居家適老化改造專家輔助系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

魯衛(wèi)華

摘? 要：隨著信息與智能化技術(shù)在健康養(yǎng)老行業(yè)的快速應(yīng)用，科技為老年人的生活帶來了極大的便利。文章介紹了自研的居家適老化改造專家輔助系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)過程，該系統(tǒng)根據(jù)長者健康狀況、經(jīng)濟條件、居住空間與生活方式等多方面的輸入信息，經(jīng)過專家輔助系統(tǒng)的智能分析判斷，輸出差異化的居家適老改造方案。用戶通過便捷的信息錄入，即可實時獲得適合于自身條件的適老化改造方案，方案通過三維動態(tài)模擬方式進行展示，顯著地提升了適老化改造服務(wù)的質(zhì)量與效率，同時也極大地改善了用戶體驗效果。

關(guān)鍵詞：適老化改造;專家輔助;系統(tǒng)設(shè)計

中圖分類號：TP311.52? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）27-0040-03

Abstract： With the rapid application of information and intelligent technology in the health care industry， science and technology have brought great convenience to the life of the elderly. This paper introduces the design and implementation process of a self-developed expert assistance system for suitable-for-seniors home reconstruction. According to the input information of the elderly， such as health condition， economic condition， living space and life style， the system outputs different suitable-for-seniors home reconstruction schemes through intelligent analysis and judgment of the expert assistance system. Through convenient information input， users can obtain the aging adaptation program suitable for their own conditions in real time. The program is demonstrated through three-dimensional dynamic simulation， which significantly improves the quality and efficiency of the aging adaptation service and also greatly improves the effectiveness of user experience.

Keywords： suitable-for-seniors home reconstruction; expert assistance; system design

引言

居家適老化改造專家輔助系統(tǒng)，基于對國內(nèi)居家適老化設(shè)計現(xiàn)狀及社區(qū)居家養(yǎng)老空間適老化需求的調(diào)研，針對北京市老舊小區(qū)戶型篩選出10套典型戶型作為模塊化改造方案的載體，并在此基礎(chǔ)上歸納總結(jié)出21個指征居家老人身體狀況的身體能力項與15個居家適老化需求較大的改造項，其中改造項涵蓋照明系統(tǒng)、輪椅通行、助力扶手、家具配備、安全提醒五大類型。系統(tǒng)根據(jù)老年群體自身身體能力狀況、經(jīng)濟條件、居住空間與生活方式等多方面的輸入信息，經(jīng)過專家輔助系統(tǒng)的基于多標簽機器學習等算法的智能分析判斷，輸出差異化的居家適老改造建議并通過三維全景漫游和地圖導航兩種方式進行改造方案的效果呈現(xiàn)，通過人機交互方式讓用戶對改造項及涉及產(chǎn)品信息進行修正和確認，生成最終的改造方案及價格清單。系統(tǒng)為老年人量身定制居家適老化改造方案，幫助服務(wù)人員快速生成借鑒了專家經(jīng)驗的改造方案，提升了服務(wù)質(zhì)量和效率;幫助老年人直觀感受改造后的效果，切實改善了用戶體驗效果。

1 系統(tǒng)所涉及的技術(shù)

1.1 網(wǎng)絡(luò)三維在線展示技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)三維在線展示技術(shù)又稱三維網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，因其是立體的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)而得名，這種技術(shù)是計算機軟硬件技術(shù)發(fā)展與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的產(chǎn)物，是一種將虛擬現(xiàn)實應(yīng)用于桌面級的技術(shù)，通過這一技術(shù)可以將三維動畫和數(shù)字媒體嵌入到網(wǎng)頁或網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序中，通過網(wǎng)頁顯示或三維交互，為用戶營造更舒適的感官體驗。為了提升用戶體驗，本系統(tǒng)所涉及的適老化改造輔具、部件以及房間戶型空間均使用網(wǎng)絡(luò)三維在線展示技術(shù)進行呈現(xiàn)，本系統(tǒng)采用Unity3D進行客戶端程序的開發(fā)，Unity3D是一款適用于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的三維開發(fā)工具，具有業(yè)界領(lǐng)先的多平臺支持功能、強大的內(nèi)嵌服務(wù)功能、靈活快速的高端編輯器、內(nèi)容豐富的資源庫，可以很好地滿足本系統(tǒng)開發(fā)的需求。

1.2 WEB交互技術(shù)

系統(tǒng)前后臺的數(shù)據(jù)需要通過WEB交互技術(shù)進行通信，本系統(tǒng)采用Tomcat作為WEB服務(wù)器，并進行了定制化二次開發(fā)。Tomcat最新版本的性能得到了有效提升，使得它成為一個值得考慮的Servlet/JSP容器，可以建立有效的數(shù)據(jù)交互。Tomcat是由Apache軟件基金會下屬的Jakarta項目開發(fā)的一個Servlet容器，按照Sun Microsystems提供的技術(shù)規(guī)范，實現(xiàn)了對Servlet和JSP的支持，并提供了作為Web服務(wù)器的一些特有功能。本系統(tǒng)設(shè)計規(guī)定了戶型及適老化輔具構(gòu)件的模型存儲及實時渲染在客戶端主機完成，即實體數(shù)據(jù)的存儲和處理在客戶端進行，戶型信息及適老構(gòu)件的屬性信息在后臺服務(wù)器存儲和管理，即元數(shù)據(jù)的存儲和管理在服務(wù)器端進行;系統(tǒng)架構(gòu)確保前后臺之間的數(shù)據(jù)傳輸只進行戶型和構(gòu)件編號信息的傳輸，容量巨大的實體數(shù)據(jù)不用進行傳輸，可以大大減少前后臺之間的數(shù)據(jù)傳輸量，因此采用Tomcat作為輕量級Servlet容器，即可滿足本系統(tǒng)需求。

1.3 算法建模技術(shù)

針對適老改造意愿分布、老年人身體能力情況、各空間改造項目需求及投資預(yù)期進行調(diào)研分析，研究老年客群決策模型算法的實現(xiàn)，形成居家老人能力綜合評估項與適老改造項之間的耦合關(guān)系，建立算法模型。針對調(diào)研數(shù)據(jù)集標簽不平衡及標簽互相關(guān)的特點，引入了多標簽機器學習算法，并比較了多種多標簽學習算法在老人調(diào)研數(shù)據(jù)集上的效果，在分類器鏈式算法的基礎(chǔ)上引入了深度學習的思路，取得了較好的實驗效果，同時基于啟發(fā)式規(guī)則的專家評分決策模型有效彌補了多標簽學習在某些不平衡標簽效果較差的缺點，形成了預(yù)測準確度高、性能穩(wěn)定的居家適老化專家輔助決策模型即老年客群決策模型。最后利用該模型預(yù)測的結(jié)果引入價格約束等規(guī)則，形成產(chǎn)品級的組合推薦方案。

2 系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 設(shè)計思路

系統(tǒng)基于社區(qū)典型戶型居家養(yǎng)老空間環(huán)境、適老化改造項目、老人健康狀況評估、老年客群決策模型及模塊化適老改造技術(shù)的研究入手，篩選出典型戶型、適老改造項和老人能力評估指標項，通過多標簽學習等算法訓練出適老化改造方案決策模型。通過系統(tǒng)設(shè)計與搭建將上述研發(fā)成果進行系統(tǒng)集成，結(jié)合3D建模與交互技術(shù)，實現(xiàn)針對不同老年客群智能化推薦適老改造方案以及通過三維動態(tài)演示呈現(xiàn)的核心功能，達到提升適老化改造服務(wù)質(zhì)量和效率以及提升用戶體驗的目的。

2.2 系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)采用三層C/S架構(gòu)，如圖1所示。第一層是表示層，用于界面引導，接受用戶輸入，向應(yīng)用服務(wù)器發(fā)送請求并顯示處理結(jié)果。第二層是業(yè)務(wù)邏輯層，用于執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯，向數(shù)據(jù)庫發(fā)送請求。第三層是數(shù)據(jù)訪問層，用于執(zhí)行數(shù)據(jù)邏輯及數(shù)據(jù)運算，運行SQL及數(shù)據(jù)存儲過程。為保證平臺具有良好的二次開發(fā)能力，系統(tǒng)各功能模塊（服務(wù)）采用SOA架構(gòu)，所有服務(wù)均采用接口方式實現(xiàn)，建立服務(wù)總線，并對可共用服務(wù)等進行了提取，實現(xiàn)了一次定義多次調(diào)用的方式。

依據(jù)系統(tǒng)核心功能需求和業(yè)務(wù)邏輯架構(gòu)，系統(tǒng)整體分為兩大子系統(tǒng)：前臺客戶端子系統(tǒng)和后臺管理子系統(tǒng)。前臺客戶端子系統(tǒng)軟件通過客戶端專用軟件登錄，其主要功能是實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)的錄入與交互、3D模型的實時渲染、與后端管理子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，主要包含：數(shù)據(jù)錄入、動態(tài)互動、三維呈現(xiàn)、方案管理、數(shù)據(jù)交互等模塊。后端管理軟件子系統(tǒng)通過網(wǎng)頁登錄，其主要功能是實現(xiàn)與前臺子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互、通過專家決策算法生成改造方案、數(shù)據(jù)配置與管理、權(quán)限管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，主要包括：專家引擎、數(shù)據(jù)配置與管理、統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)交互、權(quán)限管理等模塊。

2.3 業(yè)務(wù)功能設(shè)計

根據(jù)上述架構(gòu)開發(fā)的具有動態(tài)模擬演示功能的居家適老化改造專家輔助系統(tǒng)主要功能結(jié)構(gòu)包括設(shè)備授權(quán)、注冊登陸、創(chuàng)建和瀏覽戶型、長者能力評估及改造方案體驗等，如圖2所示，滿足不同老年用戶的個人信息管理、能力評估、個性化推薦適老化改造方案、改造方案動態(tài)模擬演示等需求。

2.4 系統(tǒng)的實現(xiàn)

系統(tǒng)開發(fā)架構(gòu)借鑒三層架構(gòu)（MVC）思想，第一層是表示層，用于界面引導，接受用戶輸入，向應(yīng)用服務(wù)器發(fā)送請求并顯示處理結(jié)果，采用Unity3D進行前臺客戶端開發(fā)，采用JSP（Java Server Pages）進行后臺用戶管理界面的開發(fā)。第二層是業(yè)務(wù)邏輯層，用于執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯（業(yè)務(wù)邏輯包含：驗證、計算、業(yè)務(wù)規(guī)則等等），向數(shù)據(jù)庫發(fā)送請求，業(yè)務(wù)邏輯模塊使用行業(yè)內(nèi)主流的C#、Java語言進行開發(fā)，Web服務(wù)器采用Tomcat。采用Phyton進行算法模塊的開發(fā)。第三層是數(shù)據(jù)訪問層，用于執(zhí)行數(shù)據(jù)邏輯及數(shù)據(jù)運算，運行SQL及數(shù)據(jù)存儲過程，系統(tǒng)采用Hibernate為應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)持久化服務(wù)。系統(tǒng)前臺客戶端界面如圖3所示。

后臺管理系統(tǒng)軟件的開發(fā)使用目前流行的J2EE開源框架SSH（Spring，SpringMVC，Hibernate）多層框架結(jié)構(gòu)模型作為開發(fā)平臺框架。該框架結(jié)構(gòu)簡單，功能完善，提高了組件的可復(fù)用性，降低了層與層之間的耦合度，有利于系統(tǒng)的可維護性和可擴展性。

3 結(jié)束語

目前，全球老齡化的進程不斷加快，老年人的各類問題成為社會廣泛關(guān)注的焦點。與此同時，居家養(yǎng)老已成為當今社會的主流養(yǎng)老模式，因此老年人的居所環(huán)境安全問題急需解決。本系統(tǒng)以解決老年人居所安全問題為目的，通過信息化和智能化等技術(shù)手段，為老年人量身定制居家適老化改造方案。系統(tǒng)為改造服務(wù)人員快速生成借鑒專家經(jīng)驗的改造方案，提升了服務(wù)質(zhì)量和效率;為老年人直觀展示改造后效果，切實改善了用戶體驗效果。

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