基于物联网技术的健康监测大数据平台设计

刘蓉蓉 蔡士东 王丹丹 赵 雪 李涵彧 马芳迪 董思娴

大连民族大学信息与通信工程学院，辽宁 大连 116600

到目前为止，随着物联网和大数据的不断发展与进步，我国的医疗行业也受到了冲击，实现了医疗信息数字化，医疗过程数字化。在疾病监测领域，借助基于机器学习或认知系统的预测模型，医生可以远程根据患者的特征对其是否会患上慢性疾病进行风险预估，无须坚持既定的护理计划或让患者重复入院治疗。这样的早期干预可以大大降低患者的医疗费用，提高国民健康保障。

随着生活水平的提高，生活环境的改变，许多在中老年人群中常见的疾病呈现出低龄化的趋势。由于人们经济水平和城市之间医疗水平存在差异，使得许多人对身体提前发出的疾病信号不重视，等到后期恶化去医院检查已经错过最佳治疗时期。所以及时监测个人和家人的身体健康是十分有必要的。

为满足普通人群在医院以外的地方对身体健康状况的监护要求，设计一种便携式人体健康参数监测系统具有以下意义：首先通过一台仪器将人体各项参数集中在一起进行实时测量，从而提高测量仪器的集成度和便利性。其次测量采用全自动的方式，通过对各项参数设定门限，可以在测量后对超出门限的参数自动给出相关说明。因此，一部功能强、使用简单方便、体积小可随身携带、可监测人体的重要生理参数并实时显示的监测系统仪具有很高的科学价值和社会意义。

1 总体方案

该平台物联网终端包括用户数据采集平台、用户与医生的交互平台、用户各项健康指数平台、后台管理员平台、电子病历平台等。系统框架如图1所示。

图1 系统架构图

①客户端模块。由传感设备和安卓平台组成，用户通过传感设备检测的数据从安卓平台上传至云服务器。

②物联网监测平台。平台接收到来自云服务器的用户数据，创建用户个人空间，根据用户个人数据进行各项健康指数分析，生成电子病历[1]。在健康状况出现异常时发送健康异常预警。

设计最终目标如下：

①用户数据采集。用户通过各种传感器设备采集各项健康数据并通过客户端上传至物联网监测平台。

②用户与医生的交互。该平台的客户端运行在车辆的智能终端上，后台管理平台部署在云端服务器。用户可以随时提交与健康相关的问题，认证医生可以登录服务器端的管理平台在线解答用户提出的问题。另外，用户也可以在线浏览常见问题及其他用户所提出的问题和答案。

③用户各项健康指数平台。该平台通过大数据分析用户上传的健康数据生成趋势图。

④后台管理员。管理员通过后台进行数据处理以及平台维护。

⑤电子病历。平台通过用户上传信息及数据整合分析生成电子病历。

2 客户端模块设计

客户端模块由传感设备和安卓平台组成，用户通过传感设备检测数据从安卓平台上传至云服务器。主要利用传感器等设备实现对相应医疗资源和患者信息进行实时采集，然后通过安卓系统的软件对采集到的数据进行上传，从而实现对医疗资源的实时监控和跟踪。

利用传感器法设计人体体温与心率检测装置，传感器法是近年来兴起的一种方法，它具有测量精确、使用简单的特点。该方法是以单片机为核心，通过传感器、AD转化模块和液晶显示模块组合而成。系统一般采用低成本、在应用领域开发广泛的8位单片机AT89S52，然后对传感器采集的信号进行模数转换，并对检测结果给予显示。该检测仪器具有体积小、检测方便及操作简单的特点。

上传数据时先使用tcp/udp socket调试工具，建立一个UDP客户端，选择ECS的IP地址和设置的端口号，进行数据测试。通信成功后，在阿里云上运行一个UDP服务器程序，然后使用gcc指令编译程序。打开 NB-IoT QNavigator ，点击Connect to module.就会自动连接。点击 NB-IoT QNavigator左侧的UDP，将阿里云服务器的IP地址和dup服务器的端口号填入，点击连接。数据通过NB模块上传成功。客户端模块如图2所示。

图2 客户端模块图

客户端模块的传感设备以手环的形式使用，手环将采集到的健康数据上传至监测平台的用户个人空间，并与之前的数据形成曲线图，每一项健康数据单独成图，健康状况综合分析，提供给用户健康方案和就医信号，用户可根据自身情况做出应对策略。

安卓的界面设计主要包括健康数据的实时展现部分、历史数据的部分和系统推荐的健康方案部分。要用到Android系统的Activity组件，Activity组件的主要功能就是用于视图的展现，在手机的屏幕上展示出设计的各种画面。本系统中，几个界面的展现都是基于Activity组件来完成的。

3 物联网监测模块设计

物联网监测模块融合了物联网、移动互联应用、云服务平台等多项技术。用户使用各种医疗传感设备进行健康信息采集，通过手机客户端上传信息至云服务器，物联网监测平台从云服务器获取用户上传的数据以及过往病史进行整合分析后[2-4]，创建用户个人空间，生成电子病历，实时监测用户健康状况。同时用户授权的认证医生和亲友也可通过客户端查看用户的健康信息。医生和用户可通过平台进行信息交互，管理员通过后台可进行数据处理以及平台维护。监测平台的图形数据呈现将全面采用ECharts的页面呈现架构，而数据表格与图形报表通过混排的方式进行呈现。ECharts基于html5核心机制，是一个纯JavaScript图表呈现的第三方插件，提供非常直观、生动、可交互、可二次开发的数据可视化组建。报表设计可利用其独特的拖拽、自有组装数据视图、值域设定等特性来提升用户体验，充分赋予用户对医院运营基本监测平台的数据进行挖掘、数据整合的能力。物联网监测模块设计如图3所示。

图3 物联网监测模块

平台数据通过HTTP/2通道进行消息流转。配置HTTP/2服务端订阅后，物联网平台会将消息通过HTTP/2通道推送至服务端。通过接入HTTP/2 SDK，HTTP/2 SDK提供身份认证、Topic订阅、消息发送和消息接收，传感器采用GPRS传输数据，采用微消息队列MQTT，微消息队列 MQTT 主要承担移动端连接接入、连接管理、数据转发等工作，相当于一个无限扩展能力的连接网关。传感器传送数据到阿里云Iot。

由于低配置且资源受限或者对网络流量有要求的设备，不适合直接构造JSON数据和云端通信，因此选择将数据透传到云端，由云端运行转换脚本将透传的数据转换成Alink JSON格式的数据。可以在创建产品时，选择数据格式为透传/自定义格式，目前转换脚本通过JavaScript语言开发，需要开发者自行开发转换脚本。物联网平台为开发者提供了用于数据解析的在线脚本编辑器，方便在线的编辑和模拟调试。阿里云Iot的设备传输数据格式是JSON格式，采用post方式提交数据。MQTT采用topic形式发送数据，通过topic进行发送，MQTT将消息进行转储，使用RocketMQ进行转储，RocketMQ支持HTTP协议，通过ip地址直接订阅消息。数据解析如图4所示。

图4 数据解析框图

4 结 语

本文实现了基于物联网技术的国民健康监测大数据平台的开发，运用物联网、移动互联应用、云服务平台等多项技术，将本平台应用于智能医疗领域，可实时分析各种大量原始数据，帮助临床医生为患者确定最佳治疗计划。同时还可以利用规范模型来识别病人患重大疾病的风险，及时采取干预措施，从而及时挽救生命并节约资源。解决传统监测或者人工检测技术存在缺陷，常规监测系统偏重采集，在整合数据、分析诊断上能力弱等问题。

人体的健康状况都会通过其身体的一些健康参数显示出来，如体温、脉搏、心率、血压、血气等参数都是人体健康状况的最直观的显示。并且此类健康参数都能在人体身体表面进行直接的测量与分析，高精度的监测参数对人体健康状况的分析具有重要的作用。现代人受繁忙生活所累，根本不注意身体发出的信号及其重要意义，直至酿成重病。调查显示，慢性病已成为危害现代国民健康的主要原因，而对健康数据的监控是预防慢性病的唯一有效途径。设计和实现一个基于物联网技术的健康监测大数据平台，可以实时监测人们身体健康情况，判断是否需要采取相应的治疗措施。