物联网技术在青少年健康生活中的应用

陈天泽

摘 要：到2020年，我国青少年预计达到2.2亿人口，青少年的健康成长直接关系到国家的未来，越来愈多的人投入到关心青少年健康成长的队伍中。据中国学生体质与健康调研显示，中国学生的形态发育水平不断提高，营养状况得到改善，常见病患病率持续下降。但是，耐力、力量、速度等体能指标有明显下降趋势，特别是视力不良率居高不下，城市超重和肥胖青少年的比例明显增加，严重影响青少年的健康成长。物联网技术被喻为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次革命浪潮。随着物联网技术的不断完善，以及在其他领域的成功应用，把物联网技术应用于青少年健康成长服务中，不仅可行而且很有必要，通过提供预防青少年近视的应用、检测青少年身高体重和关联营养学的体重计，以及采集青少年的活动记录。这些物联网应用能实时监测青少年的行为习惯和身体状态，上传数据到分析平台，利用大数据智能算法，提出对青少年有利的建议，从而助力青少年健康成长。

关键词：青少年健康；物联网；健康平台

中图分类号：D669.6 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）21-0040-03

1 背景技术的介绍

1.1 物联网的定义

物联网的英文名称为Internet of Things，也就是“物物相连的互联网”，定义是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等[1]。

1.2 物联网的架构（图1）

有人提出物联网的三层架构：

（1）感知层：主要任务是采集和捕获信息，达到感知和识别物体的目的，是实现“全面感知”的基础。比如利用RFID、传感器、摄像头等随时随地地获取物体的信息。

（2）网络层：利用现在成熟的网络技术，如Internet、GSM、LTE、NB-IOT等，实现应用层与感知层之间的可靠传递。

（3）应用层：利用云计算、分布式计算、人工智能等智能计算，对海量的数据进行分析和处理，获得有用的信息，并将这些信息反馈给感知层，达到智能控制的目的。

1.3 物联网中运用的技术

传感器属于物联网的神经末梢，模式识别技术通过其智能处理能力成为物联网不可或缺的基本条件。窄带物联网技术具备广域覆盖、海量接入、低功耗等特征，在不同的垂直行业得到更广泛的应用，开启万物互联的新领域、新时代。

1.3.1 传感器技术

传感器的主要功能是识别物体，采集信息，利用声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等来采集需要的信息。具体包括：温度传感器、湿度传 感器、摄像头、MP2传感器、二维码标签、RFID标签和读写器等[2][3]。

1.3.2 模式识别技术

模式识别就是通过计算机用数学技术方法来研究模式的自动处理和判读。随着计算机技术的发展，人类有可能研究复杂的信息处理过程。物联网不仅提供传感器的连接，其也具有智能处理能力，利用模式识别技术扩展到青少年状态的监测模式识别中[4]。如图2所示。

1.3.3 窄带物联网技术（NB-IOT）

工业4.0时代，窄带物联网（Narrow Band Internet of Things， NB-IoT）技术应运而生，成为物联网一个重要分支。NB-IoT具备四大特点：一是广覆盖；二是具备支撑海量连接的能力；三是更低功耗；四是更低的模块成本。使其可以广泛应用于多种远程抄表、智能停车等行业，在青少年体育课程系统跟踪、体重跟踪等中应用[5]。

2 物联网技术在青少年健康生活中的应用

目前物联网技术在健康领域已有很多应用，各式移动装置、智能医材装置（如联网血压计、联网体脂计等）与传感技术，随时随地监测个人健康信息（如心跳、血压、血糖、血脂、心率、呼吸、睡眠等）。然而基于青少年营养与健康的检测应用非常少，青少年的健康与老人健康的监测内容侧重完全不同，将物联网技术应用于青少年健康生活过程中，必定会打破家长由于上班等各方面的原因造成的无法及时了解和纠正青少年状态的时间和空间限制，给青少年健康生活带来全新的、革命性的变化。下面从预防青少年近视、身高体重监测、应急情况监测、活动状态跟踪等方面，阐述物联网技术在青少年健康服务中的智能应用，有广阔的发展前景。

2.1 智能防近视笔套

随着现代学生课业任务的加重，在青少年时代近视的人数越来越多，近视是学校中的常见病。长期以来，中小学生近视眼发病率呈快速上升趋势，大中城市中小学生的56/100左右是近视眼，农村中小学生也有50/100的近视眼。这种现象值得引起社会各界的高度重視，保护学生视力是当前中小学生卫生工作中的一项重要任务。智能防近视笔套是由传感器（红外传感、陀螺仪）、通信模块、控制系统（振动模块）、告警系统和笔套等部分组成。传感器的红外装置用于感应作业本与青少年眼睛的距离，陀螺仪用于测量笔的位置空间，通信模块用于将采集信息（学生书写作业的时间和眼睛距离桌面的距离）传送到智能平台，人机交互模块用于及时发出告警提醒学生适当休息以及保持书写时距离桌面的距离不要太近，从而在一定程度上降低青少年近视的概率。该应用采集使用该笔套的用户的视力情况，通过大数据分析，可以分析出学生近视程度和书写距离的关系，从而优化算法，设置最佳书写距离。该笔套还可以衡量每天学生的作息时间和作业长度，为优化作业量，提高作业效率提供数据支持[6]。如图3所示。

2.2 智能体重身高监测仪

现代家长对青少年成长水平和营养程度越来越关心。身高和体重是衡量儿童生长发育及喂养（营养）状况的客观指标，特别是体重变化（增加或减少）反映近期饮食和运动的平衡关系。智能体重身高监测仪首先采集青少年父母的身高、体重、青少年的年龄、目前的身高、体重信息做智能分析。关联营养学的相关理论知识，提出针对该青少年的营养建议。如图4所示。

智能体重身高监测仪由体重感应器、身高测量系统、无线传输、控制系统以及客户端组成。体重感应器和身高测量系统用于采集青少年的身高和体重，无线传输模块用于将采集数据及时上报平台，同时依据采集到的青少年父母的身高体重、年龄计算出合理的身高和体重范围。通过比对青少年目前的身高体重，计算出青少年的BMI，根据下图不同的分布类型，提供针对该青少年的营养建议，及时发现问题[7]。如图5所示。

家长通过使用客户端APP可以同步平台数据，及时了解青少年的健康信息，平台也会根据青少年的状态在APP上面推送营养建议以及运动建议，针对性的助力青少年的身体成长。例如通过给出青少年体重的成长曲线。通过体重变化曲线，青少年可以预测自己未来的体重从而对自己的体重進行控制。

2.3 儿童摔倒报警器

儿童本身的活动量较大，成长过程中由于重心不稳常常会造成跌倒。再加上儿童对周围环境认知不健全，使得行为存在很多不确定性，严重的情况会威胁青少年成长的健康。

儿童摔倒报警器由重力检测系统、跌倒报警器、客户端等组成，在一定程度上可以检测青少年的活动状态，特别是在突发事件时可以及时发出告警。青少年通过佩戴告警器，在跌倒时及时发出告警，通过物联网平台告知其老师或监护人，从而更加有效的获得状态信息，在突发情况时得以及时采取措施，最大化的降低摔倒的后续风险。同时该系统还可以提供数据分析：R代表跌倒风险，L代表跌倒到爬起之间的时间长度，通过对一定时间短青少年跌倒时间的求和，得到公式中的分子。公式中的分母T代表了代表了对应青少年年龄段的一定时间内的跌倒均值（年纪小的均值更大）。通过比较L值的和并与T均值比较，得出青少年的跌倒风险，越大越值得引起关注[8]。

3 青少年生活与健康服务平台

除了上面介绍的几种应用外，利用物联网技术还可以应用于青少年体检报告跟踪系统、生活习惯监测、睡眠监测等多种系统，在政府、社区、医院、企业和家庭等多方的共同努力下，可以进一步构建起青少年的健康服务系统。通过系统提供的大数据统计分析功能帮助用户，及时、全面的管理、检测青少年的健康状况。完成个人健康数据在青少年健康管理系统中的采集，转换，归集，检索处理，并应用于实践，实现从“健康监测——分析——预警——干预”的立体化青少年健康管理，全方位青少年体质监测，有效降低青少年的近视率，并对肥胖进行准确控制，降低青少年健康服务成本起到了积极促进作用，使研究具有一定的理论水平和实用价值[9][10]。如图6所示。

4 结语

少年强则中国强，青少年的健康是当今社会关注的一项重要问题，青少年的健康成长尤其应该引起全社会的广泛关注。青少年的体质监控需要社会多方面的部门积极探索研发更好的方法，持续引入高科技，为增进青少年体质健康发展做出努力。关爱青少年、促进健康成长，构建和谐社会是全社会的责任。政府部门和公共服务机构应该立即行动起来，采取有效措施，加大财政投入，特别是近日，教育部、国家卫健委共同起草《综合防控儿童青少年近视实施方案（征求意见稿）》，更应积极承担起应有的责任，抓住物联网产业发展所带来的机遇，为青少年健康监控开发出更实用的应用系统。产业界更应该积极做好为青少年健康的产品和系统的应用与推广工作。在全社会的共同努力下，为青少年健康成长增添新的内容。

参考文献

[1]钱志鸿.物联网技术与应用研究[M].北京：电子学报，2012.

[2]赵梓森.物联网和传感器[M].北京：光通信研究，2014.

[3]缪彩琴.浅谈传感器与物联网的关系[M].北京：电子世界，2010.

[4]耿安鹏.物联网在卷烟真伪鉴别系统中的应用[M].北京：电计算机与现代化，2013.

[5]童桦.窄带物联网（NB-IOT）商业应用探索[M].北京：信息通信，2017.

[6]李亚男.数据库技术在信息管理中的应用-预防青少年近视眼[M].北京：程序员之家，2013.

[7]Deng Yiquan.Linux Network Security Technology[C].Control，International Conference on Automation and Systems Engineering（CASE），2011.

[8]诸雅欣.基于物联网传感器的iBag智能背包的设计与实现[M].北京：智能处理与应用，2016.

[9]范春.基于物联网技术的远程健康管理[M].北京远程医疗与教学.2011.

[10]Wang Guofang， Wang Wei.The Design of Interface Circuit Based on S3C2410 Data Acquisition System[J].Second International Conference on Computer Modeling and Simulation.2010.