基于云平台的智慧健康养老服务系统设计与实现

许继勇，舒明雷，周书旺，刘彬，高天雷

(山东省计算中心(国家超级计算济南中心)，山东省计算机网络重点实验室，山东 济南250014)

基于云平台的智慧健康养老服务系统设计与实现

许继勇，舒明雷，周书旺，刘彬，高天雷

(山东省计算中心(国家超级计算济南中心)，山东省计算机网络重点实验室，山东 济南250014)

为了满足老年人智慧健康养老的需求，利用互联网、物联网、云计算等技术手段，构建了基于云平台的智慧健康养老服务系统。设计并研制了适用于家庭环境下的健康一体机、智能床垫等智能终端，实现生理参数采集和生命体征监测；开发了智慧健康养老服务网站和移动客户端软件；建立了老年健康动态监测机制，实现了信息共享，能够为老年人提供健康指导、慢病管理、远程问诊、安全监护等服务。该系统推动了健康养老服务的智慧化升级，提升了健康养老服务质量效率水平。

云平台；智慧健康养老；健康一体机；智能床垫

Abstract∶To meet the needs of the intelligent health care service for the aged, a cloud platform based intelligent health care service system was designed and implemented using the Internet, internet of things, cloud computing and other technologies. Intelligent terminals intended for use in home environment, such as “all-in-one” health machine and smart mattress were designed and developed to collect the physiological data and monitor vital signs. And it also includes website and mobile client software of intelligent health service for the aged. The system established a dynamic monitoring mechanism for the elderly’s health, which makes information shared together, provides healthy instruction, chronic diseases management, diagnosis through remove video, safety custody and other services for the elderly, which promotes intelligent level of aged health care service, and improves the efficiency and quality of old-age health service.

Key words∶cloud platform； intelligent health care service for elderly； “all-in-one” health machine； smart mattress

截至2016年底，我国60岁及以上的老年人口已达2.3亿，约占总人口的六分之一，老龄化程度持续加深[1]。进入老龄化社会后，老年人对于医疗保健、康复护理等服务的刚性需求日益增加。而且，老龄化进程与城镇化、家庭小型化、空巢化相伴随，与经济社会转型期各类矛盾相交织，流动老人和留守老人规模不断增加，越来越多的家庭面临照料者缺失的问题。老年人的健康服务需求已成为“十三五”期间迫切需要解决的重要问题[2]。

《“健康中国2030”规划纲要》、《“十三五”国家老龄事业发展和养老体系建设规划》、《智慧健康养老产业发展行动计划2017—2020年》、《“十三五”健康老龄化规划》等一系列政策都提出：实施“互联网+”养老工程，推进信息技术支撑健康养老发展，发展智慧健康养老新业态；充分运用互联网、物联网、大数据等信息技术手段，创新健康养老服务模式，开展面向家庭、社区的智慧健康养老应用示范，提升健康养老服务覆盖率和质量效率；搭建智慧健康养老服务平台，对接各级医疗卫生及养老服务资源，建立老年健康动态监测机制，整合信息资源，实现信息共享，为老年人提供健康指导、慢病管理、安全监护等服务[2-5]。

为了满足老年人智慧健康养老的需求,本文提出了一种基于云平台的智慧健康养老服务系统，设计并研制了适应家庭需求的高度集成、数字化、智能化的健康采集和管理终端——健康一体机，实现生理参数采集和生命体征监测；开发了智慧健康养老服务网站和移动端客户端，建立了老年人动态健康档案，为老年人提供健康指导、慢病管理、远程问诊、安全监护等服务。该系统能够推动健康养老服务的智慧化升级，提升健康养老服务质量效率水平，并助力医养结合养老模式的构建。

1 智慧健康养老系统的架构设计

针对智慧健康养老的服务模式和需求，本文提出智慧健康养老服务系统，以物联网三层基础架构模式为中心，结合健康采集和管理终端、智能穿戴设备，建立如图1所示的以智能健康养老终端、异构传输网络和健康养老数据管理与服务为主的体系架构。

图1 智慧健康养老系统架构Fig.1 Architecture of the intelligent health care system for the elderly

1.1智能健康养老终端

智能健康养老终端主要由老年手机、定位器、智能手表、智能拐杖、健康一体机、GPRS血压计、智能床垫等多类型的智能养老监护设备、便携式健康监测设备、自助式健康检测设备、智能穿戴设备组成，实现位置信息及生命体征信息的实时、连续监测。

1.2异构网络传输

基于数据融合、压缩感知等方法，将智能健康养老终端获取的海量异构数据，通过有线、Wi-Fi、GPRS/3G/4G等异构网络环境传输到云计算中心。

1.3健康养老数据管理与服务

以山东省云计算中心、国家超级计算济南中心、山东省数据灾备中心为平台支撑，建立老年人动态电子健康档案，整合信息资源，为老年人提供智慧健康养老服务与管理，提高老年人健康水平和生活质量。

2 智慧健康养老系统方案设计

综合考虑智慧健康养老服务模式和物联网技术，依据上述智慧健康养老平台架构，针对以下部分进行设计，实现生理参数采集和生命体征监测、远程健康管理、健康指导、慢病管理、安全监护的目的。

2.1智能健康养老终端设计

智能健康养老终端可以实现位置信息、生理参数和健康状态信息的实时监测、采集，主要由智能穿戴式手表、健康一体机和智能床垫组成。

2.1.1 智能穿戴式手表

本智能穿戴式手表基于MTK方案，采用MT6260A芯片，利用GPS+LBS基站+Wi-Fi定位技术，三维定位，获取位置信息，利用光感应心率检测传感器、三维加速度传感器、温度传感器采集心率、体温、运动数据，并使用OLED显示屏实时显示时间、温度、计步功能。采用低功耗物联网节点协议栈，超长待机。

2.1.2 健康一体机

为适用于家庭环境下的生命体征检测，基于无线体域网(wireless body area network，WBAN)[6]，设计了一种高度集成、数字化、扩展性好、使用方便、便于携带的智能健康检测设备——健康一体机。健康一体机基于STM32芯片，通过A/D转换电路、信号采集放大电路采集人体生理参数，通过蓝牙和RS232串口外接生化检测设备，通过OLED显示模块显示采集实时数据，通过GPRS模块、以太网控制器和蓝牙模块，将采集的人体生理参数上传至云平台[6]，其框架结构如图2所示。

图2 健康一体机结构框图Fig.2 Structure diagram of the “all-in-one” health machine

2.1.3 智能床垫

将压力传感器和微处理器放置床垫内，通过压力传感器采集人体的振动信息，由微处理器进行信息处理，获取人体的呼吸值、心跳值、体动信息和离床状态，把数据远程无线(可选配有线)传输到云平台或移动信息终端，实现对老人的远程智能看护和主动预警。其系统构成如图3所示。

2.2异构网络传输设计

智能健康养老终端获取的海量数据包括老年人二代身份证信息、生命体征信息及音视频多媒体信息，数据结构多种多样，为适应不同应用领域的异构网络环境(如宽带网络、Wi-Fi、GPRS/3G/4G 等)，基于数据融合[8]、压缩感知算法，有效降低实时医疗数据通信量、提高终端与云平台间数据传输的可靠性。

图3 智慧床垫系统构成Fig.3 Construction of the smart mattress system

2.3智慧健康养老服务平台设计

智慧健康养老服务平台分为健康养老服务网站和移动客户端软件。服务网站采用B/S架构，使用SQL Server 2008 R2数据库系统，在Visual Studio.net环境下使用C#和APS.NET进行开发；移动客户端软件包括Android APP和IOS APP两部分，分别在Eclipse和Xcode集成环境下采用JAVA和Object C语言进行开发。其主要功能框架如图4所示，主要包括：(1)系统管理模块；(2)档案管理模块；(3)医疗健康服务模块；(4)智能救助模块；(5)民生服务模块。

图4 智慧健康养老系统功能模块Fig.4 Functional model of the intelligent health care system for the elderly

3 智慧健康养老服务系统实现

通过有效整合上述的模块化设计技术，自主研制了可获取健康医疗信息的系列养老终端，对反映人体健康的重要生理参数进行采集，将采集到的数据通过多种数据通讯方式上传至云平台，通过专业软件分析挖掘、监测健康变化情况，为老人提供科学的健康评估、慢病管理、运动与膳食指导、远程医疗问诊服务。

3.1智能健康养老终端

3.1.1 健康一体机

自主研制的健康一体机具备高质量的健康数据采集和信息化功能，自带心电图、血压、血氧饱和度、体温参数的采集功能，通过蓝牙外接蓝牙血糖仪、蓝牙尿液检测仪，通过串口外接血脂、血红蛋白检测仪；内置身份证阅读器，用户通过身份证刷卡确认身份后，所测量数据自动与该用户绑定，同时支持选配医保卡、RFID等身份识别阅读器；可通过4G、Wi-Fi、有线以太网等多种通讯方式将采集到的数据上传至指定的云平台。本健康一体机如图5所示。

3.1.2 智能健康床垫

智能健康床垫实时对心率、呼吸、体动等状态监测，全面监护老年健康状况变化。老人突感不适、持续体动等情况发生时，老人可主动告警，同时系统在异常时提供智能告警，及时为老人寻求救助服务。可通过机构养老护理触控大屏，集中显示所有在床/离床老人的健康信息。本智能健康床垫及系统如图6所示。

图5 健康一体机Fig.5 The “All-in-one” health machine

图6 智能床垫Fig.6 Smart mattress

3.2智能健康养老服务平台

以山东省云计算中心为依托，构建了智慧健康养老服务网站和移动客户端软件，见图7～8，移动客户端软件包含Android APP和IOS APP。为老人建立了动态电子健康档案，以关爱位置服务、医疗健康服务、民生服务为基础，有效整合社会服务资源，结合线上线下，通过平台为老年人提供健康评估、健康指导、远程医疗、慢病管理、运动与膳食指导、安全监护、生活照护等服务，提高老年人健康水平。本智慧健康养老服务平台界面如图7所示。

图7 本系统实现的智慧健康养老服务平台移动客户端Fig.7 Implementation of mobile client for the intelligent old-age health care service platform

图8 本系统实现的智慧健康养老服务平台网站Fig.8 Implementation of the website for intelligent health care service platform

4 系统应用

系统已在居家养老服务网络中心、老年公寓、日间照料中心、老干部活动中心等进行试点应用(图9～10)，覆盖人群5万余人，试点结果验证了该系统的实用性、便利性和便捷性，证明系统具有广阔的应用前景。

图9 老干部活动中心Fig.9 Veteran cadre activity center

图10 日间照料中心Fig.10 Day care center

5 结语

本文运用互联网、物联网、云计算等技术，通过自主研制的智能健康采集终端、可穿戴设备将所采集的健康数据自动上传至云计算中心。老人通过刷身份证或健康卡登陆养老服务平台，可以完成一些基础项目或慢性病项目的检测，前端硬件设备结合养老平台软件，实现老人自主体检、动态健康档案建立、实时健康监测、综合健康评估、实时健康干预、远程问诊等功能，并制定个性化的健康促进方案，有效预防和控制疾病危险侵袭，减少发病率，提高生命质量，从而实现全面健康管理。

[1]中华人民共和国国家统计局.2016年国民经济和社会发展统计公报[EB/OL].(2017-02-28) [2017-04-02]. http://www.stats.gov.cn/tjsj/zxfb./201702/t20170228_1467424.html.

[2]中华人民共和国卫计委.“十三五”健康老龄化规划[EB/OL].(2017-3-17) [2017-04-02]. http://www.nhfpc.gov.cn/jtfzs/jslgf/201703/63ce9714ca164840be76b362856a6c5f.shtml.

[3]中华人民共和国中央人民政府.“健康中国2030”规划纲要[EB/OL].(2016-10-25)[2017-04-02]. http://news.xinhuanet.com/health/2016-10/25/c_1119786029.htm.

[4]中华人民共和国中央人民政府.“十三五”国家老龄事业发展和养老体系建设规划[EB/OL].(2017-3-6) [2017-04-02]. http://www.gov.cn/zhengce/content/2017-03/06/content_5173930.htm.

[5]中华人民共和国工业和信息化部.智慧健康养老产业发展行动计划(2017—2020)[EB/OL]. (2017-02-16) [2017-04-02]. http://www.miit.gov.cn/n1146285/n1146352/n3054355/n3057643/n3057649/ c5489620/content.html.

[6]舒明雷.面向医疗监测的无线体域网MAC层关键技术研究[D].济南：山东大学,2016.

[7]许继勇,朱清,舒明雷.一种基于云服务的家用多功能健康检测仪:中国,0628853.5[P].2014-10-28.

[8]蒋鸿.基于数据融合的智慧养老医疗健康系统的研究与实现[D].南京：南京邮电大学,2015.

Design and implementation of intelligent health care service system for elderly based on cloud platform

XU Ji-yong, SHU Ming-lei, ZHOU Shu-wang, LIU Bin, GAO Tian-lei

(Shandong Computer Science Center(National Super Computing Center in Jinan), Shandong Provincial Key Laboratory of Computer Network, Jinan 250014, China)

TP393

A

1002-4026(2017)05-0117-06

10.3976/j.issn.1002-4026.2017.05.020

2017-04-27

山东省科技发展计划(2014GSF118107)；山东省重点研发计划(2015GGH309003)

许继勇(1981—)，男，助理研究员，研究方向为无线体域网、信号处理、互联网医疗。E-mail：xujy@sdas.org