基于语音交互的可视化独居老人陪护系统设计

吴燕 李浩天 郑忠徽 叶浩塬 步晓婷

收稿日期：2023-04-24

基金项目：江苏省大学生创新创业训练计划项目（202113103083Y）

DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2023.22.002

摘  要：目前，独居老人的数量越来越多，配套的养老设施相对较少，从人文关怀理念出发，设计开发基于语音交互功能的可视化独居老人陪护系统。运用图像识别与语音采集模块，提供心率检测、语言分析、娱乐消遣等相关服务。老人可通过该陪护系统以语音、视频形式和子女保持联系，该系统可确保老人出现紧急意外情况时得到及时的帮助，是一种互联网+养老的新型养老模式。

关键词：独居老人；陪护系统；可视化；语音交互

中图分类号：TP311  文献标识码：A  文章编号：2096-4706（2023）22-0005-04

Design of Visual Solitary Elderly Accompanying System Based on Voice Interaction

WU Yan， LI Haotian， ZHENG Zhonghui， YE Haoyuan， BU Xiaoting

（Jiangsu Vocational College of Agriculture and Forestry， Zhenjiang  212400， China）

Abstract： At present， the number of solitary elderly is increasing， and there are relatively few supporting elderly care facilities. Starting from the concept of humanistic care， a visual solitary elderly accompanying system based on voice interaction function is designed and developed. It utilizes image recognition and speech acquisition modules to provide related services such as heart rate detection， language analysis， and entertainment. The elderly can keep in touch with their children in the form of voice and video through the accompanying system. The system can ensure that the elderly can get timely help in case of emergency， which is a new pension mode of Internet plus pension.

Keywords： solitary elderly; accompanying system; visualization; voice interaction

0  引  言

第七次全國人口普查结果显示，中国人口老龄化进一步加剧，全国人口中60岁及以上人口为2.64亿人，占18.70%，其中65岁及以上人口为1.91亿人，占13.50%[1]，而中国独居和空巢老人的数量已达到1.18亿。同时，随着人口平均寿命的增加，老龄化群体规模不断扩大，护理和康复需求增加等因素决定了中国养老产业面临更多的机遇和发展空间。老人是社会的弱势群体，独居老人更是常常被社会所忽视。因此，在互联网时代，从我国老龄人口现状出发，开发符合“适老化”人文关怀设计理念的陪护系统具有重要意义。

老年人健康护理需求种类较多，带动了老年人护理产业的发展。家庭养老模式是我国传统养老模式，但随着独居和空巢老人数量的增加，互联网+养老等新型养老模式已逐渐成为新的养老发展趋势。

1  国内外独居老人陪护系统开发现状

互联网发展具有高速化、便携化、普及化的趋势，老人也应该享受互联网带来的便利。科技始于人性，如果“老龄化”不可逆转，那么与之相适应的新科技将会为老人开创一条崭新的康庄大道。

老年人护理系统的概念来自英国信托基金提出的“智能家庭护理”。这种养老模式可以让老人在自己家中过上优质和满意的生活，而不会受到时间和地理环境与日常生活联系起来的限制。老人陪护系统的开发明确表明了我们对“老龄化”的态度。

美国Intel公司的Seattle研究院开展了caregiver's Assistant项目的研究，通过安装在日常生活用具中的行为识别微型传感设备，实时获取老人日常活动的数据，分析老人此时彼刻是否需要看护人的帮助。目前，国内比较著名的企业——麦麦养老有限公司专注智慧养老服务，借助智能可穿戴设备及移动互联网技术，打造智慧养老管理系统[2]，为中高端养老机构提供软硬件解决方案。尤加利公司的“安心宝”心脏监护仪可以实时监测用户的心电图数据，并使用人工智能分析心电数据，显著提高了心电图监测和前兆报警的准确性[3]。

香港中文大学医学研究中心开发了WISSH智能穿戴式生物传感器系统[4]，该研究中心还成功开发设计出H-shit，该设备能够通过测量生理参数实现人体心率的计算、血压测量及心电图的生成。但作为研究中心的研究项目，能否实现普及化还有待观察。

上述系统由于体积庞大和使用成本较高等原因，在老年群体人数众多的我国，推广应用市场还比较狭小，针对我国国情现状的独居老人陪护系统研究还需要继续完善，林逸磊设计并实现了一款具有实时视频通话、遇险报警、多人语音群聊、亲友圈等陪护功能的移动客户端老人陪护系统软件，但是软件的稳定性和硬件对接还有待提升[5]。

2  国内独居老人陪护系统开发问题

面对我国独居老人和空巢老人的庞大数量，现有养老模式较为陈旧，医疗系统也较为落后，养老服务岗位的人才总量偏少，缺乏专业的研发团队，并且在短期内难以快速培养和配备到位，部分独居老人的处境比较艰难，独居老人智能陪护系统的开发迫在眉睫。

2.1  独居老人陪护系统开发人才不足

科学技术的不断进步使人类变得更加智能。在老人陪护系统开发方面，我国目前的研究人才非常匮乏，研究进展非常缓慢。国内关注“适老化设计”的设计师少之又少，尚未形成系统的开发队伍，老人陪护系统的开发缺少专业人员的深入研究。

2.2  独居老人陪护系统现有模式陈旧

对于独居老人来说，最好的养老就是拥有一套智能化的养老陪护系统。很多老年人真正需要的服务，并不是一味地将科技进步的成果强行施加于他们，而是使他们享受老年人的特殊待遇。以“老人为本”的人文关怀理念并未深入人心。由于缺乏用户研究，产品开发之前未能深入了解用户的实际需求，导致产品的开发不尽人意。开发人员对目标用户的需求没有深入的了解，因此并没有开发出真正适合大多数独居老人的产品。

2.3  独居老人陪护系统开发资金短缺

在国内，老人陪护系统仍未进入大众视野，研究开发所需资金短缺。当下独居老人的陪护方式缺少系统综合型的设计，专注研究智慧养老的公司也是少之又少。若想在未来社会使智慧养老高度普及，不仅仅是需要技术的支撑，更需要源源不断的研究投入。

3  独居老人陪护系统设计与开發

老年陪护系统需要开发一个以家庭社区为中心的移动端软件，并需要配备简单的便携式设备。软件和设备的结合，可以监控独居老人身体状况的参考数据，将其作为健康与否的指标发送给客户端，以便独居老人的家人可实时了解老人的身体状况，并对相关的紧急情况做出及时有效的反馈。

基于语音交互的可视化老年人陪护系统，便于家人亲属通过语言、视频等方式与老人保持沟通和联系，老人独自一人的时候也可以通过随身佩戴的硬件设备，利用特殊语音激活系统收听新闻、传统戏曲、音乐等内容，提高独居老人生活的幸福感。

3.1  管理员功能需求

对管理员而言，APP需要提供实时数据，保障基本功能的准确有效、实时响应。APP的监管属于重点工作，可以展示社区账户的详细资料，设计人性化AI，将老人的重要资料存储至数据库，以供随时调用和更新，还可以通过查询功能获取老人的详细资料。

3.2  用户需求与支持条件

对于该系统的用户而言，首要需求是便于使用，该系统的客户群是老年群体，这一群体对于新技术和复杂操作步骤的接受能力较弱，只有具备简单便捷的使用步骤，才能扩大该系统的使用范围；其次是需要实时修改账户信息，APP能够实时监测设备信息。该系统使用的前提条件是社区老人能够扫码进入APP下载界面，社区APP正常运行且网络稳定，目标受众老年群体需要携带配套的传感手环。

3.3  智能老人陪护系统模型设计框架

基于语音交互技术，采用图像识别与语音采集模块设计可视化独居老人陪护系统，该系统包含注册登录、接收警报、视频通话三个软件部分。硬件层面提供心跳检测、语言分析、娱乐新闻等功能，具体设计框架如图1所示。

智能老人陪护系统模型主要包括服务器、智能手机客户端以及智能硬件陪护设备三大模块，其中智能手机客户端基于互联网形成系统总体架构，涵盖注册登录、接收警报、视频通话三个部分。硬件方面集成了心跳检测、语言分析、音频输出。该系统可以实现实时收集独居老人的信息并对其进行分析，自动进行需求的匹配。老人独居的时候一旦出现异常情况，家人亲属能够及时发现并由相关人员给予妥善处理。本系统采用可视化及语音交互的模式，便于老人操作或者是远程操控等。

3.4  软件设计

老人陪护系统移动客户端软件功能模块的实现，包括智能养老陪护系统前期数据采集，形成数据模型提出解决方案，然后在互联网的基础上形成系统总体框架。

3.4.1  登录注册模块

对于该模块，老年用户或者是家人以独居老人的个人信息（包括姓名、年龄、家庭住址、手机号码、个人健康等情况）进行登记注册，该模块实现独居老人信息系统的信息采集、汇总、分类等，负责对所采集的信息进行合理分配、分析和保密等，在收集完老人信息之后，上传服务器，自动进行需求的匹配。例如可根据老人的健康情况分为轻度需求、需求、重度需求，完成以上所有流程后即为注册成功。注册成功的用户可以登录该陪护系统进行系统功能的使用。陪护系统登录注册模块流程图如图2所示。

3.4.2  接收警报模块

该模块的主要功能是独居老人在设备端发出报警信息，服务器收到报警信息之后，在手机端以明显的信号（如灯光闪烁、声音和震动等形式）通知家人。老人独自居住容易发生意外事故，例如老人发生意外滑倒时，如手机不在身边，因其行动不便很难拿到手机联系家人或医院，如果老人不能及时联系外界会让状况变得更加严重，而提供语音交互功能的陪护模块，可以实现联系子女或直接报警的功能。接受警报模块设计流程图如图3所示。

3.4.3  视频通话模块

通过该模块，独居老人的家人可以点击手机APP与老人进行通话。考虑到部分老人可能视力不佳无法通过手环触屏进行联系，或者部分老人的方言难以识别，因此采取在手环左右设置两个特殊按钮，两个按钮同时按下打开音视频通话模块，此时手环会通过语音模块告知老人当前联系人，若是老人想联系的人则可以按下右侧按钮进行拨打，若不是则可以按下左侧按钮切换联系人。当两侧按钮再一次同时按下时退出音视频通话模块。视频通话模块设计流程图如图4所示。

3.5  硬件设计

3.5.1  心跳检测模块

心脏是我们身体最重要的器官之一，决定了我们每天的身体和精神状态，心脏跳动的相关参数是衡量身体健康状况的一个重要指标。对于独居老人来说，心脏检测模块检测到的参数能够及时反馈老人的身体状况，心跳检测模块是在智能手环中植入心跳检测传感器设备，对老人进行实时的心跳检测，在检测到老人心脏跳动异常时可及时发出警报，并通过软件客户端将消息及老人位置发送给家属。

3.5.2  语言分析模块

部分独居老人对智能设备的操作不熟练，甚至有部分老人普通话不标准或者是口齿不清等，语言分析模块通过智能语音识别技术，使用简单的特殊指令呼唤系统，可对老人所说的话（包括音调、语速等相关参数）进行智能分析，进行不同的操作，例如打电话、报警、视频通话、播放天气预报等。

3.5.3  娱乐新闻模块

娱乐新闻模块基于智能语音识别技术，老人可通过语音指令激活该系统，系统会对老人所说的话做出分析判断，根据判断结果进行不同的操作。例如播放新闻、语音小说、传统戏曲、音乐等消遣。该模块可以为老人提供丰富的业余生活，使老人能够对社会热点新闻有所了解，从而不与社会脱节。

4  系统实现

在语音交互的基础上，采用图像识别与语音采集模块，设计老人陪护系统APP。在硬件方面，提供心率检测模块、语言分析模块、娱乐消遣模块，老人只需配备简单的便携式设备即可享受相应的服务，软件和设备的结合使老人只需携带便携式设备即可使其身体状况数据发送给客户端，得到有效的监控。系统部分界面如图5、图6、图7所示。

5  结  论

当前是我国养老行业转型，实现现代化、智能化的关键阶段，满足老龄化人口刚需的独居老人陪护系统将深深扎根我国养老行业。通过开发符合当前老龄人口现状的“适老化”独居老人陪护系统，让独居老人能够与家人保持畅通便捷的沟通交流，能够保证在老人出现紧急意外情况时得到及时的帮助，也可以为老人提供丰富的业余生活。该系统既可以保障独居老人的生活安全，又能够提升獨居老人的生活质量，更能增加独居老人的充实感和幸福感。

参考文献：

[1] 国家统计局国务院第七次全国人口普查领导小组办公室.第七次全国人口普查公报（第五号）——人口年龄构成情况 [R/OL].（2021-05-11）.https：//www.gov.cn/xinwen/2021-05/11/

content_5605787.htm.

[2] 戈倩，于卫华.智能可穿戴设备在老年失智患者中的应用现状[J].护理学报，2018，25（14）：33-36.

[3] 刘澄玉，杨美程，邸佳楠，等.穿戴式心电：发展历程、核心技术与未来挑战[J].中国生物医学工程学报，2019，38（6）：641-652.

[4] 程晓芳.基于惯性传感器的可穿戴人机交互设备信息控制模型[J].计算机测量与控制，2019，27（6）：70-74.

[5] 林逸磊.基于安卓的老人陪护系统移动客户端软件设计与实现[D].杭州：浙江工业大学，2019.

作者简介：吴燕（1988—），女，汉族，江苏句容人，助理研究员，硕士研究生，研究方向：信号与信息处理。