此亟需建立更加舒適的管理模式。 本文設計研發系統經過仿真得知，該系統集多功能于一體，具有一定的創新性，更加有利于掌握老人的心理及健康狀態，同時也為護工的管理提供了便利條件。 現已表明，本文研發成果具有較強的市場前景以及可行性。