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标题	基于物联网的智慧居家养老系统设计与研究
范文	程铭+马慧 摘要：在全球都进入老龄化时代的今天，养老问题已经成为全社会共同关注的话题。随着现代科学技术的不断发展和物质条件的极大丰富，人们对养老的质量提出了更高的要求，“智慧养老”一词就是在这种情况下被提出的。基于此背景，本文结合物联网技术搭建智慧居家养老平台，探索更加高效、快捷、智能化、互联化、物联化的智慧养老模式。 关键词：物联网 “智慧养老” 居家养老 中图分类号：TP311.5 文献标识码：A 1 引言 1.1养老现状 国家统计局最新发布的数据显示，截至2016年底，16周岁以上至60周岁以下的劳动年龄人口为90747万人，占总人口数的比重为65.6%；60周岁及以上人口为23086万人，占总人口数的16.7%；65周岁及以上人口为15003万人，占总人口数的10.8%。这说明我国的老龄化问题已经十分突出。预计到2020年，全国60岁以上老年人口将增加到2.55亿人左右，占总人口比重提升到17.8%；高龄老年人（即年龄在80岁以上的老年人）将增加到2900万人左右，而独居和空巢老年人则将增加到1.18亿人左右，老年抚养比（即人口中非劳动年龄人口数中老年部分对劳动年龄人口数之比）将提高到28%左右。所以在老龄化问题越来越突出的今天及未来，老年人的养老问题需要更加迫切地得到解决，而智慧养老模式可以对缓解养老问题起到重要作用。智慧养老就是利用物联网、大数据、云计算、智能手机等高科技技术为老年人提供实时、快捷、高效、低成本的养老服务，提高老年人的晚年生活质量。 1.2思维导图看养老 思维导图又叫心智导图，是表达发散性思维的有效的图形思维工具，利用思维导图把养老的相关规范画出来，可以让人们更加清晰明了地看待这个问题。下图是国家发布的养老机构服务质量标准，由此可以参考一下，在养老方面主要有三部分，一是心理层面的关怀，二是身体健康方面，三是日常的生活起居方面。由于在老年人的心理层面的人文关怀更加有效，所以在系统的设计上，笔者主要关注在老年人身体健康的监测方面和生活起居如何更加便捷。 1.3物联网的相关介绍 物联网是指通过各种信息传感设备，实时采集任何需要監控、连接、互动的物体或过程等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。简而言之，就是物与物、人与物之间信息传递与控制的互联网。物联网一般来说包括感知层、网络层、应用层。感知层主要是用于采集物理世界中发生的物理事件和数据，网络层是把采集到的信息和数据进行传输，而应用层则是物联网和用户的接口。物联网设计及研发的关键主要在于，传感器、传感网、嵌入式软件等技术。物联网的应用主要涉及平安家居、各种环境监测、设备管控、环境保护、政府情报工作等各个领域。将物联网应用在养老的问题上使老人不用了解太多复杂的的互联网操作知识就可以享受到科技发展所带来的便捷。 2 系统的设计 本文中智慧养老居家系统设计主要是针对老年人的居家日常进行服务，主要分为软件手机客户端部分和硬件各种监测设备的设计，硬件部分主要是实现各种传感器的监测功能、ZigBee网络的建立来传输信息以及GSM模块实现报警的功能。而软件部分则是对于各种数据的处理，包括建立老年人健康的电子档案、实现医生与老年人的定期交流、一键购物等信息。 2.1硬件部分 第一部分是对老年人身体健康的监测，主要由一个可穿戴的腕表和其他智能测量仪器组成。腕表内嵌一个脉搏传感器，根据心脏跳动引起手腕脉搏的变化来监测老年人心率的变化。根据老年人从入睡到睡眠到醒来这几个阶段的运动变量来对其进行睡眠监测。内置震动传感器，利用腕表的震动频率进行运动记步，量化每天的运动情况，帮助老年人养成良好的运动习惯。利用GPS全球定位系统对老年人进行定位和对生活轨迹进行记录，使子女随时了解老人的去向，防止走失。根据心率以及身体动作数据，通过紧密算法判定老人的受伤害状况，如果老人发生意外跌倒的情况或心率突然发生异常，可以立即自动利用GSM模块报警，并设置一键呼救，可以让老人在遇险或遇到突发状况时立刻通知家人。由于技术的限制，不能将测量血压、血氧的仪器集成到腕表中，所以单独有智能血压仪、血氧仪和心电仪来对老人身体的这些指标进行监测。 第二部分则是对家里危险情况的监测，在房间安装摄像头，在厨房安装烟雾传感器、温度传感器、湿度传感器和气体传感器，在门窗处安装门磁传感器、红外线传感器，当这些传感器检测到家中出现了火警、煤气泄漏及被盗的情况，立即通过在家中安装的GMS报警系统通知家人及时处理突发状况。 第三部分是ZigBee网络的建立和GSM报警模块的建立，将这些传感器和各种测量仪器作为终端节点接入到ZigBee网络中，实时传输各种数据。腕表嵌入的GMS报警模块和家中安装的GMS报警模块在判断或接收到报警的需求时，立即连接到它能够搜索到的最近的基站子系统，再通过网络管理子系统和网络交换子系统，将信号传送到相关人员。 2.2软件部分 第一部分是系统将通过各种传感器及测量仪器将监测到的这些数据存储起来，并对收集到的数据利用模型进行科学有效的分析，为老年人建立健康档案推送对应的养生建议。老人在去医院就诊或体检时，医生也可以根据生成的健康档案对老年人的健康给出更好、更合理的诊疗方案。 第二部分通过手机定期提醒老年人吃药和去医院进行体检，与子女的一键亲情通话与视频，将天气预报、政府的养老政策智能推送给老年人。 第三部分则是子女通过手机端的APP实时查看老人身体的各项指标和家里的情况，并能够及时收到家里老人的报警信息，进行处理。 3 系统涉及到的关键技术介绍 3.1 ZigBee技术 ZigBee技术是用于老年人的定位和各种数据的传输。ZigBee是一种双向通讯技术，主要是用于短距离、低功耗和传输速率低的电子设备之間的数据传输。ZigBee网络具体来说是一种低数据传输速率的无线个域网，网络的基本成员称为设备。网络中的设备按照各自作用的不同可以分为协调器节点、路由器节点和终端节点。协调器是整个网络的中心，它的功能包括建立、维持和管理网络、分配网络地址等。路由器主要负责路由发现、消息传输、允许其他节点通过它接入到网络。终端节点主要负责数据采集或控制功能，通过协调器或者路由器接入到网络中，通过构建ZigBee网络将各种采集到的数据实时传输。 3.2 GSM 技术 GSM报警模块只要在有移动信号覆盖的地方都可以使用，极大地提高了信息的及时性和设备的可适用范围，手机等移动端设备已经广泛地应用该技术。GSM是一个蜂窝网络，具有开放的接口和通用的接口标准、对用户权利的保护和传输信息的加密、支持电信业务、承载业务和补充业务、频谱效率提高等优点。在GSM系统由网络交换子系统（NSS）、基站子系统（BSS）、操作维护子系统（OSS）和移动台（MS）构成。报警模块作为移动台连接到它能搜索到的最近的蜂窝单元区域（即基站子系统），实现无线发送、接收和资源管理。网络交换子系统负责传送这些信号以及管理用户数据和移动性的所需的数据库，而操作维护子系统主要是对整个GSM网络进行管理和监控，实现对GSM网内各种部件功能的配置管理、故障管理和性能管理等功能。 3.3多传感器信息融合技术 由于在本系统的设计中需要用到各种传感器，所以需要将这些数据与信息加以综合并自动分析，最终对老人的身体状况做出更加准确的判断。在这个过程中要充分利用多个传感器相互协调的优势，通过多源数据进行合理的调配和这些分离观测信息多方面、多级别组合，最终导出更加有价值的信息。信息融合体系的结构有分布式、集中式和混合式。混合式中部分传感器采用集中式的融合方式，部分采用分布式的融合方式，虽然加大了通信和计算上的代价，但是具有较强的稳定性和适应能力，所以本系统在设计上采用混合式，将各传感器融合起来，对老人的身体健康信息和家中环境的监测进行更加准确的判断。 4 总结与展望 本文就物联网技术对智慧养老居家系统的设计进行了探究，通过思维导图捋清了系统设计的思路，也对系统设计中需要的一些关键技术进行了说明。物联网智慧养老模式解决了老年人的健康监测问题和日常生活的困难并降低了管理成本，使管理更加及时高效。当然，本系统在一些方面也存在着许多不足，例如由于技术上的不足，还不能将精确的血压、血氧等测量设备集成在腕表里，也没有解决老年人独自在家产生的孤独问题及其带来的一系列心理问题。但是，随着政府对政策和制度的不断完善，人们对养老产业的关注越来越多，相信智慧养老的模式会发展得越来越完善，老年人会享受到服务越来越到位的夕阳生活。 参考文献： [1] 中华人民共和国国家统计局于2017年1月20日发布的 《2016年国民经济实现“十三五”良好开局》，网页参见http：//www.stats.gov.cn/tjsj/ zxfb/201701/t20170120_1455942.html [2] 张达勇.物联网时代的智慧养老平台[J].中国公共安全（综合版），2015，18（17）：39- 41. [3] 余甜，薛群慧. 国内养老模式现状及对策研究[J].云南农业大学学报（社科版），2015 （9）：31- 36. [4] 赵弘野，王玉芬.城市社会管理中的智慧养老社区发展研究[J].城市建设理论研究（电子版），2014，17（6）. [5] 赵雅鹏.面向城市独居老人的智能居家养老交互系统设计研巧[D].无锡：江南大学，2014. [6] Z heng Y . An active transmission Mod Bus protocol based on Zigbee[C] // Electronics， Computer and Applications， 2014 IEEE Workshop on. IEEE，2014：160- 163. [7] W ang H，Shen S. Design and R esearch of Internet of T hings in Environmental Monitoring Based on Zig Bee [J]. Hans Journal of Wireless Communications，2013，3（5）：115- 121. [8] Y ina Wu，Mohamed Abdel- Aty，Jeayoung Lee. Crash R isk Analysis under Fog Conditions on Full Access Controlled Highways Using R ealTime Traffic Data[C]，Transportation R esearch Board 95th A nnual Meeting，2016（10）. [9] Qing Cai，Jaeyoug Lee，Naveen Elurn，Mohamed Abdel- Aty. MacroLevel pedestrian and bicycle crash analysis：incorporating spatial spillover effects in dual state count models[J]. Accident Analysis&Prevention，2016，31（93）：14- 22.
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