物联网环境下智能家居医疗服务体系建设

钟南南  ,曹沈栋 ,纪翔

摘要：在社会发展下，空巢问题和人口老化问题越来越严重，通过对医疗保障服务体系进行创新有效缓解社会老龄化的就医困难、医疗资源配置不均衡等问题，是时代发展的必然趋势。本文介绍了物联网、智能家居、智慧医疗、智能家居医疗服务系统等相关概念，分析了智能家居建设存在的问题，进而从系统体系框架、工作原理、系统实现方案、关键问题和解决方案等方面建设物联网环境下的智能家居医疗服务系统，为家居医疗智能化发展提供借鉴。

关键词：物联网；智能家居；医疗服务体系

一、绪论

（一）研究背景和意义

随着时代的不断发展，人们越来越重视老龄化问题，在我国医疗服务体系的不断改革下，新时代发展方向更加倾向于将智能家居和医疗监测相结合，形成智能家居医疗服务体系，在物联网的背景下将医疗新技术、医疗服务体系框架、信息技术等相融合，能够有效加强医疗服务资源的配置效果。现在我国的养老问题受到社会很大的关注，从以往的家庭问题发展成了社会问题，是社会、国家非常热点的话题，直接关系着国计民生。新时代年轻人面临着很大的工作压力，陪伴、照顾老人的时间是非常少的，在居民生活质量和经济水平的不断提升下，老年人的精神需求和物质需求越来越高，通过智能家居医疗服务体系不仅让老年人的晚年生活更加舒适，还可以让年轻人更加放心工作，有效解决了社会养老资源配置的困境，为社会发展提供新方向。

利用科技能够改变人们生活，在物联网的不断发展下将物和物进行结合，满足人们对家庭环境的个性化需求，如：舒适度、安全度、便利度等，建设智能家居医疗服务体系是非常有意义的，能够很好的通过各种系统监测家庭各个方面，更好的监测人的健康需求，实现人机交互的和谐性。利用物联网技术构建智能家居医疗服务体系对于未来的智能医疗、智能家居有着更好的标准，文本进一步研究物联网环境下智能家居医疗服务体系建设，为改善社会家居环境提供依据。

（二）国内外研究现状

1.国内研究现状

曲藩蕊（2022）认为医院应该加快医疗卫生改革进展，给居民提供高质量、高效率的医疗服务，医院每天都会产生大量数据信息，传统信息系统在存储和处理方面已经不能满足医疗服务需求，使得医疗事业的服务质量和发展受到影响，因此提出利用物联网技术构建智慧医疗建设，并将智慧医疗应用在家庭健康管理系统、医疗设备管理系统、区域性健康管理系统等方面，有效改善居民看病难、看病贵、看病繁的问题，促进医疗事业的可持续化发展[1]。

岳骏,解乃军（2022）通过研究设计了基于STM32单片机的物联网智能家居系统，包含温湿度检测、烟雾机有害气体检测、光照度检测、报警等工功能，有效解决了运城检测和控制家庭设备及环境的问题，系统只需要连接wifi网络就可以根据制定命令对设备进行操作，通信数据主要是通过MQTT和Topic机制实现发布，还能够在手机微信小程序中随时监测功能，能够有效节约资源，降低使用成本[2]。

王斌（2022）明确指出现在通信发展的趋势就是物联网，将物联网应用在智能家居、智慧医疗等行业场景中，形成移动物联网的智慧医疗，并将智能家居、智慧医疗、物联网技术相结合，使得智能家居能够实时收集人体的运动数据和行为习惯数据，而智慧医疗则可以收集人体的各种信息，如：生命体征信息、家族疾病历史、医院就诊信息等，进而通过物联网实现数据共享，并进行智能分析，有效检测人体健康情况，同时还可以针对疾病提供预防方案，保障人体的健康[3]。

2.国外研究现状

Nores M L , Arias J , Duque J G , 等人认为目前，滥用处方药和非处方药是一个日益严重的问题，严重影响人们的福祉和公共卫生系统的经济。最常见的是，滥用是由于忘记或缺乏关于药物及其相互作用的信息，因此，自动监测药物摄入、发出提醒和提供医疗建议的解决方案有很大的空间。通过利用智能药品包装、住宅网络和语义推理的最新进展来完成这些任务的系统。这样的组合产生了一个药物管理人员，在药物监测方面具有极高的精度，并且具有前所未有的能力来接触用户并为他们提供有价值的信息[4]。

Mcdonald H A ，Nugent C D , Moore G , 等人明确指出越来越多的人需要重新评估，目前可供研究人员用于存储和管理智能家居环境中生成的异构数据的方法。在目前的工作中，已经开发了家政应用程序；一个基于网络的工具，支持从事智能家居研究领域的研究人员进行实验。一个家政应用程序，它包括家政存储库和家政工具箱的基本组件。并由10位计算机科学研究人员进行的可用性研究的结果，初步结果是积极的[5]。

整体上看，越来越多的国内外专家学者倾向于智能化的研究，并存在一定的研究成果，但主要是单方面的智能家居、智能医疗，没有大范围的推广和普及，集成化应用水平还需要进一步加强。本文通过研究物联网环境下智能家居医疗服务体系建设，通过信息系统软件的方法实现管理，提高智能家居医疗服务的质量和效率。

二、相关概念

（一）物联网

物联网概念最早出现在比尔·盖茨《未来之路》一书，在当时受到无线网络、传感设备、硬件等发展人们对于物联网的重视程度比较低。物联网简称IOT，主要指的是各种信息传感器、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器、射频识别技术等各种装置和技术，对需要连接、监控、互动的物体或过程进行实时采集，获取各种信息数据，在接入网络的基础上实现物与人、物与物之间的交互，实现智能化的感知、识别、定位、跟踪、监控、管理的一种网络[6]。

物联网的特征为整体感知、可靠传输、智能处理。整体感知是利用感知设备感知获取物体的各种信息，如：智能传感器、二维码、射频识别等感知设备。可靠传输是在互联网、无线网络的支撑下，准确、实时的传送物体的信息，实现信息的分享和交流。智能处理主要是通过各种智能技术分析处理感知和传送的数据，实现智能化的监测和控制。物联网的关键技术有射频识别技术、传感网、云计算、M2M系统框架等，进而被广泛应用于各个领域当中，推动各个领域的智能化发展。

（二）智能家居

智能家居主要是以住宅为平台，通过网络通信技术、综合布线技术、自动控制技术、音视频技术、安全防范技术将和家居生活相关的设施进行集成，形成家庭日程事务和住宅设施的管理系统，主人可以随时随地控制系统，有效提高家居的舒适性、便利性、安全性，构建环保节能的居住环境。智能家居相比于普通家居，既具备传统居住功能，还具备网络通信、建筑、信息家电、设备自动化的交互功能，可以提供全面、准确的信息，能够达到节约能源费用的效果。智能家居系统的设计应该遵循实用便利、标准性、方便性、轻巧型的基本原则，以最简便的实现途径和最少的投入换取最大的功效，为居民带来便捷和高品质的生活[7]。

（三）智慧医疗

智慧医疗主要是指在医疗健康领域中运用大数据技术、云计算、物联网技术构建医疗信息网络平台，实现患者和医务人员、医疗机构、医疗设备之间的互动，使得有限的医疗资源得到共享，打破传统医疗服务流程。智慧医疗由智慧医院系统、区域卫生系统、家庭健康系统三部分组成，智慧医疗系统又可以分为数字医院和提升应用两个板块，其中数字医院是对患者的诊疗信息和行政管理信息进行收集、存储、处理、提取、数据交换等，而提升应用则是远程探视、远程会诊、自动报警、智慧处方、临川决策系统等功能的应用，提高医疗服务水平。区域卫生系统又可以分为区域卫生平台和公共卫生系统两个板块。家庭健康系统是最贴近居民的健康保障，可以对慢性病和老幼病患远程的照护、对特殊人群的健康监测，还有智能服药系统。在时代和技术的不断发展下，智慧医疗具备非常大的发展空间[8]。

（四）智能家居医疗服务系统

在物联网技术的基础上构建智能家居医疗服务系统，利用智能设备或者是可穿戴设备实时采集老年人、患者的生理参数和各种行为数据，制定老年人电子信息档案，将收集的数据进行整理和分析进行提供医疗服务。现在我国智能家居具备远程控制、语音控制的功能，其核心要素为智能控制系统、智能传感器、可视化中控屏、集成控制面板等。远程控制主要是以TCP网络控制模式，利用计算机、平板、手机等设备控制家里的无线路由器，实现对wifi模块的控制，从而对家居设备进行开启、关闭等控制操作，使得用户可以随时随地的控制家居设备。语音控制主要是利用遥控器直接近距离控制，遥控器是先连接射频继电器，然后控制设备的接通和断开，一般遥控器的控制范围是在30米左右。语音控制则是利用音频设备设置语音口令进而实现对设备的控制[9]。

三、物联网环境下智能家居建设存在的问题

首先，在物联网环境下智能家居建设由于相关政策法规不够完善，在社会上的参与规模比较小，使得智能家居的发展受到很大的阻碍。在大多数地区只是开展智能家居的试点，缺乏和医疗、建筑、设备生产等行业的互联互通机制，在智能家居建设中各个行业的参与性比较小，严重影响着智能家居的推广和普及。其次，智能家居建设的质量存在很大的差异性，网络速度、网络容量、网络覆盖面等方面还需要进一步加强，质量部门对智能家居质量的监管不到位，使得用户在后期使用过程中经常出现质量问题，带给用户非常不好的体验感。并且数据收集安全性比较低、软硬件后期维护和升级服务质量差，说明智能监控设备网关安全问题和智能家居设备安全隐患还需要进一步加强，需要专业的技术人员不断进行探索和开发，提高智能家居整体质量。最后，智能家居在信息交互过程中缺乏国家标准，由于智能家居设备生产和开发商所运用的行业标准和信息技术规范不一样，加上大数据采集、软硬件操作标准、信息框架等方面不一致，使得智能家居在信息交换过程中出现问题。另外，国内市场智能标准和国外市场智能标准是不一样的，使得产品线不能处于平衡状态，智能语音交互还不能达到中文和英文共存的效果，进而影响着智能家居建设的发展。

四、物联网环境下智能家居医疗服务体系构建的意义

在改革开放后，居民的生活品质越来越好，对于医疗的要求也是越来越高，医疗资源短缺、观察随访缺失、检测手段落后等问题直接造成家居生活的品质降低，传统的医疗保障体系不能满足现代老年人的家居生活。在时代的发展下，人们更加追求舒适、安全、健康的生活环境，而智能家居医疗服务体系的建设具备良好的政策基础、社会基础、技术基础，能够有效促进医疗保障制度的改革发展。

物联网环境下智能家居医疗服务体系的建设需要以老年人的心理、生理、经济等方面为切入点，在服务体系中应该具备医疗服务设备体系、医疗资源储备体系、软硬件维护升级服务体系等方面。通过设备体系使得医疗设备和家居设备相连接，进而更好的提供远程在线医疗服务，例如：预约门诊、心理辅导、视频急救指导、医学咨询等。通过资源储备体系可以使得医疗信息实现互通，实现病患信息共享。

软硬件维护升级是智能家居开发商和生产厂家应该签订长期协议，进而为软硬件提供维护和升级服务。

五、物联网环境下智能家居医疗服务体系建设

（一）系统体系架构

1.系统体系框架

智能家居医疗服务系统分为用户家庭、医疗保健管理平台、后勤机构端。在用户家庭端系统可以通过移动电话、交互会话设备、监控传感设备等获得用户身体健康情况和行为信息数据，将收集的信息数据通过无线网络实时传送到医疗保健管理部门。医疗保健管理部门在接收到信息数据后，平台以各医院数据库的实时存储的数据为基础，利用智能决策支持系统对用户的健康进行评估、对用户行为进行分析、对用户潜在疾病进行诊断，进而制定全方位的治疗方案或者是保健方案。后勤机构包括急救中心、药房、物流配送、银行、门诊预体验、电信运营商等，在方案制定后，后勤机构应该根据方案合理协调资源，为用户提供准确、具体的医疗服务，同时还要将提供的医疗服务上报给医疗保健管理平台，便于平台能够及时改变决策，优化方案。

2.系统功能

智能家居医疗服务系统根据功能可以划分为实时监控系统、疾病诊断系统、意外检测系统、卫生保健系统、后勤资源协调系统，为用户提供更加全面的医疗服务。实时监控系统能够实时采集用户的身体状况和设备信息，获取准确、全面的基础数据。疾病诊断系统能够对临床疾病的特征进行分析和评估，科学合理的为用户制定医疗方案。同时系统会根据治疗方案寻找相应的后勤机构提供医疗服务，当用户需要接受医院体检时，系统会提供医院服务预订的功能。意外检测系统能够进行用户行为分析和用户健康趋势预警，比如：系统能够检测到用户意外摔倒，进而及时通知家人和呼叫救护车，避免意外受伤无人发现错失急救时间。卫生保健系统可以根据用户医疗历史信息和身体现状信息对用户的健康水平、身体老化程度进行全面评估。同时用户可以根据评估结果合理制定健康水平目标和医疗保健预算，使得系统可以根据用户需求科学合理制定人性化、个性化的保健方案。后勤资源协调系统主要是协调后勤机构，根据其他系统的需求提供相应的医疗服务。比如：根据疾病诊断系统的医疗方案，提供药品服务，调动物流和药房上门送药；根据卫生保健系统的保健方案为用户推送相关医疗信息和方案注意事项；根据提供的医疗服务银行进行自动阶段操作。

（二）工作原理

在物联网环境下，智能家居医疗服务系统中智能决策支持系统是非常关键的，是将人工智能技术和决策支持系统有效结合，利用专家系统技术增加医疗服务系统的智能性，进而通过人类逻辑思维解决各种问题。本文中智能家居医疗服务系统的智能决策支持系统的目标是完成各种分析，根据分析结果进行决策。智能决策支持系统是由数据管理系统、知识库管理系统、模型管理系统、用户接口系统、用户等五个子系统组成。

一是：数据管理系统。主要管理疾病数据库和病历数据库，分别存储了疾病的史料和病患的历史医疗数据。利用数据仓库技术将数据分别存储到医疗机构系统当中。借助OLAP对数据进行分析，使得数据可以转化为辅助决策信息。并且系统还可以根据疾病数据库中的数据对技术预测趋势和新型病种及关系进行分析。

二是：知识库管理系统。作为智能决策支持系统的核心部件，主要是将比较复杂的半结构化和非结构化问题相关的专业知识进行有效解决和管理，通过专家系统和其他智能系统提供专业知识。这个系统中包含案例库和专家知识数据库，案例库可以提供各种疾病的治疗案例；专业知识库中存储了很多医学推理的知识、规则、参数等内容。将专业系统技术和人工神经网络相结合使得知识库管理系统更加智能化发展。

三是：模型管理系统。主要负责模型数据库的管理，可以进行建模目录、建模语言、模型执行、命令处理器等操作。对战略、运作、管理等方面进行建模，形成模型。在模型管理系统中常用的技术是模糊逻辑技术。

四是：用户接口系统。主要是连接智能家居医疗系统和用户，在系统有感知接口和交互接口两个接口，感知接口主要通过感知设备实时采集用户状态信息，同时将获取的信息自动传输到智能家居医疗系统；交互接口主要是用户和系统之间的交互，可以利用图形界面操作、语言、视频等多种形式，系统在交互过程中获取用户状态信息。

五是：用户。既可以是医疗服务提供者，也可以使医疗服务对象。

智能家居医疗服务系统的智能决策支持系统是先借助用户接口系统和用户进行交互，掌握用户状态相关信息，根据用户健康状态明确经济预算。然后利用智能决策支持系统的子系统进行交互，结合用户病史、现状、推理、专家知识等合理制定卫生保健方案和治疗方案。最后根据用户的实际反馈对方案进一步优化和调整。

（三）系统实现方案

1.信息感知层

基于物联网下的智能家居医疗服务体系的构建中需要配置数字医疗设备，并且要在信息感知层中带有传感器，使得设备可以采集用户的身体情况数据，在家庭的地板、家具、马桶等地方放置传感设备，或者是将传感器放在衣服、腕表等随着携带的物品当中，进而可以在用户感觉不到的情况下获取信息，如：用户生理参数、行为频率等，不会对用户的日常生活产生影响。传感器设备的特性就是即插即用，非常方便，只需利用无线网络就可以将信息传输到家庭网关。在智能家居医疗服务体系中医疗传感器应该具备非入侵性、防水性、安装和使用方便、性能稳定性、无噪声、不受光线滋干扰、不影响日常活动、无线传输等特点。比如：智能睡床可以通过感知和记录用户翻身频率分析睡眠质量；智能地板能够通过测量地板细胞的压力信号分析有没有意外跌倒情况；智能马桶不仅可以将用户的使用频率进行记录，还可以利用FEWS技术对尿液中的盐分进行检验分析用户身体情况。

2.网络传输层

在智能家居医疗服务系统中需要利用网络技术，将感知层获取的信息利用传输层的接入网传输到融合网络子层当中，在通过中间件进行处理进而满足应用服务层的业务逻辑处理要求。融合网络主要是将互联网和通信网络相融合，是普通服务的基础设施。现在的通信网络，如：GSM能够对应用服务层起到协助的作用，将SMS短信息发送到用户或者用户家属的手机上。在网络传输层可以提供解析标记数据、内容管理、建模、目标服务等多种服务。

3.应用服务层

在智能家居医疗服务系统中应用服务层是非常重要的，能够提供各种医疗服务，在设计医疗服务时应该遵循面向服务体系的结构规范性，基于SOA规范设计医疗服务体系能够将不同企业的服务进行整合，进而将重复性质的工作有效减少，提高工作效率。比如：智能家居医疗服务系统中的后勤服务协调系统，是可重复利用的部门，Net框架和Java EE框架都可以通过后勤服务协调系统实现SOA的应用。系统的应用服务层需要数据库服务进行业务逻辑的处理，比如：智能决策支持系统的专家知识库、模型数据库、案例库都可以在医疗保健管理平台进行集中存储，借助Oracle或者MS SQL Server等大型数据库进行存储。在后勤机构中分布式的存储疾病库、病历库，比如：医院的数据库可以采用数据仓库技术进行数据的处理操作。

（四）关键问题和解决方案

基于物联网的智能家居医疗服务系统在实际运行管理中存在智能决策支持系统的弱点和用户隐私保护等关键问题。首先，在智能决策支持系统中专家系统是非常重要的，直接关系着能否实现智能化，是系统的一个弱点和难点。比如：智能家居医疗服务体系需要提供远程诊断的服务，所以需要将专家的知识和病征进行准确、详细地描述，在获取信息后需要进一步提炼然后存储在系统当中，是系统的关键问题。在医学不断发展下新疾病种类也在不断出现，而专家系统对于常识推理和处理不确定性问题是比较薄弱的，因此应该积极开发自动添加知识的工具，使得专家系统中的知识更加完善，并且在系统中融合协作专家系统、新推理体系、自学习技术、多媒体知识库、自我调试等多种高级专家系统技术，进而解决智能决策支持系统的弱点。

其次，在系统的各个环节中都有可能出现用户隐私保护不到位的情况，使得用户信息被泄露。比如：信息感知层和网络传输中中用户信息是通过无线网络进行收集和传输，而无线信号是非常容易被窃听的，使得用户信息遭到泄露。应用服务层的数据库中存储大量用户隐私信息，当数据库的访问权限出现问题后可能就会发生数据窃取，导致用户隐私被泄露。因此，针对数据应该通过加密的方式避免数据收集和传输中被窃听，还可以利用SSL、IPSec、HTTPS等安全协议对传输的数据进行保护。另外，将生物认证和密钥认证等方法进行结合，提高数据存储的安全性，达到用户数据隐私的保护目的。

结语

在物联网环境下智能家居医疗服务体系建设主要是通过带有传感器的数字医疗设备，利用信息感知层采集用户各项数据，经过网络传输层将数据传输到应用服务层，进而通过智能功能对数据进行分析，如：疾病诊断、意外检测、卫生保健方案，根据分析结果协调后勤机构提供相应的医疗服务。建设智能家居医疗服务体系能够为用户提供人性化、智能化的医疗服务，降低医疗花费成本，保障用户的健康生活，为用户提供高质量的生活环境。

参考文献

[1]曲藩蕊.物联网技术在智慧医疗中的应用[J].互联网周刊,2022(22):45-47.

[2]岳骏,解乃军.基于STM32的物联网智能家居系统设计[J].工业仪表与自动化装置,2022(02):27-31.

[3]王斌.基于物联网的智能家居和智慧医疗应用[J].山西电子技术,2020(06):46-47+51.

[4]Nores M L ,  Arias J ,  Duque J G , et al. A Smart Medicine Manager Delivering Health Care to the Networked Home and Beyond - An Overview of the iCabiNET System.[C]// International Conference on Health Informatics. 2015.

[5] Mcdonald H A ,  Nugent C D ,  Moore G , et al. A web based tool for storing and visualising data generated within a smart home[J]. Conference proceedings:. Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. Conference, 2011, 2011:5303-5306.

[6]尹慧子. 智慧医疗情境下信息交互及效果评价研究[D].吉林大学,2020.

[7]袁宁,屈高超,颜帅,宋双双,张莹.基于5G网络的人工智能与物联网在智慧医疗领域的应用[J].中国研究型医院,2019,6(06):58-62.

[8]刘芳.基于物联网技术的智慧医疗服务的构建及应用[J].软件,2019,40(07):52-56.

[9]奚嘉文.物联网模式下智能家居医疗服务体系建设探究[J].现代商业,2019(10):175-176.