一种基于边缘计算平台的老年人健康状况监测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于边缘计算平台的老年人健康状况监测方法，属于智能监控以及物联网通信技术领域。所依托的监视系统包括数据采集层、数据传输层及数据存储层，数据采集层即可穿戴设备；所述方法包括：1)搭建数据采集层并采集数据；2)搭建基于MQTT协议的边缘计算平台；3)搭建数据存储层，建立云端数据库并将其接口及协议信息写入边缘计算平台中；4)通过边缘计算平台模块转发数据，利用数据清洗规则将采集数据的格式清洗掉，最后将数据存入云端数据库。所述方法利用边缘计算平台低延迟、高效率、高安全性和超强的实时计算能力，将采集到的老人生命体征数据实时上传并保存，从而达到实时监测和数据存储。

【技术实现步骤摘要】
一种基于边缘计算平台的老年人健康状况监测方法
本专利技术涉及一种基于边缘计算平台的老年人健康状况监测方法，尤其涉及一种边缘计算平台为管理后台将可穿戴设备应用在养老院的老年人身上以实现对养老院老年人监测方法，属于智能监控以及物联网通信

技术介绍
随着社会整体素质的提升，在基数日渐庞大的老年人群体中，越来越多的老人选择在养老院安度晚年。因此，养老院在各方面的能力亟待增强。其中，医疗护理能力成为老年人选择养老院时最重要的参考依据，而国家也早在2017年就要求全国50％以上的养老院具备医疗服务的能力。同时，物联网技术慢慢渗透进了很多传统行业中，养老院也不例外。国外在养老院护理与物联网的结合方面比国内要先进一些，几年前就已经开始了老年人智能化养老公寓的研究。我国在养老院智能化这方面仍然处在发展初期阶段，目前对这方面的研究并不多见，主要存在的问题有：1)现存的大多数研究都将重心放在了利用物联网对养老院的服务项目流程的管理上；2)大部分养老院对老人的医疗护理仍然停留在完全依靠人力的阶段；3)物联网产品的使用对老年人来说过于复杂；因此，针对老年人群体设计一款简单便携的可穿戴设备是在养老院智能化的道路上必须实现的一部分，而依靠边缘计算平台则可以将可穿戴设备采集到的数据上传并保存，从而更好地为老年人群体服务。一方面为养老院的老人们提供了更加便捷、安全、愉悦且高质量的养老生活，另一方面，这样的设计也在一定程度上降低了养老院的运营成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有健康监测系统存在效率低、安全性以及实时计算能力差的技术现状，提出了一种基于边缘计算平台的老年人健康状况监测方法，将智能可穿戴设备采集到的老年人生命体征数据上传保存至边缘计算平台，通过对边缘计算平台及可穿戴设备进行交互，实现后台实时监视、实时查看数据及存储数据。本专利技术的核心思想是：将边缘计算平台与智能可穿戴设备结合，利用边缘计算平台低延迟、高效率、高安全性和超强的实时计算能力的特点，将可穿戴设备采集到的老人们的生命体征数据实时上传并保存，从而达到实时监测和数据存储的目的。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：所述老年人健康状况监测方法依托的监视系统，包括数据采集层、数据传输层及数据存储层；其中，数据采集层为硬件层，用于采集生命体征数据，即可穿戴设备；数据采集层具体包括开发板、温度采集模块、心率采集模块、血氧饱和度采集模块以及无线传输模块；温度采集模块包括1至10个温度传感器，心率采集模块包括1至10个心率传感器，血氧饱和度采集模块包括1-10个血氧饱和度传感器，无线传输模块包括但不限于蓝牙模块、Wi-Fi模块、CDMA模块、4G模块、5G模块、GPRS模块以及ZigBee模块；其中，数据传输层为基于MQTT协议的边缘计算平台，利用边缘计算平台的各个模块实现对应功能，包括主程序模块、agent代理模块、消息路由hub模块、remote远程消息同步模块及function函数模块；在主程序模块中根据应用配置加载各个模块启动相应的服务，包括与各个模块的API接口，在agent代理模块中完成状态上报和下发，消息路由hub模块提供基于MQTT的消息路由服务，remote远程消息同步模块提供hub与远程MQTT服务进行消息同步的服务，function函数模块提供函数计算服务，完成函数实例的管理以及消息出发的函数调用；其中，数据存储层为云端数据库，具体包括IoTHub物接入模块、TSDB时序数据库模块、RuleEngine规则引擎模块以及IOTVIZ物可视模块，将数据采集层采集到的数据存储到云端，用户能够在任何时间查看当前或指定时刻的采集数据；IoTHub物接入模块中实现与数据传输层的互联，数据通过数据传输层中的remote远程消息同步模块进入数据存储层中的IoTHub物接入模块，在RuleEngine规则引擎模块中通过SQL语句完成消息数据的格式清洗后，存入TSDB时序数据库模块中，在IOTVIZ物可视模块中能看到数据以各种图表的形式显现；所述监视系统中各模块的连接方式如下：心率采集模块、温度采集模块、血氧饱和度采集模块与无线传输模块相连；无线传输模块与hub消息路由模块相连，hub消息路由模块与function函数模块相连，function函数模块与remote远程消息同步模块相连；主程序模块分别与hub消息路由模块、function函数模块、remote远程消息同步模块以及agent代理模块相连；remote远程消息同步模块与IoTHub物接入模块相连，IoTHub物接入模块与RuleEngine规则引擎模块相连，RuleEngine规则引擎模块与TSDB时序数据库模块相连，TSDB时序数据库模块与IOTVIZ物可视模块相连；所述监视系统中各模块的功能如下：数据采集层中的开发板用于接收温度采集模块、心率采集模块、血氧饱和度采集模块的信息并经无线传输模块传输给数据传输层；数据传输层主程序模块用于与agent代理模块、消息路由hub模块、remote远程消息同步模块及function函数模块的API相连接，agent代理模块用于完成状态上报和下发；消息路由hub模块提供基于MQTT的消息路由服务，remote远程消息同步模块提供hub与远程MQTT服务进行消息同步的服务，function函数模块用于完成函数实例的管理以及消息出发的函数调用；数据存储层中的IoTHub物接入模块实现与数据传输层中的remote远程消息同步模块互联；TSDB时序数据库模块分别与RuleEngine规则引擎模块以及IOTVIZ物可视模块配合将数据采集层采集到的数据存储到云端，具体为：在RuleEngine规则引擎模块中通过SQL语句完成消息数据的格式清洗后，存入TSDB时序数据库模块中，TSDB时序数据库模块为IOTVIZ物可视模块提供数据，使得IOTVIZ物可视模块中能看到各种图表的形式显现的数据。所述老年人健康状况监测方法，包括以下步骤：步骤一、搭建所述老年人健康状况监视系统的数据采集层，并基于该数据采集层中的传感器采集数据，具体为：1.1将开发板与各数据采集模块以及无线传输模块连接；其中，温度采集模块采集头部以及指尖的温度数据，心率采集模块采集指尖，手腕以及胸口的心率数据，血氧饱和度采集模块采集指尖、手腕的血氧饱和度数据；1.2通过温度传感器读取人体体温，数据采集层通过心率传感器基于光电容积法测量IBI及BPM信息，进而计算心率，具体为：利用光电容积法通过测量得到IBI，再通过公式BPM×IBI＝60计算得到BPM；其中，IBI，即IntervalBeatsinms，脉搏间隔；BPM，即BeatsperMinute，每分钟心跳数；BPM的计算涉及IBI的测量；1.3通过血氧饱和度传感器基于光电容积法测量两个LED灯的交流和直流成分信息，进而计算血氧饱和度SaO2，具体利用一个普通LED灯和一个红外LED灯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于边缘计算平台的老年人健康状况监测方法，其特征在于：依托的监视系统，包括数据采集层、数据传输层及数据存储层；/n其中，数据采集层为硬件层，用于采集生命体征数据，即可穿戴设备；数据采集层具体包括开发板、温度采集模块、心率采集模块、血氧饱和度采集模块以及无线传输模块；/n其中，数据传输层为基于MQTT协议的边缘计算平台，利用边缘计算平台的各个模块实现对应功能，包括主程序模块、agent代理模块、消息路由hub模块、remote远程消息同步模块及function函数模块；/n其中，数据存储层为云端数据库，具体包括IoTHub物接入模块、TSDB时序数据库模块、Rule Engine规则引擎模块以及IOTVIZ物可视模块，将数据采集层采集到的数据存储到云端，用户能够在任何时间查看当前或指定时刻的采集数据；/n所述监视系统中各模块的连接方式如下：/n心率采集模块、温度采集模块、血氧饱和度采集模块与无线传输模块相连；无线传输模块与hub消息路由模块相连，hub消息路由模块与function函数模块相连，function函数模块与remote远程消息同步模块相连；主程序模块分别与hub消息路由模块、function函数模块、remote远程消息同步模块以及agent代理模块相连；remote远程消息同步模块与IoTHub物接入模块相连，IoTHub物接入模块与Rule Engine规则引擎模块相连，Rule Engine规则引擎模块与TSDB时序数据库模块相连，TSDB时序数据库模块与IOTVIZ物可视模块相连；/n所述老年人健康状况监测方法，包括以下步骤：/n步骤一、搭建所述老年人健康状况监视系统的数据采集层，并基于该数据采集层中的传感器采集数据，具体为：/n1.1将开发板与各数据采集模块以及无线传输模块连接；/n其中，温度采集模块采集头部以及指尖的温度数据，心率采集模块采集指尖，手腕以及胸口的心率数据，血氧饱和度采集模块采集指尖、手腕的血氧饱和度数据；/n1.2通过温度传感器读取人体体温，数据采集层通过心率传感器基于光电容积法测量IBI及BPM信息，进而计算心率，具体为：利用光电容积法通过测量得到IBI，再通过公式BPM×IBI＝60计算得到BPM；/n其中，IBI，即Interval Beats in ms，脉搏间隔；BPM，即Beats per Minute，每分钟心跳数；BPM的计算涉及IBI的测量；/n1.3通过血氧饱和度传感器基于光电容积法测量两个LED灯的交流和直流成分信息，进而计算血氧饱和度SaO...

【技术特征摘要】
1.一种基于边缘计算平台的老年人健康状况监测方法，其特征在于：依托的监视系统，包括数据采集层、数据传输层及数据存储层；
其中，数据采集层为硬件层，用于采集生命体征数据，即可穿戴设备；数据采集层具体包括开发板、温度采集模块、心率采集模块、血氧饱和度采集模块以及无线传输模块；
其中，数据传输层为基于MQTT协议的边缘计算平台，利用边缘计算平台的各个模块实现对应功能，包括主程序模块、agent代理模块、消息路由hub模块、remote远程消息同步模块及function函数模块；
其中，数据存储层为云端数据库，具体包括IoTHub物接入模块、TSDB时序数据库模块、RuleEngine规则引擎模块以及IOTVIZ物可视模块，将数据采集层采集到的数据存储到云端，用户能够在任何时间查看当前或指定时刻的采集数据；
所述监视系统中各模块的连接方式如下：
心率采集模块、温度采集模块、血氧饱和度采集模块与无线传输模块相连；无线传输模块与hub消息路由模块相连，hub消息路由模块与function函数模块相连，function函数模块与remote远程消息同步模块相连；主程序模块分别与hub消息路由模块、function函数模块、remote远程消息同步模块以及agent代理模块相连；remote远程消息同步模块与IoTHub物接入模块相连，IoTHub物接入模块与RuleEngine规则引擎模块相连，RuleEngine规则引擎模块与TSDB时序数据库模块相连，TSDB时序数据库模块与IOTVIZ物可视模块相连；
所述老年人健康状况监测方法，包括以下步骤：
步骤一、搭建所述老年人健康状况监视系统的数据采集层，并基于该数据采集层中的传感器采集数据，具体为：
1.1将开发板与各数据采集模块以及无线传输模块连接；
其中，温度采集模块采集头部以及指尖的温度数据，心率采集模块采集指尖，手腕以及胸口的心率数据，血氧饱和度采集模块采集指尖、手腕的血氧饱和度数据；
1.2通过温度传感器读取人体体温，数据采集层通过心率传感器基于光电容积法测量IBI及BPM信息，进而计算心率，具体为：利用光电容积法通过测量得到IBI，再通过公式BPM×IBI＝60计算得到BPM；
其中，IBI，即IntervalBeatsinms，脉搏间隔；BPM，即BeatsperMinute，每分钟心跳数；BPM的计算涉及IBI的测量；
1.3通过血氧饱和度传感器基于光电容积法测量两个LED灯的交流和直流成分信息，进而计算血氧饱和度SaO2，具体利用一个普通LED灯和一个红外LED灯的交替点亮进行测量并计算出数值Rvalue再查表，从而确定当前的SaO2；
其中，Rvalue的计算公式为(1)：



其中，ACL1表示普通LED灯L1的直流成分，DCL1表示普通LED灯L1的交流成分，ACL2表示红外LED灯L2的直流成分，DCL2表示红外LED灯L2的交流成分；
步骤二、搭建数据传输层，具体为：
2.1在数据采集层采集完成体温、心率、血氧饱和度数据后，利用数据采集层的无线传输模块，将采集到的数据以及设备ID通过无线传输方式发送至hub消息路由模块；
2.2数据在function函数模块中经过格拉布斯检验法剔除异常数据，若针对某一生命体征采用了多于一个的传感器，则需要在异常数据被剔除后，对数据取平均数；
2.3在remote远程消息同步模块中配置云端数据库的地址、用户名以及密码等信息后，数据通过remote远程消息同步模块由数据传输层发送至数据存储层；
2.4agent代理模块负责将主程序的状态消息并上报至云端；
2.5主程序模块中编写各模块之间的API接口；
步骤三、搭建数据存储层，具体为：
3.1搭建IoTHub物接入模块，并将地址、用户名以及密码填写至数据传...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨松，王馨茹，匡曲兮，李凡，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11