一种基于RFID技术及红外热成像技术的智能查房系统的构建及应用

宋新庆 谢建华 侯晴霏

福建环宇通信息科技股份公司 福建 泉州 362000

引言

随着我国人口老龄化的日益加剧以及国家政策的持续利好，养老产业规模逐年递增，养老设施建设行业发展持续加快，对护理从业人员的需求日益增长及护理人员的工作量也日益剧增。养老机构现有的看护模式是护理人员定时巡更查房，工作量大，同时也存在查房效率低或查房不到位的缺陷,已影响到养老产业的健康发展，不符合国家的《十四五智慧健康养老产业发展规划》[1]要求。

从养老机构的应用场景及服务理念为出发点，结合养老结构实际需求为导向，本方案借助RFID技术[2-3]+热红外成像技术[4]为技术手段，设计构建的一套智能查房管理系统平台软件系统，可实时、高效地关注机构内老人的日常生活，防止老人在夜间脱离护理情况及意外跌倒情况的发生并提供有效处置措施，有效解决了养老机构的老人需求与机构服务质量之间的矛盾，有利地推动养老机构的健康、可持续发展[5]。

1 方案设计

1.1 系统架构图（如图1，图见下页）

图1 系统架构图

1.2 系统组成

1.2.1 前端采集系统。

1.2.1.1 以养老机构院区为例，前端采集系统主要由RFID有源电子标签、RFID阅读器、红外热成像模块三部分组成，根据机构需求及其不同技术特性，安置于不同的位置。

1.2.1.2 RFID有源电子标签采用软标签，置于魔术贴内，做成各种精美的饰品，粘贴在老人胸前或上臂处，寻找附近的RFID阅读器并主动向阅读器报送自身标签信息。

1.2.1.3 RFID阅读器安放于房间内（根据房间内床位的布局来确定阅读器的安装点位）及院区内的一些关键点位（如过道、门口，拐角、院区花园路口等卡点位置），便于读取RFID标签信息及计算标签的RSSI值，并通过网络传输至后端PC端的智能查房管理系统平台。

1.2.1.4 红外热成像模块安装于洗手间，红外热成像系统采集到人体红外辐射并转换为数字信号，形成热图像信息，通过对图像数据分析并计算，实时判别人体行为姿态，跌倒条件满足即发出告警信息至智能查房管理系统平台。

1.2.2 网络综合布线系统采用星形结构，根据GB 50311标准予以实施，本应用主要采用光纤、双绞网线及网络交换机等网络设备而组建的标准通用的信息传输系统，将前端RFID阅读器所采集的标签信息和红外热成像模块反馈的数据信息送至后端的智能查房管理系统平台。

1.2.3 后端管理及处置系统。

1.2.3.1 后端机房铺设静电底板，安装标准机柜，放置核心交换机、防火墙、数据存放服务器、视频监控服务器、智能查房管理系统服务器等主要核心网络设备，完成对前端数据的存储及管理等功能。

1.2.3.2 智能查房管理系统平台是本应用的系统中枢，系统平台采用C/S架构，系统平台客户端安放在值班室工作台，与机房内的智能查房管理系统服务器数据交互，并对数据进行分析、计算、记录、查询及措施指令的发出等工作；值班室工作台正面显眼位置安装LED点阵屏，接收智能查房管理系统平台发出报警指令后显示报警点的位置信息；声光报警器用于接收智能查房管理系统平台紧急指令，通过声音和光影来提醒和督促值班人员的及时响应平台预警的事件。

1.3 功能实现

1.3.1 智能查房管理系统包括老人看护子系统和跌倒判别子系统。

1.3.2 看护子系统采用RFID技术。应用构建过程中（以单一房间为例），先对电子标签、阅读器及房间号的所属关系进行标识、建立所属对应关系数据库；再根据房间布局及床铺点位的摆放情况，找到本房间床铺布局的近视中心点位，安装RFID阅读器；接着计算本房间RFID阅读器所采集电子标签由远及近的RSSI值，建立所属房间阅读器的RSSI数据库，此值的范围用于判别电子标签所属人员是否在房间内的依据；最后智能查房管理系统平台在预设定的时间段内，不间断轮询对进入房间人员的电子标签及RSSI值和数据库内数据进行对比、判别、分析，以此判断进入房间的人员是否和所属房间的人员。该应用实现原理是采用无线射频方式对老人佩戴的电子标签进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的，有效解决医护人员现场查房工作量大、查房效率不高的缺陷及辅助定位的特性，大幅提高查房的连续性、准确性及提升服务质量。

1.3.3 跌倒判别子系统采用红外热成像技术。在应用构建过程中，先在洗手间视野比较开阔的、可以较全面的照射到洗手间空间的位置安装红外热成像模块，收集红外视频人体行为数据，形成人体行为红外视频数据库；同时对红外人体行为数据图像，进行二值化处理，确定人体头部位置；实时判别人体头部的位置信息，如头部位置的位移量达到红外成像人体身高70%以上，即视为发生跌倒行为事件，发出告警信号。该应用的实现原理即是光电技术检测物体热辐射的红外线特定波段信号，将该信号转换成可供人类视觉分辨的图像和图形的原理并通过算法，甄别老人在卫生间情况；如老人在卫生间不慎摔倒而无行为能力的情况（跌倒的情况下无法自主发出报警）下第一时间做出判断、报警，医护人员及时采取救助措施，从而减少意外情况的发生，保障老人的人身安全。

1.3.4 智能查房管理系统平台是本系统的神经中枢，对前端RFID设备及红外热成像设备所采集的数据进行记录、汇总、分析并作出判断的且能自动做出相应事件的措施指令的智能化管理系统，夜间休息时间，老人不在所属房间或者老人在卫生间跌倒，即可发出告警信息指令，通知夜间值班人员。智能查房管理系统平台同时具备通过RFID标签实时查询房间里老人的留置情况及通过查询电子阅读器，定位了老人的大致位置信息。智能查房管理系统平台在某种程度上缓解了医护人员不足及医护监管不到位的瓶颈，有利促进了养老事业的和谐发展。

1.4 方案特点

1.4.1 稳定性。射频技术的载体一般都是要具有防水、防磁、耐高温等特点，保证了RFID技术在应用时有一定的稳定性，且技术成熟、存储信息量大、使用寿命长等特点。

1.4.2 实用性。采用热成像技术根据物体发热这一事实来实现的独处空间内的人员状态的行为判别，即保护了老人的隐私又起到老人人身安全监管的目的，具有一定的实用性。

1.4.3 宜实施性。RFID技术及热成像技术，技术成熟且模块化、集成化，系统搭建简单，便于在实际应用环境中实施。

2 应用效果

智能查房管理系统平台对阅读器及所属标签进行时效管理，如在晚上8至第二天早上6点间，标签所对应的阅读器须收到标签信息并对RSSI值进行分析判别；若标签所对应的阅读器没有能收到标签信息或者阅读器收到标签的RSSI值不在预设的范围内，即视为标签所属人员不在标签所对应的阅读器所在的房间内，系统自主发出告警信息，通知医护人员查找或广播提醒，减轻了医护人员固定周期的查房工作量。医护人员收到告警信息，可在平台上双击标签信息所在告警信息，即可弹出此标签的轨迹信息，标签连接到阅读器的编号、时间、RSSI值等信息，从而确定标签所属人员的方位，缩短脱离管理的人员脱管时间，有效保障脱管人员的安全。

智能查房管理系统平台接到红外模块发出的告警信息，第一时间启动报警装置，监控室内的警号响起，并在大屏幕显示出告警信息所在的位置信息，值班医护人员收到报警信息后，立即到现场询问或采取相应的救助措施，解决老人独处时可能发生意外，有效保障老人的人身安全。

智能查房管理系统平台同时产生一条告警记录，记录告警信息的时间、地点并存储相关的标签信息、热图像信息等资料，以备查证。

3 讨论

目前社会上存在一种“热衷于前沿概念技术而忽略了实际需求”的现象，养老机构行业也颇受此影响，在各类资源紧张的情况下投入巨大，而产生的效益甚微，机构的服务质量[6]也受到影响，不利于养老产业的健康发展。市场应该注重需求，从现实场景的实际需要作为出发点，“重需求，轻概念”，立足于养老机构的服务理念，解决养老机构在实际中碰到的如养老结构人员短缺，工作量大、老人独处时的行为识别等问题，采取紧扣实际需求的可行性方案，推动养老机构的健康、可持续发展。

千里之行，始于足下。只有通过现实中的项目实践检验，在实施中优化并完善方案，才能更好地贯彻落实《十四五智慧健康养老产业发展规划》要求，推动养老产业高质量发展。

4 结束语

本应用主要是面向养老机构推出的一套实用型方案，采用成熟的RFID技术和红外热成像技术，可解决养老机构面临的人员短缺、服务性较滞后、老人独处时的人身安全保障等急需解决的瓶颈现象。在项目应用的实践中，方案需优化的地方可能会不断的显现，需要不断的探究及完善。