基于物联网技术的广西城镇智慧居家养老服务体系构建＊

广西医科大学 吴昊 唐忠

根据第七次人口普查数据显示，截至2020 年底，我国老年人口（60 岁以上）总数已达到2.64 亿，占总人口比重的18.7%，预计在2035 年，老年人口将达到3 亿以上。面对复杂严峻的社会养老问题，居家养老作为最符合传统文化下国人长期形成的价值观念，在多元化养老模式中占据基础、主体、优先且长期的地位。在推广居家养老模式的同时，应引入更多智能设备来改善老年人的居家服务环境，利用技术力量改善当前养老资源不足、养老服务水平不均衡的状况。本文以广西地区为例，分析物联网技术在智慧居家养老服务体系构建中的具体应用。

1 广西地区城镇居家养老现状

广西是我国西南地区最大的省级行政区，也是少数民族的聚居区。第七次人口普查的数据显示，广西60 岁以上的老年人口达到836 万人，占总人口比重的16.69%，其中65 岁以上的老年人口占近四分之三，较2010 年人口普查数据上升了1.91 个百分点[1]。根据《广西壮族自治区2021 年民政事业发展统计公报》，截至2022 年底，在广西注册的养老机构和设施共有112891 个，其中机构583 个，床位数25.2 万张，平均每1000 名老人仅拥有养老机构床位数30 张。2022 年，广西全区建设养老床位26.1 万张，尽管床位数成倍增长，但养老机构在疏解城镇养老人口压力上所发挥的作用极为有限，居家养老仍是该区老年人口养老的首要方式。城镇养老资源紧张使居家养老资源供给不足、供给方式不匹配等问题相当突出。

2 物联网技术在智慧居家养老服务中的应用方向

在城镇居家养老服务中，利用物联网技术接入智能设备、网络平台和各种应用，能够实时监测与老年人的体能变化、健康状况，预警安全风险，同时提供多样化的居家养老专属服务，打造智慧化的居家养老服务体系，有效提升老年人的生活质量和居家安全感。

2.1 老人健康管理

物联网是智慧居家养老服务体系的基础，能够显著提升居家养老的健康管理水平。在居家养老环境中安置智能设备和各类传感器，如智能手表、手环等可穿戴设备能够收集老人的心率、血压、血氧、行动步数、睡眠质量等各类数据，上传至云端或手机App，方便子女的远程监护，同时可以接入人工智能等，对老人的健康状况作实时评估，长期的监测数据还能形成个性化的老人健康档案和管理方案，协助医生提供定制化的健康指导，及时给出干预意见。

2.2 智能家居

物联网技术将家居系统与功能服务进行整合，从而使各种定制的设备职能有效服务于养老需求，如智能语音助理接入居家养老环境的各类电器设备，实现语音指令操控，减少不必要的家务活动；智能摄像头、智能门锁、烟雾报警器等设备，可以实现远程提醒、自动报警、一键求救等关键功能；智能床、智能座椅等可以根据老人睡眠时的惯用姿势、睡眠时长、睡眠质量调节硬度、高度、温度等，为老人提供更适宜的居家环境。

2.3 多元生活服务

构建智慧居家养老环境需要考虑到老年人的社交与情感需求，并提供定制化的生活服务。利用物联网设备生成的数据，可以记录老年人的位置信息、行动轨迹等，从而智能化地推荐适合老年人的社交活动，辅助医生定期咨询问诊。同时，根据设备对居家环境中家电情况、室内环境的监测，帮助老人智能预约家政服务、自动购置日用消耗品等，使老年人更方便地管理个人生活。这些服务能够帮助老年人随时掌握自身状况，同时加强与外界的交流，提高生活满意度。

3 物联网技术应用下广西智慧居家养老服务体系的构建

针对广西地区城镇居家养老的现状问题，该区曾先后出台了《关于建设养老服务业综合改革试验区的意见》《广西促进养老托育服务健康发展三年行动方案（2021—2023 年）》《广西壮族自治区“十四五”养老服务体系规划》等政策，其中明确提出了智慧居家养老服务体系的构建要求，即“推进智慧居家养老服务平台建设”，实现“信息化、智能化、便捷化的居家养老服务”，同时鼓励社会积极参与智慧居家养老设备、产品的研发与推广。根据广西城镇居家老年人的实际需求，这一体系的构建主要包括智慧养老服务平台和智能终端设备网络两部分。其中，智慧养老服务平台提供居家养老环境之外的数据采集，以及与政府、医疗机构等第三方服务的合作，而物联网技术主要应用于在智能终端设备网络部分，实现采集和存储生命体征、预处理健康数据等重要功能。

3.1 智能终端设备网络中物联网监测系统的技术应用

3.1.1 生命体征采集

物联网中智能设备的生命体征采集主要是通过体征感应器中的测量模块实现的。目前，主流的手持设备和智能穿戴设备几乎都采用这种方式进行实时监测，如心率测量、血氧测量等。相比传统的指标监测方式，智能终端设备网络的优势在于可以细化到皮下、皮表的传感器实时采集生命体征。以皮下植入的连续动态血糖测量为例，该测量主要采用微型酶电极的化学反应方法，在电极端固化葡萄糖氧化酶，加快葡萄糖分解，根据电流读取分解后葡萄糖的浓度计算血糖水平，监测过程持续5min 左右即完成，设备随后将动态监测数据发送至手机App 以进行可视化呈现。若监测值不属于正常范围，则根据具体数值情况在App 端提出检查建议或健康状况告警，指出罹患糖尿病、高血压等病症的概率和建议。皮表的实时采集则以多维传感设备为主，如实时采集血压的智能血压测量设备，则采用气体压力传感器、电子排气阀等，使加压更平稳、测量精度更高[2]。在完成周期性测量后，设备内置的软件系统能够实时控制其他相关硬件，以嵌入式的Web 服务器对数据进行预处理，数据传输至嵌入式Web 服务器后，被监测程序提取不同信道的数据变量，缓存为CGI 格式的文件，检查网络连接并获取到用户端对缓存数据的访问请求后，利用近场通讯或无线网络等将处理结果发送到分析软件，向App 传输各变量的Value 值，最终转换成响应的可视化指标。在App 端突然离线、断电或无响应的情况下，程序会控制设备进行振动报警。

3.1.2 行动定位

行动定位功能主要搭载于老年人在家和外出时携带的定位终端设备。在信号较弱的区域，例如遮挡、阴暗和尘土较多的地方，使用RFID 无线通信技术内置在设备中的RFID 标签和固定的读写器可以定位老年人的位置。在户外，利用BDS 与GPS 双定位模块接收卫星信号，对老人的位置进行持续追踪。定位模块的启动时间一般控制在30s 以内，每50ns 发送信号至嵌入式服务器，再由嵌入式服务器解码为经纬度信息，由社区运营商提供的GPRS 网络上传至云端服务器，最后，位置信息通过智能App 传送给监护人。物联网作为连接公共网络与智能设备的终端桥梁，为监护人及时了解老人的出行动态和实时位置提供了极大的便利。

3.1.3 跌倒检测

此类功能依托于智能穿戴设备中的主控处理器和加速度模块（常见模块如ADXL345、MMA7260Q、MPU6050等）协同作用实现。当配合智能摄像头和环境声音传感器使用时，能够更好地发挥作用。跌倒检测则主要依靠智能穿戴设备内置的三轴加速度传感器[3]，该传感器能够在1ms 以内对突然的射频信号进行捕捉，对倾斜时产生的静态重力加速度以及运动冲击时产生的动态加速度进行测量，再将瞬间加速度转化为输出的电压值，利用内置的软件算法，即可对老人运动过程中是否跌倒作准确判断。该系统在物联网下的结构如图1 所示。

图1 物联网智能穿戴设备跌倒检测功能结构Fig.1 Functional structure of fall detection of IoT smart wearable devices

该系统主控芯片的算法部分，基于重力建立人体与地面的垂直坐标系，首先根据x、y、z三轴向上的加速度定义合加速度，根据合加速度的变化及其与重力加速度的差值判断跌倒加速度变化。其公式为：

其中，cx、cy、cz分别为三坐标轴方向上的加速度，c为合加速度。传感器在运行时不断记录老人行动时的合加速度变化，在跌倒身体失重时，合加速度会减到最低，身体撞击至地面时发生剧烈变化，其传感器采集数值表现出“失重—撞击（峰值）—静止”的瞬时变化。但由于老人剧烈运动时也可能出现加速度波动的情况，因此该算法还要包含阈值设定和夹角计算，为波动变化设定0.4s 的阶段间时间间隔以内的时间阈值和1.8gn 的加速度临界值，即可依靠计算判断老人是否出现跌倒情况；再根据人与坐标系内各轴的夹角（包括围绕x轴的侧倾角、围绕y轴的俯仰角和围绕z轴的旋转角）计算确认失重和跌倒的程度。不同智能设备的算法之间可能存在差异，但在硬件构造和判断逻辑上大体相同，都是依靠主控芯片的算法运算和多模的传输协议完成必要的信息采集、处理与传递[4]。

3.2 智慧居家养老服务平台的构建思路

在物联网设备提供的准确数据的基础上，居家养老所产生的各类服务需求都可以借助在线平台上多方写作的服务模式加以满足。多方参与、共享医疗是近年来居家养老服务行业的发展趋势，因此智慧养老服务平台的建设也要体现出符合该趋势的业务运营模式，如广西南宁的南宁市智慧养老服务平台，就采取与多家养老机构、社区合作的方式构建线上服务体系。

根据当前较为成熟的物联网平台建设成套方案，一般按照“终端物联，服务互联”的思路[5]，将其整体服务模式分为数据层、业务层和用户层。数据层的内容由各服务方和居家老人主体共同提供，包括政府登记、医疗记录、智能设备监测数据等，形成每位老人专属的电子健康档案记录，平台的运营人员根据不同数据的性质和使用需求，将其分发到家政服务、医疗体检机构等不同服务参与方。在业务层，第三方根据数据需求提供相应服务，接受平台对业务流程的监督。在用户层，则对接居家老人的物联网居家环境，保证各穿戴设备、智能家居和手机应用所产生的信息数据能够及时进入在线服务平台。

在平台统一调度下，居家老人的隐私得到保护，体征数据得到集中的处理和传输，保证各方提供的服务受到监管，同时增加养老服务的接入形式。居家长者的数据传输、养老政策的下达、服务平台的监督均由构建平台的官方负责，第三方机构则在平台的功能指导下提供养老服务。同时，根据平台上对服务效果的反馈，第三方机构可以不断优化服务提供方式，完成服务内容的迭代。

4 结语

在物联网技术的引入下，智慧居家养老服务体系的构建具有明晰的技术前景，能够有效解决广西城镇居家老年人面临的各种养老问题，增强其晚年生活的幸福感。要实现该体系的成功构建，需要继续加强物联网技术在居家养老领域的研发力度和推广程度，鼓励各类社会力量参与智慧居家养老服务体系的建设和运营，引导、促进物联网技术在智慧居家养老领域的健康发展，通过软硬件迭代提升养老服务质量，实现智慧养老服务体系的不断完善与优化。