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报警技术和产品在智慧养老中的应用

2022-09-06 10:13 来源:成都理想 作者:高开文

随着中国人口老龄化的不断发展,智慧养老已成为智慧城市建设中的重要内容。在“9073”养老模式(即90%的人居家养老,7%的人社区养老,3%的人养老院养老)下,无论养老机构、社区还是老人家庭都越来越需要科技手段和智能智慧化的产品让老人生活得更好。在老人遇到异常情况需要得到及时帮助时,报警技术和产品的作用尤为重要,因此对老人异常情况进行感知、探测并及时发出预警或报警信息的技术和产品将得到越来越广泛的应用。本文将就智慧养老中使用到的报警技术和产品进行分类探讨。

一、老人生命体征异常报警技术与产品

1.手表、手环

手表、手环是目前老人生命体征监测比较成熟且用量较大的一类产品,这类产品一般是在手表或手环紧贴人体皮肤侧设计有专用的氧等指标从而判断人的生命体征状态。传感器由两部分组成,一部分是特殊光谱的发光管,另一部分是光敏传感器。发光管发出特殊频谱的光射入人体皮肤,对于人体心率、血压、血氧等的不同,反射进入光敏传感器的光脉冲频率、强度等也会不同,从而可以分析出人体不同的心率、血压、血氧等体征,实现人体生命体征的实时监测,当体征出现异常时可以自动发出报警信息。

这类产品的信息传输方式有以下两种:

(1)产品自带2G、3G、4G或5G(NBIoT)等通讯电路,直接将生命体征信息和报警信息传输到平台,再通过平台传输到电脑或手机。2G和3G是前几年常用的通讯技术,现在主要采用4G传输。需要注意的是这类产品用的5G不是宽带5G技术,而是窄带5G,即NB-IoT技术(窄带物联网)。由于NBIoT技术的成本低、耗电量小、通讯费低,同时又属于5G的技术范畴,因此得到了越来越广泛的使用。(2)蓝牙传输。手表手环通过蓝牙技术与手机的蓝牙连接,将生命体征信息和报警信息传输给手机,在手机APP上直接显示相关信息,同时可以通过手机的WIFI或4G、5G信号将数据传输到平台。在这种传输方式下手表手环的耗电量非常小,充电1次可以工作1周甚至1月,但需要携带手机并要求手机蓝牙保持连接状态。通过手表手环监测人体生命体征的方式简单、方便、成本低,虽然监测结果由于受环境光线和穿戴松紧程度等的影响导致准确性不是很高,但基本能满足需求,因此得到了比较广泛的应用。但由于老人普遍不喜欢戴手表,更不习惯戴手环,所以很多老人大都刚开始戴一段时间之后便闲置不戴。

2.体征监测腰带

体征监测腰带与手表手环相比监测的精度更高,其形状类似腰带,穿戴在腰部位置,一般紧贴皮肤,体征,监测的准确性较高。这种产品主要适合身体本身有异常且需要随时比较准确地监测生命体征的老人。由于穿戴在身上会产生稍许不适感,尤其是夏天穿戴更不舒适,所以一般来说人们不愿使用这类产品。

3.雷达生命体征监测器

雷达生命体征监测是比较新型的生命体征监测技术,其基本原理是监测器不断发射出高频雷达波信号,当人体处于雷达波范围内时会对雷达波产生反射,雷达探测器对反射波的微小差异进行分析处理,根据人体心跳和呼吸时的变化计算出呼吸和心跳的频率。该技术的应用一般使用两种不同的雷达频率:一种是24G低频频率,这种低频版的产品主要用于监测人体呼吸频率,对于心率则很难监测;另一种是60~120G的高频毫米波频率,这种高频产品除了可以监测呼吸还能监测心率,生命体征雷达常应用这种高频频率。生命体征雷达一般安装在老人床上方距离床面2~3米的天花板上,也可安装在床头墙壁上,两种安装方式都需要尽量对准人体心脏部位。

雷达生命体征监测器的最大优点是无感监测,不需要老人每天将设备穿戴在身,安装完毕后便可以每天监测老人的生命体征,一旦发生异常可以及时发出报警信息。但它也有以下几点不足:(1)探测距离只有2~3米,只有当老人睡觉时才能监测;(2)随时发出雷达信号,有些人因担心无线电波对身体造成影响而不愿使用;(3)雷达耗电量较大,工作时电流达100~200毫安,不能用电池供电;(4)必须安装在床的上方天花板或床头墙壁上,安装比较麻烦;(5)被盖的厚度和人体睡觉的姿势都会影响监测的准确度。

4.睡眠监测带

睡眠监测带也属于无感生命体征监测设备,其有两种不同的传感器:一种为压阻式传感器,当对其施加的压力不同时,电阻发生不同的变化;另一种是压电式传感器(也称电容式传感器),当对其施加的压力不同时,会产生微弱的电压信号变化。当人躺在传感器上时,人体的呼吸和心跳将对传感器产生微弱的影响,通过专用高精度放大器对信号进行放大,再通过多重算法分析处理,从而计算出心率和呼吸频率。这种监测带只需要平铺在老人床榻的床单下面对应人体背心的位置便可,安装非常简单。

睡眠监测带用于人体生命体征监测有以下几个优点:(1)安装非常简单,只需要铺在床单下便可;(2)不发射任何信号,无需担心对人身体造成任何影响;(3)耗电量很小,呼吸、心率监测电路仅需几毫安或更小的电流,甚至可以使用电池供电;(4)不受被盖厚度的影响。同时这类生命体征监测技术也存在如下不足:(1)只有当老人睡觉时才能监测老人的生命体征;(2)人的睡姿、翻身等身体动作会影响监测的准确性。

二、老人跌倒探测报警技术与产品

1.AI视频分析技术。AI视频分析技术是前两年曾使用较多且比较成熟的一种技术,但这种技术应用于探测老人跌倒存在几点不足:(1)由于该类产品用于老人居所,隐私保护是其无法回避的问题,尤其是卫生间绝对不能安装摄像机,因此现在很少将该技术用于进行人体跌倒探测;(2)摄像机的耗电量远高于普通传感器的耗电量,不能使用电池供电;(3)带AI视频分析算法的摄像机成本远高于普通摄像机,也高于使用普通传感器的探测设备。

2.带三轴传感器的手表手环。该类手表手环附带跌倒探测功能,通过对三轴传感器的加速度及其角度进行分析,判断人体跌倒状态。由于手表手环戴在手上的状态不定,探测跌倒的准确性很差,因此手表手环用于跌倒探测很难具有实际应用价值。

3.腰挂式人体跌倒探测器。这种探测器也使用三轴传感器进行跌倒探测,但由于其挂在腰带上,三轴传感器监测到的加速度及角度相对于手表手环更为稳定,探测跌倒的准确性要高很多,具有实际应用价值。因这种探测器仍然属于穿戴设备,需要老人每天戴在身上,老人不习惯长期佩戴使用。

4.雷达人体跌倒探测器。雷达人体跌倒探测技术属于一种无感探测技术,这种技术产品比手表、手环、腰挂式设备的准确性都高。人体跌倒探测使用的雷达与监测呼吸、心率的雷达原理相近,甚至可以使用同一个设备同时探测生命体征和人体跌倒。这种探测技术具有明显的优点:(1)无感探测,无需穿戴,不改变老人的生活习惯,因此方便推广;(2)探测的准确性比较高,不容易发生误报警现象;(3)不存在隐私泄露问题,在老人居所的任何地方(包括卫生间)都可以使用。然而这类探测器也存在一些不足:(1)由于会发射雷达波,有人担心会对身体健康造成影响而不愿使用;(2)耗电量较大,工作时需100~200毫安的电流,无法使用电池供电,同时交流电停电时亦不能使用。

5.红外阵列被动人体跌倒探测器。红外阵列被动人体跌倒探测技术属于一种无感探测技术,是当前几种人体跌倒探测技术中最具发展前景的技术。这种探测器使用了多元阵列被动人体红外传感器,通过对人体发出的红外光谱进行分析,区分出人体的站立和倒地状态。这种探测器具有多个优点:(1)采用被动探测技术,不发射任何信号,不会对人体健康产生任何影响;(2)采用微功耗探测技术,耗电量很小,可以使用电池供电,在交流电停电时也可以正常工作;(3)非视频产品,没有任何隐私担忧,可以在居室任何位置(包括卫生间)安装使用;(4)无感探测,无需穿戴,不影响老人的生活习惯,因此方便推广;(5)利用本身的人体红外传感器,可以在不增加硬件成本的情况下附加老人活动异常报警和环境温度异常报警功能。

三、老人生活状况监测预警技术与产品

在智慧养老项目中,一般还可以对老人生活状况进行监测,包括老人的活动情况以及用电、用水、用气情况等进行监测,一旦发生异常可发出预警提示信息,提醒子女或其他相关人员及时关注老人的生活情况。

1.老人活动异常监测预警。此类预警方式一旦监测到老人活动异常,便会及时发出预警信息,这对于独居老人非常重要。其实现方法是在老人平时每天都会进出的活动区域(如卫生间等)安装人体活动探测器,例如在卫生间门口安装活动探测器,如果老人一整天时间都没有进入过卫生间,则说明老人身体可能发生了异常情况,此时探测器发出活动异常报警信息,平台收到此报警信息后通知相关人员及时关注老人身体状况。人体活动探测可以采用被动红外探测技术,这种探测技术成本低、耗电小、技术成熟、安装简单、市场认可度较好。

2.老人家庭用电监测异常预警。此类预警方式通过对老人家里的用电量进行监测来判断老人用电情况正常与否,一旦出现异常便及时发出报警信息。其一般采用在老人家中的电箱里加装智慧用电采集器的方式,随时采集老人家里用电的电流、电压、用电功率、用电量,主要对每日用电量进行分析,如果日用电量明显减少或为零,即可判断为用电异常,发出预警信息。

3.老人家庭用水用气监测预警。此类预警方式通过对老人家里用水和用气情况进行监测来判断老人用水或用气情况正常与否,一旦出现异常便及时发出报警信息。由于水表和气表及其管道改装难度很大且气管不允许私自改装,所以用水用气监测可以在水表气表上加装远程拍照装置,每天一次或多次将表盘读数拍照传输至平台,平台将图片转换成文字后读取用水用气量,当用水用气量突然明显减少甚至为零时则发出预警提示信息。

四、老人居家环境监测预警技术与产品

为了保障老人的身体健康和安全,还可以在老人居所安装一些探测设备对老人居家环境进行24小时监测,一旦发生异常便及时发出报警信息,这类监测主要包括空气质量监测、烟雾探测、可燃气体探测等。

1.空气质量监测。空气质量监测未来在家庭中使用会越来越多,它通常包括对温度、湿度、PM2.5、二氧化碳、TVOC(总挥发性有机物)等指标的监测。如果这些指标超标,轻微的会让人感觉不适、较重的会使人出现病态反应、严重的则可能致人昏迷甚至死亡。当某些指标超标时,空气质量监测设备自动发出预警提示,提醒主人及时通风换气,避免影响老人的身体健康。

2.烟雾探测。烟雾探测对老人家庭安全较为重要,因为老人一般因记忆力不太好容易忘事,如做完饭忘记关火、起床后忘记关闭电热毯、出门忘记关闭电器等,如果出现这些情况很容易引起火灾。在老人家里安装烟雾探测器后,一旦出现烟雾就能及时自动报警,能够避免重大火灾事故发生。虽然许多小区家庭在交房时厨房已经安装有烟雾探测器,但可能因装修、线路、物管等原因,很多家庭原有的有线烟雾报警系统不一定能正常报警。对于此种情况,可以在老人家中加装电池供电的独立型NB-IoT物联网烟雾探测器,它直连云端,当探测到烟雾时报警信息直接传输到平台,再传给安全服务人员或老人的家人。

3.可燃气体探测。可燃气体探测对于老人家庭安全而言可能比烟雾探测器更为重要。由于老人的听觉、嗅觉可能不太好,当家中出现燃气泄漏时老人很难感觉到,因此易导致煤气中毒甚至发生煤气爆炸,后果非常严重。针对这种情况,我们建议在老人家中安装燃气泄漏报警器,而且建议安装联网型的报警器,联网型报警器可以解决因老人听觉不好导致的厨房中的报警声音在卧室中听不到的问题。同样建议使用NB-IoT物联网燃气泄漏报警器,报警时除了现场有报警声,同时将报警信息传输到平台,再传给安全服务人员或老人的家人。另外建议加装燃气自动关闭装置,在燃气泄漏报警时自动关闭燃气,这种措施的安全保障性更强。在安装操作层面,如果家里燃气总阀是电磁阀,只需将电磁阀的控制线接到燃气报警器的输出控制口便可;如果家里燃气总阀是手动阀门,则可以在阀门手柄上加装机械手,将机械手的控制线接到燃气报警器的控制口,当设备探测到燃气泄漏时,机械手会自动旋转阀门手柄来关闭燃气。

五、老人位置监测预警技术与产品

改革开放四十年来我国经济社会的发展速度非常迅速,尤其是城市建设日新月异,但是老人记忆力不好,经常出现外出后找不到回家路的现象,甚至发生老人因迷失方向走到荒郊野外而在外去世的不幸事故。因此,某些情况下老人需要使用位置监测技术和产品来避免不幸事故的发生。

1.卫星定位技术与产品适合老人外出时的位置监测。自从我国有了自己的北斗卫星导航系统后,卫星定位技术一般采用BDS(中国)、GPS(美国)、GNSS(俄罗斯)或GSNS(欧洲)多星综合定位,定位精度相较以前更高,一般只有几米范围的误差。但是老人位置监测应用卫星定位技术存在以下几个问题:(1)耗电量问题。卫星定位开启后平时至少有十几毫安的电流消耗,一般老人用的便携式定位设备电池容量在500毫安时以内、最大不超过1000毫安时,所以这类设备充电1次后使用时长只有1天至1周左右;(2)只有在空旷处才能进行卫星定位。老人在室内、隧道内、桥下、车内等地方很难准确定位,甚至完全不能定位;(3)产品体积较大。一方面,产品设计因要兼顾使用时长,因此电池不能太小;另一方面,为了保障定位效果,卫星天线不能太小,导致产品体积不能太小。

2.RFID、WIFI、蓝牙等定位技术可以作为养老院、社区、建筑内定位补充手段。此类定位技术需要在相应固定位置布署信号接收和数据联网设备(定位基站),同时人身携带间隙无线发射设备,根据接收到信号的基站位置判断人所在的位置。WIFI定位精度一般从几米到几十米,RFID和蓝牙定位精度一般是几米,这种定位精度基本可满足养老院、社区等场景的需求,因此这类定位技术一般用于养老院、社区、城乡路口等特定区域的定位管理。RFID和蓝牙定位技术耗电量非常小,用1粒纽扣电池可以工作1年甚至更长时间,所以这类定位产品体积可以做得很小,可以做在卡片里或做成纽扣、徽章等,携带和使用都很方便。

六、老人紧急救助报警技术与产品

老人很容易发生紧急情况,这种情况非常需要得到及时救助。无论是养老院还是独居老人家庭都需要在老人床头安装带拉线的紧急按钮,即使在老人无法起床的情况下也可以拉动床边的红色拉线,发出紧急求助信息。一般来说老人穿戴的手表手环也都设计有SOS按钮,遇到紧急情况时老人可按下按钮发出求助信息。不管哪种形式的紧急按钮都需要具有联网功能,家庭可以通过IP有线网、WIFI、4G、NB-IoT等通讯方式与服务中心平台联网,养老院可以使用小功率、远距离LORA无线传输方式将紧急求助信息传到平台。

七、结语

总的来说,智慧养老中有多方面的安全需求要进行探测、监测、预警、提示和报警,根据不同的需求和不同的场景可以选择不同的技术和产品。产品制造商应努力去研究老人需求,运用新技术开发新产品,更好地满足老人安全报警的需求。养老院、社区、老人家庭应根据老人实际需求配备方便实用的安全报警产品。

责任编辑:石旭