陳天澤

摘 要：到2020年，我國(guó)青少年預(yù)計(jì)達(dá)到2.2億人口，青少年的健康成長(zhǎng)直接關(guān)系到國(guó)家的未來(lái)，越來(lái)愈多的人投入到關(guān)心青少年健康成長(zhǎng)的隊(duì)伍中。據(jù)中國(guó)學(xué)生體質(zhì)與健康調(diào)研顯示，中國(guó)學(xué)生的形態(tài)發(fā)育水平不斷提高，營(yíng)養(yǎng)狀況得到改善，常見(jiàn)病患病率持續(xù)下降。但是，耐力、力量、速度等體能指標(biāo)有明顯下降趨勢(shì)，特別是視力不良率居高不下，城市超重和肥胖青少年的比例明顯增加，嚴(yán)重影響青少年的健康成長(zhǎng)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被喻為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次革命浪潮。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷完善，以及在其他領(lǐng)域的成功應(yīng)用，把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于青少年健康成長(zhǎng)服務(wù)中，不僅可行而且很有必要，通過(guò)提供預(yù)防青少年近視的應(yīng)用、檢測(cè)青少年身高體重和關(guān)聯(lián)營(yíng)養(yǎng)學(xué)的體重計(jì)，以及采集青少年的活動(dòng)記錄。這些物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)青少年的行為習(xí)慣和身體狀態(tài)，上傳數(shù)據(jù)到分析平臺(tái)，利用大數(shù)據(jù)智能算法，提出對(duì)青少年有利的建議，從而助力青少年健康成長(zhǎng)。

關(guān)鍵詞：青少年健康；物聯(lián)網(wǎng)；健康平臺(tái)

中圖分類號(hào)：D669.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）21-0040-03

1 背景技術(shù)的介紹

1.1 物聯(lián)網(wǎng)的定義

物聯(lián)網(wǎng)的英文名稱為Internet of Things，也就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，定義是通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理等[1]。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)（圖1）

有人提出物聯(lián)網(wǎng)的三層架構(gòu)：

（1）感知層：主要任務(wù)是采集和捕獲信息，達(dá)到感知和識(shí)別物體的目的，是實(shí)現(xiàn)“全面感知”的基礎(chǔ)。比如利用RFID、傳感器、攝像頭等隨時(shí)隨地地獲取物體的信息。

（2）網(wǎng)絡(luò)層：利用現(xiàn)在成熟的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如Internet、GSM、LTE、NB-IOT等，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層與感知層之間的可靠傳遞。

（3）應(yīng)用層：利用云計(jì)算、分布式計(jì)算、人工智能等智能計(jì)算，對(duì)海量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，獲得有用的信息，并將這些信息反饋給感知層，達(dá)到智能控制的目的。

1.3 物聯(lián)網(wǎng)中運(yùn)用的技術(shù)

傳感器屬于物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)末梢，模式識(shí)別技術(shù)通過(guò)其智能處理能力成為物聯(lián)網(wǎng)不可或缺的基本條件。窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具備廣域覆蓋、海量接入、低功耗等特征，在不同的垂直行業(yè)得到更廣泛的應(yīng)用，開(kāi)啟萬(wàn)物互聯(lián)的新領(lǐng)域、新時(shí)代。

1.3.1 傳感器技術(shù)

傳感器的主要功能是識(shí)別物體，采集信息，利用聲、光、熱、電、力學(xué)、化學(xué)、生物、位置等來(lái)采集需要的信息。具體包括：溫度傳感器、濕度傳 感器、攝像頭、MP2傳感器、二維碼標(biāo)簽、RFID標(biāo)簽和讀寫(xiě)器等[2][3]。

1.3.2 模式識(shí)別技術(shù)

模式識(shí)別就是通過(guò)計(jì)算機(jī)用數(shù)學(xué)技術(shù)方法來(lái)研究模式的自動(dòng)處理和判讀。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人類有可能研究復(fù)雜的信息處理過(guò)程。物聯(lián)網(wǎng)不僅提供傳感器的連接，其也具有智能處理能力，利用模式識(shí)別技術(shù)擴(kuò)展到青少年?duì)顟B(tài)的監(jiān)測(cè)模式識(shí)別中[4]。如圖2所示。

1.3.3 窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（NB-IOT）

工業(yè)4.0時(shí)代，窄帶物聯(lián)網(wǎng)（Narrow Band Internet of Things， NB-IoT）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，成為物聯(lián)網(wǎng)一個(gè)重要分支。NB-IoT具備四大特點(diǎn)：一是廣覆蓋；二是具備支撐海量連接的能力；三是更低功耗；四是更低的模塊成本。使其可以廣泛應(yīng)用于多種遠(yuǎn)程抄表、智能停車等行業(yè)，在青少年體育課程系統(tǒng)跟蹤、體重跟蹤等中應(yīng)用[5]。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在青少年健康生活中的應(yīng)用

目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在健康領(lǐng)域已有很多應(yīng)用，各式移動(dòng)裝置、智能醫(yī)材裝置（如聯(lián)網(wǎng)血壓計(jì)、聯(lián)網(wǎng)體脂計(jì)等）與傳感技術(shù)，隨時(shí)隨地監(jiān)測(cè)個(gè)人健康信息（如心跳、血壓、血糖、血脂、心率、呼吸、睡眠等）。然而基于青少年?duì)I養(yǎng)與健康的檢測(cè)應(yīng)用非常少，青少年的健康與老人健康的監(jiān)測(cè)內(nèi)容側(cè)重完全不同，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于青少年健康生活過(guò)程中，必定會(huì)打破家長(zhǎng)由于上班等各方面的原因造成的無(wú)法及時(shí)了解和糾正青少年?duì)顟B(tài)的時(shí)間和空間限制，給青少年健康生活帶來(lái)全新的、革命性的變化。下面從預(yù)防青少年近視、身高體重監(jiān)測(cè)、應(yīng)急情況監(jiān)測(cè)、活動(dòng)狀態(tài)跟蹤等方面，闡述物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在青少年健康服務(wù)中的智能應(yīng)用，有廣闊的發(fā)展前景。

2.1 智能防近視筆套

隨著現(xiàn)代學(xué)生課業(yè)任務(wù)的加重，在青少年時(shí)代近視的人數(shù)越來(lái)越多，近視是學(xué)校中的常見(jiàn)病。長(zhǎng)期以來(lái)，中小學(xué)生近視眼發(fā)病率呈快速上升趨勢(shì)，大中城市中小學(xué)生的56/100左右是近視眼，農(nóng)村中小學(xué)生也有50/100的近視眼。這種現(xiàn)象值得引起社會(huì)各界的高度重視，保護(hù)學(xué)生視力是當(dāng)前中小學(xué)生衛(wèi)生工作中的一項(xiàng)重要任務(wù)。智能防近視筆套是由傳感器（紅外傳感、陀螺儀）、通信模塊、控制系統(tǒng)（振動(dòng)模塊）、告警系統(tǒng)和筆套等部分組成。傳感器的紅外裝置用于感應(yīng)作業(yè)本與青少年眼睛的距離，陀螺儀用于測(cè)量筆的位置空間，通信模塊用于將采集信息（學(xué)生書(shū)寫(xiě)作業(yè)的時(shí)間和眼睛距離桌面的距離）傳送到智能平臺(tái)，人機(jī)交互模塊用于及時(shí)發(fā)出告警提醒學(xué)生適當(dāng)休息以及保持書(shū)寫(xiě)時(shí)距離桌面的距離不要太近，從而在一定程度上降低青少年近視的概率。該應(yīng)用采集使用該筆套的用戶的視力情況，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析，可以分析出學(xué)生近視程度和書(shū)寫(xiě)距離的關(guān)系，從而優(yōu)化算法，設(shè)置最佳書(shū)寫(xiě)距離。該筆套還可以衡量每天學(xué)生的作息時(shí)間和作業(yè)長(zhǎng)度，為優(yōu)化作業(yè)量，提高作業(yè)效率提供數(shù)據(jù)支持[6]。如圖3所示。

2.2 智能體重身高監(jiān)測(cè)儀

現(xiàn)代家長(zhǎng)對(duì)青少年成長(zhǎng)水平和營(yíng)養(yǎng)程度越來(lái)越關(guān)心。身高和體重是衡量?jī)和L(zhǎng)發(fā)育及喂養(yǎng)（營(yíng)養(yǎng)）狀況的客觀指標(biāo)，特別是體重變化（增加或減少）反映近期飲食和運(yùn)動(dòng)的平衡關(guān)系。智能體重身高監(jiān)測(cè)儀首先采集青少年父母的身高、體重、青少年的年齡、目前的身高、體重信息做智能分析。關(guān)聯(lián)營(yíng)養(yǎng)學(xué)的相關(guān)理論知識(shí)，提出針對(duì)該青少年的營(yíng)養(yǎng)建議。如圖4所示。

智能體重身高監(jiān)測(cè)儀由體重感應(yīng)器、身高測(cè)量系統(tǒng)、無(wú)線傳輸、控制系統(tǒng)以及客戶端組成。體重感應(yīng)器和身高測(cè)量系統(tǒng)用于采集青少年的身高和體重，無(wú)線傳輸模塊用于將采集數(shù)據(jù)及時(shí)上報(bào)平臺(tái)，同時(shí)依據(jù)采集到的青少年父母的身高體重、年齡計(jì)算出合理的身高和體重范圍。通過(guò)比對(duì)青少年目前的身高體重，計(jì)算出青少年的BMI，根據(jù)下圖不同的分布類型，提供針對(duì)該青少年的營(yíng)養(yǎng)建議，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題[7]。如圖5所示。

家長(zhǎng)通過(guò)使用客戶端APP可以同步平臺(tái)數(shù)據(jù)，及時(shí)了解青少年的健康信息，平臺(tái)也會(huì)根據(jù)青少年的狀態(tài)在APP上面推送營(yíng)養(yǎng)建議以及運(yùn)動(dòng)建議，針對(duì)性的助力青少年的身體成長(zhǎng)。例如通過(guò)給出青少年體重的成長(zhǎng)曲線。通過(guò)體重變化曲線，青少年可以預(yù)測(cè)自己未來(lái)的體重從而對(duì)自己的體重進(jìn)行控制。

2.3 兒童摔倒報(bào)警器

兒童本身的活動(dòng)量較大，成長(zhǎng)過(guò)程中由于重心不穩(wěn)常常會(huì)造成跌倒。再加上兒童對(duì)周圍環(huán)境認(rèn)知不健全，使得行為存在很多不確定性，嚴(yán)重的情況會(huì)威脅青少年成長(zhǎng)的健康。

兒童摔倒報(bào)警器由重力檢測(cè)系統(tǒng)、跌倒報(bào)警器、客戶端等組成，在一定程度上可以檢測(cè)青少年的活動(dòng)狀態(tài)，特別是在突發(fā)事件時(shí)可以及時(shí)發(fā)出告警。青少年通過(guò)佩戴告警器，在跌倒時(shí)及時(shí)發(fā)出告警，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)告知其老師或監(jiān)護(hù)人，從而更加有效的獲得狀態(tài)信息，在突發(fā)情況時(shí)得以及時(shí)采取措施，最大化的降低摔倒的后續(xù)風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)該系統(tǒng)還可以提供數(shù)據(jù)分析：R代表跌倒風(fēng)險(xiǎn)，L代表跌倒到爬起之間的時(shí)間長(zhǎng)度，通過(guò)對(duì)一定時(shí)間短青少年跌倒時(shí)間的求和，得到公式中的分子。公式中的分母T代表了代表了對(duì)應(yīng)青少年年齡段的一定時(shí)間內(nèi)的跌倒均值（年紀(jì)小的均值更大）。通過(guò)比較L值的和并與T均值比較，得出青少年的跌倒風(fēng)險(xiǎn)，越大越值得引起關(guān)注[8]。

3 青少年生活與健康服務(wù)平臺(tái)

除了上面介紹的幾種應(yīng)用外，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還可以應(yīng)用于青少年體檢報(bào)告跟蹤系統(tǒng)、生活習(xí)慣監(jiān)測(cè)、睡眠監(jiān)測(cè)等多種系統(tǒng)，在政府、社區(qū)、醫(yī)院、企業(yè)和家庭等多方的共同努力下，可以進(jìn)一步構(gòu)建起青少年的健康服務(wù)系統(tǒng)。通過(guò)系統(tǒng)提供的大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析功能幫助用戶，及時(shí)、全面的管理、檢測(cè)青少年的健康狀況。完成個(gè)人健康數(shù)據(jù)在青少年健康管理系統(tǒng)中的采集，轉(zhuǎn)換，歸集，檢索處理，并應(yīng)用于實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)從“健康監(jiān)測(cè)——分析——預(yù)警——干預(yù)”的立體化青少年健康管理，全方位青少年體質(zhì)監(jiān)測(cè)，有效降低青少年的近視率，并對(duì)肥胖進(jìn)行準(zhǔn)確控制，降低青少年健康服務(wù)成本起到了積極促進(jìn)作用，使研究具有一定的理論水平和實(shí)用價(jià)值[9][10]。如圖6所示。

4 結(jié)語(yǔ)

少年強(qiáng)則中國(guó)強(qiáng)，青少年的健康是當(dāng)今社會(huì)關(guān)注的一項(xiàng)重要問(wèn)題，青少年的健康成長(zhǎng)尤其應(yīng)該引起全社會(huì)的廣泛關(guān)注。青少年的體質(zhì)監(jiān)控需要社會(huì)多方面的部門積極探索研發(fā)更好的方法，持續(xù)引入高科技，為增進(jìn)青少年體質(zhì)健康發(fā)展做出努力。關(guān)愛(ài)青少年、促進(jìn)健康成長(zhǎng)，構(gòu)建和諧社會(huì)是全社會(huì)的責(zé)任。政府部門和公共服務(wù)機(jī)構(gòu)應(yīng)該立即行動(dòng)起來(lái)，采取有效措施，加大財(cái)政投入，特別是近日，教育部、國(guó)家衛(wèi)健委共同起草《綜合防控兒童青少年近視實(shí)施方案（征求意見(jiàn)稿）》，更應(yīng)積極承擔(dān)起應(yīng)有的責(zé)任，抓住物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展所帶來(lái)的機(jī)遇，為青少年健康監(jiān)控開(kāi)發(fā)出更實(shí)用的應(yīng)用系統(tǒng)。產(chǎn)業(yè)界更應(yīng)該積極做好為青少年健康的產(chǎn)品和系統(tǒng)的應(yīng)用與推廣工作。在全社會(huì)的共同努力下，為青少年健康成長(zhǎng)增添新的內(nèi)容。

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