物联网助力营养工作发展

王 烨，于欣平，赖建强

(中国疾病预防控制中心营养与健康所，北京 100050)

物联网助力营养工作发展

王 烨，于欣平，赖建强

(中国疾病预防控制中心营养与健康所，北京 100050)

作为多种高新科技跨学科联合运用的结晶，在国家产业升级和创新驱动发展战略的引导下，物联网正在快速融入工作和生活的方方面面，其“万物互联”的特性能够大幅提升营养工作的信息获取能力，解决营养工作信息获取“最先一公里”的困局，为精准化营养工作奠定基础。

物联网；营养工作

物联网(Internet of Things，IOT)技术是21世纪信息通信技术(ICT)飞跃发展的重要成果。据估计，2020年全球物联网设备数量达到240亿，是我国“互联网+”战略的重要组成部分和“国家重大科技基础设施建设中长期规划(2012—2030年)”中的建设重点，标志着万物互联的时代正在开启[1-7]。近年来，物联网在健康领域的应用发展迅速：无线身体区域网络(WBANs)是许多附着于人体或衣物内外的传感器，可以监测身体活动和健康参数[8-10]；米兰的“未来城市生活实验室”设计了一种基于物联网的生活服务，可以促进健康生活方式的形成[11]；而物联网、大数据、云计算与智慧建筑的结合更可以提供实时的医疗信息反馈[12]。在我国，基于物联网技术的多种可穿戴智能设备已逐渐融入了大众的生活，能够随时获取个体的健康相关信息，综合运用于健康和慢病管理[13-16]。

物联网作为互联网的网络延伸和应用拓展，实现了对物理世界的感知识别、实时控制、精确管理和科学决策，与新时期营养工作的需求不谋而合。如何将物联网技术与营养工作深度融合，是营养工作信息化、精准化的必要举措。

1 营养物联网的基本架构

1.1 建设原则

1.1.1 可扩展性 可扩展性指营养物联网需要具备能够扩展(或减少)自身功能的能力。随着国民对健康的重视和相关技术的发展，各种新设备、新技术都会被不断引入或退出系统，其节点数目也会产生很大变化。为了保证这些情况下系统的稳定性，在设计时就要求营养物联网需要具备良好的可扩展性，能够适应未来网络、设备及用户的扩展和变化。

1.1.2 可共享性 可共享性有两层意思。一是营养物联网感知层采集到的信息必须具有可重复利用性，应该能够便捷地应用于各类健康系统或工程中，实现资源的高效利用，意味着各种信息编码必须要标准化、系统化，不能是各功能组块“九龙治水”的模式。更进一步的是，根据《健康中国2030规划纲要》和《关于促进和规范健康医疗大数据应用发展的指导意见》要求，积极响应国家号召，主动与国家有关部门对接，将营养信息作为国民健康信息的重要组成部分，纳入居民健康信息统一管理。

1.1.3 安全性和可靠性 安全性和可靠性同样具有两层意思。安全性和可靠性是网络体系的基本要求，尤其是健康行业，对于数据的可靠性要求更为严格。另一方面，营养物联网采集和传递了大量个人健康和环境信息，在系统构建之初就需要予以高度重视和考量。

1.2 网络架构

参考互联网及农业、卫生等行业经验[17-20]，根据营养工作的实际需求，营养物联网可分为四层：感知层，是联系物理世界和信息世界的纽带(RFID、传感器、GPS等)；网络构建层，将感知到的数据接入互联网(互联网、移动互联网、无线局域网等)；管理服务层，将传输来的大规模数据组织分析，以供上层利用(营养云平台、营养大数据、LIMS等)；综合应用层，连接到具体用户，实现万物联网的目的(自动化营养监测、精准化营养干预等)(附图)。

附图 营养物联网基本架构设想

2 物联网各要素与营养工作的深度结合

2.1 感知层

2.1.1 RFID RFID是无线射频识别技术的简称，利用射频信号通过空间耦合(电磁场等)实现无接触信息传递，并通过所传递的信息达到智能识别的目的。RFID在国外工业界已得到了广泛运用，国内最广为人知的引用是第二代身份证。RFID最为重要的功能是为每一个物体打上标签，使其能够被自动识别。目前我国已有了基于RFID的社区和老年健康服务的尝试[14，21]。在营养工作中，无论是对于目标人群个体的身份识别，还是其选择的食物、饮料和预包装食品，甚至是餐具、运动器材、物流或交通工具，都能够通过附着RFID的方式得到自动识别，方能纳入整个后续管理系统。

2.1.2 传感器(传感网络) 传感器的出现至今已有130余年的历史，分为热敏元件、光敏元件、力敏元件等很多种类。传感器本身并不能称之为物联网设备，只有加上了通信模块，具备了通信的传感器才能成为传感网络的节点。事实上，目前所有的环境、健康监测及可穿戴智能设备都是基于一种或多种传感网络的应用。传感网络能够极大增强人们对外部事物的感知的能力和准确性，是精准化、科学化营养工作的基础。

传感器的联合运用能够为营养工作带来跨越性发展。在体格检测方面，心率带、电子血压计等各种可穿戴/智能设备早已为人所熟知，电子温度计、气压计等也得到了广泛运用；在膳食调查方面，已出现了基于计算机图像处理技术的膳食评估技术，能够直接通过手机拍摄的就餐食物图片和距离等信息实时自动计算食物的摄入量，其准确率也在逐步提升[22-27]；在身体活动记录方面，除了智能手环、手表等常规设备外，微软公司开发了一种集成相机、被动式体温传感器、多轴加速度传感器等一系列传感设备，用以长时间自动记录使用者的生活记录[28-30]。这些技术的联合运用将有助于将传统的“被动”抽样营养调查发展为“主动”的全样本实时营养监测，大大提升营养工作的时效性。

实验室检测是营养工作的基本要素之一。实际上，现代实验室中各种简单或复杂的仪器也是大量传感器的集合体。根据物联网“万物互联”的特性，我们可以把每一台仪器假设为一个独立的传感器，通过恰当的信息通信方式将采集到的数据接入系统，使其真正成为营养物联网的传感器节点。

2.1.3 定位系统 定位系统是提供“基于位置的服务”的基础。全球卫星定位系统(GPS)是世界上最常用的定位系统，借助于A-GPS、蜂窝基站定位、Wifi定位等辅助手段，能够为使用者快捷、准确地提供位置信息。对于营养工作而言，在定位系统提供的位置信息背后，实际上承载了地理位置、处于该位置的时刻、处于该位置的对象，即“时间、空间、人间”的三间分布要素。利用这些信息，方能在特定的时间因地制宜、因人而异地提供个性化的营养服务

2.1.4 智能设备 随着技术的发展，平板电脑、智能手机等智能设备迅速普及，使得人们可以随时随地地接入互联网，也是信息化营养工作开展的基础。目前，已有基于平板电脑的膳食面访系统已经在工作中得到试剂应用[31-32]，且尚有巨大的开发潜力。

2.2 网络构建层

2.2.1 互联网与移动互联网 2014年我国移动用户渗透率为94.5%，3G、4G用户呈上升趋势[33]。移动通信技术是物联网时代的基础，物联网系统中的信息正是由它传导。相比于固定化的互联网，移动互联网使得感知层的各种设备能够真正“随时随地”地接入网络。尤其是正在研发推广的下一代(5G)移动通信技术，针对大规模物联网设备高效接入的要求，具备了更高链接密度时优化的信令控制能力，能够成为物联网终端信息传输的有效平台[34]，为今后营养物联网设备的大规模运用奠定了通信基础。

2.2.2 无线接入技术 如果说互联网是物联网网络架构中用于大容量数据通信的“主干道”，那么实现“通往家门的小路”的就是各种无线接入技术。我们所熟知的WiFi、蓝牙，以及智能设备常用的Zigbee协议等，都是常用的通信方式，营养工作需要监测对象的体格、行为、食物摄入及环境等指标，在涉及多种不同的无线传感设备的同时，还需确保数据传输的安全性和可靠性。上面这些物联网接入设备各具特色，并没有哪一种技术能够“全面优于”其他技术，需要在实践中根据不同的应用场景需求进行选择。

2.3 管理服务

2.3.1 营养大数据与云平台 我国大数据产业发展已具备一定基础，正在努力实现从“数据大国”向“数据强国”的转变[35]。大数据的分析有赖于云计算，以及SaaS、PaaS、IaaS等云服务[36]。建立营养云平台可以有效提高信息收集效率，将人群数据和个体信息进行有机融合。再通过云端应用程序、APP 等直接向用户提供经过处理的结果性数据[37]。

2.3.2 实验室信息管理系统 实验室信息管理系统即LIMS，是通过对样品检验流程、数据分析、报告、实验室资源等要素的综合管理，按照标准化实验室管理规范，建立符合实验室业务流程的质量体系，实现实验室信息化管理[38]。为了实现对实验室质量体系的信息化管控，现代LIMS系统能够接入各种信息化实验仪器和针对样品、环境、实验流程监控设备，使得各个孤立的仪器成为了营养物联网的传感器节点，同时还能够在服务器和云端进行自动化管理和质量控制，确保了检验流程、方法和实验数据的质量。

2.4 综合应用层

营养物联网能够极大促进监测、干预、指导等各项营养工作。通过物联网传感节点提供的大量环境和健康大数据，高效汇总至云端，在经过处理后可以为个人提供个体化营养健康状况和干预信息。同时，这些信息纳入个人健康档案后，能够为医疗卫生机构实时提供准确的个体和人群健康信息，有助于开展医疗救治和相关干预活动。此外，营养物联网的建立也有助于为政府决策提供科学的数据支持，助力相关政策的出台和“健康中国2030”的实现。

3 相关标准

ISO、IEEE等机构已经逐步建立了物联网相关标准体系，其中也包括了针对物联网健康设备的标准。最具有代表性的就是ISO/IEEE 11073 健康信息—医疗/健康设备通信标准系列。该标准系列分为两部分，针对临床健康监控的POC(Point-of-care)系列和针对日常健康管理的PHD(Personal health device)个人健康设备系列。其中PHD系列与营养物联网关系密切，包含了体重、血压、血糖、体脂、身体活动等方面相关物联网设备的规范。标准是质量的基础，在建立营养物联网的过程中要防止闭门造车，积极采用甚至提出相关标准，确保真个物联网系统及其信息的质量。

4 结论

目前，我国正在经历新一轮创新驱动下的技术革命，各种新技术的迭代和应用远远超过过往的任何一个时期。另一方面，营养信息化建设是营养学与信息技术的交差学科，所采用的新技术、新思路，对于营养工作人员来说并不熟悉；另一方面，信息工作人员对各种新技术了然于心，却缺乏必要的营养健康知识。如何加强双方沟通，甚至于建立两个领域的互通机制，使得营养工作能够适应新形势下社会和国家的需求，是需要在营养工作信息化顶层设计时必须考虑的问题。物联网作为新一代ICT技术的代表，更是需要做好顶层设计，广泛开展调研，创新工作模式，明晰技术需求，探索培养健康信息化复合型人才。在具体实践中，尽管仍有许面临多挑战需要解决，但机遇远远大于挑战，营养工作者应该主动加深与信息和互联网行业间的合作，充分发挥物联网等先进技术的积极作用，做好顶层设计，使我国的营养工作更上一个台阶。◇

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(责任编辑 李婷婷)

The Internet of Things Contributes to The Development of Nutrition Work

WANG Ye，YU Xin-ping，LAI Jian-qiang
(National Institute of Nutrition and Health，CDC，Beijing 100050，China)

The application of Internet of Things technology in nutrition work，combined with the development of relevant standards，could solve the nutritional information to obtain “the first one mile” dilemma to lay the foundation for the refinement of nutrition work.

Internet of Things(IOT)；nutrition work

王 烨(1986— )，男，硕士，研究实习员，研究方向：营养学、卫生管理。

赖建强(1969— )，男，博士，硕士生导师，研究员，研究方向：营养学。