基于卫星导航的智慧居家养老系统设计与实现

安庆　江博　吴树森

摘要：利用卫星导航系统，融合智慧感知、无线传输、物联网、大数据、云平台等先进技术，以具有定位、通话、体征量测等功能的智慧手表为终端载体，开发基于Android/lOS系统的健康安全监护系统移动客户端APP，并搭建智慧居家养老服务平台，将老人与社区、监护人、政府、医疗机构紧密联系起来，为老人提供保健、安全监控、精神慰藉、紧急救援等全方位服务，实现养老服务模式、技术模式和管理模式的三大创新。

关键词：北斗/GPs定位 智慧养老 物联网 无线传输

中图分类号：R-05；TP311.52 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）04（a）-0022-02

中国已进入老龄化社会，养老产业前景巨大。据统计，截至2015年6月，我国65岁以上老年人数量已接近2个亿，占总人口的14.9%，这一比例明显高于联合国传统老龄社会标准（10%）。未来25年中国将进入老龄化高峰，预计到2040年，65岁及以上老年人口占总人口的比例将超过20%。而我国养老服务机构由于资金投入不足、筹资渠道狭窄等原因，存在床位数少、养老服务设施建设滞后等问题，远远不能满足日益增长的养老人群的需求。从目前来看，居家养老仍是我国养老的主要方式，因此，安排好居家养老的社会服务，使老年人生活得健康、舒心、方便，是政府解决好养老问题的关键。

随着以北斗、物联网、云平台为代表的新一代信息技术的发展，养老产业的发展迎来了新的发展契机，将其运用于养老产业中，以研发出的智慧手表为数据采集终端，开发了健康安全监护系统移动客户端APP，构建了智慧养老云服务平台，通过整合政府及社区服务资源，构筑了多维度，立体式的综合民生服务体系，使居家养老同样可享受优质高效的安全监护、精神慰藉、家政服务、健康护理、紧急救援等养老服务。

1.系统构架

该系统借助于先进的北斗/GPS定位、地理信息系统、物联网、大数据、云计算等技术，融合了无线通信、互联网等科技手段，以建立老年人信息数据库为基础，整合了社会服务资源，采用了IaaS、PaaS、SaaS三层云计算架构。

IaaS层代表平台运行的基础软硬件服务，主要包括平台建设所需要的软硬件基础设施。系统软件包括操作系统、数据库管理系统、GIS平台、WEB中间件等。服务器从逻辑上可分为数据库服务器、地图服务器、WEB服务器、应用服务器。硬件主要包括北斗智慧手表等设备，网络主要包括企业内网、3G/4G/GPRS无线网络、互联网等计算机网络。

PaaS层代表平台标准服务接口及二次开发服务。平台充分考虑网站访问、智慧手机桌面客户端等服务模式和服务内容的实际需求，主要提供地图服务、位置服务、通用应用服务等标准服务。

SaaS层代表在平台标准服务接口及二次开发服务基础上，通过平台搭建配置式敏捷开发，可快速构建面向应用系统。这些应用系统具体形态是多样的，可以是浏览器/服务器（B/S）模式或客户机/服务器（C/s）模式，还可以是移动设备/服务器（M/s）模式。

2.系统构成与功能

2.1北斗智慧手表

研发的北斗智慧手表将北斗/GPS定位功能与健康监护相融合，采用了北斗/GPS自动双模、GsM通讯基站等多种定位方式，实现了室内室外无缝定位。另外，手表内置了各种传感器，达到了定位、健康状态监控、报警等功能一体化，有效的解决了老人的健康和安全问题。

北斗智慧手表除具有普通手表所具有的日期和时间显示，以及语音报时功能外，其主要特色是具有生理量测和紧急求救功能。生理量测是指老人可选择手表的生理数据量测功能，启动设定的量测设备，进行血压、血糖、脉搏、体温等生理数据的量测，并在手表盘面上图形化显示出来。同时，手表也将自动记录有关数据，并上传至后台。紧急求救是指当老人遇到危险情况时，可通过一键求救功能向设定的监护人发送求救信息。另外，依据手表内部设定的默认跌倒预测行为模式，当手表感知到G值及压力计异常变化时，手表会主动发出”可能跌倒警报”的信息到云端服务中心的后台。同时在手表屏幕上显示侦测跌倒画面，并发出提示报警。接着，手表会拨打电话到默认电话号码，并同时启动北斗/GPS/GSM定位。此外，老人还可通过对手表设置亲情键，一键拨通与子女或亲友进行亲情通话。

2.2手机APP

基于Anclriod/IOS系统，在移动客户端研发出基于北斗智慧手表的健康安全监护APP，主要有测量记录和跌倒提醒功能。测量记录是监护人通过手机APP，可查看一定时期内老人的健康测量记录，包含血压、血糖、体温和脉搏记录等，定期了解老人健康状况。跌倒提醒是老人出现跌倒侦测或是发出SOS求救，手表会发出讯息通知授权手机App，手机会有相应的振铃或讯息提示，可准确定位老人的位置，在需要的时候可通过一键报警功能向警方寻求帮助。

2.3服务平台软件系统

智慧居家养老服务平台软件系统主要由通信服务子系统、定位服务子系统、应用处理子系统、地理服务子系统、接口服务子系统以及空间数据库和业务数据库组成。

通信服务子系统主要为亲情通话、监听、SOS报警、北斗/GPS自动双模定位、终端设置、基站、远程管控、查询指令、身份识别、设备入网等提供数据通讯；定位服务子系统主要完成北斗智慧手表的空间定位功能，融合北斗/GPS自动双模定位、GSM基站定位；应用处理子系统则为应用提供接入或逻辑处理的功能，主要包括远程设置、远程查询、定位优化、GIS信息处理、SOS报警、远程监听、终端管理等；地理服务子系统结合空间数据库为系统提供地理资源服务功能，并提供气象和路况信息，为老年人与监护人提供数据支持；接口服务子系统主要实现与政府管理、社区管理、养老机构、智慧城市、社会监管等实现数据交换的功能；WEB服务子系统为访问系统用户提供可視化人机交互操作接口，供家庭、社区、养老机构、医疗机构、监管机构、政府部门等不同权限的用户登录系统查询自己所需要的信息；空间数据库是为地理服务提供地理点、线、面、时间、空间基础数据服务，业务数据库则是用来存储系统基础数据和业务数据。

3.关键技术分析

3.1室内外无缝定位

众所周知，在室外老人的位置可以通过北斗/GPS精确定位。但在室内由于受到门窗、墙壁等障碍物的影响，卫星信号会大幅减弱或收不到信号，导致定位精度降低，甚至无法定位。但室内是与人类生活最为密切的场所，很多情况下都需要知道老人在室内的精确位置。基于此难题，该款北斗手表内嵌的导航定位芯片支持北斗/GPS系统及羲和系统。羲和系统是基于协同实时精密定位技术构建的广域室内外高精度定位导航服务系统，该系统以北斗/GPS、移动通信、互联网和卫星通信系统为基础，融合广域实时精密定位和室内定位等技术，对北斗系统的定位精度和服务范围进行了提升和拓展，最终将形成室外亚米级、城市室内优于3m的无缝定位导航能力。通过该技术，该款北斗智能手表能更加精确的对老年人进行自动实时识别和追踪，确保了老年人的安全。

3.2多传感器数据融合技术

该技术充分利用不同时间与空间的多传感器数据资源，采用计算机技术对按时间序列获得的多传感器观测数据，在一定准则下进行分析、综合、支配和使用，获得对被测对象的一致性解释与描述，进而实现相应的决策和估计，使系统获得比它的各组成部分更充分的信息。

服务平台直接将采集到的来自干各种传感器的未经过预处理的原始数据，如时间、心跳、体温、血压，脉搏等数据与定位信息进行融合，通过对各种信息数据的优化组合，更精确的描述监护对象的状况以及当前所在的环境，达到实时安全监护的目的。

4.结语

“百善孝为先”是中国社会的传统美德，在我国人口老龄化问题日趋严峻的今天，应当建立一个家庭养老和社会养老相结合的养老体系，推行以家庭养老为基础、社区服务为依托、机构养老为补充的养老模式，形成服务对象公众化、运作机制市场化、服务队伍专业化的格局。该智慧居家养老系统融合了众多先进技术，建立起了全方位智慧养老服务功能体系，真正做到了让老人舒心、安心，让子女放心、省心。该系统已在黄石市黄石港区南岳社区进行了应用示范，反应良好，社会效益显著。该系统对提高政府部门的服务效率和管理水平，应对人口老龄化、保障和改善民生，促进社会稳定和谐发展有积极的作用。