智慧居家養(yǎng)老系統(tǒng)構(gòu)建問題研究

張雯雰 蘭宇琳

（湘南學院計算機與人工智能學院 湖南省郴州市 423099）

1 引言

根據(jù)第七次全國人口普查結(jié)果，2020年我國大陸31 個省、自治區(qū)、直轄市人口中，60 歲及以上人口占18.70%，其中65 歲及以上人口占13.50%[1]。與2010年第六次全國人口普查相比，60 歲及以上人口的比重上升5.44 個百分點，65 歲及以上人口的比重上升4.63 個百分點[1]。民政部在2020年第四季度例行新聞發(fā)布會做出預測，“十四五”期間，我國老年人口將突破3 億，將從輕度老齡化邁入中度老齡化。人口老齡化讓養(yǎng)老服務成為迫在眉睫亟待解決的一個重要問題。

目前，我國養(yǎng)老方式以傳統(tǒng)家庭養(yǎng)老為主，機構(gòu)養(yǎng)老為輔。但這兩種養(yǎng)老方式都面臨著一定的困境。以家庭養(yǎng)老為例，由于經(jīng)濟社會發(fā)展，家庭規(guī)模傾向小型化，空巢家庭增多。2014年王方兵博士對上海的調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，老年人空巢化特征明顯，其中只與配偶同住的比重為34.9%,獨居老年人比重為16.8%，兩者合計達51.7%[2]。由此可見，依靠子女的傳統(tǒng)家庭養(yǎng)老模式已難以適應目前情況。機構(gòu)養(yǎng)老雖然可以為老人提供全天候的養(yǎng)老服務，但是專門的養(yǎng)老機構(gòu)數(shù)量有限，無法滿足國內(nèi)迅速增大的養(yǎng)老需求。據(jù)民政部2020年第四季度統(tǒng)計數(shù)據(jù)，全國共有養(yǎng)老機構(gòu)3.8 萬個，養(yǎng)老服務床位483.1 萬張，即我國每百名60 歲以上老年人擁有的養(yǎng)老機構(gòu)床位數(shù)只有1.83 張左右，也就是說最多只有1.83%左右的老年人能夠到養(yǎng)老機構(gòu)享受養(yǎng)老服務，而其余98.17%的老年人，只能選擇居家養(yǎng)老。

早在2011年的“社會養(yǎng)老服務體系建設規(guī)劃（2011-2015）”中，民政部就明確提出了以居家為基礎、社區(qū)為依托、機構(gòu)為支撐的社會養(yǎng)老服務體系。各地方也制定了相應的養(yǎng)老服務規(guī)劃，例如：2015年北京市在《北京市養(yǎng)老服務設施專項規(guī)劃》中明確提出了“9064”養(yǎng)老發(fā)展目標，即到2020年，90%的老年人在社會化服務協(xié)助下通過家庭照顧養(yǎng)老，6%的老年人通過政府購買社區(qū)照顧服務養(yǎng)老，4%的老年人入住養(yǎng)老服務機構(gòu)集中養(yǎng)老。

另一方面，居家養(yǎng)老也是老年人首選的養(yǎng)老模式。根據(jù)賀坤等的調(diào)查結(jié)果，河南省老年人選擇居家養(yǎng)老、社區(qū)養(yǎng)老和機構(gòu)養(yǎng)老比例分別為 89.81%、5.79%和 4.40%[3]。柳紅娟等調(diào)查了山東省老年人養(yǎng)老意愿，結(jié)果顯示山東省老年人選擇家庭養(yǎng)老、社區(qū)居家養(yǎng)老和機構(gòu)養(yǎng)老比例分別為89.1%、2.7%和8.2%[4]。索欣等對呼和浩特市蒙古族老年人的調(diào)查結(jié)果顯示，選擇社區(qū)居家養(yǎng)老服務模式的人占89.7%，選擇養(yǎng)老院的有7.8%,選擇其他養(yǎng)老方式占2.6%[5]。王章安等的調(diào)查顯示，南寧市97.2% 的老年人傾向選擇居家養(yǎng)老，選擇各類養(yǎng)老機構(gòu)者僅占 2.8%[6]。

智慧居家養(yǎng)老是隨著物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)技術發(fā)展起來的，老年人通過智能養(yǎng)老網(wǎng)絡服務平臺、適老智能家居和各種智能設備，在家就能獲得生活照料、安全監(jiān)測、健康管理、醫(yī)療護理、精神關愛等方面的個性化服務。全面推進智能居家養(yǎng)老服務，是破解我國日趨尖銳的養(yǎng)老難題，提高廣大老年人生活質(zhì)量和幸福指數(shù)的重要途徑。為加快構(gòu)建完善的居家養(yǎng)老服務體系，2015年我國在《關于進一步做好養(yǎng)老服務業(yè)發(fā)展有關工作的通知》中指出，要將信息技術、人工智能和互聯(lián)網(wǎng)思維與居家養(yǎng)老服務機制建設相融合，提供高效的智能養(yǎng)老服務。

目前，國內(nèi)外基于物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和移動網(wǎng)絡技術的智慧居家養(yǎng)老服務系統(tǒng)已經(jīng)推向市場，但是這些系統(tǒng)還普遍存在一些問題。本文主要關注國內(nèi)智慧居家養(yǎng)老服務系統(tǒng)的現(xiàn)狀和改進方案，將從居家養(yǎng)老服務需求出發(fā)，調(diào)查智慧養(yǎng)老系統(tǒng)的現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)存在的主要問題，并提出一個建議的系統(tǒng)架構(gòu)，討論解決問題的方法和關鍵技術。

2 智慧居家養(yǎng)老服務需求

居家養(yǎng)老服務主要涵蓋生活照料、醫(yī)療保健、安全保障、精神慰藉和維權(quán)服務等，以上門服務為主要形式。生活照料主要包括家政服務、生活護理、助餐送餐、安裝維修、接送陪同、代購代辦等。醫(yī)療保健主要包括看病診療、康復護理、健康管理、健康咨詢等。安全保障主要包括緊急救助，以及急病、跌倒、煤氣泄漏、防火防盜等安全報警。精神慰藉主要包括文化娛樂、聊天關懷、心理咨詢等。維權(quán)服務主要有法律咨詢、法律援助、政策宣傳等。

許多文獻對居家養(yǎng)老服務需求做了調(diào)查，例如，王嵐[7]對哈爾濱市287 位60 歲以上老年人進行了問卷調(diào)查，結(jié)果表明生活照料、醫(yī)療保健、精神慰藉、安全監(jiān)測四類服務需求的重要程度依次為生活照料、精神慰藉、安全監(jiān)測、醫(yī)療保健，而且老年人的年齡越大、身體越差、文化程度越高、收入越高對這些養(yǎng)老服務的需求越大。王建云等[8]則根據(jù)魅力質(zhì)量理論對上海市779 位老年人的需求進行了分析，結(jié)果表明健康管理、健康知識、安全檢查、政策宣傳、法律援助、助餐服務等是老年人最需要的服務，老年人對精神慰藉、上門看病服務的需求較低，而且發(fā)現(xiàn)80 歲及以上高齡老年人對生活照料、醫(yī)療康復和緊急救助等服務需求大于中低齡老年人。鄭娟等[9]對徐州市2134 位老年人，針對生活照料、醫(yī)療護理、文體娛樂、精神慰藉等四類養(yǎng)老服務進行了需求調(diào)查，結(jié)果顯示其重要程度依次為：醫(yī)療護理、文化娛樂、生活照料、精神慰藉。候冰等[10]則調(diào)查了上海市237位70歲以上的獨居老人在生活照料、醫(yī)療保健、精神娛樂和援助維權(quán)服務上的需求，結(jié)果表明緊急援助、維修、做飯、打掃、健康維護是中高齡老年人最需要的服務。

以上調(diào)查結(jié)果并不完全一致，可能是因為調(diào)查人群、調(diào)查地點、服務定義等方面的差異。但同時也表明這些服務是不同老年群體在不同程度上需要的服務。另外，可以看到對于中高齡老人，生活照料、緊急救助和醫(yī)療保健服務是其最需要的服務類別。這也符合馬斯洛需求理論，這一理論將人的需求從低到高依次分為：生理需求、安全需求、社交需求、尊重需求和自我實現(xiàn)需求。低齡老年人健康狀況較好，生活能夠自理，因此更需要精神層面的服務，而對于中高齡老年人則更需要生理和安全方面的幫助。

除了以上居家養(yǎng)老服務需求，智慧居家養(yǎng)老系統(tǒng)還應該具備良好的人機交互和服務反饋機制，具有可維護性以及與其他系統(tǒng)的接口，便于基礎數(shù)據(jù)共享，避免信息孤島。

3 智慧居家養(yǎng)老平臺建設現(xiàn)狀分析

目前，我國的智慧居家養(yǎng)老服務體系已經(jīng)起步，各種養(yǎng)老信息服務平臺也應運而生，例如：社村通智慧居家養(yǎng)老服務平臺、樂無憂智慧養(yǎng)老平臺、杰佳通智慧養(yǎng)老平臺、醫(yī)家通智慧養(yǎng)老管理系統(tǒng)、愛牽掛家庭養(yǎng)老床位運營管理平臺、健康e 族智慧居家養(yǎng)老服務系統(tǒng)等等。這些養(yǎng)老服務平臺的一般模式為：依托網(wǎng)絡信息平臺，通過手機APP 和電話呼叫服務，外加使用智能設備進行定位、測跌倒、測心率等安全和健康監(jiān)測，提供生活照料、健康管理、安全監(jiān)測等養(yǎng)老服務。

其中，社村通、樂無憂和杰佳通三個品牌的養(yǎng)老服務平臺比較典型，社村通已入選工業(yè)和信息化部、民政部和國家衛(wèi)生健康委三部門公布的《智慧健康養(yǎng)老產(chǎn)品及服務推廣目錄（2020年版）》，表1列出了這三個平臺的功能對比。從表1可見，目前國內(nèi)智慧居家養(yǎng)老服務平臺設置的養(yǎng)老服務涵蓋了生活照料、醫(yī)療保健、安全保障、精神慰藉和維權(quán)服務等多個方面，并且支持按需訂購，能夠滿足不同層次的養(yǎng)老需求；多個子系統(tǒng)分別為運營商、服務商、政府、用戶、醫(yī)生、志愿者等提供了全面服務；用戶可以通過手機等多種人機交互方式獲取信息和服務；系統(tǒng)支持多種智能設備接入，提供安全和健康監(jiān)測功能。其中，居家安全設備主要包括緊急按鈕、攝像頭和紅外、門磁、燃氣、煙霧、水浸傳感器等?？纱┐髟O備主要包括智能手表、手環(huán)、拐杖、吊牌等，可提供定位、緊急呼叫、摔倒報警、心率血壓檢測等功能。健康監(jiān)測設備有智能床墊、血壓、血糖、血氧、心電、體溫、體重、體脂監(jiān)測儀等。另外，這些平臺一般都支持定制開發(fā)，可以為不同地區(qū)、不同運營方提供定制功能和子系統(tǒng)。

表1：國內(nèi)三個典型智慧居家養(yǎng)老服務平臺功能對比

綜上所述，從功能設計上來說，目前國內(nèi)智慧居家養(yǎng)老服務平臺已經(jīng)做得比較完善，能夠滿足老年人不同種類、不同層次的養(yǎng)老服務需求，并且具有服務質(zhì)量監(jiān)控功能，以保障養(yǎng)老服務的質(zhì)量。但也普遍存在以下問題：

（1）缺少物聯(lián)網(wǎng)設備維護系統(tǒng)，不能保證設備的可靠性、可維護性和健壯性。由于養(yǎng)老智能家居物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點和設備的數(shù)量眾多，少則十幾，多則上百，功能各異，而且大多安裝在隱蔽或較高的位置，使用電池供電。一旦設備損壞或者電池耗盡，就無法正常使用，即便安裝好了一整套物聯(lián)網(wǎng)設備，也會出現(xiàn)“用也用不久”的現(xiàn)象。除了保證設備本身的質(zhì)量和施工質(zhì)量之外，系統(tǒng)必須具備自檢和自恢復能力，不需要老年用戶來檢查和報修設備，提高系統(tǒng)的可靠性。

（2）居家安全報警的智能化程度較低，各類傳感器獨自報警，缺少基于多傳感器的綜合信息分析和異常檢測，異常識別算法沒有學習能力，安防報警和意外跌倒、失能報警的誤報率較高。健康預警也存在類似問題，目前基本是通過設置各項體征數(shù)據(jù)閾值的方法進行預警，只要某項檢測數(shù)值超出預設范圍就發(fā)出警報，這種方式也易出現(xiàn)誤報。這些誤報會影響用戶體驗，引發(fā)老年人的緊張情緒，而且過多的誤報還會給服務人員帶來大量核實工作，最終導致服務響應速度和質(zhì)量達不到要求。

（3）人機交互方式還不夠友好和智能。目前老年人與平臺一般通過手機APP、一鍵呼叫器、智能語音電視、座機電話和專用手機等進行交互。許多老年人不能熟練使用手機APP，尤其是下單訂購商品或服務這類比較復雜的操作，而使用電話、手機或一鍵呼叫器直接聯(lián)系服務人員的方式又看不到豐富的商品、服務介紹和其他各種資訊，此外坐席服務人員數(shù)量有限，有時還需排隊等待。智能語音電視可以通過簡單的語音交互進行操作，而且可以撥打視頻電話，交互方式比較友好，但是使用不太方便，必須開著電視才能用，亦不方便移動，不能隨時呼叫，而且智能化程度不高，聊天、提醒、問詢、陪伴等功能缺乏或不完善。

（4）智能養(yǎng)老產(chǎn)品與智能養(yǎng)老系統(tǒng)間存在聯(lián)通障礙[11]。目前，智能養(yǎng)老設備的對外接口并沒有嚴格標準化，不同廠商生產(chǎn)的智能養(yǎng)老設備接入?yún)f(xié)議不盡相同，這給智能養(yǎng)老平臺的軟件開發(fā)帶來了阻礙。有的軟件公司例如廣西金中軟件有限公司只能尋求與硬件設備廠商合作，要求對方提供設備對接通訊協(xié)議，以實現(xiàn)硬件終端與智慧養(yǎng)老云平臺的數(shù)據(jù)對接。有的公司例如北京思杰佳通信息技術有限公司則自己研發(fā)智能硬件產(chǎn)品。這樣，一旦增加或更換不同廠商的硬件設備就需要修改軟件代碼，如何減少這種影響是需要思考的問題。

4 智慧居家養(yǎng)老系統(tǒng)構(gòu)建

除以上問題之外，智慧居家養(yǎng)老系統(tǒng)還應該關注數(shù)據(jù)安全、隱私保護以及與其它系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享等問題。此節(jié)將基于這些問題，對智能居家養(yǎng)老系統(tǒng)架構(gòu)和解決方案進行討論。

4.1 智慧居家養(yǎng)老服務系統(tǒng)架構(gòu)設計

為構(gòu)建功能層次合理的智慧居家養(yǎng)老系統(tǒng)架構(gòu)，改善一些存在的問題，本文參考物聯(lián)網(wǎng)相關國家標準[12,13]設計了如圖1所示系統(tǒng)架構(gòu)。此架構(gòu)將智慧居家養(yǎng)老系統(tǒng)分為三層，由下至上分別為：感知控制層、服務支撐層、用戶應用層。其中，感知控制層主要功能是獲取感知對象信息或發(fā)送控制信號給控制對象，包括各種物聯(lián)網(wǎng)終端設備和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關，布置在家中的設備可以通過網(wǎng)關接入廣域網(wǎng)，智能手表等可穿戴設備一般通過移動網(wǎng)絡直接接入廣域網(wǎng)。服務支撐層包括服務提供、資源交換和運維管控三部分，服務提供系統(tǒng)為應用系統(tǒng)提供服務調(diào)用，資源交換系統(tǒng)是實現(xiàn)居家養(yǎng)老系統(tǒng)與外部系統(tǒng)間信息交換與共享的接口，運維管控系統(tǒng)的主要功能是安全認證、系統(tǒng)維護、法規(guī)監(jiān)管等，以保障設備和系統(tǒng)安全可靠運行。用戶應用層包括了各類用戶使用的應用系統(tǒng)。此外，整個系統(tǒng)還要貫穿安全設計，主要包括用戶身份認證、數(shù)據(jù)傳輸與存儲保護、網(wǎng)絡訪問控制、設備接入認證等。

圖1：智慧居家養(yǎng)老服務系統(tǒng)架構(gòu)

4.2 關鍵技術方案

在上述智慧居家養(yǎng)老系統(tǒng)架構(gòu)的基礎上，有如下改善方案：

（1）實現(xiàn)設備自檢和自動報修。物聯(lián)網(wǎng)設備節(jié)點定時向運維管控系統(tǒng)發(fā)送心跳、自檢等狀態(tài)信息，一旦運維管控系統(tǒng)判斷設備異常，則自動通過業(yè)務服務系統(tǒng)報修。

（2）提高安全警報的智能化程度，使用多傳感器數(shù)據(jù)融合技術進行異常行為識別。對攝像頭采集的視頻信息進行分析，通過人臉識別、運動目標檢測，結(jié)合其他傳感器的信息進行行為識別，獲取人的活動信息。通過生活習慣監(jiān)測和學習算法，推算作息規(guī)律，為異常情況的判斷提供參考，減少誤報率。檢測到異常之后先以自動語音方式呼叫用戶，在無應答或者未收到解除求助信號的情況下，綜合多種信息確定警報等級，根據(jù)警報等級啟動相應處理過程。

（3）讓人機交互方式更友好和智慧，使用智慧語音助手，通過語音和觸摸屏進行人機交互，提供服務訂購、信息問詢、關懷提醒、視頻電話、聊天陪伴等功能。

（4）讓智能設備更易接入養(yǎng)老系統(tǒng)，使用數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，在增加新設備的時候設置數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換規(guī)則，在數(shù)據(jù)接入時自動進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)設備與系統(tǒng)之間的低耦合、自動接入目標。另一方面，在智能設備廠商和服務平臺軟件設計公司中推廣統(tǒng)一的接入?yún)f(xié)議，例如物聯(lián)網(wǎng)感知控制設備接入國家標準[14,15]，盡量降低協(xié)議之間的差異。

（5）注重隱私保護，尤其是視頻和語音信息的保護，使用邊緣計算盡量在設備端或者家庭物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關內(nèi)進行視頻和語音處理，只有當用戶主動使用語音、視頻交互功能，或者檢測到異常情況且呼叫本人無回應或回復需要幫助之后才允許外部獲取音視頻信息。

5 結(jié)論與展望

居家養(yǎng)老是目前我國主要的養(yǎng)老方式，智慧居家養(yǎng)老服務系統(tǒng)對實現(xiàn)養(yǎng)老信息化、提高養(yǎng)老服務質(zhì)量具有重要作用。文獻調(diào)研說明老年人需要的主要養(yǎng)老服務有生活照料、醫(yī)療保健、安全保障、精神慰藉和維權(quán)服務等，目前現(xiàn)有智慧居家養(yǎng)老服務平臺已基本覆蓋這些服務項目，但同時也存在缺少對物聯(lián)網(wǎng)設備的維護、報警智能化程度不高、人機交互不夠智能和友好、設備接入有阻礙等問題。為改善這些問題，本文在物聯(lián)網(wǎng)參考體系結(jié)構(gòu)國家標準的基礎上提出了一個智慧居家養(yǎng)老系統(tǒng)架構(gòu)，并討論了相關技術方案。提出由運維管控系統(tǒng)判斷設備異常并自動報修，使用多傳感器數(shù)據(jù)融合技術進行異常識別，使用智能語音助手進行人機交互，采用數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊進行自動數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，使用邊緣計算進行隱私保護等。其中要用到數(shù)據(jù)融合、人臉識別、行為識別、自然語言處理等人工智能技術，雖然這些技術已經(jīng)進入實際應用，但依然有研究和提高的空間。智慧居家養(yǎng)老系統(tǒng)以及智能手環(huán)等適老設備提高可靠性和智慧化的關鍵在于人工智能技術的發(fā)展，同時也必然隨著人工智能技術的進步而不斷完善，相信終有一天會實現(xiàn)智慧養(yǎng)老系統(tǒng)的高度智能化。