老年人宜居环境体系的系统设计与应用

于文彬，杜 融，肖 龙，成 博，关新平

（上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海 200240）

老年人宜居环境体系的系统设计与应用

于文彬，杜 融，肖 龙，成 博，关新平

（上海交通大学电子信息与电气工程学院，上海 200240）

随着中国进入老龄化社会，老年人的健康管理问题已经变得空前严峻。本文将物联网技术与老年人健康监护系统相结合，针对老年人痴呆和心脑血管疾病，设计出针对老年人的人体传感器网络、定位系统和智能报警系统。传感器将数据实时的传送到健康管理平台和疾病监测专家系统平台。通过这两个平台的支持，联合社区、医疗卫生机构，最终建立老年人宜居环境体系。

物联网；老年人健康；人体传感器网络；专家系统；老年人宜居环境

1 引言

随着社会经济的发展，医疗条件的完善，生活水平的提高，人口寿命的延长，老年人的健康服务问题日渐引起广泛的关注。在我国开展的老龄服务的工作中，健康服务是其中的一项重要内容，健康服务水平的高低直接影响了老年人的身心健康、生活水平。

根据有关数据表明，“十二五”时期，我国人口老龄化加速发展，人口老龄化形势更加严峻，将呈现出老龄化、高龄化、空巢化加速发展的三个新特征。到2015年，我国60岁以上老年人口将达到2.16亿，约占总人口的16.7%，年均净增老年人口800多万；年均净增高龄老人100万，增速超过我国人口老龄化速度，同时空巢化进一步加剧。城乡空巢家庭超过50%，部分大中城市达到70%；农村留守老人约4000万，占农村老年人口的37%，老年人照料问题日益突出。到2030年，中国65岁以上人口占比将超过日本，成为全球人口老龄化程度最高的国家。到2050年，社会进入深度老龄化阶段。

本文试图将物联网技术与老年人健康服务系统相结合，通过健康管理平台和防病监测专家系统平台的支持，联合社区、医务卫生机构，建立老年人宜居环境体系。

2 系统架构

老年人宜居环境体系系统架构如图1所示。

图1 老年人宜居环境体系系统架构

2.1 人体无线传感器网络

无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）在医疗健康领域具有广泛的应用前景，在疾病监护、灾害中伤员的应急救护、远程医疗、家庭护理等多种场合将发挥重要的作用。低功耗的芯片级射频技术IEEE 802.15.4无线个域网（Wireless Personal Area Network，WPAN）标准可以有效解决存在的设备贵、代价高和功率大等问题，为建立人体区域的可穿戴的医学传感器网络提供无线传输平台。主要研究基于Body Sensor Network的老年人身体数据收集及其定位与跟踪，通过GPRS上传至监控室，致力于社区、医院老年人的身体监测以及跟踪，保障老年人的健康。

2.2 定位系统（室内室外）

很多突发性疾病如心脏病、脑溢血等，发病后需要在短时间内得到救治，这就要求要对老人进行实时的、精确的定位，并将位置信息转换成便于用语言描述的特征点，如路名、门牌号、标志性建筑等等，当自动报警时，可以报出准确的、易于理解的地址信息。

2.3 报警系统

智能设备在监测老人身体各项参数的同时，也会实时地分析老人目前的身体状态。在检测到身体参数出现异常时，会提示被监测者停止运动，原地坐下或躺下休息；当出现危险情况时，报警系统会启动向家人、医生或者急救中心拨打电话。拨通后，自动向对方语音播报老人当前位置与身体参数；同时也会向周围的人发出求助信号，使老人在最短时间内得到救治。另外，报警系统还可以监测老人行走的稳定程度以及站立、坐下、跌倒等行为。

2.4 健康监护系统

由于本系统以老年人为服务目标，所以设计研发一套针对老年人的健康监护系统。主要包括以下几个部分：

1）在被监护者身上佩戴各种身体状况监测的无线智能设备，如脉搏、血压、体温等等。这些设备可以将测量的数据存储起来，当连接到医院、疗养院或者家庭的基站，将数据上传，供日后查询。

2）智能专家系统，可以根据被监测者的身体状况建议佩戴者服用的药物以及药量；也可以提醒服药时间、体检时间、对老年期痴呆和老年心理行为问题的早期识别与预警等等。

3）认路辅助系统，可以根据当前位置语音提示老人如何回家、去医院等等。

2.5 老年人健康服务分布式管理软件系统设计

本项设计老年人健康服务平台的分布式管理软件。该软件平台易于操作，具有友善的用户界面。能够及时地收集老年人在其家庭、小区、医院等地方建立的数据采集终端发布的身体健康状况信息、地理位置信息等重要信息。同时，该软件需要对这些海量的数据进行有效地存储与共享，使其自身、家人、所在小区居委会、医生等关注其身体状况的人员能够及时方便地知道老年人的近况及历史数据，从而顺利地为其展开合适的服务。系统需要采取一定的加密措施，以保证私密数据的安全性，同时保证系统能够安全、稳定地运行。

2.6 老年宜居环境体系

为了打造“老年温馨家庭”、“老年宜居社区”等一系列老年宜居环境体系，需要关注老年人的特殊需求。平台需要通过建立完善的服务评价标准体系，有效地收集老年人对现有服务主观上的满意程度，也需要收集服务对老年人身心健康状况的客观作用，从而对服务质量进行真实有效地反馈，并评估有待开展的老年人服务项目，从而进一步增强功能、完善各种服务，提高服务质量。平台的数据也为政府部门把老年人宜居环境建设纳入城市总体规划提供必要的参考。

3 系统关键技术

3.1 老年人人体传感器网络的路由协议及数据传输方式

适用于人体传感器网络的星型拓扑网络由一个网络协调器和若干设备组成，使用两种信道接入机制，即无时隙CSMA／CA和时隙CSMA／CA。IEEE 802.15.4协议支持低功耗设备以较低的速率在0 m－10 m的范围内传输数据，并详细规范了物理层（PHY：Physical Layer）与媒体接入层（MAC：Medium Access Control sub layer），该协议的2.4 GHz频带包括16个信道，每个信道的速率都为250 kbps，较适合医学传感器网络数据传送速率的要求。

3.2 老年人人体WSN性能及传输需求分析

人体WSN的范围为人体区域，是WSN的最基本组成部分。人体WSNs由部署在人体上的各种医学传感器节点和中心节点组成，传感器负责采集各种人体生理信号，并通过短距离无线射频发送到中心节点。中心节点处理并存储这些数据，通过无线通信方式把数据传给相关医护人员工作站上进行进一步诊断。网络一般采用星型拓扑，数据流量大都为上行，即发送到中心节点。局域WSN的范围为一个医院、疗养院和社区等其他需要对其人员进行医学监护的单位。

3.3 老年期痴呆和老年心理行为问题的早期识别与预警

研究老年人痴呆的早期识别与预警指标，包括社会心理学指标、神经心理学指标、生物标志指标和神经影像指标来对其身体状况进行识别与诊断，使其防治重心前移。

3.4 老年人心脑血管疾病检测、预防

研究老年人心脑血管疾病早期检测与预防手段，通过大量的数据进行模型建立与分析，同时通过平台建立的远程医疗进行远程心电检测会诊。

3.5 室外GPS＋GPRS无线节点的开发与应用

在室外通过GPS可以实现准确定位，定位误差小于10m。通过GPRS或者3G网络可以将位置信息传送的服务器上进行处理。

在室内或者室外GPS信号受到遮挡时，通过前期采集的位置信息、行走速度和目的地等信息，利用极大似然的估计方法，可以得到老人当前最可能的位置。在计算过程中还会用到多信息融合的方法，将冗余的信息去除，保留价值高的信息，最大程度地得到精确的位置信息。

3.6 老年人健康服务分布式管理软件系统

老年人健康服务平台的分布式软件管理系统应充分考虑其各子系统的信息共享与存储问题，采用集中管理、操作和分散控制相结合的模式，保证各子系统自身运行的稳定和效率，保证整个软件系统的稳定性、可靠性和智能性。

3.7 老年宜居环境体系

为了建立完善的服务评价系统，收集老年人对服务的主观评价以及服务对老年人的客观作用，从而关注老年人的特殊需求，打造老年宜居环境体系，需要提高反馈信息的可信度、扩展信息反馈的途径，拟在家庭、社区、医疗机构等地方进行实时反馈。同时平台在通过网络、图表等形式直观、实时、真实地公布反馈信息，并依次对各个服务平台进行优化管理和功能强化。

4 总结与展望

基于上述几点考虑，综合家庭、社区及医疗卫生机构的老年人健康服务系统，构建基于“物联网”技术的共性管理与服务支撑平台。平台具有以下特色的功能，体现了未来的发展方向。

（1）注重数字化的采集与存储。如利用一系列健康指标无线传感器，并组成人体传输器网络，以供健康服务使用。

（2）注重网络层面建设。包括人体传感器网络，以及远程服务网络等。使老年人随时随地都能享受到健康服务平台给予的实时健康状况检测，位置信息查询，电子保姆及紧急救助等服务。

（3）注重平台功能完善建设。如基于数据库的分布式管理平台建设，包括家庭、社区以及医疗机构的子服务平台，为不同类型的老年人提供不同类型的健康服务。不断提高服务质量与增强平台功能。建立友好的用户操作界面以及直观的数据显示界面，使服务更易被用户接受，方便用户的推广。

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Design and application for the system of the convenient and livable environment system

YU Wen－bin，DU Rong，XIAO Long，CHENG Bo，GUAN Xin－ping

（SchoolofElectronicInformationandElectricalEngineering，ShanghaiJiaoTongUniversity，Shanghai200240，China）

With becoming an aging society in China，the health management for aged people is becoming more severe.In this paper，IOT（Internet of Things）is combined with health care system for aged people.Against elderly dementia and cardiovascular diseases，body sensor networks for aged people，the location system and intelligent alarm system are designed.The real－time sensor data is transmitted to health care management platform and disease monitoring expert system platform.Supported by these two platforms，as well as the community，the health care institutions，the convenient and livable environment system is established ultimately.

Internet of Things；Health care；Body sensor networks；Expert systems；The convenient and livable environment system

TP393

：A

1001－9383（2011）03－0010－04

2011－06－30

于文彬（1983－），男，博士，主要研究方向：基于物联网的智慧社区研究.