老年人监护系统设计研究

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摘要：随着移到互联时代的到来，基于地理位置信息服务的手机端应用得到了广泛的应用。本文针对老年人位置轨迹监管理的巨大社会需求，提出了包括服务管理中心、老年人手机客户端、监护人手机客户端的一种解决方案，对智能电子围栏技术在老年人运动轨迹管理的应用提供了一种新的探索。

关键词：地理位置服务；老年人安全；电子围栏；系统设计；位置轨迹

近年来，地理位置服务（LocationBasedService，LBS）已经成为移动互联时代的基本设施与服务，在社会与经济各行业与不同场景得到了广泛的应用。其中电子围栏就是LBS与安全需求相结合而衍生出来的一种较为成熟的技术。它目前被广泛应用于仓库、军事基地和学校等军用、民用安全防范领域，如电子围栏技术被北京市用来解决旅游季节北京市交通拥堵问题[1]。随着中国老龄化的到来，中国面临着监护人针对老年人日常生活安全，特别是针对位置运动轨迹监控的巨大市场需求。本文在于将虚拟电子围栏技术应用于老年人日常运动轨迹的监控方面，将定位与服务应用到老年人安全上，设计一款基于LBS的老年人日常生活运动轨迹管理与监护系统，以提高全社会及监护人对于老年人，特别是记忆力下降的失能老年人的关怀，解决部分记忆失能老年人的行为管理与监控。

1系统架构及功能

根据LBS的现有技术和用户需求，本系统设计包括五个部分：中央监控管理中心（以下称服务端）、及为服务端提供数据存储的数据库、为服务端提供地图接口的电子地图模块、老年人客户端（被监护端）、监护人客户端（监护端）。系统整体开发采用B/S模式，其中监护端及被监护端采用移动互联模式开发其手机端APP。其各自功能与关系如图1所示。服务端的主要功能包括客户端手机信息登记、老年人手机位置信息的接收与存储、老年人定位的实时显示、电子围栏的设置及预警的配置与管理、监护人与被监护人关系认证、监控权限管理、老年人运动思恋分析与预警、电子地图接口及数据库。服务端基于电子地图，能够根据老年人所携带手机GPS定位或基站定位服务所提供的位置信息，利用百度地图等平台接口对老年人的位置信息进行可视化的展示；同时对于监护端所设置的虚拟电子围栏也以可视化的方式加以呈现。如果发生了老年人“碰撞”了电子围栏的情况，系统会将这一事件记录下来，并跟踪此事件在后续一定时间间隔内是否得到了妥善的解决，如果没有解决则提醒中心管理员关注此事件进程。被监护端APP可以在后台运行。功能则主要包括注册与认证管理模块、监护申请、位置信息的获取及上传、报警模块、拨打监护人电话模块。老年人（被监护人）客户端主要通过移动互联APP，来完成对位置信息的读取，在进行相应的计算与转换后通网络上传至服务端。作为一个APP程序运行于后台，随时将老年人手机的位置信息与服务管理中心端的虚拟电子围栏进行比较，如果老年人手机进入了不安全区域，或者老年人手机位置信息所显示的轨迹信息与日常轨迹发生明显的改变，则将向老年人的手机发出提醒（警告）信息，同时向监护人手机发出预警信息（信号），并在服务端做出预警登记事项，以做后续分析，或作为群体数据分析的基础。监护端APP的功能主要包括注册与认证管理模块、监护申请管理、虚拟电子围栏设置及报警信息设置。移动端通过移动通信网络向服务平台发送相关请求，服务平台接受请求，并作判断，进行相关处理，返回给移动终端。监护人可以登录及管理自己的个人信息；监护人可能登记被监护人（老年人）信息，并提供相应的双方关系认证信息，经过中心管理人员的审核通过后，方可拥有对于被监护人的位置信息的监控权限；老年人位置移动（变化）的可视化模块为监护人提供了一个即时实时可视化反馈；老年人虚拟电子围栏的设置则可以基于周边安全性、日常生活活动范围进行设置；老年人（被监护人）异常位置提醒模块则是服务端根据老年人位置与虚拟电子围栏进行比较判断，当发生越界等事件时，则向监护客户端发送一个相应的提醒短信。老年人位置移动轨迹则是通过与服务端的通信，即时获取被监护人（老年人）位置信息，并通过电子地图接口API实现显示其位置，方便监护人对于被监护者的观察与分析。

2系统核心功能设计

2.1监护关系的认证。监护双方需要一个严谨的监护认证程序。监护方需要通过手机短信验证的方式获取服务中心的认证，被监护方也需要在家人或老年人自己的操作下，通过手机短信验证的方式获取服务管理中心的认证。然而，监护双方关系的确立才是系统设计的核心。当老年人通过手机客户端完成注册后提出监护申请，这一申请将递交服务管理中心，等待监护端的监护认证许可；只有当监护端通过监护方的申请，双方才能建立起可靠的监护与被监护的关系。随后服务中心对已经建立的认证关系进行记录，并基于这一认证关系管理后续相关功能。2.2地理位置信息的获取。目前有基于基站定位服务的[2]，有采用GPS/北斗定位技术进行定位的方案[3]，也有基于基站端而设置虚拟电子围栏的，设计出了稳定、安全、可靠实用的定位系统，为老年人及其家庭提供了很好的帮助。然而，鉴于过高的成本不利于老年人定位应用与服务的推广，因此本设计中采用了基于基站定位服务的设计方案，以降低老年人及监护人客户端应用这一方案的成本。本监护系统利用智能手机为载体，开发监护系统时以百度地图库API来构建虚拟地理电子围栏。为了在手机监控端的应用程序上直观地显示定位结果，开发过程中利用地图库的软件开发工具包在应用程序中加入百度电子地图API。这样系统可以定时获取用户位置信息。在Android设备上通过调用百度SDK接口，可直接访问百度地图的各种服务和数据库。为了提升服务管理中心的系统的效率，可以采用主动获取老年人地理位置。这样平时不需要对所有老年人进行地理位置信息的监控与提取，而当监护端需要老年人的位置信息时，通过通信启动老年人手机客户端读取手机位置，实时向监护端发送老年人的位置信息，使监护端可以掌握老年人的位置信息，实现对老年人的有效监护。如果老年人手机位置在允许（安全）的范围内，客户端只是对老年人手机位置信息进行记录（轨迹信息），并将相应的信息存储起来，并与日常行为轨迹进行比较，方便第三方监护机构与个人调用相应的客户端（监护端）进行分析与观察。另外一种方案是老年人手机客户端按一定周期，如每隔一个较短的时间周期主动读取地理位置信息并上报服务端，服务端将此位置信息写入后台数据库中，以方便后续业务逻辑对于位置信息的使用。2.3虚拟电子围栏的设置与应用模式。虚拟电子围栏的设置信息是放置在服务管理中心端，并由服务端进行电子围栏信息的存储、电子围栏“碰撞”事件的守卫与判定。虚拟电子围栏的设置权限由监护端进行设置，服务端则拥有审查与修订的权限。在APP中进行地理围栏的划分，监护端通过电子地图可以可视化设置虚拟电子围栏、提醒等级，监护人可以设置分等级的电子围栏方式来对应不同提醒等级。当老年人脱离划分的安全区域或走失后，能及时通知监护人并实时发送位置信息，可以对走失的老年人进行及时的救援。对于虚拟电子围栏的设置，可以根据公共安全的需要，采用公共干预的方案来设置虚拟电子围栏，由服务中心端针对所有认证被监护用户设置统一的虚拟电子围栏，叠加于个性化的电子围栏之上。服务管理中心系统将精准设定服务区域范围、数据传送时限及服务对象。例如，对于江河湖海等自然区域以及某些不利于老年人活动的特定区域，可以由负有相关管理责任的机构，委托服务管理中心设置公共安全虚拟电子围栏。在预设设定电子围栏的情况下，只要老年人进入了预设危险区域（或者超出预设安全区域），则激活电子围栏预警模块，在特定时间范围、在特定区域里，为指定手机（监护人）手机发送提示短信，告知其当前老年人的位置信息，提醒监护人对老年人进行进一步的采取相应的行动。电子围栏在使用的有两种模式，其一是围栏检测客户端模式，另外一种是围栏服务器检测模式。前者是每隔一段时间将电子围栏数据从服务管理中心端下载到监护端（老年人）手机，并由老年人手机端APP提供“碰撞”检测，或检测为真则启动当地警醒模块，并报告服务管理中心；而后者是由服务管理中心端来根据老年人手机地理位置数据来与虚拟电子围栏数据比较，检测“碰撞”情况，或检测为真，服务管理中心首先向监护双方发出预警信息，并进行事件登记。

3结论

开发建设基于LBS的老年人日常生活轨迹监护将有着重要的现实意义，其中虚拟电子地理围栏技术的应用可有效保护老年人，防止老年人走失或避免老年人靠近不安全区域。系统的开发需要解决地理位置信息获取、监护授权、电子地理围栏设置等核心功能。而对于老年人日常活动轨迹可能涉及个人隐私的情况还需要慎重考虑。

参考文献：

[1]苏杭.电子围栏技术在景区交通问题中应用的SWOT分析[J].物流工程与管理，2019，41（09）：124-126.

[2]范兵兵，艾信友，曾研，胡凯旋，任泽明.基于STM32的位置定位系统设计[J].科技创新与应用，2018（12）：90-91.

[3]彭育强.虚拟停车电子围栏设计研究[J].计算机测量与控制，2019，27（05）：141-144，149.

作者:何豪杰 熊卫卫 黄东林 单位:吉林农业科技学院电气与信息工程学院