物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在青少年健康生活中的應(yīng)用

陳天澤

摘 要：到2020年，我國青少年預(yù)計達到2.2億人口，青少年的健康成長直接關(guān)系到國家的未來，越來愈多的人投入到關(guān)心青少年健康成長的隊伍中。據(jù)中國學(xué)生體質(zhì)與健康調(diào)研顯示，中國學(xué)生的形態(tài)發(fā)育水平不斷提高，營養(yǎng)狀況得到改善，常見病患病率持續(xù)下降。但是，耐力、力量、速度等體能指標有明顯下降趨勢，特別是視力不良率居高不下，城市超重和肥胖青少年的比例明顯增加，嚴重影響青少年的健康成長。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被喻為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次革命浪潮。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷完善，以及在其他領(lǐng)域的成功應(yīng)用，把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于青少年健康成長服務(wù)中，不僅可行而且很有必要，通過提供預(yù)防青少年近視的應(yīng)用、檢測青少年身高體重和關(guān)聯(lián)營養(yǎng)學(xué)的體重計，以及采集青少年的活動記錄。這些物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用能實時監(jiān)測青少年的行為習(xí)慣和身體狀態(tài)，上傳數(shù)據(jù)到分析平臺，利用大數(shù)據(jù)智能算法，提出對青少年有利的建議，從而助力青少年健康成長。

關(guān)鍵詞：青少年健康；物聯(lián)網(wǎng)；健康平臺

中圖分類號：D669.6 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）21-0040-03

1 背景技術(shù)的介紹

1.1 物聯(lián)網(wǎng)的定義

物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱為Internet of Things，也就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，定義是通過射頻識別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理等[1]。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)（圖1）

有人提出物聯(lián)網(wǎng)的三層架構(gòu)：

（1）感知層：主要任務(wù)是采集和捕獲信息，達到感知和識別物體的目的，是實現(xiàn)“全面感知”的基礎(chǔ)。比如利用RFID、傳感器、攝像頭等隨時隨地地獲取物體的信息。

（2）網(wǎng)絡(luò)層：利用現(xiàn)在成熟的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如Internet、GSM、LTE、NB-IOT等，實現(xiàn)應(yīng)用層與感知層之間的可靠傳遞。

（3）應(yīng)用層：利用云計算、分布式計算、人工智能等智能計算，對海量的數(shù)據(jù)進行分析和處理，獲得有用的信息，并將這些信息反饋給感知層，達到智能控制的目的。

1.3 物聯(lián)網(wǎng)中運用的技術(shù)

傳感器屬于物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)末梢，模式識別技術(shù)通過其智能處理能力成為物聯(lián)網(wǎng)不可或缺的基本條件。窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具備廣域覆蓋、海量接入、低功耗等特征，在不同的垂直行業(yè)得到更廣泛的應(yīng)用，開啟萬物互聯(lián)的新領(lǐng)域、新時代。

1.3.1 傳感器技術(shù)

傳感器的主要功能是識別物體，采集信息，利用聲、光、熱、電、力學(xué)、化學(xué)、生物、位置等來采集需要的信息。具體包括：溫度傳感器、濕度傳 感器、攝像頭、MP2傳感器、二維碼標簽、RFID標簽和讀寫器等[2][3]。

1.3.2 模式識別技術(shù)

模式識別就是通過計算機用數(shù)學(xué)技術(shù)方法來研究模式的自動處理和判讀。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，人類有可能研究復(fù)雜的信息處理過程。物聯(lián)網(wǎng)不僅提供傳感器的連接，其也具有智能處理能力，利用模式識別技術(shù)擴展到青少年狀態(tài)的監(jiān)測模式識別中[4]。如圖2所示。

1.3.3 窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（NB-IOT）

工業(yè)4.0時代，窄帶物聯(lián)網(wǎng)（Narrow Band Internet of Things， NB-IoT）技術(shù)應(yīng)運而生，成為物聯(lián)網(wǎng)一個重要分支。NB-IoT具備四大特點：一是廣覆蓋；二是具備支撐海量連接的能力；三是更低功耗；四是更低的模塊成本。使其可以廣泛應(yīng)用于多種遠程抄表、智能停車等行業(yè)，在青少年體育課程系統(tǒng)跟蹤、體重跟蹤等中應(yīng)用[5]。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在青少年健康生活中的應(yīng)用

目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在健康領(lǐng)域已有很多應(yīng)用，各式移動裝置、智能醫(yī)材裝置（如聯(lián)網(wǎng)血壓計、聯(lián)網(wǎng)體脂計等）與傳感技術(shù)，隨時隨地監(jiān)測個人健康信息（如心跳、血壓、血糖、血脂、心率、呼吸、睡眠等）。然而基于青少年營養(yǎng)與健康的檢測應(yīng)用非常少，青少年的健康與老人健康的監(jiān)測內(nèi)容側(cè)重完全不同，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于青少年健康生活過程中，必定會打破家長由于上班等各方面的原因造成的無法及時了解和糾正青少年狀態(tài)的時間和空間限制，給青少年健康生活帶來全新的、革命性的變化。下面從預(yù)防青少年近視、身高體重監(jiān)測、應(yīng)急情況監(jiān)測、活動狀態(tài)跟蹤等方面，闡述物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在青少年健康服務(wù)中的智能應(yīng)用，有廣闊的發(fā)展前景。

2.1 智能防近視筆套

隨著現(xiàn)代學(xué)生課業(yè)任務(wù)的加重，在青少年時代近視的人數(shù)越來越多，近視是學(xué)校中的常見病。長期以來，中小學(xué)生近視眼發(fā)病率呈快速上升趨勢，大中城市中小學(xué)生的56/100左右是近視眼，農(nóng)村中小學(xué)生也有50/100的近視眼。這種現(xiàn)象值得引起社會各界的高度重視，保護學(xué)生視力是當前中小學(xué)生衛(wèi)生工作中的一項重要任務(wù)。智能防近視筆套是由傳感器（紅外傳感、陀螺儀）、通信模塊、控制系統(tǒng)（振動模塊）、告警系統(tǒng)和筆套等部分組成。傳感器的紅外裝置用于感應(yīng)作業(yè)本與青少年眼睛的距離，陀螺儀用于測量筆的位置空間，通信模塊用于將采集信息（學(xué)生書寫作業(yè)的時間和眼睛距離桌面的距離）傳送到智能平臺，人機交互模塊用于及時發(fā)出告警提醒學(xué)生適當休息以及保持書寫時距離桌面的距離不要太近，從而在一定程度上降低青少年近視的概率。該應(yīng)用采集使用該筆套的用戶的視力情況，通過大數(shù)據(jù)分析，可以分析出學(xué)生近視程度和書寫距離的關(guān)系，從而優(yōu)化算法，設(shè)置最佳書寫距離。該筆套還可以衡量每天學(xué)生的作息時間和作業(yè)長度，為優(yōu)化作業(yè)量，提高作業(yè)效率提供數(shù)據(jù)支持[6]。如圖3所示。

2.2 智能體重身高監(jiān)測儀

現(xiàn)代家長對青少年成長水平和營養(yǎng)程度越來越關(guān)心。身高和體重是衡量兒童生長發(fā)育及喂養(yǎng)（營養(yǎng)）狀況的客觀指標，特別是體重變化（增加或減少）反映近期飲食和運動的平衡關(guān)系。智能體重身高監(jiān)測儀首先采集青少年父母的身高、體重、青少年的年齡、目前的身高、體重信息做智能分析。關(guān)聯(lián)營養(yǎng)學(xué)的相關(guān)理論知識，提出針對該青少年的營養(yǎng)建議。如圖4所示。

智能體重身高監(jiān)測儀由體重感應(yīng)器、身高測量系統(tǒng)、無線傳輸、控制系統(tǒng)以及客戶端組成。體重感應(yīng)器和身高測量系統(tǒng)用于采集青少年的身高和體重，無線傳輸模塊用于將采集數(shù)據(jù)及時上報平臺，同時依據(jù)采集到的青少年父母的身高體重、年齡計算出合理的身高和體重范圍。通過比對青少年目前的身高體重，計算出青少年的BMI，根據(jù)下圖不同的分布類型，提供針對該青少年的營養(yǎng)建議，及時發(fā)現(xiàn)問題[7]。如圖5所示。

家長通過使用客戶端APP可以同步平臺數(shù)據(jù)，及時了解青少年的健康信息，平臺也會根據(jù)青少年的狀態(tài)在APP上面推送營養(yǎng)建議以及運動建議，針對性的助力青少年的身體成長。例如通過給出青少年體重的成長曲線。通過體重變化曲線，青少年可以預(yù)測自己未來的體重從而對自己的體重進行控制。

2.3 兒童摔倒報警器

兒童本身的活動量較大，成長過程中由于重心不穩(wěn)常常會造成跌倒。再加上兒童對周圍環(huán)境認知不健全，使得行為存在很多不確定性，嚴重的情況會威脅青少年成長的健康。

兒童摔倒報警器由重力檢測系統(tǒng)、跌倒報警器、客戶端等組成，在一定程度上可以檢測青少年的活動狀態(tài)，特別是在突發(fā)事件時可以及時發(fā)出告警。青少年通過佩戴告警器，在跌倒時及時發(fā)出告警，通過物聯(lián)網(wǎng)平臺告知其老師或監(jiān)護人，從而更加有效的獲得狀態(tài)信息，在突發(fā)情況時得以及時采取措施，最大化的降低摔倒的后續(xù)風(fēng)險。同時該系統(tǒng)還可以提供數(shù)據(jù)分析：R代表跌倒風(fēng)險，L代表跌倒到爬起之間的時間長度，通過對一定時間短青少年跌倒時間的求和，得到公式中的分子。公式中的分母T代表了代表了對應(yīng)青少年年齡段的一定時間內(nèi)的跌倒均值（年紀小的均值更大）。通過比較L值的和并與T均值比較，得出青少年的跌倒風(fēng)險，越大越值得引起關(guān)注[8]。

3 青少年生活與健康服務(wù)平臺

除了上面介紹的幾種應(yīng)用外，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還可以應(yīng)用于青少年體檢報告跟蹤系統(tǒng)、生活習(xí)慣監(jiān)測、睡眠監(jiān)測等多種系統(tǒng)，在政府、社區(qū)、醫(yī)院、企業(yè)和家庭等多方的共同努力下，可以進一步構(gòu)建起青少年的健康服務(wù)系統(tǒng)。通過系統(tǒng)提供的大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析功能幫助用戶，及時、全面的管理、檢測青少年的健康狀況。完成個人健康數(shù)據(jù)在青少年健康管理系統(tǒng)中的采集，轉(zhuǎn)換，歸集，檢索處理，并應(yīng)用于實踐，實現(xiàn)從“健康監(jiān)測——分析——預(yù)警——干預(yù)”的立體化青少年健康管理，全方位青少年體質(zhì)監(jiān)測，有效降低青少年的近視率，并對肥胖進行準確控制，降低青少年健康服務(wù)成本起到了積極促進作用，使研究具有一定的理論水平和實用價值[9][10]。如圖6所示。

4 結(jié)語

少年強則中國強，青少年的健康是當今社會關(guān)注的一項重要問題，青少年的健康成長尤其應(yīng)該引起全社會的廣泛關(guān)注。青少年的體質(zhì)監(jiān)控需要社會多方面的部門積極探索研發(fā)更好的方法，持續(xù)引入高科技，為增進青少年體質(zhì)健康發(fā)展做出努力。關(guān)愛青少年、促進健康成長，構(gòu)建和諧社會是全社會的責(zé)任。政府部門和公共服務(wù)機構(gòu)應(yīng)該立即行動起來，采取有效措施，加大財政投入，特別是近日，教育部、國家衛(wèi)健委共同起草《綜合防控兒童青少年近視實施方案（征求意見稿）》，更應(yīng)積極承擔(dān)起應(yīng)有的責(zé)任，抓住物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展所帶來的機遇，為青少年健康監(jiān)控開發(fā)出更實用的應(yīng)用系統(tǒng)。產(chǎn)業(yè)界更應(yīng)該積極做好為青少年健康的產(chǎn)品和系統(tǒng)的應(yīng)用與推廣工作。在全社會的共同努力下，為青少年健康成長增添新的內(nèi)容。

參考文獻

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