组态化智慧型养老模式探索及其系统架构设计

万力， 郑驹

（合肥工业大学建筑设计院（集团）有限公司）

1 组态化智慧型养老系统建设背景

人口老龄化问题已成为世界各国面临的共同挑战。根据联合国的数据，到2050 年，全球65 岁及以上的人口将达到16亿，占总人口的比例将从现在的9%上升到16%[1]。在这种情况下，如何实现老年人的健康、幸福和有尊严的养老成为亟待解决的问题。而智慧养老作为一种新型的养老模式，通过运用现代信息技术、物联网技术、大数据技术等手段，为老年人提供个性化、便捷化、智能化的服务，已经成为现阶段解决老龄化问题的有效途径。

近年来，各国政府纷纷出台相关政策，支持智慧养老的发展。中国政府提出了“健康中国2030”战略，明确提出发展智慧养老产业，积极推动养老服务与医疗、健康、旅游等产业的融合发展[2]。此外，各国政府还通过财政补贴、税收优惠等政策措施，鼓励企业和社会组织参与智慧养老的建设。

2 组态化智慧型养老运行模式

针对目前地产养老、社会养老、社区养老等不全面、不系统、不规范的养老方式现状，本文提出了采用网格式、区域化的养老管理模式，结合政府有效干预，利用智慧化的管理平台，建立创新型智慧居家养老体系，并作为全国示范项目得到良好的践行。

组态化智慧养老基于组态模式，充分采用物联网、大数据和人工智能AI 等先进技术，在智慧城市的架构下，集成城市医保、公共安全、教育等信息化平台，采用多用户分级管理，结合现场有效人工（家属、志愿者、社区网格员或村嫂[3]）参与的新型养老合作模式，提高养老管理有效性，技术的适用性和服务的满意度。智慧平台基于先进的智能数据库技术和现场物联网技术相结合，在云架构的体系下，提高平台并发处置能力和及时性。

该模式全面提升了养老行业的管理水平、服务效率和用户满意度，可引导制订符合我国适老化社会建设的智慧居家养老标准和管理体系，可有效减少养老服务运营成本，提升居家养老品质、缓解基层就业难题、有效拉动居民需求，提升居民数字养老幸福感，为老年人提供更好的养老服务，实现健康、幸福和有尊严的养老。对解决我国目前2.8 亿以上老年人口的养老难题具有积极意义。

3 组态化智慧型养老系统架构及设计

3.1 系统总体架构

目前智慧养老场所内老年人安全监护类设备多为简单智能手环、一键报警器等产品，原理基于短距离传输技术将报警信息发送至室内网关再发送至后台，存在产品功能单一、传输数据不稳定、无法实现自动报警等缺陷，不能满足日益增长的智慧养老监护功能需求。

组态式智慧型养老架构（见图1）结合了人工智能AI 算法、大数据分析、云计算、感知分析、行为分析、毫米波雷达非接触监测等科技手段，辅以稳定可靠的NB-IoT、Cat.1、5G、BLE 等传输方式，功能涵盖安全监护、健康监测、医疗服务、家政服务、救助服务、娱乐服务等，采用多级守护的持续、稳定、智慧的社区居家组态式养老方案，以实现主动式报警求救及精准定位、危险环境感知并自动报警、多级式求救信息处理。

图1 智慧养老系统总体架构图

感知层安全监护类设备通过集成式光学传感采集技术、活动行为感知传感技术、人工智能AI算法、大数据分析、云计算、毫米雷达波技术、自动阈值调整技术、低功耗无线传输等科技解决无法自动报警、误报率高、传输不稳定等难题，研发可穿戴智能设备的C端，连接体弱多病、少人照顾、足不出户、长期独居等社区居家老年人群体，以及居所内安装求救按钮、活动探测、对讲器、血压计、跌倒报警器、心率呼吸监护垫、智能拐杖等终端设备实现安全监护、健康监护、环境感知。

监护信息通过传输层到平台，将另一端链接至亲属、社区、社会组织、服务供应商等端口，实现全天候、全方位、多层级安全监护，实现智慧安全、智慧健康、智慧服务、智慧管理的养老服务组态系统。

3.2 系统各模块设计

3.2.1 平台应用层设计

平台应用层的功能是为运营管理方、服务人员、子女亲属、主管领导等设计了智慧养老服务平台、综合信息展示大屏、子女亲属App、应急救助App、服务人员App、医生护理App、7x24小时兜底接警的呼叫中心等智慧平台应用模块。

智慧养老服务平台基于互联网技术、云计算技术、大数据分析、分布式部署等技术进行统一部署（见图2）。

图2 智慧养老服务平台功能

平台对社区内的护理对象、护理内容、监护数据、人力资源、资产设备等进行统筹管理，并为护理对象的子女、亲属提供信息接口和互动窗口，以保障信息流通，形成多方互联互通、集管理和服务于一体的综合性管理功能。对于不同类型的移动客户端，设计了子女亲属App和应急人员、服务人员App。

子女亲属App功能包括：老人佩戴监护手表，可自动统计生活轨迹和健康数据，通过大数据分析、汇总、存储。具体内容包含：每天早晨，自动推送老人睡眠统计报告（睡眠质量、睡眠时长）；每天晚上，自动推送老人活动统计报告（报警记录、心率数据、血氧数据、活动计步、手表离手记录等）。

应急人员、服务人员的App 提供给上门照料服务人员使用，具有服务工单接收、现场服务记录上传、历史记录查询等功能；提供给上门应急救援人员使用，具有救援任务接收、现场救援记录上传、历史记录查询等功能。

3.2.2 数据传输融合层设计

感知层设备采集到数据进行运算后，需要通过公网或专网传输至云端存储，公网包括4G（含LTECat1，即速率类别1 的4G 网络）和5G 协同发展的移动物联网综合生态体系，在深化4G 网络覆盖、加快5G 网络建设的基础上，以NB-IoT 满足大部分低速率场景需求，以LTE-Cat1（以下简称“Cat1”）满足中等速率物联需求和话音需求[4]，近端通信采用低功耗蓝牙BLE等物联网技术。

融合层是智慧养老系统数据存储和分类处理的集成融合中心，主要负责对系统中产生的各类数据进行存储、处理和分析。目标是对长者的基本信息、紧急联系人信息、亲属信息、服务人员信息、应急人员信息、志愿者等进行登记管理，目的是为长者建立完善翔实的基础档案和动态档案库，为日后开展居家安全守护和照料服务提供支撑。

3.2.3 感知层设计

智能通话手表：供长者佩戴该手表，手表应采用5G 通信技术，利用运营商基站网络传输数据，出厂已预装通信卡。手表应采用防水设计，能达IP66 以上等级。支持手动报警、自动监测报警、语音通话、心率/血氧/体温/睡眠监测、精度定位功能，考虑到长者使用方便，采用磁吸充电方式，工作时长≥3d；内置IC卡，支持门禁开锁和消费。

智能定位手环：供长者佩戴，采用超低功耗的NB-IoT 通信技术，利用运营商基站网络传输数据，出厂已预装通信卡。采用防水设计，能达IP67 以上等级；支持手动报警、自动监测报警、精度定位功能，考虑到长者使用方便，采用磁吸充电方式，正常模式工作时长≥10天；低功耗模式工作时长≥20d；内置IC卡，支持门禁开锁和消费。

求救定位设备：供长者佩戴，采用超低功耗的NB-IoT 通信技术，用运营商基站网络传输数据，出厂已预装通信卡，用户无需办卡、即买即用。采用磁吸充电方式，正常模式工作时长≥10d；低功耗模式工作时长≥20d，电量过低时通过振动、声音和指示灯提醒长者充电。

智能拐杖：供长者使用，采用4G Cat.1 通信技术。具有语音通话、一键报警、精准定位、MP3 收音机、高亮LED照明、防滑等功能，内置大容量电池，可待机工作7天以上。

血压计：供长者使用。采用全新技术，加压与检测信号双通道线性分流，具备强抗干扰能力，测压更稳、更准。具备一键测量、血压测量、脉搏测量、语音播报、数据推送、高清大屏、300次测量巡航等功能。

烟雾探测器：安装在卧室、客厅等地，采用NBIoT 通信技术，利用运营商基站网络传输数据，出厂已预装通信卡，用户无需办卡、即买即用。采用电池供电，续航时间不小于3a，检测到环境中有烟雾时，能自动发出报警信息，并伴有大音量提醒。支持离线报警、传感器故障报警。

燃气探测器：安装在厨房墙壁上，采用NB-IoT通信技术，利用运营商基站网络传输数据。采用市电供电，检测到环境中有燃气泄漏时，能自动发出报警信息，并伴有大音量提醒。支持离线报警、传感器故障报警、外接开关机械手自动关闭气体阀门等。

水浸探测器：安装在厨房，采用NB-IoT 通信技术、出厂预装通信卡、续航≥3a；具有溢水报警、声光提醒、防拆提醒、低电提醒等功能。

门磁探测器：安装在入户门口或长者房门上，采用NB-IoT 通信技术、出厂预装通信卡、续航≥3a；具有长时间未开门报警、长时间未关门提醒等功能。

温湿度显示器：安装在住户客厅或卧室，采用蓝牙通信技术、电池供电、工作时长≥5a；具有温湿度检测及显示功能，内置定位信标，可支持穿戴设备实现精准定位。

4 组态化智慧型养老系统应用展望

智慧养老系统的发展将不断综合运用人工智能AI算法、大数据分析技术、云计算技术、云存储技术、分布式架构部署等技术手段，持续研发行为感知分析、大数据融合等技术，进一步构建“基于云架构组态式智慧型居家养老体系”；研发基于广连接、大数据流以及高可靠性的新型物联网传输协议，用于监护设备通信；研发涵盖居家、社区、医疗等多级联动、大数据可视等功能的智慧养老多级安全守护平台。实现全天候、全方位、多层级安全监护，进一步营造闭环式养老服务生态体系。