物联网技术在老年人跟踪监护上的应用

1物联网技术在老年人跟踪监护上的应用黑龙江省科学院自动化研究所早在2000年，中国就已进入老龄化社会的行列，中国的人口居社会之首，中国的老龄群体也居社会之首。老龄化速度快，老年人口数量急剧增多，人口老龄化提前于社会发展，社会养老功能弱。“四二一”式的人口结构越来越明显，出现大量的空巢老人，留守老人，家庭养老功能日益弱化。上述问题在我国人口老龄化工程中尤为突出。所以对老年人健康监管和防止意外走失等问题就显得更加的不可回避。物联网技术的不断发展和成熟，其应用领域涉及方方面面。物联网技术强大功能可以满足对老年人跟踪监护的要求，在这样一种发展契机下，物联网技术与老年人监护的有机结合，就有了巨大的市场潜力和科研价值。黑龙江省科学院自动化研究所针对老年人监护跟踪的客观需求，基于物联网技术的现有综合能力储备，研发了专门应用于老年人跟踪监护的无线装置系统和老年人环境监控系统，通过具体应用，体现出了很强的实用性和社会价值。一、物联网技术的简要介绍1995年，比尔·盖茨在他撰写的新书《未来之路》中首次提出了物联网的概念。此书推出后在IT界引起了极大的2轰动，不幸的是，当时盖茨在书中所描述的与物联网有关的观点被人们忽视了。盖茨在书中写道：“当袖珍个人计算机普及之后，困扰着机场终端，剧院以及其他需要排队出示身份证或票据等地方的瓶颈路段就可以被废除了。比如，当你走进机场大门时，你的袖珍个人计算机与机场的计算机相联就会证实你已经买了机票。开门你也无需用钥匙或磁卡，你的袖珍个人计算机会向控制锁的计算机证实你的身份。”“而您所遗失或遭窃的照相机将自动发回信息，告诉用户它现在所处的具体位置，甚至当它已经身处不同的城市的时候。”盖茨的这些设想，在当年看来几乎是疯狂的，到了现在已经可以变为现实了。物联网(InternetofThings)指的是将无处不在（Ubiquitous）的末端设备（Devices）和设施（Facilities），包括具备“内在智能”的传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、视频监控系统等、和“外在使能”(Enabled)的，如贴上RFID的各种资产（Assets）、携带无线终端的个人与车辆等等“智能化物件或动物”或“智能尘埃”（Mote），通过各种无线和/或有线的长距离和/或短距离通讯网络实现互联互通（M2M)、应用大集成（GrandIntegration)、以及基于云计算的SaaS营运等模式，在内3网（Intranet）、专网（Extranet）、和/或互联网（Internet）环境下，采用适当的信息安全保障机制，提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领导桌面（集中展示的CockpitDashboard)等管理和服务功能，实现对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化[1]。二、针对老年人跟踪监护的物联网应用技术的现状分析目前,国内在独居老人远程监护方面的研究还不多,首都医科大学生物医学工程系的陈安宇教授在2001年实现了独居老人行动分析及异常报警系统，利用检测到的信号,主动判断老人的状况,对实现独居老人的照顾进行一种尝试。由于系统采用单片机进行计算,只能进行比较简单的算法,系统的智能性较低。上海交通大学图象分析与机器智能实验室提出并实现了家庭远程医疗监护报警和咨询智能系统。该系统运用数据融合,数据挖掘,小波分析,模式识别,人工智能的方法对通过摄像头获取的现场信息进行分析。具有一定的智能性.但由于采用了家庭医疗监护仪,可控万向云台等设备.其成本较高,主要针对病人监护在西方发达国家,特别是美国,近些年,有许多大学和研究机构在政府和社会的支持开展对这一课题的研究工作。美国维吉尼亚大学的医疗设备4自动化研究中心于2002年的开展了智能居所监护系统的研究,该系统采用低成本的的感应器获取老人活动,通过数据挖掘技术建立老人的活动规律。能够实现针对不同老人的实时监护。在日本国立长寿研究所老年学部也提出了一种针对老人的无监督的健康监护的实现方法。根据对国内外物联网老年人监控技术的取长补短，黑龙江省科学院自动化研究所研制出基于物联网技术的老年人跟踪监护系统。三、物联网技术的老年人跟踪监护系统1.系统的作用和目的：本系统主要有二个应用：1.远程监视老年人的心电图。2.监护老人是否意外摔倒。3.防意外走失1）模块A：远程心电控制系统。远程心电实时监控系统由两方面组成，远程监控终端和医院监控中心。远程移动终端由患者戴在身上，包括检测装置，应急医疗装置和GPS三部分，检测装置随时随地监测人体的心电信号，并且实时的将数据信号通过GSM\GPRS无线网络传送到医院的控制中心，以便医生及时诊断。当患者心电出现异常时，医院监控中心将自动报警并且提示值班医生；同事，监控中心GIS系统根据移动终端的GPS信息自动提示病人的具体地理位置。对表现出高危心电图的患者，值班医生给出具体指令，由抢救人员最快速的到达现场并且给予最准确的抢救措施。本系统的嵌入式移动终端主要是实时采集患者的三导联心电信号，一5方面经过简单分析在移动终端显示本地信息；另一方面将经过压缩患者的信息和GPS纬度通过GPRS网络传递给医院的实时监控中心监控系统的数据库中。2）模块B：防意外摔倒装置。本装置主要由单片机和传感器组成。在人的姿态转变过程中，重力将成为影响这一运动过程的主要因素。在正常运动和跌倒过程中，人的加速度、速度和位移三种矢量均发生了变化。三轴加速度传感器，实时检测到使用对象运动中身体的三个轴向的加速度，取在一定时间域的叠加，再经过数据处理模块进行绝对量、相对变化以及相关的运算后，判断出使用对象的运动状态和跌倒信息。如果发生意外摔倒，该装置通过GPRS网络将信息传输给监控中心，监控中心会和老人联系，并且进一步制定医疗措施。3）模块C：装置中的GPRS定位可以防止老人意外走失，医院可以在征得家属同意后，准确定位老人所在位置。3.本装置独具的创新点和技术优势：1）.它可以实时监护用户；2）.穿戴本品时非常容易和舒适；3）.它可以把数据转换成有意义的并且可控的决定；4）.它会收集终端用户的信息，提供给健康监护的人和他的亲属；5）.它提供音频提示和告警；66）.依赖于无线局域网，它可以无线工作。本产品由健康信息采集器、健康信息传送器、网络服务中心和远程呼叫中心组成。健康信息采集器实时采集人体健康和运动信息，通过智能分析和处理获得心脏、血液循环，脉搏、血氧饱和度、呼吸、睡眠状态、运动状态、意外跌倒和环境温度等生理和物理指标，通过无线方式传送给健康信息传送器。7）.心电信号最新处理办法：心电信号的处理一直是重点研究对象：从近无损心电数据压缩出发,基于小波变换,研究了心电信号消噪、特征波形检测和基于感兴趣区域的近无损心电数据压缩方法。心电信号消噪和特征波形检测既是移动式远程心电监护终端必要的信号处理过程,也为近无损心电数据压缩提供了所需的信息，涉及了移动式远程心电监护终端主要的信号处理过程。心电信号消噪算法充分利用心电信号在其小波变换上表现出来的时频分布特征,生成各个尺度的空域滤波器,结合3σ滤波方法,达到了良好的消噪效果。基于小波变换的特征波形检测算法利用了小波变换的多分辨分析特性,结合移动窗口积分、3σ滤波等抗干扰手段,通过检测模极大值对及其过零点来确定特征点的位置。相对于传统和已有的方法来说,最主要的特点就在于较大程度地避免了高频噪声和基线漂移的影响,获得了较高的特征波形检测准确率。基于感兴趣区域的近无损心电数据压缩算法,通过保留与感兴趣区域重构相7关的系数,而对非感兴趣区域的系数进行大比例的压缩,并对非感兴趣区域也实施了基于PRDBE指标的质量控制,可以提供无损或近无损的感兴趣区域重构质量和满足实际应用要求的压缩比,可以保证诊断信息不丢失。基于整数小波变换,实现了信号的消噪、特征波形检测和基于感兴趣区域的嵌入式心电信号编码。整数小波变换最主要的优点在于它的实时性,但是与第一代浮点小波变换相比,它属于非线性变换,因而在信号消噪和有损压缩方面,在相同的质量评价指标下,重构信号的质量要比使用第一代浮点小波差,其主要表现为重构信号不光滑。本文提出使用四点平滑滤波的方法来解决这一问题。编码完全基于嵌入式方式,采用SPECK算法,产生的码流具有渐进传输的特征,可以实现从有损渐进至无损的解码,在低码率下也能够获得较好的重构质量,且编码算法运算复杂度低,具有高的编解码效率,可以满足移动式远程心电监护的需要。四、项目前景通过实际的应用，本系统对独居老人监控可以减少老人的心脏患病猝死风险和走失率，在老人摔倒时也可以及时救助。很大程度的提高了老人的生活质量和减少了儿女的后顾之忧。结合我国的老龄化的趋势，市场前景巨大，值得持续关住和更深入的研究。