基于模式识别的老年人智能监护系统研究

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摘要：本文通过对模式识别技术与老年人智能监护系统的融合、带有模式识别的老年人智能监护系统分析展开了对基于模式识别的老年人智能监护系统的深入研究，该系统将通过摄像头、传感器等电子监测设备对老年人的生活情况进行实时监测和分析，依据异常模式数据库进行模式识别，在发生危险和异常情况时，实现自动报警并将异常信号和监测画面传输到监控中心，以供监护人员采取相应的处理措施，确保老年人的人身安全以及隐私安全。

关键词：智能监护系统；模式识别技术；老年人；隐私安全

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）11-0001-02

一、引言

数据显示，2014年我国65岁以上人口数量达到13755万人，占全国总人口比重的10.1%。空巢老人数量的剧增得社会养老负担加重，如何让老年人安享晚年，减轻子女的养老负担是亟待解决的问题。目前，针对老年人的监测系统大部分是通过人的实时监测来完成的，很容易产生疏漏，不能及时发现被监测地点发生的异常状况。笔者将基于模式识别技术，对老年人智能监护系统[1]进行深入研究。该系统仅仅显示需要监护人员关注的异常状态，而对于老年人正常的行为活动则不予显示，实现了对空巢老人日常生活的智能视觉监护，其市场需求明确，潜在用户数量巨大，因此具有重要的经济和社会意义。

二、模式识别技术与老年人智能监护系统的融合

（一）模式识别技术

模式识别技术是集图像处理、数理统计、几何运算、判别分类等于一体的综合技术，包括语音识别技术、生物认证技术、声纹识别、指纹识别、数字水印技术等，是人工智能的基础技术。模式识别技术是指根据模式的特性，将其判断为某一类，然后用计算机实现人对各种事物或现象的分析、描述、判断、识别。一个典型的模式识别系统一般由数据获取、预处理、特征提取选择、分类决策及分类器设计五部分组成。其目标为，在特征空间和解释空间之间找到一种映射关系，根据X的n个特征来判别模式X属于w1，w2，…，wm类中的哪一类。由从模式得到的对分类有用的度量、属性或基元构成的空间称为特征空间，由M个所属类别构成的集合称为解释空间。人工智能在模式识别方面的一些具体和最新的应用范围遍及遥感、生物医学图像和信号的分析、工业产品的自动无损检验、指纹鉴定、文字和语音识别、机器视觉等方面。

（二）老年人智能监护系统

老龄化背景下，智能监护产品应运而生。老年人智能监护系统是通过摄像头、传感器等电子监测设备对老人的居家生活情况进行实时监测，然后将监测画面传输到监控中心或根据实际需求通过手机、电脑将家里的实时监测信息传送给家人，以最大程度地确保老年人的人身与财产安全。与传统的社区报警系统相比，其优势在于：实时可靠性增强，人性化大幅提升，画面呈现更加直观，可扩展性提高。把该系统为核心的智能监护产品运用到实际当中，将大大减轻各家庭的养老负担，同时随着老年人口规模的扩大以及购买力水平和购买欲望的增长，产品推广后定会为企业带来长期、良好、稳定的收益。

（三）模式识别技术与老年人智能监护系统相结合

目前，国内的智能视频监护技术还处于研究阶段，现存的老年人智能监护渠道仍较狭窄，且存在较多问题，如技术复杂、及时性达不到或是错误率较高等，已无法满足当今老年人对智能监护日益增长的需求。由此可见，研发带有异常模式数据库，实现监测、反馈、报警功能的智能视频监护系统，实现以老年人智能视频监护系统为核心的产品的研制，显得尤为重要。这就需要模式识别技术的融入，使其与老年人智能监护系统的设计相结合，对视频监测设备和传感器采集到的电子信号、视频数据进行分析，判断采集信号与异常模式是否匹配，在目标出现异常状况时呈现监测画面并及时向监测中心反馈，实现老年人智能监护系统的技术革新与功能提升。

1.模式识别技术与老年人智能监护系统相结合的研究方案。基于模式识别技术与老年人智能监护系统相结合的理论，笔者制作了基于模式识别技术的老年人智能监护系统的研究方案。①硬件平台的设计。建立一个包括监控、环境状态采集设备，数据分析存储设备，报警信号产生以及数据远程发送的硬件电路平台。②异常模式数据库的建立。对异常模式进行研究和分析，形成“异常群模式库”，建立模式识别技术的特征空间。通过文献资料、咨询专家确定老年人的危险行为及所处场景的异常，得到异常模式数据，经过预处理、特征提取和选择获得异常模式在视频图像上的特征体现，然后归纳整理，建立相应的异常模式数据库。③监控视频数据的处理及匹配。利用图像处理技术，对监控设备采集到的电子信号、视频数据进行预处理[2]和特征提取，建立模式识别技术的解释空间。然后，找到特征空间和解释空间之间的映射关系，做好分类决策。设从当前视频中分析得到的特征数据为向量X1，Y={Y1，Y2，…，Yn}为异常模式库中的各种异常模式。对X1和Yi进行模式匹配，i=1，……，n，通过属性距离计算、模板匹配、结构匹配等方式分析X1与Y中模式的相似程度，识别出X1是否属于异常模式库中的模式，以及属于哪一种异常模式，并把识别结果进行的输出。④数据采集匹配后的报警反馈。若经过匹配结果判断出现了异常情况，则在监视器上显示现场的实时图像，并进行声音报警，同时确定为何种紧急事故，以便施救及时且有效；若识别结果为正常，则将场景数据丢弃，不形成显示画面。

2.模式识别技术与老年人智能监护系统相结合的技术路线。基于模式识别技术与老年人智能监护系统相结合的理论，笔者制作了基于模式识别技术与老年人智能监护系统相结合的技术路线。如图1所示。

三、带有模式识别的老年人智能监护系统分析

（一）带有模式识别的老年人智能监护系统的价值与意义

带有模式识别的老年人智能监控系统提升了隐私安全保护：该系统打破了传统的全程监控模式，对老年人正常的行为活动不予显示，仅在发生异常情况时传输影像，在无隐私侵犯的安全状况下，实现针对独居老人日常生活的智能视觉监护；该系统开创了无人监护，与传统监护系统相比，该系统具有无人监护的优势，有效减少了成本支出与人力资源的浪费；带有模式识别技术的老年人智能视频监控系统大幅度地提高了安全性与灵活性：传感器与摄像头相结合，与传统的单一技术相比其安全性更高，无线技术的应用使得系统具有安装位置灵活机动、可根据需要随时调整位置的优点。

目前的视频监测系统大部分是通过人的实时监测来完成的，其缺点是：需要监测工作人员通过不断观看监视屏来发现异常状况，具体的监测过程是细致、连续、长期枯燥的过程。尤其是当监测点较多时，监测工作人员常常要面对很大的一面电视墙，很容易产生疏漏，不能及时发现被监测地点发生的异常状况。而且，连续不断地监测画面必然会涉及个人隐私问题，监护方式不易被老人接受。如果仅仅显示需要监护人员关注的异常状态，而对于个人正常的行为活动则不予显示，这样就可以在无隐私侵犯的安全状况下，实现针对独居老人日常生活的智能视觉监护，对解决空巢家庭独居老人的监护问题有着非常积极的意义。

（二）带有模式识别的老年人智能监护系统的实际应用

医院对监护的需求无处不在，且需要付出巨大的人力、物力及财力。在社会需求和政府政策的推动下，未来五年将成为养老机构快速发展的黄金期，包括政府筹办和民间资本筹办的养老院、敬老院、老年公寓等机构。中国老龄事业发展“十二五”规划提出，全国城市街道和社区统筹安排服务设施，实现居家养老服务、老年日间照料，卫生站和助餐网点基本覆盖，80%以上的乡镇和50%以上的农村杜区建立包括养老服务在内的综合设施和站点。因此将带有模式识别技术的老年人智能视频监护系统应用于医院、专门的养老机构、居住社区养老服务中心以及有需求的居家养老家庭，对构建以居家为基础，以社区为依托，以养老机构为支撑，资金保障与服务保障相匹配，基本服务与选择相结合的养老社会服务体系有极其重要的推动作用。

四、结语

基于模式识别的老年人智能监护系统研究是缓解由于人口老龄化所引起的医疗资源短缺问题以及养老负担问题的必要途径。随着科技的进步、人口老龄化问题的加剧以及人民对医疗护理水平要求的不断提高，智能视频监护系统必将得到广泛应用。针对传统的智能视频监控系统技术研究的不足和我国社会空巢老人这个社会热点问题，基于模式识别的老年人智能视频监护系统研究将成为应用于家庭空巢老人监护的关键。研发基于模式识别的老年人智能监护系统，实现以该系统为核心的产品研制，必将会在智能监护领域取得重大突破，为老年人家庭带去福祉，同时使企业获得良好稳定的收益。

参考文献：

[1]马宝庆，汤一平，严杭晨.基于全方位视觉的独居老人监护系统[J].计算机工程，2013，8（39）.

[2]石青云.模式识别的现状与发展趋势[M].北京：北京大学信息科学中心，1988.

[3]蒙亮.基于HMM的家庭视频监护系统研究[M].广西师范大学，2014.