基于大数据的社区老年用户智能监测系统的研究与设计

刘 航， 腾峭莹， 曲晓鹏， 谭振江

(1 吉林师范大学 计算机学院, 吉林 四平 136000； 2 数值模拟吉林省高校重点实验室(吉林师范大学)， 吉林 四平 136000)

引言

上世纪末期，中国正式进入老龄化时代[1]。中国已成为世界上老年人口数量最多的国家，据2017年末数据显示，中国老年人口数达到15 831万人，与2000年度第五次人口普查数据相比，老年人口比例升至11.4%。随着老年人口的增加，中国养老保障的负担正日益加重。中国当代社会中，父辈与子辈分开居住现象明显，儿女工作忙，父母独居在家，空巢老人现象逐渐形成。面对庞大的工作压力，儿女对父母的照顾越来越显得力不从心，既不能实时了解父母的健康状况，又不能在父母身体不适时及时赶到，空巢老人的独居问题逐渐得到了社会的广泛关注。基于该问题的考虑，本团队提出了社区老年用户健康监测系统项目的开发。

老年人常常是心脑血管等突发性病症的患者，患病时若得不到及时救治，常常错过最佳治疗时间。而独居老人往往在患病时来不及呼救，最终会对老人身体以及家庭带来沉重负担。若单纯的依靠医院就医来对老年患者进行就医会在一定程度上浪费医疗资源[2]，并且极大地减少医疗就诊的效率。在这种情况下，实时动态生理体征监测就成了患者随时随地监测自身状况的最佳手段，不但降低了医疗费用，而且很大程度上预防了突发情况的产生，对于老年人安度晚年，提高生活质量有重大作用。

因此，如何在不限制老年人自身日常生活的情况下准确、安全地监控老人身体健康状况就成了当地医疗系统研究的重要方面。社区老年用户健康监测系统在最大程度上实现了这些功能，通过可穿戴智能手环实现对老人身体各项数据的实时监控，将物联网传感器检测到的睡眠、心率、血压、血糖、体温等多种健康数据通过蓝牙传输至数据平台，采用先进的大数据处理技术对数据进行汇总、分析和深度挖掘[3]。与手机终端APP结合实现社区医院、老人自身、监护人三方数据共享。达到儿女远程监控老人身体状况的目的，并且在遇到突发状况时及时联系医院，最大程度保证治疗最佳时间。

1 研究背景

可穿戴的智能手环作为当代智能家居的一种，以其体积小、方便佩戴广受消费者喜爱。也使得老龄化时代必将与信息化时代结合起来，利用智能手环实现对老年用户健康水平的监测已不再是一个概念[4]。近年来，人工智能开始逐步发展起来，在其影响下，越来越多的企业开始注重智能可穿戴手环的研发，利用当下高速发展的大数据技术，将智能手环收集到的数据高效地利用起来，通过云端的数据计算与对比，实现终端的数据监控。国外三星、谷歌等多家IT领先企业已将可穿戴智能手环设备投入巨资开发，并在功能和技术上逐步完善。例如，三星公司在2017年8月开发的三星Gear Fit2 PRO手环，已经实现了连续心率跟踪、GPS映射、回复电话文本、心跳周期监控等健康数据监测功能，并基于Android和IOS两种平台开发，对比三星上一代手环，Fit2在技术和功能上有了很大改善。国产品牌方面，小米、华为、乐心等品牌在智能手环的开发上也有自己独特的功能与技术，2018年2月，小米推出小米3智能手环，并在功能上增添了热量消耗，配速提醒等近40余项功能。利用智能手环服务于老年群体，使老年用户享受科技带来的便捷与安心，为解决人口老龄化问题起到推动作用。

2 主要内容

智能手环的设计由硬件系统与终端APP共同组成，能胜任各项功能检测与定位，具有SOS、GPS定位功能,体温、血压、血糖、心电、心跳、睡眠、运动等数据的自动检测。软件系统通过大数据、物联网与云计算[5]进行数据保存与共享，建立完善的个人健康数据库，从而实现永久的数据保存和分析功能，真正实现医疗信息化。社区老年用户健康监控系统就是将硬件设备和软件设备与社区医院相结合，手机终端APP为三方共有，实现医疗体系的信息化和可靠化。医院方面开展社区老人健康教育的宣传，多发病症的防范与治疗，同时存储老人身体各项健康数据，定期通知老人体检以及实现预约挂号检查功能，提高老人身体健康质量的保障。老年人有运动管理、久坐提醒、药物提醒、一键呼救、一键SOS、视听娱乐等功能。通过感应电路的设计[6]，用户的心率、体温、运动状态等参数通过蓝牙传输到数据平台，经过对数据的分析与处理最终发送至终端APP，方便用户分析身体状况和环境生活状态。监护人方面需要GPS定位、一键呼救电话、跌倒预警等功能。及时观察老人健康状况，并在老人遇到突发状况时及时联系医院，达到救治的及时性和可靠性。社区老年健康监测系统流程如图1所示。

图1 社区老年用户健康监测系统设计流程图

Fig.1Designflowchartofhealthmonitoringsystemforcommunityelderlyusers

3 相关技术与设计

社会老年用户健康监测系统设计架构如图2所示。

图2 社区老年用户健康监测系统设计架构

Fig.2Communityhealthmonitoringsystemdesignframeworkforelderlyusers

3.1 大数据简介[7]

大数据是指无法用传统数据库储存，数据量庞大且复杂的数据集，使用特殊技术有效地深入处理和挖掘大量数据。随着社会生活水平的不断发展，科技高速发展，信息流动极快，生活中的数据越来越复杂，大数据也因此而产生。大数据的概念也在不断渗透进社会的方方面面，大数据并不仅仅意味着大量、快速、深入的数据处理，更是一种从不同数据中获取有价值信息的能力[8]。

3.2 硬件核心设计[9]

智能手环硬件传感器方面采用ADI公司研发的ADIXL362传感器，该传感器在唤醒模式下功率比其同类传感器相比低60%，仅为200nA，低功率损耗并且可采用纽扣电池供电[10]。

ADIXL362传感器在量程范围内可实现准确的感应功能，提供精确的数据输出，在超时间功率消耗的情况下，仍能保持超高的稳定性能。利用传感器所带的红外感应功能，通过感应人体发出的红外光[11]，精确测量人体体温，误差不超过0.5 ℃。

3.3 硬件外观设计

智能手环外观选用黑色和蓝色两种颜色，简单大气，适合绝大部分人群。手环材质上为避免用户在佩戴时出现不适感，选用医用级TPU橡胶材质，相比于硅胶材质的手环，TPU材质避免了触感油腻，质感偏厚的缺点。材质环保无毒，不易沾灰变脏，符合多数人对舒适度的要求。

显示屏采用1.5英寸LED屏，屏占比适中，避免老年人因视力不好而影响使用。锂电池容量在2 000-4 000 mA左右，待机时间可达到4天左右。

3.4 GPS定位和一键呼救

利用GPS定位功能实现对老人所在位置的实时了解，并在老人遇到突发状况时自动发出短信等求救信号。

3.5 终端APP设计

利用Java语言编写APP程序，基于MyEclipse软件上进行编译与测试运行，并开发出Android与IOS两个版本，可在软件商城自行下载。避免用户手机不同造成的局限性。软件页面的设计上采用简洁布局，字体适中，更利于老年用户使用。并且提供数据预警设置，用户可在后台上设置自己的健康数据标准，如血压、体温、血糖等数据，当用户自身数据超出标准后，软件可自动发出警报提示，最大程度保证用户自身健康标准。

3.6 数据的交换传输[12]

智能手环通过蓝牙设备与手机终端APP进行数据传输，使用由蓝牙技术联盟(SIG)开发的最新版Bluetooth4.2进行数据交换设计[13]。Bluetooth4.2相较于之前的版本，在范围不变的情况下，能提供更准确、更稳定的数据传输，利用手机终端搜索并匹配设备，实现信息可靠化。

3.7 后台数据库的建立

利用SQL语言搭建标准健康数据库，存储个人健康数据，将手机终端传来的数据存储至后台，实现每天数据的不断更新，达到对用户健康数据的保存与对比。

4 基本功能的实现

终端APP界面如图3所示。

图3 终端APP界面

4.1 血压血糖的标准测量

利用传感器的红外感应功能，记录人体中血红细胞吸收红外线能力的强弱与动脉血管的收缩能力，收集人体信息，将接收回来的信息进行分析处理，显示在终端APP上。

4.2 设置睡眠时间提醒

用户自行设定行动时间，系统会在规定时间发出提醒，规范用户正确的作息时间。提醒方式采用人性化设计，通过手环检测用户睡眠质量，若用户处于深度睡眠，则在用户设置的时间前两分钟发出轻度震动提醒，尽量减少用户醒来时的难受程度，若在规定时间用户依旧没有醒来，则采用正常唤醒模式。若用户处于轻度睡眠，则在规定时间唤醒即可。同时通过手环对用户睡眠质量的检测，可以使用户了解到自身睡眠情况，帮助检测和改善自身睡眠质量。

4.3 设置用药提醒

在用户需要用药时可以设置用药提醒，利用后台数据库，系统可根据用户身体状况及服药种类给出适宜的服药方法及注意事项。

4.4 设置久坐提醒[14]

考虑到老年用户身体不能久坐，因此利用手环检测用户活动状态，当用户运动状态长时间未改变时，自动发出震动提醒，保证用户健康生活状态。

4.5 设置心率对比

考虑到一些喜好运动的用户需求，软件中添加运动步数与心率对比数据图[15]，老年人身体素质并不适合剧烈运动，在大量运动后若心率出现大幅度波动，则发出预警提示，同时用户也可根据对比图观察自身身体素质，了解自身健康标准。

5 结束语

面对中国越来越多的空巢老人独居现象，社会对老年人的健康情况关注越来越多，可穿戴智能手环成为了儿女监控老人健康情况的首选。而社区老年用户健康监测系统更是将智能手环与社区医院相结合，加强了患者与医院的沟通与交流，能及早地发现病情并及时救治，有效地达到了监控病情的目的。进一步加强了老人健康的保障，在一定程度上达到了对老人面对突发状况时救助的及时性，方便患者就医，并且缩短了复杂的就医流程，儿女能通过手机终端APP观察老人身体健康数据，达到对父母健康的实时监控，一定程度上实现了用户老年生活的健康保障。社区老年用户健康监测系统在未来有望进入医疗体系中，并有望成为解决中国人口老龄化问题的重要工具。