基于養(yǎng)老場景的智能家居監(jiān)測平臺設計研究

■李珂心，吳智慧 Li kexin & Wu zhihui

(南京林業(yè)大學家居與工業(yè)設計學院，江蘇南京 210037）

我國人口老齡化形勢日趨嚴峻，自2000年以來60歲及以上人口數(shù)量增長迅速，老齡人口占比從10.45%增長至18.70%，二十年來幾乎翻了一倍。老齡人口的增長致使勞動年齡人口比例下降的同時對養(yǎng)老保障體系造成了巨大的壓力，養(yǎng)老資源分布不均、老齡人口空巢化等問題也隨之而來。對此政府有關部門相繼出臺相關法律法規(guī)，引導養(yǎng)老產(chǎn)業(yè)向科學化、智慧化方向發(fā)展，以緩解社會各級的養(yǎng)老壓力。

1 智慧養(yǎng)老的研究背景

1.1 人口老齡化的加劇深化了養(yǎng)老壓力

根據(jù)第七次全國人口普查數(shù)據(jù)顯示，在年齡構成方面，60歲及以上人口占18.7%，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%，且65歲及以上人口占13.5%，由此觀之我國人口老齡化趨勢仍在進一步加深，并向高齡化方向發(fā)展。高齡化意味著半失能老人、失能老人群體在不斷擴大[1-3]，其在養(yǎng)老環(huán)節(jié)中需要外界的干預支持增加，對養(yǎng)老資源的需求愈發(fā)強烈。世界上發(fā)達國家大多在經(jīng)濟發(fā)展達到一定程度后才會步入老齡社會，完備的物質資源、健全的管理制度與堅實經(jīng)濟基礎足以提供優(yōu)質的社會養(yǎng)老服務[4]，而我國卻呈現(xiàn)“未富先老”的特征，即在物質經(jīng)濟還未做好充分準備時已步入老齡化社會，致使現(xiàn)存的養(yǎng)老保障體系與養(yǎng)老服務設施難以支撐起與日俱增的養(yǎng)老需求。

1.2 養(yǎng)老資源緊缺且供需匹配存在區(qū)域差異

人口老齡化給中國老年產(chǎn)品市場帶來了新的發(fā)展機遇，但現(xiàn)階段社會上的養(yǎng)老機構數(shù)量有限，且養(yǎng)老資源呈現(xiàn)區(qū)域、城鄉(xiāng)、省際分布不均的現(xiàn)象[5]，東部經(jīng)濟發(fā)達區(qū)域優(yōu)于西部，城鎮(zhèn)資源優(yōu)于農(nóng)村，而人口老齡化趨勢在大體上卻與之不盡相同，東部區(qū)域人口老齡化趨勢逐漸放緩，中西部區(qū)域不斷加劇，且農(nóng)村人口老齡化程度始終超于城鎮(zhèn)[6]。在部分區(qū)域養(yǎng)老資源充足的同時，不發(fā)達區(qū)域因中青年人口流失而形成空巢化現(xiàn)象，部分老人難以滿足基礎生活需求，逆向發(fā)展的供需匹配關系導致了低發(fā)達程度地區(qū)的老人難以得到優(yōu)良的養(yǎng)老保障與服務。

■圖1 綜合智慧養(yǎng)老監(jiān)測平臺系統(tǒng)方案

1.3 智慧養(yǎng)老產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展完善

智慧養(yǎng)老的概念最早由英國生命信托基金會提出，被稱為“全智能化老年系統(tǒng)”，通過利用先進的信息技術手段，為老人提供物聯(lián)化、互聯(lián)化、智能化的養(yǎng)老服務，先進的管理和信息技術的強大將老人與政府、社區(qū)、醫(yī)療機構和醫(yī)護人員聯(lián)系起來[7-8]，逐步形成養(yǎng)老產(chǎn)業(yè)鏈。養(yǎng)老產(chǎn)業(yè)自身發(fā)展的同時，新興科技也在逐步為其成長賦能。物聯(lián)網(wǎng)通過智能設備間的聯(lián)動形成智慧養(yǎng)老家居系統(tǒng)，不再局限于單一產(chǎn)品的使用，通過整體控制達到多設備協(xié)同工作的效果，輔助傳感器設備對老人生理健康與安全進行實時監(jiān)測[9]，結合人工智能技術還可使智能產(chǎn)品具有自主學習功能，以實現(xiàn)主動干預、危險預判、解決問題、情感陪伴等功能[10]；大數(shù)據(jù)通過涉及老年人的各種智能終端、監(jiān)測傳感器與網(wǎng)絡設備，獲取圖片、音頻、視頻、定位、流媒體數(shù)據(jù)等信息[11]，進行心理與行為分析后用以提升養(yǎng)老服務或產(chǎn)品設計與管理，提升老人使用滿意度。

1.4 相關政策推動醫(yī)養(yǎng)事業(yè)發(fā)展

2015年國務院辦公廳《關于印發(fā)全國醫(yī)療衛(wèi)生服務體系規(guī)劃綱要（2015年-2020年）的通知》；2016年中共中央、國務院《“健康中國2030”規(guī)劃綱要》都提到“推進醫(yī)療機構與養(yǎng)老機構等加強合作，將養(yǎng)老機構和醫(yī)院功能相結合的新型養(yǎng)老模式”。2017年國務院發(fā)布《“十三五”國家老齡事業(yè)發(fā)展和養(yǎng)老體系建設規(guī)劃》文件，對養(yǎng)老做了長期規(guī)劃。2019年國務院發(fā)布《關于推進養(yǎng)老服務發(fā)展的意見》，要求破除發(fā)展障礙，健全市場機制，持續(xù)完善居家為基礎、社區(qū)為依托、機構為補充、醫(yī)養(yǎng)相結合的養(yǎng)老服務體系，在國家層面推動整個養(yǎng)老產(chǎn)業(yè)升級。2020年國務院辦公廳發(fā)布《國務院辦公廳關于建立健全養(yǎng)老服務綜合監(jiān)管制度促進養(yǎng)老服務高質量發(fā)展的意見》細化各部門在養(yǎng)老環(huán)節(jié)中的職責，以期加快形成高效規(guī)范、公平競爭的養(yǎng)老服務統(tǒng)一市場，建立健全養(yǎng)老服務綜合監(jiān)管制度。

2 智慧養(yǎng)老的需求分析

2.1 養(yǎng)老模式轉變導致對養(yǎng)老機構與平臺的需求

我國的家庭規(guī)模正在逐漸往小型化趨勢發(fā)展，根據(jù)多次人口普查數(shù)據(jù)結果得出，1982年我國家庭平均人數(shù)為4.41人，至2010年已減為3.10人，2020年更是創(chuàng)下2.62人的新低，學者推測到2050年只有2.51人每戶。家庭規(guī)模小型化趨勢伴隨著老齡人口劇增，直接結果就是空巢老人數(shù)量的增加和以家庭為單位的養(yǎng)老壓力增加。伴隨老年人身體、認知功能等多維度的下降，在照料時會有著巨大的人力物力需求[12]。且由于空巢家庭的擴大，傳統(tǒng)的居家養(yǎng)老模式難以持續(xù)，未來很難單純依賴子女進行養(yǎng)老，養(yǎng)老逐漸轉化為社會問題，將依托于多方的協(xié)同合作，由社區(qū)、政府、醫(yī)療機構、養(yǎng)老機構等多方參與共同完成[13]。在此趨勢下，對養(yǎng)老及醫(yī)療相關的社會保障服務需求會大幅增加，居家養(yǎng)老也由傳統(tǒng)意義上的在家里養(yǎng)老轉變?yōu)橐跃蛹覟榛A、社區(qū)為依托、機構為支撐三位一體新模式[14-15]。相關養(yǎng)老平臺的出現(xiàn)可在一定程度上緩解這一問題，經(jīng)過實地走訪調研發(fā)現(xiàn)，多處養(yǎng)老院、社區(qū)養(yǎng)老服務中心正在逐步使用綜合養(yǎng)老平臺，主要包含了睡眠監(jiān)護平臺、安全監(jiān)護平臺、生命體征檢測平臺、呼叫救助平臺、慢性病管理平臺、線上問診平臺等。即使在居家養(yǎng)老模式下，也可依托養(yǎng)老服務企業(yè)或社區(qū)養(yǎng)老服務中心，享受到平臺專業(yè)的服務、治療與救助。

2.2 智能化水平提升促發(fā)智慧養(yǎng)老需求

老齡人口數(shù)量與養(yǎng)老服務人員數(shù)量不平衡，老人難以獲得完備的照顧與護理，且工作人員工作量往往超標，長此以往會因疲勞工作出現(xiàn)意外差錯。為了減負工作人員工作并提升老人體驗感，一些機械性、重復性的工作已不需要完全的人工操作，通過智能設備的引入來釋放部分工作人員部分工作，使工作人員投入到更精細且需要更多經(jīng)驗的工作中去，或為老人提供情感化照料服務[15]。而一些監(jiān)測、收集類工作如體溫監(jiān)測、體征監(jiān)測、信息采集等可以通過機器設備來代替人工，機器可以更好地將信息分類處理，在出現(xiàn)問題時進行相應的反饋措施[16-17]。同時在云端建立大數(shù)據(jù)庫，通過進行心理與行為分析后，在養(yǎng)老產(chǎn)業(yè)鏈前端的設計環(huán)節(jié)使用，以提升養(yǎng)老服務水平及產(chǎn)品使用體驗，提升老人使用滿意度[18]。

3 現(xiàn)有智慧養(yǎng)老平臺的類型分析

現(xiàn)有智慧養(yǎng)老平臺品牌主要可將其分為服務提供型平臺和專項監(jiān)測型平臺兩大類。

3.1 服務提供型平臺

服務提供型平臺主要依托智能手機、電腦、顯示終端、智能攝像頭等設備獲取老人需求信息，并為其提供針對性服務，如適老化改造、購物、保潔、助浴、助餐等生活化服務和慢性病干預、健康體檢、互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院、保健康復、緊急救助等醫(yī)療服務[19]。解決了因信息溝通不及時、了解不全面而造成的老人在有需求時難以精準快速找到相應服務產(chǎn)品的問題，且可以通過攝像頭、顯示終端等設備與老人進行互動溝通，在保障老人健康安全的同時關照老人心理健康及情緒感受，提供精神慰藉與心靈撫慰[20-21]。

3.2 專項監(jiān)測型平臺

專項監(jiān)測型平臺主要以傳感器、攝像頭、紅外檢測儀等硬件設備獲取信息，通過對老人行為健康、周圍環(huán)境安全等內容的監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)老人健康安全問題及周邊環(huán)境問題[22]，解決了傳統(tǒng)醫(yī)養(yǎng)場景中有突發(fā)狀況時不能及時被發(fā)現(xiàn)救助的問題，進一步結合數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)預判老人健康狀況及疾病發(fā)生風險，達到防患于未然、治未病的效果[23-24]。

根據(jù)我國現(xiàn)階段現(xiàn)有養(yǎng)老市場的實際情況，通過調研和總結歸納分析，現(xiàn)有部分養(yǎng)老平臺的類型及其主要內容如表1所示。

表1 養(yǎng)老平臺類型及主要內容

4 智慧養(yǎng)老智能家居監(jiān)測平臺的設計

4.1 總體設計原則

（1）隱私保障：監(jiān)測視頻安全性高，安全監(jiān)護的同時保護老年人隱私[23]。

（2）安全保障：不僅能手動報警求救，監(jiān)測到異常也能自動報警求救及定位。

（3）子女放心：子女既能及時了解父母生活狀況，又不能打擾老人正常生活或護理人員工作。

（4）平臺管理：能滿足養(yǎng)老機構日常運營，人員、健康、設備數(shù)據(jù)可查、可管理。

（5）增效減負：通過智能化建設，提高管理效率，降低意外事故和運營成本。

4.2 智能家居監(jiān)測平臺的設計

智能家居監(jiān)測平臺的設計分為智慧養(yǎng)老監(jiān)測平臺系統(tǒng)設計和機器視覺監(jiān)測系統(tǒng)設計。

4.2.1 智慧養(yǎng)老監(jiān)測平臺系統(tǒng)設計

如圖1，該設計方案包括養(yǎng)老房間監(jiān)測設備、機房、云服務器、照護站監(jiān)測設備。該養(yǎng)老場景綜合監(jiān)護方案基于現(xiàn)有養(yǎng)老場景及目標用戶分析，通過智能攝像頭、生命探頭、定位信標、IP床位分機、求救按鈕、傳感器等機器視覺或終端設備建立監(jiān)測系統(tǒng)，智能攝像頭可直接識別異常行為并提出解決方案，生命探頭可監(jiān)測空間內有無生命活動，定位信標可記錄空間內人員出入情況，IP床位分機可用于老人與照護站進行語音交流，求救按鈕可在老人發(fā)生意外時被觸發(fā)并發(fā)出警報，傳感器采集場景內溫濕度和空氣質量等環(huán)境指標；機房設有系統(tǒng)服務器，通過養(yǎng)老院內部局域網(wǎng)，將場景內所獲取的數(shù)據(jù)信息分析處理后傳送至照護站；同時通過云服務器及網(wǎng)絡分別將信息傳遞至子女手機App和大數(shù)據(jù)庫。

4.2.2 機器視覺監(jiān)測系統(tǒng)設計

該設計方案包括了空氣質量監(jiān)測、環(huán)境安全監(jiān)測、老人行為監(jiān)測和老人健康監(jiān)測等系統(tǒng)設計。

（1）空氣質量監(jiān)測

如表2所示，空氣質量主要監(jiān)測指標為：溫度、濕度、CO濃度、CO2濃度、甲醛濃度、CH4濃度及TVOC濃度等，其監(jiān)測范圍依據(jù)《室內空氣質量標準2020》GB/T18883-2020執(zhí)行。當通過場景或室內的機器視覺（傳感器）所采集或監(jiān)測指標出現(xiàn)異常情況時會立刻報警，信息會反饋在管理平臺界面上或子女手機App上。在接入全屋智能平臺時，可通過監(jiān)測指標的變化來控制室內智能設備的開關或其他相應操作，如當溫度高于28 ℃時自動打開空調，CO2濃度高于0.10 %時自動打開空氣凈化器等。

表2 空氣質量監(jiān)測

表2 空氣質量監(jiān)測（續(xù)）

（2）環(huán)境安全監(jiān)測

如表3所示，環(huán)境安全主要監(jiān)測指標為：外人闖入報警、出入門禁管理、陽臺門窗異常闖入等。通過機器視覺（紅外傳感器、攝像頭等）監(jiān)測區(qū)域人員流動情況，借助面部識別技術分析人員類型，如若為未錄入系統(tǒng)的陌生人員闖入或出現(xiàn)其他異常狀況，則自動反饋至管理平臺或報警處理；出入門禁管理可識別老人經(jīng)過房門的行為，并記錄下老人出入情況；陽臺門窗異常闖入可通過紅外或其他方式監(jiān)測，在夜晚、室內無人時若有異常闖入行為則反饋至管理平臺或報警處理。

表3 環(huán)境安全監(jiān)測

（3）老人行為監(jiān)測

如表4所示，老人行為主要監(jiān)測指標為：主要監(jiān)測老人有無摔跤、躺倒、長時間無動作等行為。借助機器視覺（攝像頭等）監(jiān)測及其智能算法提取人體關節(jié)點的骨架圖，通過節(jié)點在三維坐標的位置判斷老人的行為。

表4 老人行為監(jiān)測

（4）老人健康監(jiān)測

如表5，老人健康主要監(jiān)測指標為：體溫監(jiān)控和睡眠狀況。通過機器視覺（傳感器、攝像頭等）紅外測溫獲取老人體溫數(shù)據(jù)，并將其制作為曲線圖，以方便隨時查看體溫變化趨勢，當體溫出現(xiàn)異常時立即發(fā)出警報。并監(jiān)測老人夜間睡眠質量，主要監(jiān)測數(shù)據(jù)為起夜及翻身的次數(shù)和時間，并生成老人睡眠大數(shù)據(jù)，同時可接入外部睡眠監(jiān)測傳感器，進行更深層次的睡眠指標監(jiān)測，并將信息同步至綜合管理平臺[25-26]。

表5 老人健康檢測

5 結語

本研究設計的基于智慧養(yǎng)老場景下的智能家居監(jiān)測平臺，可實現(xiàn)對老人的行為監(jiān)控，達到行為監(jiān)測、行為預判、自動提出解決方案的效果，并在用戶使用過程中不斷學習迭代，以達到監(jiān)測識別準確率的提高和平臺解決方案的優(yōu)化。在養(yǎng)老場景中使用此綜合監(jiān)測平臺時，可減輕傳統(tǒng)醫(yī)養(yǎng)場景中因純人工監(jiān)測操作而形成的高工作量、高出錯率的問題，解放工作人員部分工作，投入到需要經(jīng)驗與情感的工作中去；在居家養(yǎng)老及養(yǎng)老機構中使用時，可避免老人有突發(fā)狀況時不能及時被發(fā)現(xiàn)救助的問題，防止因錯過最佳治療期而造成不可扭轉的后果。老人可以自主通過終端設備與醫(yī)護人員和親屬交流，在滿足老人生活基本需求的同時給予其心理、精神及情感照料，子女也可以通過手機等終端設備快速查看監(jiān)測狀況，信息實時溝通無障礙，使得出門在外的子女更安心。

在智慧養(yǎng)老的趨勢下，運用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術手段，搭載智能新技術為智慧健康養(yǎng)老系統(tǒng)賦能已成為大勢所趨。該平臺的設計研究可以更好地進行數(shù)據(jù)的收集與整理，在網(wǎng)絡層面建立大數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的云端共享。對接各級醫(yī)療機構及養(yǎng)老服務資源，建立老年人健康動態(tài)監(jiān)測機制，整合信息資源，為老年人提供智慧健康養(yǎng)老服務；對接養(yǎng)老產(chǎn)業(yè)鏈前端部門，在養(yǎng)老服務設計的初期階段運用大數(shù)據(jù)分析，更有針對性地進行產(chǎn)品與服務開發(fā)；對接政府平臺與相關執(zhí)政部門，根據(jù)大數(shù)據(jù)完善頂層設計，助力養(yǎng)老總體框架的搭建和部署。