智能化老人居家安全防护系统应用研究

艾静蕊

摘要：文章针对老人的居家安全问题，设计开发了智能化的老人居家安全防护系统。该系统是物联网、云计算、大数据等新兴信息技术融合的系统工程，融软硬件于一体。系统前端通过传感器进行数据采集，本地数据中枢接收各类智能终端采集的信息，以云服务为支撑，将老人、子女、第三方服务机构关联起来。摒弃市场常见老年监护系统穿戴烦琐、隐私性差、安装复杂且价格昂贵的缺陷，做到价格更低、兼容性更好、操作更简单。同时，为住宅与应急情况提供了一套完整性、全局性、可操作、安全可靠的数字化平台，保证住户有效预防紧急情况，及时通报紧急情况，紧急情况后有记录可查，为老人提供了全方位的居家安全保障。

关键词：智能化：居家防护：老人安全：管理系统

中图分类号：TP183

文献标志码：A

1 研究背景和现状分析

我國老年人口呈现老龄化、高龄化、空巢化3大特征快速发展的态势。预计2027年进入“深度老龄化”社会，2037年前后进入“超级老龄化”社会，65岁及以上老年人口将占总人口29%．届时每3人中就会有一个老年人[3]。因此，老龄产业将迎来发展黄金期，智能化老人居家安全监护类产品的市场空间巨大。我国65岁以上老人已达1.9亿，每年发生意外事故率为39.8%[8]。据调查，70%以上的老人家庭存在居家监管难、意外事故处理不及时造成的火灾、偷盗、水浸以及老人走失、突发疾病等安全隐患，可见老年人的安全问题是社会安全问题极为重要的组成部分。因此，如何保障独居老人的居家安全已经成为家庭和社会亟须解决的问题。

近些年，独居老人的安全隐患愈发增多，典型的有因忘记关煤气导致的火灾、忘记关门窗引发的安全隐患、忘记关水龙头造成的水浸事件、离床后发病无人知晓等意外事故。老人居家安全防护系统不仅解决了我国家庭养老资源弱化的问题，也适合我国空巢老人增多、子女无力在身边照顾的情况。随着技术的不断发展和新应用的开发，基于智能化的居家养老必将成为未来的主流养老模式之一。

我国老人居家安防系统的开发相对于国外起步较晚，很多产品使用的是自己的组网技术和信息交换协议，有的核心技术没有对外公开，技术复杂，不易掌握。还有很多产品是针对特定的环境开发的，限制了使用范围。而且，各个接入设备之间不能兼容，互操作性差，用户扩充系统多有不便，限制了其进一步的发展。一些系统成本太高，普通家庭用户难以承受，得不到广泛推广使用。因此，设计一个符合国情、符合国家规范的集远程控制和本地控制于一体的老人居家安防控制系统，具有非常重要的现实意义。

2 需求分析

对于一整套管理系统而言，最重要的需求就是考虑防范安全问题。老人居家安全防护系统将软件和硬件一起开发，支持社工人员、社区、养老服务机构、社会组织通过物联网和互联网等信息技术，便携智能终端App和社区居家安全防护系统平台、微信公众号等，实现白动警报、处理与响应。有针对性的优化实时动态监测与日志记录等功能，便于处理突发情况（见图1）。

智能终端采集点的信息经过传感等技术传送到本地数据中枢，以云端为支撑，将居家老人、老人子女、服务机构联系在一起，实现居家安全防护管理。主要功能包括：燃气预警、水浸预警、床护预警、门窗预警、浓烟预警、电子防护区、紧急呼救以及主动关怀。老人端使用居家环境监测设备，实时采集环境安全信息并统一传输至云端：子女端通过手机App、微信公众号等终端实时接收老人的安全信息；第三方服务端依托PC、服务器云控等智能终端高效、及时地对老人安全进行响应、管理和监护。

3 系统整体设计

3.1 防护功能

在需求分析的基础上，智能系统通过综合运用计算机技术、传感技术、网络传输技术、自动控制系统、云计算技术等新兴信息技术，采用分布式系统开发，细分为5个独立的模组，包括：离床状态预警、用电预警、燃气和浓烟预警、安全预警、用水预警。

3.1.1 利用智能床垫实现离床状态预警

由智能床垫收集卧床人员的身体数据（体温、感知压力、实时心率等）和离床时间进行分析，使用高灵敏度及高柔性的触觉传感器和温度传感器分析压力状态及体温采集状态，存在入睡时间或长时间未卧床、异常时间起床后未再次卧床、卧床期间异常运动、卧床时间异常、体温变化异常时，硬件触发语音警报通知居家人员，只有当前状态小于阈值或者人为响应才会结束语音警报。第一时间通过服务器端，将警告信息推送到App和社区，提醒相关人员及时处理。

3.1.2 利用漏电保护设备实现用电预警

硬件采用低压空气断路器或电气隔离开关，拥有漏电保护、接地故障保护、电路过载以及短路等功能。当系统检测到异常，触发语音警报通知居家人员，只有当前状态小于阈值或者人为响应才会结束语音警报。第一时间通过服务器端，将警告信息推送到App和社区，提醒相关人员及时处理。

3.1.3 利用燃气泄露报警器和烟雾探测器实现燃气和浓烟预警

安装报警器，收集到物理信号转化成数据中枢能够识别的数字信号进行数据分析与处理，当检测到燃气泄露或烟雾到达阈值时，硬件触发语音警报通知居家人员，只有当前状态小于阈值或者人为响应才会结束语音警报。第一时间通过服务器端，将警告信息推送到App和社区，提醒相关人员及时处理。

3.1.4 利用门磁传感器和红外探测器实现门窗安全预警

使用磁性干式簧管检测门窗的开关状态，通过磁铁的磁力引起开关的通断采集信息，并分析门窗开启模式。检测到异常状态时，硬件触发语音警报通知居家人员，只有当前状态小于阈值或者人为响应才会结束语音警报。第一时间通过服务器端，将警告信息推送到App和社区，提醒相关人员及时处理。

3.1.5 利用水浸传感器实现用水预警

硬件由水流量检测装置、电池外壳／发射器（与传感器连接）组成，通过插入水流的运动部件和表盘机构之间的磁力耦合，对其物理信号进行处理。当检测到异常情况时，硬件触发语音警报通知居家人员，只有当前状态小于阈值或者人为响应才会结束语音警报。第一时间也会通过服务器端，将警告信息推送到App和社区，提醒相关人员及时处理。

3.2 系统设计

根据需求分析及功能设计，智能系统基于信息技术的软硬件以及移动端相融合，分为前端数据采集、本地中枢数据处理以及云端数据服务3大部分，每部分之间通过传感技术、WiFi、有线网络、公众网络等传输技术实现连接和数据共享。

3.2.1 前端部分

系统的前端部分主要完成数据的采集，主要设备为传感器，安置在门窗、燃气、开关、水池等部位，根据实际情况科学合理地设置位置，监测相应部位情况的变化，达到预警值则触发开关，同时借助ZigBee、蓝牙等技术将信号传送到本地中枢数据服务中心。

3.2.2 本地数据中枢服务中心

中枢数据服务中心主要由服务器、信号接收器、网关、软件处理系统以及机械驱动部分等组成。中枢数据服务中心负责处理前端传送过来的信号，根据不同的报警类型唤醒软件处理系统，做出相应的应急反应，驱动相关的电动控制和机械部件的动作。平台管理系统中，设置了客户管理、基础数据维护、医院管理、设备管理、安全监护、视频监控、服务商管理、呼叫中心、机构管理、统计数据分析、基本信息管理、服务计划配置、广告管理等模块，可以在本地进行相应的设置，同时实现相关的功能。

3.2.3 云端服务中心

云端服务中心除了在本地中枢数据服务进行数据处理外，还可以通过互联网与政府监管后台、社区服务中心、健康管理后台、服务商管理后台以及中控平台、大数据分析中心、呼叫中心、门户网站等相连，形成多方互动，同时开发各系统的手机App，建立立体化的多维响应机制。

在实际运行中，前端的传感器与中枢数据处理系统之间利用ZigBee以及蓝牙等技术实现数据传输，本地服务器与云端的传输以及采集端设备和本地中控设备之间等重要环节采用双轨道传输模式，提高了传输效率，解决了WiFi网络遭受干扰或极端天气时单个传输通道不稳定的问题，保证了数据传输时的稳定性和准确性[5]。

4 防护系统优势和创新

4.1 优势

老人居家安全防护系统价格低廉，紧紧围绕居家管理需求，具有全面的功能、简单的操作、友好的界面；拥有良好的硬件接入能力；具备很好的灵活性、开放性和完备的二次开发力，适于系统升级和功能扩充维护。

同时还具备简便、自动和及时的优势。简便，方便硬件接入，全无线通信传输。自动，无须老人操作，自动监控环境。及时，建立老人、子女、第三方之间的通信闭环，做到有隐患必响应。

4.2 技术创新

本防护系统采用了云计算、物联网、分布式等技术，围绕老人居家安全的需求，使用各类智能传感器，收集各种信息传输到本地数据中枢。数据中枢分析设备传输的信息进行响应，并根据操作发送正确指令，具有完善的功能、简洁的使用方式、一目了然的界面；适配许多硬件接人，全无线通信传输；具备良好的操作性、开放性和规范的标准，可云控直接进行系统升级，硬件功能扩充与维护只需在App上进行操作；安装智能化，无需用户参与。

5 系統未来规划

智能化的老人安全防护系统基本成熟，但在宏观和微观上仍需进一步完善和提高。首先，继续强化科技守护老人，不断深化以互联网思维高效整合养老服务资源，持续解决独居老人居家监管难、发现事故不及时、错过黄金救援时间等问题，打造综合型居家安全管理信息化平台。其次，继续降低用户成本。面对庞大的老人群体，家庭负担将成为系统推广的制约因素，随着用户的不断增加，平台将以最小的成本，最好的服务守护老年人的安全。另外，平台将为养老服务机构提供居家安全解决方案及软件产品并为其员工提供免费的培训，为有独居老人的家庭提供标准化产品的使用账号，探索采用会员制的管理方式。

6 社会效益

智能化老人安全防护系统可对接个人客户和养老服务企业，能够实时采集老人居住环境数据．对老人在生活中的常发事故进行及时预警和实时报警，从而规避由于救助不及时导致的各种风险，为老人带来安全居住环境的同时也让子女更加安心。系统功能全面，能够为养老服务企业提供与销售业、其他服务业等的对接平台，可满足企业客户多元化的共赢需求。

7 结语

老人居家安全防护系统在一些养老机构的前期运行良好，达到了预期效果，提升了老人、养老院工作人员以及老人子女等的安全感，增强了老人以及老人子女家人对养老院的认知感和安全感，带动了养老产业的发展，提高了社会的经济效益，提升了老人的养老质量与幸福感，顺应我国适老化改造政策，为老龄化社会开出“老有所安”的安心方。

参考文献

[1]张赟，宋红波．居家老人的安全预警系统设计与实现[J]．西安邮电大学学报，2013（1）：104-108．

[2]中国民政．九部门联合发文实施老年人居家适老化改造工程[J]．中国民政，2020（14）：26．

[3]吴文平．无线传感器网络与物联网的应用研究[J]．吉林工程技术师范学院学报．2016（4）：86-88.

[4]宋靓王君，苏聪文．中国老年人死亡质量的研究现状与政策应对[J]．北京社会科学，2021（6）：119-128.

[5]王梦真．余亚东．基于云平台的居家老人安全信息采集系统[J]．电子测试，2021（ 20）：66-67，62．

[6]刘宇萌．智能居家养老系统的设计与实现[D]．北京：北京工业大学．2016．

[7]刘春玉，朱美玲，祝明慧．基于物联网和云平台的居家老人看护系统研究[J]．通讯世界，2020（1）：70-71.

[8]董万章．中国人口老龄化时代的战略抉择[M]．北京：中共中央党校出版社．2020．

[9]刘鑫．智能家庭养老系统的研究与实现[D]．沈阳：辽宁大学，2018．

[10]李强，艾静蕊，徐书彤．基于物联网技术的老人居家安全管理系统的设计与实现[J]．工业技术与职业教育，2022（3）：25-27，108．

（编辑沈强）