陳健堯 田聰勁 王美婷 吳建基 張穎婷

摘要：當(dāng)今社會(huì)人口老齡化已然成為一個(gè)不可忽視的問(wèn)題，近幾年老齡化進(jìn)程更加快速，中國(guó)作為全世界最大的發(fā)展中國(guó)家也逐漸步入老齡化社會(huì)。隨著老年人口數(shù)量的增加，社會(huì)對(duì)老齡產(chǎn)品的需求也不斷增加。在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的背景下，移動(dòng)端設(shè)備在人們的日常生活中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，手機(jī)為人們的日常生活提供很多便利，如手機(jī)支付、移動(dòng)辦公、電子證件等，這使得老年群體對(duì)移動(dòng)端設(shè)備的接受程度以及使用需求也在逐年增加，手機(jī)的老年用戶也在逐年增加?！鞍槔稀盇pp利用GPS定位、聲紋識(shí)別、運(yùn)動(dòng)傳感器等技術(shù)，打造了一款專為老年群體設(shè)計(jì)的老年人關(guān)懷類應(yīng)用，以為老年群體的生活提供便利，并為老年人的監(jiān)護(hù)人提供一個(gè)方便快捷的、了解老年人實(shí)時(shí)情況以及照顧老年人的方式。

關(guān)鍵詞：App設(shè)計(jì)；老年人；智能手機(jī)；老齡化社會(huì)

中圖分類號(hào)：TP311.56? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

根據(jù)1956年聯(lián)合國(guó)《人口老齡化及其社會(huì)經(jīng)濟(jì)后果》確定的劃分標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)一個(gè)國(guó)家或地區(qū)65歲及以上老年人口數(shù)量占總?cè)丝诘谋壤^(guò)7%時(shí)，則意味著該國(guó)家或地區(qū)進(jìn)入老齡化。1982年，維也納老齡問(wèn)題世界大會(huì)確定了當(dāng)一個(gè)國(guó)家或地區(qū)60歲及以上的老年人口超過(guò)總?cè)丝谡急?0%時(shí)，則意味著該國(guó)家或地區(qū)進(jìn)入嚴(yán)重老齡化。根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)及中國(guó)人口調(diào)查數(shù)據(jù)，中國(guó)人口在20世紀(jì)末開(kāi)始逐漸走向老齡化。通過(guò)近年的數(shù)據(jù)分析，中國(guó)老齡化進(jìn)程已進(jìn)入了加速階段。在中國(guó)，老齡化問(wèn)題已發(fā)展成為一個(gè)不可忽視的嚴(yán)重人口問(wèn)題，老齡化將是未來(lái)30年中國(guó)最大的人口變化趨勢(shì)。根據(jù)全國(guó)第七次人口普查數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，60歲及以上的老年人口在2024年、2032年、2048年，將分別突破3億、4億、5億，最終在2052年達(dá)到峰值5.24億［2］。

在我國(guó)老齡化程度不斷加深的同時(shí)，互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代也在不斷發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)的普及也讓更多的老年用戶接觸到互聯(lián)網(wǎng)。中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中心發(fā)布的第49次《中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計(jì)報(bào)告》顯示，截至2021年12月，50歲以上網(wǎng)民占比由2020年12月的26.3%提升至26.8%，顯然互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步向中老年群體滲透，中老年群體將進(jìn)一步擴(kuò)大互聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)。面對(duì)即將到來(lái)的前所未有的大市場(chǎng)，目前市面上卻只有少數(shù)App為老年群體進(jìn)行優(yōu)化或?qū)俣ㄖ?，大多?shù)App適老化水平有待提升，多數(shù)存在交互頁(yè)面復(fù)雜、操作不友好等問(wèn)題，使得老年用戶群體望而卻步。

截至2021年，中國(guó)60歲以上老人已達(dá)2.6億，其中獨(dú)居老人已超過(guò)1億，獨(dú)居老人作為老齡化社會(huì)中龐大的社會(huì)群體，應(yīng)引起社會(huì)足夠的重視。老年人的身體功能和認(rèn)知功能隨著年齡的增長(zhǎng)而逐漸下降，其安全問(wèn)題以及生活問(wèn)題不容忽視。但在我國(guó)，老年人的監(jiān)護(hù)人常常因工作等原因，缺乏對(duì)老人的照顧與陪伴?！鞍槔稀盇pp將為老年群體量身定制，大大簡(jiǎn)化操作，根據(jù)老年用戶的實(shí)際需求設(shè)計(jì)操作頁(yè)面，遇到特殊情況時(shí)可給家屬發(fā)出警報(bào)，并利用智能手機(jī)的特性為老年用戶提供生活便利，保證老年用戶的安全，讓老年人的親屬能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)老人情況。

1 系統(tǒng)功能分析

老年關(guān)懷型App的目的是確保老年人的日常安全，將老年人與其監(jiān)護(hù)人通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接在一起，讓監(jiān)護(hù)人能夠?qū)崟r(shí)了解老人的狀態(tài)。作為一款老年關(guān)懷型App，設(shè)計(jì)者首先應(yīng)該確保老年人能夠輕松簡(jiǎn)易地使用，并能夠快速有效地解決用戶在使用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題；其次，隨著年齡的增長(zhǎng)，老年人的身體機(jī)能和認(rèn)知水平發(fā)生退化，很容易發(fā)生走失、摔倒等意外，當(dāng)意外發(fā)生時(shí)，老年關(guān)懷型App能夠盡可能快地做出反應(yīng)，及時(shí)通知監(jiān)護(hù)人，避免造成非必要的損失。結(jié)合以上需求，老年關(guān)懷型App應(yīng)該具備以下功能：

（1）實(shí)時(shí)定位。老年關(guān)懷型App能夠?qū)崟r(shí)上傳老人的定位至服務(wù)器，監(jiān)護(hù)人可隨時(shí)查詢老人的位置信息以及行動(dòng)軌跡，并且可以繪制安全區(qū)域，當(dāng)老年人離開(kāi)安全區(qū)域后會(huì)發(fā)出提醒。

（2）遠(yuǎn)程協(xié)助。當(dāng)老人在使用手機(jī)的過(guò)程中遇到問(wèn)題可以向監(jiān)護(hù)人發(fā)出幫助請(qǐng)求，監(jiān)護(hù)人可遠(yuǎn)程對(duì)老年人的手機(jī)進(jìn)行操控，以此解決老人遇到的問(wèn)題。

（3）運(yùn)動(dòng)檢測(cè)。老年關(guān)懷型App能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)老人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并且當(dāng)老人發(fā)生摔倒等意外時(shí)，程序?qū)⒘⒖滔虮O(jiān)護(hù)人發(fā)出警報(bào)。

（4）語(yǔ)音操控。老人通過(guò)語(yǔ)音操控即可對(duì)程序進(jìn)行操作，方便老人對(duì)App的使用。

2 “伴老”App設(shè)計(jì)

“伴老”App由4個(gè)模塊組成，分別是運(yùn)動(dòng)檢測(cè)模塊、遠(yuǎn)程操控模塊、實(shí)時(shí)定位模塊、語(yǔ)音識(shí)別模塊，系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。本系統(tǒng)將通過(guò)調(diào)用手機(jī)及智能手表中的各種運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器和GPS定位采集用戶的行為、位置信息，實(shí)現(xiàn)了對(duì)用戶的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并通過(guò)提醒和警示功能解決用戶出現(xiàn)意外時(shí)不能得到及時(shí)救援的難題。本系統(tǒng)運(yùn)用聲紋識(shí)別和按鍵聲音化，解決視障人群或文化程度較低人群難以使用手機(jī)的難題。本系統(tǒng)通過(guò)遠(yuǎn)程操作技術(shù)，使得監(jiān)護(hù)人可遠(yuǎn)程解決老年人日常手機(jī)使用中遇到的問(wèn)題。通過(guò)以上4個(gè)模塊，本系統(tǒng)將達(dá)到為老年人提供日常安全監(jiān)護(hù)、為老年用戶與其監(jiān)護(hù)人提供實(shí)時(shí)連接的目的。

2.1 運(yùn)動(dòng)檢測(cè)模塊

2.1.1 運(yùn)動(dòng)檢測(cè)模塊

人在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，受每個(gè)人四肢的協(xié)調(diào)性、個(gè)人生活習(xí)慣等因素的影響，摔倒的隨機(jī)性比較大。因此，在判斷摔倒情況的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要考慮摔倒時(shí)刻的人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，然后對(duì)其進(jìn)行有效分類。研究表明，人體的基本姿勢(shì)通常包含站、走、跑、立、躺、跳等。老人在無(wú)人監(jiān)控時(shí)很容易出現(xiàn)因?yàn)榕鲎?、推?dòng)而導(dǎo)致的摔倒，或者在濕滑平面上摔倒，可能產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。在摔倒的過(guò)程中，身體從平衡狀態(tài)變?yōu)槭Ш鉅顟B(tài)，最后變成落地狀態(tài)，因此，運(yùn)動(dòng)檢測(cè)模塊需要分析日常動(dòng)作的狀態(tài)以及摔倒?fàn)顟B(tài)。通過(guò)研究分析可知，瞬時(shí)加速度是判斷運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的關(guān)鍵要素，可以將傳感器的加速度感應(yīng)數(shù)值作為判斷摔倒動(dòng)作的有效依據(jù)之一［3］。為了簡(jiǎn)化摔倒模型，可以將摔倒時(shí)刻的狀態(tài)定義為：首先，將人體失去平衡并與地面角度發(fā)生變化的時(shí)刻作為起始點(diǎn)，將人物身體接觸到地面發(fā)生碰撞的時(shí)刻作為結(jié)束點(diǎn)。在落地時(shí)刻，人物身體與地面發(fā)生碰撞后會(huì)受到一個(gè)極大的沖擊力，此時(shí)加速度會(huì)達(dá)到最大值，身體會(huì)經(jīng)過(guò)一個(gè)短暫的震蕩過(guò)程，最終回到平衡時(shí)候的狀態(tài)。運(yùn)動(dòng)檢測(cè)模塊可以利用傳感器的檢測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)觀察摔倒過(guò)程中加速度閾值的變化以及摔倒過(guò)程角度的變化，從而進(jìn)行對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)。

2.1.2 判斷摔倒情況

為了判斷摔倒情況，首先將日常生活行為和摔倒行為進(jìn)行區(qū)分，通過(guò)傳感器檢測(cè)的數(shù)值對(duì)人物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行判斷。本研究將加速度傳感器的檢測(cè)數(shù)值范圍作為判斷分類的依據(jù)，將采用加速度傳感器檢測(cè)的數(shù)值作為特征值Z來(lái)測(cè)量生活行為，通過(guò)設(shè)置不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相應(yīng)的閾值范圍，由低到高分別是：坐或者蹲的數(shù)值是0～5；站立的數(shù)值是0～10；走路的數(shù)值是0～40；跑步的數(shù)值是 0～65；而快跑、跳等動(dòng)作幅度比較大的數(shù)值是0～100；摔倒的數(shù)值則是0～150。此外，為了避免漏報(bào)的情況發(fā)生，還需對(duì)特征值Z進(jìn)行區(qū)分。經(jīng)過(guò)詳細(xì)的研究，當(dāng)特征值Z<2時(shí)，判斷為靜止行為；當(dāng)特征值260時(shí)，則判斷為可疑的摔倒［4］。此外，日常生活中的動(dòng)作還可以分成兩種情況，第一種是平緩情況，另外一種是非平緩情況。在平緩情況下，加速度數(shù)值時(shí)刻處于一個(gè)平緩的變化中。在非平緩的情況下，加速度數(shù)值會(huì)發(fā)生猛烈的變化，此時(shí)運(yùn)動(dòng)檢測(cè)模塊需要對(duì)人物是否發(fā)生摔倒進(jìn)行判斷。因此，判斷程序可以先判斷老人的行為是否為非平緩行為，然后再進(jìn)一步判斷老人是否發(fā)生了摔倒行為。由于非平緩行為不會(huì)一直發(fā)生，而且摔倒過(guò)程會(huì)產(chǎn)生一個(gè)碰撞過(guò)程，然后又在短時(shí)間內(nèi)會(huì)出現(xiàn)靜止時(shí)刻，因此在判斷過(guò)程中需要對(duì)這種行為增加一個(gè)判定來(lái)判斷靜止時(shí)刻，將非平緩行為和真正的摔倒行為進(jìn)行區(qū)分，從而達(dá)到準(zhǔn)確判斷摔倒情況的目的，具體檢測(cè)流程如圖2所示。

2.1.3 發(fā)送求助信息

如果老人出現(xiàn)了摔倒情況，“伴老”App首先會(huì)對(duì)事故發(fā)生地進(jìn)行定位，利用手機(jī)自帶的定位模塊獲取人物摔倒位置的經(jīng)緯度，再自動(dòng)編輯成短信將詳細(xì)的位置信息發(fā)送到監(jiān)護(hù)人的手機(jī)上。要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)發(fā)送短信功能并確保其安全性，就要選擇一種機(jī)制比較安全的方法，比如本地廣播機(jī)制。這是因?yàn)橹暗膹V播都為全局廣播，即所有應(yīng)用程序都能夠收到信息，這樣就很容易引起安全問(wèn)題。但是本地廣播不一樣，它可以把發(fā)出去的消息只在自己的內(nèi)部進(jìn)行消化，不會(huì)傳到別的應(yīng)用程序中去，這樣就解決了安全性問(wèn)題。研究人員還可以對(duì)該廣播事件進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)，一旦監(jiān)護(hù)人收到短信，手機(jī)系統(tǒng)就會(huì)向外傳遞一個(gè)廣播事件，與此同時(shí)再對(duì)監(jiān)護(hù)人收到的短信進(jìn)行相應(yīng)的判斷，以實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵字監(jiān)聽(tīng)功能。研究人員還要將短信內(nèi)容進(jìn)行字符串式加密，具體的做法就是將短信的內(nèi)容轉(zhuǎn)換成字符串來(lái)表示，字符串的表示分別是：電話號(hào)碼、具體的短信內(nèi)容、短信的分隔符［4］。除此之外，研究人員還可以實(shí)現(xiàn)自己的廣播，實(shí)現(xiàn)好自定義的廣播后，可以將自定義實(shí)現(xiàn)的參數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)給需要接收的目標(biāo)，即研究人員可以在傳過(guò)來(lái)的廣播中只接收用戶想要知道的內(nèi)容即可，然后再對(duì)加密過(guò)的內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的解密，最后達(dá)到監(jiān)聽(tīng)的目的。

2.2 遠(yuǎn)程操控模塊

目前，智能手機(jī)已經(jīng)在老年群體中普及。在手機(jī)使用的過(guò)程中，老年人群體對(duì)使用智能手機(jī)時(shí)遇到的問(wèn)題均束手無(wú)措，只能向年輕群體尋求幫助。但監(jiān)護(hù)人因工作、外出等原因無(wú)法在老人身邊，即使通過(guò)電話、短信等形式向老人說(shuō)明解決方法，但老年用戶也很難按照監(jiān)護(hù)人提供的方法解決問(wèn)題。這個(gè)時(shí)候就需要遠(yuǎn)程操控來(lái)幫助老年用戶解決此類問(wèn)題了，監(jiān)護(hù)人通過(guò)本軟件的遠(yuǎn)程操控模塊就可遠(yuǎn)程連接到老年用戶的手機(jī)，幫助老年用戶解決問(wèn)題。

遠(yuǎn)程操控模塊借助網(wǎng)絡(luò)協(xié)議如NETBEUI，NETBIOS，IPX/SPX，TCP/IP等協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)護(hù)人在異地對(duì)老人所使用的智能手機(jī)進(jìn)行操控的效果。遠(yuǎn)程操控模塊分為控制端和受控端，控制端輸入受控端隨機(jī)生成控制碼后向目標(biāo)受控端發(fā)起控制請(qǐng)求。當(dāng)受控端同意控制請(qǐng)求后進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)試，受控端將在本地建立偽終端服務(wù)，并且將控制信息傳送到控制端。當(dāng)控制端接收到控制信息后，將通過(guò)提權(quán)操作獲取操控所需的相關(guān)權(quán)限后對(duì)受控端進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。

2.3 實(shí)時(shí)定位模塊

由于老年人隨著年齡的增長(zhǎng)，認(rèn)知能力會(huì)出現(xiàn)下降，在日常生活中可能會(huì)出現(xiàn)走失、失聯(lián)等意外。當(dāng)老人走失或者發(fā)生其他緊急意外時(shí)，監(jiān)護(hù)人可通過(guò)實(shí)時(shí)定位模塊實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地獲取老人的位置信息。實(shí)時(shí)定位模塊將利用目前手機(jī)上常見(jiàn)的BDS/GPS雙模定位模塊接收定位衛(wèi)星信號(hào)并解算出手機(jī)的經(jīng)緯度信息。該經(jīng)緯度信息通過(guò)GSM和GPRS模塊利用GPRS技術(shù)上傳至云服務(wù)器并存儲(chǔ)在相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)中［5］。監(jiān)護(hù)人使用“伴老”App利用WiFi/4G/5G網(wǎng)絡(luò)向服務(wù)器發(fā)送網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求并調(diào)取服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，并且可以通過(guò)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的歷史經(jīng)緯度信息，繪制老年用戶的歷史運(yùn)動(dòng)軌跡。

2.4 語(yǔ)音識(shí)別模塊

2.4.1 語(yǔ)音控制

聲紋識(shí)別通過(guò)分析語(yǔ)音的聲紋特點(diǎn)，識(shí)別與之相對(duì)應(yīng)的人的身份，從語(yǔ)音中濾掉與文本相關(guān)的信息，只提取說(shuō)話人的身份信息。在老人聲紋錄入階段，通常會(huì)對(duì)其錄取多條語(yǔ)音樣本數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)對(duì)老人提供的每一段錄入音頻進(jìn)行聲紋建模后，同時(shí)會(huì)對(duì)這些模型進(jìn)行模型聚合，從而得到一個(gè)單一的說(shuō)話人模型，用來(lái)表示該說(shuō)話人的聲紋特征，流程如圖3所示。

說(shuō)話人身份識(shí)別階段，首先待驗(yàn)證的語(yǔ)音需要通過(guò)與錄入階段完全相同的特征提取及聲紋建模過(guò)程，得到其聲紋模型。然后將該驗(yàn)證音頻的聲紋模型與所有目標(biāo)說(shuō)話人的模型進(jìn)行相似匹配，根據(jù)匹配結(jié)果進(jìn)行判別，并得到最終的識(shí)別結(jié)果［6］。通過(guò)語(yǔ)音交互實(shí)現(xiàn)聲紋綁定特殊按鍵，即老人在提前錄入聲紋后可以使用語(yǔ)音呼叫指定聯(lián)系人、語(yǔ)音喚醒、語(yǔ)音呼救等功能，流程如圖4所示。

2.4.2 語(yǔ)音登錄

聲紋識(shí)別如指紋般有獨(dú)特的生物特征，在身份識(shí)別方面起到了很大的作用，具有獨(dú)特性和相對(duì)穩(wěn)定性，并利用其安全性實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音登錄的功能。用戶在完成聲紋注冊(cè)后，系統(tǒng)將注冊(cè)的語(yǔ)音樣本對(duì)應(yīng)的聲紋特征輸入特定的模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到一個(gè)能代表注冊(cè)用戶聲紋特征分布的模型［7］。在使用App前，用戶根據(jù)系統(tǒng)的提示音進(jìn)行口語(yǔ)復(fù)述，系統(tǒng)與庫(kù)中已經(jīng)有的注冊(cè)用戶模板逐個(gè)進(jìn)行匹配，判斷該用戶是否為合法用戶，若為真，則自動(dòng)進(jìn)入App。另外，在用戶聲紋認(rèn)證成功的情況下，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)更新或調(diào)整用戶的聲紋模型，避免用戶需要多次手動(dòng)更新自己的聲紋模型。

3 結(jié)語(yǔ)

本文在人口老齡化的背景下，以為老年用戶提供日常的安全監(jiān)護(hù)為目的著手設(shè)計(jì)了一款陪伴呵護(hù)老年人的App。本研究設(shè)計(jì)的App包含運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、遠(yuǎn)程操控、實(shí)時(shí)定位、語(yǔ)音識(shí)別4個(gè)模塊，通過(guò)以上4個(gè)模塊實(shí)時(shí)為老年用戶的監(jiān)護(hù)人提供實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)服務(wù)，讓監(jiān)護(hù)人能夠全天候監(jiān)控老年用戶的狀態(tài)，預(yù)防意外的發(fā)生，減少意外帶來(lái)的損失，為老年用戶的日常安全增加了一層保護(hù)，在一定層面上保障了老年人的身體健康，推動(dòng)老齡化社會(huì)的健康發(fā)展。

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（編輯 王雪芬）

Design of a caring App for the elderly in the context of aging

Chen? Jianyao， Tian? Congjin， Wang? Meiting， Wu? Jianji， Zhang Yingting

（Guangzhou Xinhua College， Guangzhou 523040， China）

Abstract：? The aging of the population has become an issue that cannot be ignored in todays society. In recent years， the aging process has become even more rapid and China as the largest developing country in the world， is gradually entering an aging society. With the increase in the number of elderly people， the demand for aging products in society is also increasing. Under the background of rapid development of mobile Internet， mobile devices play an increasingly important role in our daily life. Mobile phones provide a lot of convenience for peoples daily life， such as mobile payment， mobile office， electronic documents and so on， which makes the acceptance and demand for mobile devices of the elderly group also increase year after year， and the number of elderly users of mobile phones is also increasing year by year. By using GPS positioning， voice recognition， motion sensors and other technologies， the App is designed to provide a convenient way for the elderly to live their lives and for their guardians to learn about the elderly and take care of them. The App provides a convenient way for the guardians of the elderly to learn about the implementation and care of the elderly.

Key words： App design; elderly; smartphone；aging society