基于云端大数据技术的便携式体检箱设计与实现*

宁德师范学院 庄靖瑶 吴景祥 张文金 张议文 郭谊林 杨烈君

随着我国人口老龄化不断增加的趋势日益显现和物联网信息技术的发展，关心、爱护老年人群体逐渐成为人们关注的话题。基于此目的，项目将设计一款基于云端大数据技术的便携式体检装置，用以检测人体的主要基本生理指标，如血糖、血压、尿酸、胆固醇、体重等，辅助社区医生的诊断，同时通过搭建面向居家老人、社区及养老机构的传感网系统与信息平台。该便携式体检箱能够实现生活照料、健康管理、居家安全服务等相关信息对接，推进养老服务数字化、信息化、智慧化的进程。

1 现状

现如今，我国正在大力推进全面小康社会建设，根据国务院出台的《“健康中国2030”规划纲要》可以看出，社区卫生医疗体系一直是其中的重点。并且随着科技的发展,互联网越来越普及，随之设计了一款基于云端大数据技术的便携式体检箱,以此帮助部分群众受制于体检条件以及诸多因素的限制无法亲自到医院进行体检的人们，此便携体检箱可为老年人提供个性化、智慧化的养老综合服务。体检箱将解决日常生活中的大部分体检需求，便于中老年人及残疾人等进行体征检测，可使年老体弱的老人摆脱去医院排长队的困扰，还能有效地提高社区体检服务水平。

2 系统总体设计

便携式体检箱主要包含两个方面，一方面是有实体的检测工具，能够通过工具实时监测老人的各项生理体征；另一方面是能够通过身份证将个人信息存储在智慧物联网医养综合管理平台（如图1 所示）。

图1 便携式体检箱Fig.1 Portable physical examination box

智慧物联网医养综合管理健康平台总体框架从四个层次进行规划，分别是应用层、平台层、网络层和感知层（如图2 所示）。应用层包括养老服务应用系统、养老服务监管系统、助老志愿服务管理系统、老人健康档案管理系统等，主要是检测各项指标，然后通过云计算、智能分析为需要体检的人们生成属于自己的独一份的报告；平台层是通过大数据处理、大数据存储、大带宽接入等，构建智慧5G 医养系统的硬件及平台架构；采用分布式HBase 替换传统关系型数据库，实现数据的海量存储，通过Spark Streaming 流式计算实现数据的快速多维度计算，以采集的海量数据为基础构建体征数据多层神经网络模型；网络层是可通过无线网络和通讯网络将数据传输到云平台；网络数据感知层主要包括智能体检终端以及生理体征监测终端，主要是通过各种传感器硬件采集信息。

图2 养老系统框架图Fig.2 Framework diagram of pension system

我们所设计的便携式多功能体检仪的体检指标包括体温、体重、骨骼比例、肌肉比例、内脏脂肪等级、水份比例、热量比例、心电、血压、血氧、血糖、尿酸、胆固醇等生理体征指标，与市面上的体检仪相比，此次所设计的便携式多功能体检仪不仅在数据测量方面做到10s快速出精确结果，还能够做到医养结合，是一个大数据辅助分析与健康管理的软件平台，可对体检者的体检数据进行终身存储、分析。

除此之外，体检仪提供人证合一识别功能，老人在扫描身份证成功后，即可进入体检模式。如果老人生理体检数据异常，可通过短信、语音电话、微信及时通知本人或家属，能够做到让体检人及其家属时时刻刻了解体检者的实时生理体征。工作人员能够通过OCR 身份证识别技术将体检的人们的信息录入到我们的体征大数据分析处理平台，通过物联网上传数据至云端平台（如图3 所示），其信息可包括当天测量的血压、血糖、胆固醇、血氧等，并且体检日期能够精确到体检当天日期的时分秒，还可以记录体检人员的生活自理能力，其包括是否能够自主进餐、梳洗、穿衣、活动等，并且如果当体检人员下一次重新体检，还可以看到上一次体检的信息，这样方便了工作人员能够将两次信息进行对比，从而可以告诉老年人在以后的生活中需要注意哪些问题。

图3 智慧物联网医养综合管理平台Fig.3 Smart IoT integrated medical and nursing care management platform

设备采用有源供电、安装简易，具有短信、语音、微信等多方式的信息通知功能，可以实现全天候、实时的体征状况监测与预警，发现老人体征异常时，可帮助医护人员快速地实施诊断抢救。同时，利用了OCR 技术可以避免采用人工录入方式带来的烦琐负担，也可使购买此便携式多功能体检仪的家人们更加便捷的使用，简易好上手[1]。

3 产品关键技术

（1）平台研发综合应用了物联网、大数据、人工智能、云计算及网络通信等新一代信息技术。健康大数据平台的信息化基础设施建设，主要包括大数据处理、大数据存储、大带宽接入等，构建智慧5G 医养系统的硬件及通信架构；大数据处理分析平台采用分布式HBase 替换传统关系型数据库，实现数据的海量存储，通过Spark Streaming 流式计算实现数据的快速多维度计算，以采集的海量数据为基础构建体征数据多层神经网络模型；设计展示界面，通过ECharts 以图表方式直观地展示分析结果，通过大屏展示计算分析结果[2]。

（2）系统网页端建设中我们采用前后端分离技术，其中前端负责View 和Controller 层，后端负责Model 层、业务处理与持久化等。前端开发是创建Web 页面呈现给用户的过程，通过HTML、CSS 及JavaScript 以及衍生出来的各种技术、框架、解决方案，来实现信息网站的用户界面交互，支持三端（电脑、pad、手机）查看。针对健康体征时序数据具有时变性、非线性、非平稳性等特点，以及现有的单一和混合预测模型均存在预测精度和难以描述其复杂变化规律问题，通过一种利用深度强化学习方法对健康体征时序数据进行预测的模型，将SARAS 学习方法引入到算法中，提高模型的稳定性、有效性和准确性，通过对历史血压数据实验模型验证，提高预测模型的准确性、稳定性和收敛速度，并能够表达健康体征时序数据的趋势。

（3）针对模型稳定性我们首先采用基于深度强化学习的健康体征数据预测模型。将深度学习的感知能力和强化学习的决策能力结合在一起，构建一种深度强化学习的健康体征数据预测模型，将使用SARSA 算法对其进行优化改进；其次基于混合云雾计算的大健康信息资源整合方法，克服当前健康数据整合相关研究存在较严重的检索响应延迟高、准确性差等问题。研究基于深度强化学习的健康体征数据预测模型，将深度学习的感知能力和强化学习的决策能力结合在一起，使用SARSA算法对预测模型进行优化，以改善模型的稳定性[3]。

4 实现

便携式体检箱最基本的功能是能够测量心率、血压、血氧等，其显示模块能够显示当前人体的心率、血氧、血压等，部分具体代码如下所示：

void Sense_Operation(uint16_t Coordinate_X,uint16_t Coordinate_Y)

{

if(Coordinate_Y>1220 && Coordinate_Y<1490){

if(Coordinate_X>920 && Coordinate_X<1530)//心率传感器{

POINT_COLOR=WHITE; //画笔颜色

LCD_DrawRectangle(97,90,142,115); //画框

LCD_DrawRectangle(162,90,207,115); //画框

POINT_COLOR=RED; //画笔颜色

LCD_DrawRectangle(30,90,75,115); //画框

Manual_control=1; //手动控制

Send_Node_Data(To_one,1);

}

else if(Coordinate_X>1730 && Coordinate_X<2310) {//血氧检测仪

POINT_COLOR=WHITE; //画笔颜色

LCD_DrawRectangle(30,90,75,115); //画框

LCD_DrawRectangle(162,90,207,115); //画框

POINT_COLOR=RED; //画笔颜色

LCD_DrawRectangle(97,90,142,115); //画框

Manual_control=1; //手动控制

Send_Node_Data(To_two,1);

}

else if(Coordinate_X>2550 && Coordinate_X<3070) {//血压传感器

POINT_COLOR=WHITE; //画笔颜色

LCD_DrawRectangle(30,90,75,115); //画框

LCD_DrawRectangle(97,90,142,115); //画框

POINT_COLOR=RED; //画笔颜色

LCD_DrawRectangle(162,90,207,115); //画框

Manual_control=1; //手动控制

Send_Node_Data(To_three,1);

}

}

else if(Coordinate_Y>3355) {//返回区间

Interface=0x02; //按下返回

Interface_Touch=1; //界面触摸编码

}

}

5 结语

随着国家政策的不断推进以及国家经济化进程的不断加快，越来越凸显出了大数据技术下的智慧健康有很大的里程碑意义，可以更好地保证体检信息的完整性和安全性，同时，可在课余的时间到社区做志愿者，为各个小区的老人体检（如图4 所示），将便携式体检箱应用到现实生活中，希望能通过我们的努力增强中老年人对待健康的意识，让他们对自己的身体健康有充分的认识，可以做到提前预防，及时控制，时常关注，把健康放在第一位。

图4 志愿服务活动Fig.4 Volunteering activities

在大量的志愿者工作中，我们得到了一些经验，首先是体检箱里有些设备的续航能力还不够完善，我们将会在未来继续努力改进；其次是通过这次测试，我们发现系统可以正常使用，也可以建立属于自己个人的档案，且可以查找历史体检的记录以方便我们对比、监测自己的身体状态。综上所述，此体检箱基本可以满足日常生活的体检需求，在很多场景中都可以应用，效果良好。