◆郝孝帥 孫麗君 鄭仙學(xué)

（山東科技大學(xué)信息工程系 山東 271000）

基于物聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算大數(shù)據(jù)的智能健康生活成長(zhǎng)系統(tǒng)

◆郝孝帥 孫麗君 鄭仙學(xué)

（山東科技大學(xué)信息工程系 山東 271000）

當(dāng)今社會(huì)的亞健康問(wèn)題和老齡化問(wèn)題日益嚴(yán)重，一些慢性病造成的死亡人數(shù)呈現(xiàn)出持續(xù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)。對(duì)于慢性疾病需要定時(shí)測(cè)量，不斷地檢測(cè)，以便根據(jù)自身的生化指標(biāo)合理調(diào)整飲食、藥物等的攝入情況。僅僅通過(guò)醫(yī)院進(jìn)行生化數(shù)據(jù)測(cè)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足監(jiān)測(cè)的需要，還需要用戶定時(shí)監(jiān)測(cè)自身的情況。智能健康生活成長(zhǎng)云系統(tǒng)能夠有效對(duì)居民的健康數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化、信息化管理，使得用戶能夠更好地管理自己的健康數(shù)據(jù)，也方便醫(yī)生及時(shí)掌握用戶的健康情況，同時(shí)也有利于政府對(duì)所轄區(qū)域的全民體質(zhì)進(jìn)行調(diào)查研究。智能健康生活成長(zhǎng)云系統(tǒng)涵蓋了物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)系統(tǒng)三大信息技術(shù)前沿領(lǐng)域，在改變傳統(tǒng)醫(yī)療模式方面，具有特有的技術(shù)優(yōu)勢(shì)、創(chuàng)新服務(wù)模式，極大程度提高了健康醫(yī)療產(chǎn)業(yè)的信息化和智能化，是社會(huì)急需的創(chuàng)新應(yīng)用，無(wú)論是在市場(chǎng)需求方面，還是國(guó)家政策角度，或是技術(shù)創(chuàng)新層面等多個(gè)角度層面，該系統(tǒng)的研發(fā)和實(shí)現(xiàn)都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

物聯(lián)網(wǎng)；云計(jì)算；大數(shù)據(jù)；智能健康生活成長(zhǎng)系統(tǒng)

0 引言

最近幾年，伴隨著全球性移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)科技的不斷進(jìn)步，移動(dòng)智能終端的普及性與覆蓋率得到了極大發(fā)展，大量的移動(dòng)應(yīng)用和服務(wù)以此為載體應(yīng)運(yùn)而生，這些觸手可及的應(yīng)用服務(wù)正逐漸改變?nèi)藗兊娜粘Ｉ?。智能健康這一概念的提出，使用戶可以通過(guò)移動(dòng)通信技術(shù)，借助身邊的移動(dòng)智能終端使用移動(dòng)應(yīng)用，就可以隨時(shí)隨地地查看自己或者家人的健康數(shù)據(jù)，并把這些健康數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)字化的電子檔案中，可以隨時(shí)隨地獲取醫(yī)生的建議，進(jìn)行長(zhǎng)期、有效地調(diào)節(jié)監(jiān)控，取得較好的療效。另外，隨著全球人口老齡化程度的日益加劇，人民生活水平逐漸提高，新型醫(yī)療服務(wù)需求不斷增加，便攜式的智能化管理設(shè)備越來(lái)越受青睞。云計(jì)算技術(shù)的引進(jìn)，增強(qiáng)了信息化的發(fā)展，使得信息服務(wù)變得更廣泛，同時(shí)也精細(xì)化了居民和社會(huì)的日常需求，可以滿足大數(shù)據(jù)量的處理和分析。

1 醫(yī)療服務(wù)存在的問(wèn)題

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，科技的日益進(jìn)步，近些年來(lái)，居民的生活質(zhì)量不斷提高，居民個(gè)人保健意識(shí)增強(qiáng)，對(duì)健康生活的要求也日益增長(zhǎng)，但是，目前仍然存在一些問(wèn)題。

（1）現(xiàn)有的醫(yī)療機(jī)構(gòu)數(shù)量龐大，各機(jī)構(gòu)的業(yè)務(wù)存在很大的差異性，提供的醫(yī)療服務(wù)的質(zhì)量和效率有待提高，影響了患者的及時(shí)治療。信息孤島現(xiàn)象嚴(yán)重，根據(jù)患者的就診習(xí)慣，往往只是由一家醫(yī)院儲(chǔ)存就診患者的健康檔案，當(dāng)患者發(fā)生意外被另一家醫(yī)院接診時(shí)，若未及時(shí)取得家屬聯(lián)系，尤其為危重病患這種特殊情況下，醫(yī)院無(wú)法快速確認(rèn)病人身份，不能獲取患者的相關(guān)資料，無(wú)法對(duì)患者進(jìn)行登記入院，延誤急救的黃金時(shí)間。

（2）各大醫(yī)院的數(shù)據(jù)庫(kù)里積累的醫(yī)療案例，當(dāng)前尚未進(jìn)行資源統(tǒng)計(jì)分析，真正用信息化解決效益問(wèn)題的相對(duì)很少，還是僅僅依靠醫(yī)生個(gè)人的學(xué)習(xí)積累，造成不必要的數(shù)據(jù)浪費(fèi)。在家庭中無(wú)法有效地實(shí)時(shí)跟蹤和監(jiān)控體征信息，醫(yī)院也不能對(duì)患者或者亞健康人群提供實(shí)時(shí)診斷與健康提醒服務(wù)，往往是有病征才治病，延誤了治療的最佳時(shí)間。因此生活中實(shí)時(shí)的身體健康數(shù)據(jù)的采集分析必不可少。

（3）全球化、高效率、快節(jié)奏的社會(huì)生活使得大部分群體壓力大、生活節(jié)奏不規(guī)律。語(yǔ)言溝通交流存在障礙、非專業(yè)人士健身鍛煉活動(dòng)易出現(xiàn)力度過(guò)大、強(qiáng)度過(guò)高等不合理的鍛煉方式造成的肌肉拉傷等不必要的身體傷害。在某些有意外情況下，某些體育課等發(fā)生意外事故，造成家長(zhǎng)、學(xué)校對(duì)體育課產(chǎn)生負(fù)面情緒，科學(xué)合理的運(yùn)動(dòng)指導(dǎo)、危險(xiǎn)提醒能夠降低意外傷害的可能性，有助于學(xué)生得到安全合理的鍛煉。

針對(duì)于某一單項(xiàng)服務(wù)的小眾軟件系統(tǒng)正不斷開發(fā)應(yīng)用。但是，為享受多項(xiàng)服務(wù)，用戶不得不安裝多個(gè)軟件，而且存在數(shù)據(jù)不統(tǒng)一等現(xiàn)象，造成用戶困擾。因此，在多方位、專業(yè)性、一體化健康貼心輔助服務(wù)方面存在較大空缺，具有廣闊的市場(chǎng)前景，也具有可實(shí)現(xiàn)、可推廣的研究?jī)r(jià)值。

2 智能健康的研究現(xiàn)狀

隨著人們生活水平的不斷提高，人們?cè)絹?lái)越來(lái)重視健康的生活，而“智能健康”作為嶄新的概念，現(xiàn)在越來(lái)越受到人們關(guān)注。按照國(guó)際醫(yī)療衛(wèi)生會(huì)員組織的定義，通過(guò)使用個(gè)人商務(wù)設(shè)備、手機(jī)和衛(wèi)星通信等移動(dòng)通信技術(shù)，為用戶提供醫(yī)療服務(wù)和信息，在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)領(lǐng)域，通過(guò)使用 Android 和 IOS 平臺(tái)的移動(dòng)終端系統(tǒng)，開發(fā)出相關(guān)的醫(yī)療健康類移動(dòng)應(yīng)用，為用戶提供服務(wù)的嶄新方式。當(dāng)醫(yī)療人力資源不足時(shí)，智能健康提供了一種有效方法，用來(lái)支持發(fā)展中國(guó)家的醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)和健康問(wèn)題。由于手機(jī)設(shè)備的成本較低，伴隨著全球性移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的普及，為智能健康提供了良的技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用前景。

智能健康改變了傳統(tǒng)保健模式，用戶可以隨時(shí)檢測(cè)自己的身體狀態(tài)、體征數(shù)據(jù)等生理指標(biāo)，及時(shí)獲取醫(yī)生或者第三方醫(yī)療機(jī)構(gòu)的相應(yīng)診斷和醫(yī)療建議，達(dá)到了對(duì)自身的各項(xiàng)生理指標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。在整個(gè)健康監(jiān)測(cè)環(huán)境中，憑借移動(dòng)通訊設(shè)備的加入，一方面節(jié)省了大量的人力、物力資源，減少了不必要的掛號(hào)負(fù)擔(dān)和時(shí)間成本，另一方面為用戶提供一個(gè)良好的實(shí)時(shí)體征監(jiān)測(cè)服務(wù)，引導(dǎo)用戶養(yǎng)成良好的飲食、生活習(xí)慣，增加居民的健康意識(shí)，提高全民身體素質(zhì)。另外智能手環(huán)，智能便利貼等也開始嶄露頭角，使人們能夠及時(shí)了解自身的身體狀況。

目前，智能健康感知系統(tǒng)與云計(jì)算技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)結(jié)合仍處于初期研究階段，該系統(tǒng)涉及的關(guān)鍵技術(shù)不但有一定的理論研究?jī)r(jià)值，而且具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。當(dāng)前針對(duì)智能健康感知系統(tǒng)采集與處理數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)研究還不夠充分，可以參考的應(yīng)用模型也相對(duì)較少，存在很大的研究空間和科學(xué)價(jià)值。綜上所述，需要基于物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)并構(gòu)建一個(gè)智能健康生活成長(zhǎng)云系統(tǒng)模型，并對(duì)其中各層涉及到的部分關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。

3 智能健康生活成長(zhǎng)系統(tǒng)的功能需求

（1）注冊(cè)用戶，并根據(jù)自身情況選定不同的進(jìn)入模式：兒童模式、青少年模式、成人模式、老人模式等不同模式，不同用戶使用時(shí)進(jìn)入所選模式，選取所需的功能板塊對(duì)健康生活進(jìn)行“他制性”輔助指導(dǎo)。

（2）可穿戴設(shè)備感知采集周圍環(huán)境數(shù)據(jù)，身體狀況數(shù)據(jù)，對(duì)用戶進(jìn)行健康提醒，身體周圍危險(xiǎn)指數(shù)預(yù)警，緊急時(shí)刻能夠快捷求救，譬如：報(bào)警、醫(yī)院急救等。

（3）采集用戶的反應(yīng)速度數(shù)據(jù)、情緒變化情況，評(píng)測(cè)精神狀態(tài)、健康指數(shù)，推薦對(duì)已設(shè)定的工作計(jì)劃進(jìn)行合理的時(shí)間調(diào)整。

（4）飲食作息等的生活提醒板塊，語(yǔ)音記錄所需要處理的工作內(nèi)容及其時(shí)間，便捷及時(shí)提醒。

（5）休閑健身版塊，根據(jù)采集到的環(huán)境指數(shù)、心電、血氧、血壓等身體素質(zhì)數(shù)據(jù)制定推薦合理的運(yùn)動(dòng)方案，記錄消耗的能量，根據(jù)運(yùn)動(dòng)反應(yīng)的情況適時(shí)提醒注意事項(xiàng)。

（6）語(yǔ)言交流翻譯模塊，當(dāng)雙方需用不同語(yǔ)言交流時(shí)，應(yīng)用常用的語(yǔ)言數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)交流的對(duì)話進(jìn)行英漢互譯等翻譯。

（7）學(xué)習(xí)助手板塊，根據(jù)所選的模式，添加不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容，從云端獲取所需要的學(xué)習(xí)資料，滿足需求。

4 智能健康生活成長(zhǎng)系統(tǒng)的工作原理

基于物聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算大數(shù)據(jù)的智能健康生活成長(zhǎng)云系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案采用了四層結(jié)構(gòu)模型，分別是云應(yīng)用層、云服務(wù)層、傳輸層和感知層。（1）感知層是最底層的前端智能裝置，由大量傳感器節(jié)點(diǎn)組成，主要負(fù)責(zé)健康數(shù)據(jù)的采集。（2）傳輸層的作用是將采集到的健康數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和傳輸。（3）云服務(wù)層位于系統(tǒng)的第三層，主要作用是負(fù)責(zé)接收、存儲(chǔ)用戶的健康數(shù)據(jù)，并根據(jù)一定的算法進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)分析處理。（4）云應(yīng)用層是用戶直接接觸的服務(wù)層，主要向用戶反饋相關(guān)的健康數(shù)據(jù)信息以及數(shù)據(jù)分析報(bào)告，進(jìn)行一定的人機(jī)交互功能，提供一定的應(yīng)用服務(wù)。

該系統(tǒng)通過(guò)以上四層結(jié)構(gòu)相互通信、交互協(xié)作，實(shí)現(xiàn)了感知層采集數(shù)據(jù)、傳輸層傳輸數(shù)據(jù)、服務(wù)層分析數(shù)據(jù)、應(yīng)用層交互數(shù)據(jù)的整體功能。在智能健康生活成長(zhǎng)云系統(tǒng)中，智能健康感知系統(tǒng)成為一個(gè)重要組成部分。

5 智能健康生活成長(zhǎng)系統(tǒng)的軟硬件組成

5.1 硬件組成

（1）感知層：包含感知采集周圍環(huán)境的傳感器以及自身身體狀況的傳感器。其中感知周圍環(huán)境的傳感器，包含溫濕度傳感器、光照強(qiáng)度傳感器、煙霧濃度傳感器等；感知自身身體狀況的傳感器包含心電傳感器、血壓傳感器、脈搏傳感器、呼吸率傳感器、體溫傳感器等。而這些傳感器被集成人們便于穿戴的設(shè)備，具有簡(jiǎn)單，輕巧的特點(diǎn)。

（2）傳輸層：包含協(xié)調(diào)器，網(wǎng)絡(luò)路由器等。

（3）云服務(wù)層：包含 WebService 服務(wù)器，數(shù)據(jù)接收器，日志解析器，云平臺(tái)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，百度 ToT 云平臺(tái)，亞馬遜 AWS云資源服務(wù)等。

（4）云應(yīng)用層：手機(jī)與電腦顯示終端。

5.2 軟件組成

本系統(tǒng)的軟件主要包含傳感層數(shù)據(jù)采集的嵌入式程序，云服務(wù)層的 Windows IoT，亞馬遜 AWS 云資源服務(wù)相關(guān)的云軟件，云應(yīng)用層的手機(jī)與電腦終端顯示與提示軟件。

6 智能健康生活成長(zhǎng)系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)

（1）技術(shù)結(jié)合：物聯(lián)網(wǎng)，云計(jì)算技術(shù)，大數(shù)據(jù)的結(jié)合使得本系統(tǒng)能夠順利發(fā)揮功能。

（2）私人訂制性：模式的選取，數(shù)據(jù)的采集分析均屬于個(gè)人專屬情況的解析指導(dǎo)，針對(duì)于特殊群體，特殊需求設(shè)定不同的功能選項(xiàng)，做到節(jié)省物理空間的同時(shí)享受到貼心的針對(duì)性服務(wù)。

（3）系統(tǒng)板塊可裁剪性：系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中盡量做到某些關(guān)聯(lián)性差的功能板塊相互獨(dú)立，設(shè)定視圖，提供某些特定的開源，便于系統(tǒng)的優(yōu)化。

（4）便捷性：使用可穿戴的傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后上傳至云層，經(jīng)過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)的加工處理，最后在電腦或者手機(jī)終端上顯示給出使用者健康的提示。這避免了人們?nèi)メt(yī)院做相關(guān)的檢查。

（5）針對(duì)性強(qiáng)：本系統(tǒng)設(shè)置了兒童，老年等多種模式，人們可以根據(jù)自己的年齡段選擇相應(yīng)的模式，從而對(duì)自己的健康生活做出指導(dǎo)。

（6）實(shí)用性：本系統(tǒng)支持英文和中文兩種語(yǔ)言翻譯，對(duì)于說(shuō)英文的外國(guó)友人可以根據(jù)此功能進(jìn)行愉快的交流。

（7）多方位性：由于本系統(tǒng)使用了云存儲(chǔ)技術(shù)，用戶可以根據(jù)自身需求，從云端下載資料以供學(xué)習(xí)研究。并且，提供了健身休閑服務(wù)，工作生活提醒服務(wù)等，便于用戶生活中得到多方位的優(yōu)質(zhì)服務(wù)。

7 前景

一方面，對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)、不發(fā)達(dá)地區(qū)的居民，可以對(duì)居民的健康情況進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，一定程度上遏制慢性病的發(fā)展，早發(fā)現(xiàn)早治療，避免病情惡化，使得偏遠(yuǎn)地區(qū)本不富裕的居民因病致殘，因病致窮。

另一方面，通過(guò)醫(yī)生實(shí)時(shí)獲取居民的健康數(shù)據(jù)，對(duì)居民健康情況進(jìn)行有效監(jiān)控，并提供一定的咨詢和引導(dǎo)服務(wù)，對(duì)需要就醫(yī)的居民提供醫(yī)院建議。在節(jié)省居民的搭乘交通工具的財(cái)力負(fù)擔(dān)和時(shí)間的同時(shí)，也對(duì)醫(yī)院的就醫(yī)人群進(jìn)行分流，降低醫(yī)院門診的掛號(hào)負(fù)擔(dān)，將傳統(tǒng)“有病治病”的醫(yī)療模式變成了更有效更便利的“預(yù)防為主”。

[1]范廣暉．基于iOS的移動(dòng)健康管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]．西北大學(xué)，2014．

[2]韓佳．遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)類的移動(dòng)醫(yī)療系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[D]．北京服裝學(xué)院，2014．

[3]高天雷．基于云計(jì)算的智能健康感知系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]．山東師范大學(xué)，2015．

[4]陳志江．基于物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程智能醫(yī)療監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)[D]．杭州師范大學(xué)，2012．