特殊人群穿戴式监护系统

2020-07-23张秋镇林凡杨峰崔苗张广驰

物联网技术 2020年7期

张秋镇　林凡　杨峰　崔苗　张广驰

摘要：当前，我国在特殊人群管理方面依旧停留在传统的人员监护模式上，由于特殊人群与监管人员比例不对称，导致监护工作量大，人员信息在社区-监护机构-公安-监护人之间无法共享、同步，特殊人群容易出现丢失、肇事等状况。而智能穿戴设备的兴起及互联网的飞速发展为特殊人群的监护提供了更加完善的解决方案，实现了人员的信息化，极大地便利了对特殊人群的监护与管理。

关键词：特殊人群;监护系统;智能穿戴设备;定位;通信;生物感应

中图分类号：TP27文献标识码：A文章编号：2095-1302（2020）07-00-03

0 引言

特殊人群包括易肇事肇祸精神问题人员、涉毒人员、社矫服刑和刑释解教人员等需要监护的群体。根据中国疾病预防控制中心2009年初公布的数据显示，我國各类精神疾病患者人数在1亿人以上。另有研究数据显示，我国重性特殊人群人数已超过1 600万[1]。其中仅有20%～30%被精神病专科医院与公安安康医院收治。即70%～80%具有肇事肇祸倾向的重性特殊人群可能流落于社会，成为社会治安的一大隐患[2]。

1 特殊人群监管的必要性及其解决方案

近年来，我国特殊人群恶性案件频发。而在司法实践中，与特殊人群恶性刑事案件高发形成鲜明对比的，是对特殊人群进行社会管理和救治的缺失和滞后。特殊人群刑事案件频发应作为维护社会稳定的重点引起社会各界的高度关注[3]。

目前对于特殊人群的监管均是基于人力监督，需要耗费大量的社会公共人力及物力，一旦有微小的差错便会造成不可预计的后果。由于监管缺失，特殊人群的现状堪忧：受生活条件所限，目前绝大多数特殊人群处于无人管、无人问的状况。从掌握的情况来看，90%的特殊人群虽然跟随家人生活，实际上完全处于无人监管，听之任之的状况，很少接受正规监护管理或家庭主动参与监管[3]。作为特殊人群，对其管理直接关系到其他公众的人身安全和社会治安的和谐稳定。因此，急需一个功能全面的特殊人群监护系统。

信息技术与传统产业正迎来前所未有的融合机遇，以智能可穿戴设备为代表的新兴信息产品与技术的发展和应用，推动了传统领域服务与功能的全面升级。文献[4]提出了一种应用于老年人的智能手环，其具备定位、摔倒报警、运动检测、生命体征检测等功能;文献[5]提出了一种儿童可穿戴安全看护系统，可实现心率检测、体温检测、位置监控等功能。由此可见，智能穿戴设备在人员监管方面已有应用，而本文的智能穿戴设备主要为特殊人群服务。本文以移动终端、定位芯片、生物感应模拟前端芯片作为媒介，基于大数据物联网科技手段和云平台技术，以更深入的智能化、更全面的互联互通、更人性化的感知，实现以特殊人群定位、特殊人群信息及日常管理、监护人管理为核心的服务平台，实现监护中心及各级单位、监护人对于特殊人群的快速定位、用药情况查询、寻找失联人员、用药提醒下发、大数据分析统计等功能，构建一个全方位的特殊人群管理云服务平台。

2 特殊人群监管系统

特殊人群监管系统由监管端及被监管端组成。系统组成如图1所示。

被监管端采用特殊人群定位腕表，该腕表是用于监护特殊人群的前端硬件设备，具有定位、人员追踪、体征检测、智能提醒、时间显示等功能。

监管端为特殊人群定位管理云平台。特殊人群综合管理一体化云平台主要实现了特殊人群信息管理、定位管理、统计查询以及系统管理等功能。

2.1 特殊人群定位腕表

运用生物感应模拟前端芯片与多模定位技术开发具备体征检测、特殊人群精确定位、深度防水、防拆卸的高可靠特殊人群定位腕表终端。终端硬件模块构成：主CPU（MT250X+MT2511芯片组）、GPRS无线通信模块、GPS定位模块、WiFi定位模块、电源管理、LCD液晶显示、防拆检测、天线、按键等，如图2所示。

2.1.1 体征检测与健康管理

在对特殊人群的监护过程中，对人员身体健康状况的检测不可忽视，不仅需要实时检测，更需要长时间记录，通过对记录结果与现实行为状况进行分析，进而通过分析结果对人员的病理进行评估及预计发病的可能性与时间频率，以便做好预防应对工作。MT2511是一款高度整合的芯片，可同时采集心电图（ECG）和光电容积脉搏波（PPG）发出的生物信号，精准收集脉搏数据，支持肌电图（EMG）、脑电图（EEG）、脉搏血氧饱和度分析（SpO2）和血压分析等。MT2511配备联发科技独家内建的心跳间隔技术和4 KB SRAM以优化睡眠状态下心脏速率监控的整体系统功耗，是一款专为健康、医疗管理而设计的芯片。运用高级程度的芯片取代传统功能单一的模块组合，最大程度缩小产品电路占据的空间。同时，MT2511相比传统的心率检测模块、血压检测模块等，能够更加精确地实现对体征的检测。

2.1.2 多模定位技术

定位主要用于寻找处于监管状态下走失的人员，或对不处于公共监管下人员的一种行为监管。本佩戴终端采用基于北斗/GPS，LBS，WiFi多重混合定位技术的嵌入式位置信息服务终端，以保证定位精度在较为合理的范围内。使用LBS基站定位，通过电信、移动、联通等运营商的无线电通信网络获取用户端所在位置数据信息;使用WiFi定位，依据终端设备搜索附近范围内WiFi的MAC地址及信号强度值，解析WiFi的IP信息得出用户位置，根据信号强度实现室内定位;GPS在室外能够实现较为精确的定位。三种定位方式相辅，强化对不同环境条件下的适应能力，有助于提高定位精确度，同时在地理信息系统平台的支持下，确认用户位置。GPS定位模块使用泰斗TD1030 GPS芯片实现GPS/北斗定位，TD1030支持多种卫星导航系统，具备全方位功能，能满足不同行业定位的严格要求。主要实现终端用户使用者的精准、实时定位，及数据信息采集，具有灵敏度高、尺寸小、成本低等优点。

2.1.3 通信模块与数据交互

GSM/GPRS无线通信单元包括基带处理器、信息存储器、信息传输接口、信号收发单元等。该系统使用MT250X系列单处理器解决方案，搭配RF外接天线和射频功放组成一套完整的无线信息传输系统，实现穿戴设备与云平台的连接和信息交互。为了使数据在通信交互过程中更加安全可靠，设计终端与后台的数据交互通信协议，对关键消息字段加密。同时制定消息的格式字段内容，方便对交互数据进行加密及解析。用户端与平台的数据交互使用Socket方式。Socket协议报文消息的组成：报文头部 + 报文实体+ 报文结束符。

报文头部：终端型号+IMEI码+协议版本号+命令代号+消息长度;

报文体：随机码+信息内容（可变）;

报文结尾符：结尾符号＼r＼n。

2.2 特殊人群管理云平台

特殊人群管理云平台基于B/S架构构建，主要由特殊人群信息管理、监护人员管理、定位管理、统计查询及系统管理等功能模块组成，如图3所示。

2.2.1 特殊人群信息管理

社区民警、监护人或相关部门监管人员可通过系统网页平台进行特殊人群的档案信息录入、更新及核实，保证数据的实时性及准确性。其中包括特殊人群档案信息管理、帮扶信息、学习教育记录等。主要记录社区对人员的关爱帮扶情况、人员参与学习并接受教育的情况等。

2.2.2 定位管理

定位管理部分功能如下所示。

（1）即时定位：在特殊人群管理云平台上可随时查看特殊人群的实时位置。云平台基于GIS系统的展现方式，在地图上直观显示人员所处位置及附近的地理信息。

（2）轨迹回放：在定位平台上，可查询特殊人群在过去30天内的活动轨迹，包括对应的时间和地点信息。

（3）定时定位：特殊人群管理平台可自定义人员在某些特定时间上传定位信息。

2.2.3 系统管理

（1）系统参数：对报警提示、定位频率、定位模式、拆卸报警、腕表振动时长等参数进行配置。

（2）角色管理：对平台用户角色进行配置，如市、区、街道办、社区监护人员、派出所民警等。不同的角色对应不同的系统应用权限，根据实际需求进行配置。

（3）系统日志：记录系统的操作日志，包括时间、操作内容及结果等。

（4）用户管理：对平台用户进行新建、删除、修改和查询等操作。对用户名、密码、对应角色等信息进行配置。

3 原型系统的实现

已开发出的原型系统含特殊人群定位腕表终端和特殊人群管理云平台两部分。

特殊人群定位腕表终端原型系统的参数见表1所列。

4 结语

本文从现阶段我国特殊人群的管理现状出发，了解现阶段在管理方面存在的难题，借助当前发展较为迅速的可穿戴技术完成了对特殊人群更加人性化的監护，同时使得人员数据信息化，以便不同部门之间的数据交互及共享，降低了当前对特殊人群监护管理方面的难度及资源开销。未来，将进一步完善监护系统的功能，最大程度将可能涉及的需求囊括其中。

注：本文通讯作者为张秋镇。

参考文献

[1]陈慧君，王沁荔.精神病人的社区治安防控[J].武汉公安干部学院学报，2013，27（2）：5-10.

[2]张超.流浪精神病人救助管理模式初探[D].南宁：广西大学，2016.

[3]张玲，张旭.论精神病人社会管控[J].云南大学学报（法学版），2012，25（5）：76-80.

[4]曾博，刘光磊，付梦菲，等.智能手环应用于老年群体的探究[J].科技创新与应用，2017（6）：74.

[5]李国城，陈斌熙，李伟林，等.可穿戴式安全看护系统[J]. 电子设计工程， 2016，24（20）：160-162.

[6]陈骞.智能可穿戴设备在医疗健康领域的发展与应用[J]. 上海信息化，2014（12）：83-85.

[7]李章俊，王成，朱浩，等.基于光电容积脉搏波描记法的无创连续血压测量[J].中国生物医学工程学报，2012，31（4）：607-614.

[8]罗堪.面向健康监护的穿戴式体征信息感知技术研究[D].南京：东南大学，2015.

[9]王珊.老年人可穿戴运动健康监护产品研究：以智能手环为例[J].工业设计， 2016（9）：65-66.

[10]张冬妮，艾育华，孙瑶，等.构建居家老年健康管理系统的可行性研究[J].中国全科医学，2013，16（21）：1887-1889.