老龄化背景下的智能伴老型App设计

陈健堯 田聪劲 王美婷 吴建基 张颖婷

摘要：当今社会人口老龄化已然成为一个不可忽视的问题，近几年老龄化进程更加快速，中国作为全世界最大的发展中国家也逐渐步入老龄化社会。随着老年人口数量的增加，社会对老龄产品的需求也不断增加。在移动互联网快速发展的背景下，移动端设备在人们的日常生活中发挥着越来越重要的作用，手机为人们的日常生活提供很多便利，如手机支付、移动办公、电子证件等，这使得老年群体对移动端设备的接受程度以及使用需求也在逐年增加，手机的老年用户也在逐年增加。“伴老”App利用GPS定位、声纹识别、运动传感器等技术，打造了一款专为老年群体设计的老年人关怀类应用，以为老年群体的生活提供便利，并为老年人的监护人提供一个方便快捷的、了解老年人实时情况以及照顾老年人的方式。

关键词：App设计；老年人；智能手机；老龄化社会

中图分类号：TP311.56  文献标志码：A

0 引言

根据1956年联合国《人口老龄化及其社会经济后果》确定的划分标准，当一个国家或地区65岁及以上老年人口数量占总人口的比例超过7%时，则意味着该国家或地区进入老龄化。1982年，维也纳老龄问题世界大会确定了当一个国家或地区60岁及以上的老年人口超过总人口占比10%时，则意味着该国家或地区进入严重老龄化。根据以上标准及中国人口调查数据，中国人口在20世纪末开始逐渐走向老龄化。通过近年的数据分析，中国老龄化进程已进入了加速阶段。在中国，老龄化问题已发展成为一个不可忽视的严重人口问题，老龄化将是未来30年中国最大的人口变化趋势。根据全国第七次人口普查数据预测，60岁及以上的老年人口在2024年、2032年、2048年，将分别突破3亿、4亿、5亿，最终在2052年达到峰值5.24亿［2］。

在我国老龄化程度不断加深的同时，互联网时代也在不断发展，互联网的普及也让更多的老年用户接触到互联网。中国互联网络中心发布的第49次《中国互联网络发展状况统计报告》显示，截至2021年12月，50岁以上网民占比由2020年12月的26.3%提升至26.8%，显然互联网进一步向中老年群体渗透，中老年群体将进一步扩大互联网市场。面对即将到来的前所未有的大市场，目前市面上却只有少数App为老年群体进行优化或专属定制，大多数App适老化水平有待提升，多数存在交互页面复杂、操作不友好等问题，使得老年用户群体望而却步。

截至2021年，中国60岁以上老人已达2.6亿，其中独居老人已超过1亿，独居老人作为老龄化社会中庞大的社会群体，应引起社会足够的重视。老年人的身体功能和认知功能随着年龄的增长而逐渐下降，其安全问题以及生活问题不容忽视。但在我国，老年人的监护人常常因工作等原因，缺乏对老人的照顾与陪伴。“伴老”App將为老年群体量身定制，大大简化操作，根据老年用户的实际需求设计操作页面，遇到特殊情况时可给家属发出警报，并利用智能手机的特性为老年用户提供生活便利，保证老年用户的安全，让老年人的亲属能够实时监测老人情况。

1 系统功能分析

老年关怀型App的目的是确保老年人的日常安全，将老年人与其监护人通过网络连接在一起，让监护人能够实时了解老人的状态。作为一款老年关怀型App，设计者首先应该确保老年人能够轻松简易地使用，并能够快速有效地解决用户在使用过程中出现的问题；其次，随着年龄的增长，老年人的身体机能和认知水平发生退化，很容易发生走失、摔倒等意外，当意外发生时，老年关怀型App能够尽可能快地做出反应，及时通知监护人，避免造成非必要的损失。结合以上需求，老年关怀型App应该具备以下功能：

（1）实时定位。老年关怀型App能够实时上传老人的定位至服务器，监护人可随时查询老人的位置信息以及行动轨迹，并且可以绘制安全区域，当老年人离开安全区域后会发出提醒。

（2）远程协助。当老人在使用手机的过程中遇到问题可以向监护人发出帮助请求，监护人可远程对老年人的手机进行操控，以此解决老人遇到的问题。

（3）运动检测。老年关怀型App能够实时检测老人的运动状态，并且当老人发生摔倒等意外时，程序将立刻向监护人发出警报。

（4）语音操控。老人通过语音操控即可对程序进行操作，方便老人对App的使用。

2 “伴老”App设计

“伴老”App由4个模块组成，分别是运动检测模块、远程操控模块、实时定位模块、语音识别模块，系统功能结构如图1所示。本系统将通过调用手机及智能手表中的各种运动检测器和GPS定位采集用户的行为、位置信息，实现了对用户的实时监测，并通过提醒和警示功能解决用户出现意外时不能得到及时救援的难题。本系统运用声纹识别和按键声音化，解决视障人群或文化程度较低人群难以使用手机的难题。本系统通过远程操作技术，使得监护人可远程解决老年人日常手机使用中遇到的问题。通过以上4个模块，本系统将达到为老年人提供日常安全监护、为老年用户与其监护人提供实时连接的目的。

2.1 运动检测模块

2.1.1 运动检测模块

人在运动过程中，受每个人四肢的协调性、个人生活习惯等因素的影响，摔倒的随机性比较大。因此，在判断摔倒情况的过程中，设计人员需要考虑摔倒时刻的人体运动姿态，然后对其进行有效分类。研究表明，人体的基本姿势通常包含站、走、跑、立、躺、跳等。老人在无人监控时很容易出现因为碰撞、推动而导致的摔倒，或者在湿滑平面上摔倒，可能产生严重的后果。在摔倒的过程中，身体从平衡状态变为失衡状态，最后变成落地状态，因此，运动检测模块需要分析日常动作的状态以及摔倒状态。通过研究分析可知，瞬时加速度是判断运动状态的关键要素，可以将传感器的加速度感应数值作为判断摔倒动作的有效依据之一［3］。为了简化摔倒模型，可以将摔倒时刻的状态定义为：首先，将人体失去平衡并与地面角度发生变化的时刻作为起始点，将人物身体接触到地面发生碰撞的时刻作为结束点。在落地时刻，人物身体与地面发生碰撞后会受到一个极大的冲击力，此时加速度会达到最大值，身体会经过一个短暂的震荡过程，最终回到平衡时候的状态。运动检测模块可以利用传感器的检测数据来观察摔倒过程中加速度阈值的变化以及摔倒过程角度的变化，从而进行对应的运动检测。

2.1.2 判断摔倒情况

为了判断摔倒情况，首先将日常生活行为和摔倒行为进行区分，通过传感器检测的数值对人物运动状态进行判断。本研究将加速度传感器的检测数值范围作为判断分类的依据，将采用加速度传感器检测的数值作为特征值Z来测量生活行为，通过设置不同运动状态相应的阈值范围，由低到高分别是：坐或者蹲的数值是0～5；站立的数值是0～10；走路的数值是0～40；跑步的数值是 0～65；而快跑、跳等动作幅度比较大的数值是0～100；摔倒的数值则是0～150。此外，为了避免漏报的情况发生，还需对特征值Z进行区分。经过详细的研究，当特征值Z<2时，判断为静止行为；当特征值260时，则判断为可疑的摔倒［4］。此外，日常生活中的动作还可以分成两种情况，第一种是平缓情况，另外一种是非平缓情况。在平缓情况下，加速度数值时刻处于一个平缓的变化中。在非平缓的情况下，加速度数值会发生猛烈的变化，此时运动检测模块需要对人物是否发生摔倒进行判断。因此，判断程序可以先判断老人的行为是否为非平缓行为，然后再进一步判断老人是否发生了摔倒行为。由于非平缓行为不会一直发生，而且摔倒过程会产生一个碰撞过程，然后又在短时间内会出现静止时刻，因此在判断过程中需要对这种行为增加一个判定来判断静止时刻，将非平缓行为和真正的摔倒行为进行区分，从而达到准确判断摔倒情况的目的，具体检测流程如图2所示。

2.1.3 发送求助信息

如果老人出现了摔倒情况，“伴老”App首先会对事故发生地进行定位，利用手机自带的定位模块获取人物摔倒位置的经纬度，再自动编辑成短信将详细的位置信息发送到监护人的手机上。要实现自动发送短信功能并确保其安全性，就要选择一种机制比较安全的方法，比如本地广播机制。这是因为之前的广播都为全局广播，即所有应用程序都能够收到信息，这样就很容易引起安全问题。但是本地广播不一样，它可以把发出去的消息只在自己的内部进行消化，不会传到别的应用程序中去，这样就解决了安全性问题。研究人员还可以对该广播事件进行监听，一旦监护人收到短信，手机系统就会向外传递一个广播事件，与此同时再对监护人收到的短信进行相应的判断，以实现关键字监听功能。研究人员还要将短信内容进行字符串式加密，具体的做法就是将短信的内容转换成字符串来表示，字符串的表示分别是：电话号码、具体的短信内容、短信的分隔符［4］。除此之外，研究人员还可以实现自己的广播，实现好自定义的广播后，可以将自定义实现的参数转发给需要接收的目标，即研究人员可以在传过来的广播中只接收用户想要知道的内容即可，然后再对加密过的内容進行相应的解密，最后达到监听的目的。

2.2 远程操控模块

目前，智能手机已经在老年群体中普及。在手机使用的过程中，老年人群体对使用智能手机时遇到的问题均束手无措，只能向年轻群体寻求帮助。但监护人因工作、外出等原因无法在老人身边，即使通过电话、短信等形式向老人说明解决方法，但老年用户也很难按照监护人提供的方法解决问题。这个时候就需要远程操控来帮助老年用户解决此类问题了，监护人通过本软件的远程操控模块就可远程连接到老年用户的手机，帮助老年用户解决问题。

远程操控模块借助网络协议如NETBEUI，NETBIOS，IPX/SPX，TCP/IP等协议，实现了监护人在异地对老人所使用的智能手机进行操控的效果。远程操控模块分为控制端和受控端，控制端输入受控端随机生成控制码后向目标受控端发起控制请求。当受控端同意控制请求后进行远程调试，受控端将在本地建立伪终端服务，并且将控制信息传送到控制端。当控制端接收到控制信息后，将通过提权操作获取操控所需的相关权限后对受控端进行远程操控。

2.3 实时定位模块

由于老年人随着年龄的增长，认知能力会出现下降，在日常生活中可能会出现走失、失联等意外。当老人走失或者发生其他紧急意外时，监护人可通过实时定位模块实时准确地获取老人的位置信息。实时定位模块将利用目前手机上常见的BDS/GPS双模定位模块接收定位卫星信号并解算出手机的经纬度信息。该经纬度信息通过GSM和GPRS模块利用GPRS技术上传至云服务器并存储在相应数据库中［5］。监护人使用“伴老”App利用WiFi/4G/5G网络向服务器发送网络请求并调取服务器数据库中的数据，并且可以通过服务器数据库中存储的历史经纬度信息，绘制老年用户的历史运动轨迹。

2.4 语音识别模块

2.4.1 语音控制

声纹识别通过分析语音的声纹特点，识别与之相对应的人的身份，从语音中滤掉与文本相关的信息，只提取说话人的身份信息。在老人声纹录入阶段，通常会对其录取多条语音样本数据。该系统对老人提供的每一段录入音频进行声纹建模后，同时会对这些模型进行模型聚合，从而得到一个单一的说话人模型，用来表示该说话人的声纹特征，流程如图3所示。

说话人身份识别阶段，首先待验证的语音需要通过与录入阶段完全相同的特征提取及声纹建模过程，得到其声纹模型。然后将该验证音频的声纹模型与所有目标说话人的模型进行相似匹配，根据匹配结果进行判别，并得到最终的识别结果［6］。通过语音交互实现声纹绑定特殊按键，即老人在提前录入声纹后可以使用语音呼叫指定联系人、语音唤醒、语音呼救等功能，流程如图4所示。

2.4.2 语音登录

声纹识别如指纹般有独特的生物特征，在身份识别方面起到了很大的作用，具有独特性和相对稳定性，并利用其安全性实现语音登录的功能。用户在完成声纹注册后，系统将注册的语音样本对应的声纹特征输入特定的模型进行训练，得到一个能代表注册用户声纹特征分布的模型［7］。在使用App前，用户根据系统的提示音进行口语复述，系统与库中已经有的注册用户模板逐个进行匹配，判断该用户是否为合法用户，若为真，则自动进入App。另外，在用户声纹认证成功的情况下，系统会自动更新或调整用户的声纹模型，避免用户需要多次手动更新自己的声纹模型。

3 結语

本文在人口老龄化的背景下，以为老年用户提供日常的安全监护为目的着手设计了一款陪伴呵护老年人的App。本研究设计的App包含运动检测、远程操控、实时定位、语音识别4个模块，通过以上4个模块实时为老年用户的监护人提供实时监护服务，让监护人能够全天候监控老年用户的状态，预防意外的发生，减少意外带来的损失，为老年用户的日常安全增加了一层保护，在一定层面上保障了老年人的身体健康，推动老龄化社会的健康发展。

参考文献

［1］马欣宇，冯瑜杰，吴越，等.数字时代老年人智能手机使用的影响因素研究［J］.科技传播，2022（23）：122-125.

［2］陈卫.中国人口负增长与老龄化趋势预测［J］.社会科学辑刊，2022（5）：133-144.

［3］高崇阳.基于移动智能终端的摔倒检测机制的研究与实现［D］.北京：北京邮电大学，2020.

［4］杨峰，赵曙光，许方成，等.基于安卓平台的老人摔倒报警系统［J］.信息通信，2018（1）：244-246.

［5］李永乐.基于北斗导航和Android平台的老人定位系统研究［D］.上海：东华大学，2017.

［6］刘勇，梁宏涛，刘国柱，等.基于ResNet-LSTM的声纹识别方法［J］.计算机系统应用，2021（6）：215-219.

［7］刘丽敏，荆继武.快速发展的我国生物特征识别标准规范［J］.中国信息安全，2019（2）：68-72.

（编辑 王雪芬）

Design of a caring App for the elderly in the context of aging

Chen  Jianyao， Tian  Congjin， Wang  Meiting， Wu  Jianji， Zhang Yingting

（Guangzhou Xinhua College， Guangzhou 523040， China）

Abstract：  The aging of the population has become an issue that cannot be ignored in todays society. In recent years， the aging process has become even more rapid and China as the largest developing country in the world， is gradually entering an aging society. With the increase in the number of elderly people， the demand for aging products in society is also increasing. Under the background of rapid development of mobile Internet， mobile devices play an increasingly important role in our daily life. Mobile phones provide a lot of convenience for peoples daily life， such as mobile payment， mobile office， electronic documents and so on， which makes the acceptance and demand for mobile devices of the elderly group also increase year after year， and the number of elderly users of mobile phones is also increasing year by year. By using GPS positioning， voice recognition， motion sensors and other technologies， the App is designed to provide a convenient way for the elderly to live their lives and for their guardians to learn about the elderly and take care of them. The App provides a convenient way for the guardians of the elderly to learn about the implementation and care of the elderly.

Key words： App design; elderly; smartphone；aging society