互聯(lián)網(wǎng)+等技術(shù)在居家養(yǎng)老應(yīng)用方面的思考和研究

1、    “互聯(lián)網(wǎng)+”等技術(shù)在居家養(yǎng)老應(yīng)用方面的思考和研究    李欣悅課題摘要：根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)部門的數(shù)據(jù)，2018年末中國大陸65周歲及以上人口已占總?cè)丝诘?1.9%，中國正在快速老齡化。此外獨(dú)居老人和空巢老人增速加快，比重增高，城市老年人空巢家庭已達(dá)49.8%。老年人的生活保障，正在由家庭問題轉(zhuǎn)變成為社會問題。本課題正是在此背景下，研究、探討“互聯(lián)網(wǎng)+”等計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)在獨(dú)居老人和空巢老人居家養(yǎng)老中的應(yīng)用方案，并且在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一套簡單、易用的智能居家養(yǎng)老應(yīng)用系統(tǒng)。智能居家養(yǎng)老應(yīng)用系統(tǒng)功能涵蓋健康保障、溝通交流、生活服務(wù)、文化娛樂等日常生活的方方面面，

2、尤其注重老年人之間、老年人與社區(qū)之間的互動(dòng)，幫助老年人更好地與外界交流，融入自己感興趣的社交圈，找到志趣相投的朋友。智能居家養(yǎng)老應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能簡單、易用。讓老年人不需要額外學(xué)習(xí)，通過語音指令就能使用幾乎所有的功能，面向老年人可操作性強(qiáng)，互動(dòng)性好。讓現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)切實(shí)地方便老年人的生活，保障他們的健康和安全，豐富老年人的精神文化生活。課題關(guān)鍵詞：人口老齡化;互聯(lián)網(wǎng)+;智能居家養(yǎng)老;社區(qū)互連;生活服務(wù)  一、課題研究背景根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局2018年國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)1的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2018年末中國大陸總?cè)丝?39538萬人，其中60周歲及以上人口24949萬人，占總?cè)丝诘?7

3、.9%，65周歲及以上人口16658萬人，占總?cè)丝诘?1.9%。2019年2月23日，全國老齡委員會公布了本世紀(jì)中國人口老齡化發(fā)展趨勢預(yù)測研究報(bào)告2。根據(jù)報(bào)告，在不久的將來，展現(xiàn)在我們面前的將是一個(gè)銀發(fā)漸增的世界，2020年老年人口將達(dá)到2.48億。獨(dú)居老人和空巢老人增速加快，比重增高，城市老年人空巢家庭已達(dá)49.8%，預(yù)計(jì)到 2020年，獨(dú)居老人和空巢老年人將增加到 1.18億人左右，獨(dú)居老人和空巢老人將成為老年人中的“主力軍”。隨著筆者國城市化進(jìn)程不斷加快，家庭模式越來越趨于小型化，加之城市生活的快節(jié)奏和高壓力，年輕子女陪伴父母的時(shí)間正在變少，使得筆者國傳統(tǒng)的家庭養(yǎng)老功能也正在逐漸弱化。&

4、#160; 二、課題研究目標(biāo)本課題正是在此背景下，研究“互聯(lián)網(wǎng)+”等新一代計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)在獨(dú)居老人和空巢老人居家養(yǎng)老中的應(yīng)用方案。希望通過本課題的研究，能夠設(shè)計(jì)出一套支持家庭溫情養(yǎng)老模式的簡單、易用方案，即能滿足老年人對“家”和“親情”的心理需求，又能保障老年人的健康、安全、方便他們的對外溝通和日常生活、充實(shí)老年人的精神生活。讓老人們“老有所依”、讓年青人輕裝上陣、努力工作，共建和諧社會、美好家園。  三、課題研究內(nèi)容為了實(shí)現(xiàn)課題目標(biāo)，筆者在兩位指導(dǎo)老師的幫助下確定了項(xiàng)目方案，并最終完成一個(gè)簡單、易用的智能居家養(yǎng)老應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)在功能上需要支持居家養(yǎng)老人員的日常生活各方面，主要

5、包括：健康保障、溝通協(xié)助、生活服務(wù)、日常幫助、文化娛樂等;并且借助于語音識別技術(shù)，做到簡單、易用，讓居家養(yǎng)老的老年人不需要額外學(xué)習(xí)，就可以輕松使用。  四、課題的研究方法  （一）選題的確定圖（1）系統(tǒng)架構(gòu)圖2019年1月份，筆者跟隨父母去醫(yī)院看望剛做完手術(shù)的外婆。外婆有嚴(yán)重的骨質(zhì)疏松，一個(gè)人在家不小心摔倒后，因?yàn)闆]有得到及時(shí)救助而大腿骨嚴(yán)重骨折，在醫(yī)院動(dòng)了手術(shù)植入鋼板。醫(yī)生說，如果當(dāng)時(shí)有人在家，而不是自己強(qiáng)撐著走動(dòng)找手機(jī)打電話，骨折就不會這么嚴(yán)重。圖（5）緊急求助示意圖筆者由此產(chǎn)生了要研究設(shè)計(jì)一套智能居家養(yǎng)老系統(tǒng)的想法。通過這套系統(tǒng)讓像外婆一樣的老年人能夠在家安安心心地養(yǎng)

6、老。不管是眼神不好，還是不會使用智能手機(jī)，都能方便地跟外界聯(lián)系，有緊急情況時(shí)也能及時(shí)得到救助，甚至能夠找到志趣相投的朋友，加入朋友圈參加自己感興趣的社會活動(dòng)，讓老年生活不僅安全，也能豐富多彩不孤單。盡管有了系統(tǒng)的模糊輪廓，但是筆者一時(shí)還不知道該如何入手。于是，筆者去學(xué)校找到了筆者們高一時(shí)的信息技術(shù)課朱老師，跟老師交流了筆者的想法。朱老師非常支持，他指導(dǎo)筆者查閱有關(guān)人口老年化、居家養(yǎng)老、智能家居以及目前已有的智能養(yǎng)老系統(tǒng)等各方面資料，并讓筆者直接向自己的年長親友、周邊年長鄰居進(jìn)行調(diào)查，詢問他們對于居家養(yǎng)老的需求。當(dāng)時(shí)正值寒假期間，筆者走訪了家中長輩，也電話調(diào)研了一些年長親友，整理出了居家養(yǎng)老的大

7、致需求，對比了目前已有的智能養(yǎng)老系統(tǒng)的功能，發(fā)現(xiàn)還有很多居家養(yǎng)老的需求有待開發(fā)。圖（6）未接電話查詢示意圖開學(xué)后，筆者帶著調(diào)研的結(jié)果和查閱到的信息跟朱老師進(jìn)行了交流和討論，選定了智能居家養(yǎng)老應(yīng)用這一研究課題，準(zhǔn)備設(shè)計(jì)一個(gè)簡單、易用的智能居家養(yǎng)老應(yīng)用系統(tǒng)來完成這一課題。  （二）系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)過程要實(shí)現(xiàn)規(guī)劃中的系統(tǒng)功能，還需要頂層硬件平臺的支持。這時(shí)筆者在亞太管理學(xué)院學(xué)習(xí)時(shí)的老師向筆者推薦了南京林業(yè)大學(xué)自動(dòng)化系的黃磊老師，黃老師教授智能控制等課程，正好能指導(dǎo)筆者的頂層實(shí)現(xiàn)。于是筆者電話預(yù)約了黃老師并去旁聽了黃老師的課程，還去參觀了他們的實(shí)驗(yàn)室。黃老師給筆者推薦了arduino從基礎(chǔ)到實(shí)

8、踐3等相關(guān)書籍，于是筆者在黃老師的指導(dǎo)下開始了頂層開發(fā)平臺的理論學(xué)習(xí)和實(shí)際操作。在黃老師和朱老師的指導(dǎo)和幫助下，結(jié)合之前調(diào)研、整理的需求，筆者完成了三層體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，即社區(qū)服務(wù)層、居家養(yǎng)老中控層、數(shù)據(jù)采集層。選定了arduino開發(fā)平臺來實(shí)現(xiàn)底層功能。系統(tǒng)的功能主要包括：健康保障、溝通協(xié)助、生活服務(wù)、日常幫助、文化娛樂等。  （三）系統(tǒng)設(shè)計(jì)可行性的驗(yàn)證過程圖（2）總體功能示意圖筆者在兩位指導(dǎo)老師的幫助下，于2019年3月30日完成了系統(tǒng)功能的初步設(shè)計(jì)。雖然在系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)過程中，筆者請教了指導(dǎo)老師，也查閱了arduino硬件開發(fā)平臺以及各主要功能模塊的技術(shù)資料，但是設(shè)計(jì)的系統(tǒng)功能究

9、竟能不能實(shí)現(xiàn)、有沒有什么技術(shù)難點(diǎn)，以及能不能如設(shè)想的那樣讓老年人簡便地使用，這些都還沒有被驗(yàn)證。由于筆者時(shí)間所限，在短時(shí)間里無法完成本系統(tǒng)所有的開發(fā)工作，于是經(jīng)過與指導(dǎo)老師的討論，決定找出關(guān)鍵的功能點(diǎn)，制定出開發(fā)計(jì)劃，按照重要性的順序先后進(jìn)行開發(fā)驗(yàn)證。本系統(tǒng)中社區(qū)服務(wù)層與居家養(yǎng)老中控層之間的交互很多，能實(shí)現(xiàn)的功能也多，但基于互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，完成這些功能技術(shù)上并不困難所以排在最后，等時(shí)間充裕的時(shí)候再予考慮。數(shù)據(jù)采集層需要采集用戶的心跳、血壓等健康數(shù)據(jù)并通過wifi連接向居家養(yǎng)老中控層上傳數(shù)據(jù)，在發(fā)生緊急情況時(shí)，還需要向中控層發(fā)送緊急求助信號，這些是本系統(tǒng)健康保障功能的基礎(chǔ)，但通過產(chǎn)品搜索可

10、知道，能完成健康數(shù)據(jù)采集功能的手環(huán)產(chǎn)品比較多，實(shí)現(xiàn)上沒有問題。所以本系統(tǒng)的關(guān)鍵功能點(diǎn)是：（1）底層硬件上居家養(yǎng)老中控層的主控板需要集成語音識別、gsm、sd、錄放音等功能模塊，完成通過語音指令撥打電話、朗讀接收到的短信、點(diǎn)播音頻節(jié)目等功能;（2）數(shù)據(jù)采集層需要驗(yàn)證的是通過wifi連接向居家養(yǎng)老中控層上傳數(shù)據(jù)，包括采集到的健康數(shù)據(jù)和一鍵求救信號。圖（3）未讀短信查詢示意圖根據(jù)計(jì)劃，筆者又花了10天左右時(shí)間用來學(xué)習(xí)arduino教程，研究arduino示例，接著花了5天時(shí)間查閱了能購買到的語音識別、sd、gsm、wifi等相關(guān)模塊的技術(shù)資料。最終，筆者為家庭主控機(jī)選型了arduino uno主控板

11、、語音識別以及gsm、wifi等主要功能模塊;為智能手環(huán)選型了arduino nano主控板及心跳、步行等傳感器，并得到了黃老師的肯定。圖（4）音頻點(diǎn)播示意圖從2019年4月15日開始，筆者陸續(xù)收到了購買的arduino主控板及語音識別、gsm、wifi等相關(guān)模塊，并正式開始了編碼以驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程。筆者對收到的各主要功能模塊開發(fā)板進(jìn)行了基本功能的單獨(dú)測試。例如首先拿到的語音識別模塊，筆者先驗(yàn)證了該模塊的語音識別能力，請了發(fā)音不標(biāo)準(zhǔn)的外婆進(jìn)行了測試，識別關(guān)鍵詞基本沒有問題;之后又測試了該模塊對于中文文本的朗讀能力，確認(rèn)發(fā)音清晰、斷句合理、語義完全能夠理解，至此本系統(tǒng)中比較關(guān)鍵的功能點(diǎn)語音識別

12、和文本朗讀被確認(rèn)可行。之后，筆者又分別測試了gsm、wifi、sd等相關(guān)模塊。完成了各模塊的單獨(dú)測試之后，筆者就開始集成arduino uno主控板和各主要功能模塊。筆者在集成過程中，采用分步驟進(jìn)行的工作方法，首先集成arduino uno主控板和語音識別模塊，當(dāng)語音識別模塊識別到關(guān)鍵詞后，把返回值發(fā)送給arduino主控板，由主控板進(jìn)行關(guān)鍵詞分析處理，并把結(jié)果以字符串的形式返回給語音識別模塊，由后者為用戶進(jìn)行朗讀并接收用戶的下一步指令以完成與用戶的交互。在arduino uno主控板和語音識別模塊集成的工作基本完成之后，筆者再加入了gsm模塊，之后是wifi模塊，采用這樣的工作方式，筆者最終

13、完成了根據(jù)用戶語音的指令查找未接電話、撥打聯(lián)系人電話、查找未讀短信并朗讀、通過語音指令控制家用電器;以及數(shù)據(jù)采集層與居家養(yǎng)老中控層之間通過wifi連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)戎饕δ艿拈_發(fā)和驗(yàn)證。于是上述兩點(diǎn)關(guān)鍵問題均得到可行的驗(yàn)證。  五、課題的研究結(jié)果筆者最終完成了一套智能居家養(yǎng)老應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)說明如下：  （一）系統(tǒng)簡介系統(tǒng)的功能主要包括：健康保障、溝通協(xié)助、生活服務(wù)、日常幫助、文化娛樂等。健康保障：1.收集居家養(yǎng)老人員步行、心跳、血壓等健康數(shù)據(jù)并生成簡單的健康報(bào)告，分析健康數(shù)據(jù)識別出異常情況并及時(shí)給予提醒。2.提供一鍵求助功能，當(dāng)居家老人獨(dú)自在家出現(xiàn)緊急情況時(shí)可以及時(shí)地

14、得到救助。溝通協(xié)助：1.幫助居家養(yǎng)老人員通過語音控制接打電話以及為他們朗讀收到的短信;當(dāng)無人接聽電話時(shí)，通過本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)語音留言，不錯(cuò)過任何重要信息。2.幫助老年人更好地與周圍鄰居聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)社區(qū)互連。借助于社區(qū)服務(wù)層存儲的本社區(qū)老年人的聯(lián)系信息，讓居家養(yǎng)老人員不必記憶所有鄰居的聯(lián)系方式，當(dāng)有聯(lián)系需求時(shí)，可以通過姓名等信息在本社區(qū)內(nèi)找人，并可以給鄰居留言，讓老年人的交友更方便。生活服務(wù)：通過社區(qū)呼叫中心的電話接口，可以為居家養(yǎng)老人員提供一些日常生活的線下服務(wù)，例如生活用品配送、上門保潔等家政服務(wù)。日常幫助：1.幫助老年人建立重要提醒事項(xiàng)，不錯(cuò)過任何重要的日程。2.通過語音指令控制各類家電，享受方便

15、的智能家居生活。文化娛樂：1.開通點(diǎn)播頻道：由社區(qū)系統(tǒng)維護(hù)的工作人員收集、上傳老年人喜歡的戲曲、相聲、樂曲、健康養(yǎng)生等音頻節(jié)目，居家養(yǎng)老的老年人可以根據(jù)自己的喜好點(diǎn)播后下載到本地收聽。2.開通交友頻道：由社區(qū)的工作人員按照老年人的興趣愛好建立一些朋友圈，定期發(fā)布圈內(nèi)信息，還可以組織圈內(nèi)的線下活動(dòng)并及時(shí)發(fā)布活動(dòng)信息，圈內(nèi)信息即時(shí)推送給加入圈子的圈友;老年人通過語音選擇自己喜歡的圈子并加入后，就能及時(shí)地接收到圈內(nèi)信息，并可以根據(jù)自己的時(shí)間和健康狀況選擇參加線下活動(dòng)。  （二）系統(tǒng)優(yōu)勢雖然在課題開始調(diào)研時(shí)，通過網(wǎng)絡(luò)查找到目前已有一些智能居家養(yǎng)老方面的實(shí)施方案，但這些方案或側(cè)重于子女的app

16、客戶端，必須由子女通過app關(guān)聯(lián)老人，為老人訂購商品與服務(wù)，而老人自己只能通過佩帶的智能設(shè)備進(jìn)行簡單的通話、定位以及一些健康數(shù)據(jù)的采集;或偏重于服務(wù)端，提供居家養(yǎng)老人員的檔案建立、查詢統(tǒng)計(jì)、遠(yuǎn)程視頻交互及一些養(yǎng)生知識、天氣預(yù)報(bào)等資訊的推送。而對于大多數(shù)上了年紀(jì)真正需要幫助的居家老人們，因?yàn)椴粫褂弥悄茉O(shè)備終端，學(xué)習(xí)應(yīng)用新技術(shù)新設(shè)備困難，且部分老年人由于視力原因，很多操作受到限制，所以目前能查詢到的居家養(yǎng)老實(shí)施方案老人們能實(shí)現(xiàn)的自主操作不多，不能對他們的溝通交流、日常生活、文化娛樂等方面提供充分的幫助。本系統(tǒng)正是基于目前這種情況，以智能語音識別以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行應(yīng)用研究，功能涵蓋健康保障、

17、溝通交流、生活服務(wù)、文化娛樂等日常生活的方方面面，尤其注重老年人之間、老年人與社區(qū)之間的互動(dòng)，幫助老年人建立自己的圈子，找到志趣相投的朋友，豐富老年人的精神生活。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能簡單、易用。讓老年人不需要額外學(xué)習(xí)，通過語音指令就能使用幾乎所有的功能，面向老年人可操作性強(qiáng)、互動(dòng)性好。讓現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)，切實(shí)地方便老年人的生活，保障他們的健康和安全，豐富老年人的精神文化生活。  （三）系統(tǒng)架構(gòu)及主要功能系統(tǒng)采用如圖所示的三層架構(gòu)：本課題采用的三層架構(gòu)分別為：健康數(shù)據(jù)采集層、居家養(yǎng)老中控層、社區(qū)服務(wù)層。其中：  1.健康數(shù)據(jù)采集層硬件上是采用arduino nano主控板集成w

18、ifi以及步行、心跳、血壓等傳感器搭建的智能手環(huán);實(shí)現(xiàn)居家人員的心跳、步行數(shù)據(jù)、血壓等健康數(shù)據(jù)的采集以及上傳，并提供一鍵求救功能，在緊急情況下通過wifi向居家養(yǎng)老主控機(jī)發(fā)送求救信號，由主控機(jī)同時(shí)向社區(qū)以及指定的緊急聯(lián)系人發(fā)送求救信息。  2.居家養(yǎng)老中控層硬件上是采用arduino uno主控板集成語音識別、gsm以及wifi等模塊搭建的智能居家養(yǎng)老主控機(jī)。系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)如下所述的四方面功能：  （1）健康小幫手收集居家養(yǎng)老人員的健康數(shù)據(jù)并生成簡單健康報(bào)告;異常健康數(shù)據(jù)的識別與報(bào)警;緊急情況求助等。  （2）生活小助理通過接入社區(qū)的生活服務(wù)中心，為居家養(yǎng)老人員提供

19、日常生活用品采購、居家保潔等線下服務(wù);通過語音指令建立重要事項(xiàng)記錄以便及時(shí)提醒，不錯(cuò)過重要的日程;通過語音指令控制家電，享受智能家居的便利生活;接收社區(qū)下發(fā)的各類通知、通告等。  （3）溝通小助手幫助居家養(yǎng)老人員通過語音指令接打電話以及為他們朗讀收到的短信，當(dāng)無人接聽電話時(shí)，通過本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)語音留言，不錯(cuò)過任何重要信息。社區(qū)內(nèi)找人：根據(jù)姓名等信息在本社區(qū)內(nèi)查找鄰居、留言，方便鄰里溝通。  （4）快樂小能手音頻節(jié)日點(diǎn)播：根據(jù)居家養(yǎng)老人員的語音指令，播放從社區(qū)服務(wù)器下載的音頻節(jié)目。交友頻道：通過語音指令查找、加入或退出圈子;收聽圈內(nèi)信息;報(bào)名圈內(nèi)活動(dòng)。  3.社區(qū)服務(wù)層

20、硬件上在社區(qū)層搭建智能居家養(yǎng)老應(yīng)用服務(wù)器以及數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器存儲的信息主要分兩大類，包括：本社區(qū)居家養(yǎng)老人員的個(gè)人信息，如聯(lián)系方式、健康情況、個(gè)人興趣愛好及加入的圈子等信息;本系統(tǒng)的應(yīng)用數(shù)據(jù)，如建立的圈子及圈內(nèi)信息、可供點(diǎn)播的相聲、戲曲一類的音頻文件等。應(yīng)用服務(wù)器提供的主要功能包括：  （1）系統(tǒng)維護(hù)管理居家養(yǎng)老人員的個(gè)人信息的維護(hù)：包括個(gè)人信息的整理、上傳等。系統(tǒng)的應(yīng)用數(shù)據(jù)維護(hù)：包括建立圈子，發(fā)布圈內(nèi)信息;收集、更新相聲、戲曲等音頻節(jié)目。  （2）社區(qū)呼叫中心社區(qū)通知、通告的下發(fā);緊急求救應(yīng)急處理;幫助居家養(yǎng)老人員查找鄰居等功能。  （3）社區(qū)警務(wù)中心

21、警務(wù)警情通告、提醒的下發(fā);報(bào)警應(yīng)急處理等功能。  （4）社區(qū)醫(yī)務(wù)中心體檢通知、體檢報(bào)告下發(fā);異常健康報(bào)告的初步分析;應(yīng)急救援處理等功能。  （5）社區(qū)生活服務(wù)中心組織圈子的線下活動(dòng)，發(fā)布活動(dòng)信息;日常生活用品的訂購/配送;居家保潔等線下服務(wù)。  （四）總體功能說明  1.總體功能示意圖  2.總體功能說明服務(wù)上以社區(qū)為中心建立居家養(yǎng)老應(yīng)用系統(tǒng)，注重老年人之間、老年人與社區(qū)之間的互動(dòng)，幫助老年人建立自己的圈子，找到志趣相投的朋友。功能上以居家養(yǎng)老主控機(jī)為中心，通過與智能手環(huán)、社區(qū)養(yǎng)老服務(wù)中心的數(shù)據(jù)交互，完成系統(tǒng)的主要功能，包括：健康保障、溝通協(xié)助、生活服務(wù)、日常幫助、文化娛樂等。  （五）關(guān)鍵功能示意  1.未讀短信查詢功能說明：根據(jù)用戶的語音指令，查詢未讀短信并語音朗讀;根據(jù)用戶的要求回電或記錄重要事項(xiàng)以做備忘或提醒。  2.音頻點(diǎn)播功能說明：居家養(yǎng)老用戶通過語音指令點(diǎn)播喜歡的音頻節(jié)目。  3.緊急求助功能說明：老年人在緊急情況下，通過長按手環(huán)上的一鍵求助按鍵，發(fā)送緊急求助信號，居家養(yǎng)老主控機(jī)收到求救信號后向緊急聯(lián)系人發(fā)送求救短信;同時(shí)也向社區(qū)呼叫中心發(fā)送緊急求救信息，社區(qū)呼叫中心收到緊急求救信息后啟動(dòng)應(yīng)急處理，通知附近的社區(qū)工作人員或社區(qū)志愿者上門確認(rèn)和施救。