鲁卫华

摘  要：随着信息与智能化技术在健康养老行业的快速应用，科技为老年人的生活带来了极大的便利。文章介绍了自研的居家适老化改造专家辅助系统的设计与实现过程，该系统根据长者健康状况、经济条件、居住空间与生活方式等多方面的输入信息，经过专家辅助系统的智能分析判断，输出差异化的居家适老改造方案。用户通过便捷的信息录入，即可实时获得适合于自身条件的适老化改造方案，方案通过三维动态模拟方式进行展示，显著地提升了适老化改造服务的质量与效率，同时也极大地改善了用户体验效果。

关键词：适老化改造;专家辅助;系统设计

中图分类号：TP311.52      文献标志码：A         文章编号：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

居家適老化改造专家辅助系统，基于对国内居家适老化设计现状及社区居家养老空间适老化需求的调研，针对北京市老旧小区户型筛选出10套典型户型作为模块化改造方案的载体，并在此基础上归纳总结出21个指征居家老人身体状况的身体能力项与15个居家适老化需求较大的改造项，其中改造项涵盖照明系统、轮椅通行、助力扶手、家具配备、安全提醒五大类型。系统根据老年群体自身身体能力状况、经济条件、居住空间与生活方式等多方面的输入信息，经过专家辅助系统的基于多标签机器学习等算法的智能分析判断，输出差异化的居家适老改造建议并通过三维全景漫游和地图导航两种方式进行改造方案的效果呈现，通过人机交互方式让用户对改造项及涉及产品信息进行修正和确认，生成最终的改造方案及价格清单。系统为老年人量身定制居家适老化改造方案，帮助服务人员快速生成借鉴了专家经验的改造方案，提升了服务质量和效率;帮助老年人直观感受改造后的效果，切实改善了用户体验效果。

1 系统所涉及的技术

1.1 网络三维在线展示技术

网络三维在线展示技术又称三维网络技术，因其是立体的网络应用技术而得名，这种技术是计算机软硬件技术发展与互联网结合的产物，是一种将虚拟现实应用于桌面级的技术，通过这一技术可以将三维动画和数字媒体嵌入到网页或网络应用程序中，通过网页显示或三维交互，为用户营造更舒适的感官体验。为了提升用户体验，本系统所涉及的适老化改造辅具、部件以及房间户型空间均使用网络三维在线展示技术进行呈现，本系统采用Unity3D进行客户端程序的开发，Unity3D是一款适用于网络环境下的三维开发工具，具有业界领先的多平台支持功能、强大的内嵌服务功能、灵活快速的高端编辑器、内容丰富的资源库，可以很好地满足本系统开发的需求。

1.2 WEB交互技术

系统前后台的数据需要通过WEB交互技术进行通信，本系统采用Tomcat作为WEB服务器，并进行了定制化二次开发。Tomcat最新版本的性能得到了有效提升，使得它成为一个值得考虑的Servlet/JSP容器，可以建立有效的数据交互。Tomcat是由Apache软件基金会下属的Jakarta项目开发的一个Servlet容器，按照Sun Microsystems提供的技术规范，实现了对Servlet和JSP的支持，并提供了作为Web服务器的一些特有功能。本系统设计规定了户型及适老化辅具构件的模型存储及实时渲染在客户端主机完成，即实体数据的存储和处理在客户端进行，户型信息及适老构件的属性信息在后台服务器存储和管理，即元数据的存储和管理在服务器端进行;系统架构确保前后台之间的数据传输只进行户型和构件编号信息的传输，容量巨大的实体数据不用进行传输，可以大大减少前后台之间的数据传输量，因此采用Tomcat作为轻量级Servlet容器，即可满足本系统需求。

1.3 算法建模技术

针对适老改造意愿分布、老年人身体能力情况、各空间改造项目需求及投资预期进行调研分析，研究老年客群决策模型算法的实现，形成居家老人能力综合评估项与适老改造项之间的耦合关系，建立算法模型。针对调研数据集标签不平衡及标签互相关的特点，引入了多标签机器学习算法，并比较了多种多标签学习算法在老人调研数据集上的效果，在分类器链式算法的基础上引入了深度学习的思路，取得了较好的实验效果，同时基于启发式规则的专家评分决策模型有效弥补了多标签学习在某些不平衡标签效果较差的缺点，形成了预测准确度高、性能稳定的居家适老化专家辅助决策模型即老年客群决策模型。最后利用该模型预测的结果引入价格约束等规则，形成产品级的组合推荐方案。

2 系统的设计与实现

2.1 设计思路

系统基于社区典型户型居家养老空间环境、适老化改造项目、老人健康状况评估、老年客群决策模型及模块化适老改造技术的研究入手，筛选出典型户型、适老改造项和老人能力评估指标项，通过多标签学习等算法训练出适老化改造方案决策模型。通过系统设计与搭建将上述研发成果进行系统集成，结合3D建模与交互技术，实现针对不同老年客群智能化推荐适老改造方案以及通过三维动态演示呈现的核心功能，达到提升适老化改造服务质量和效率以及提升用户体验的目的。

2.2 系统的架构设计

系统采用三层C/S架构，如图1所示。第一层是表示层，用于界面引导，接受用户输入，向应用服务器发送请求并显示处理结果。第二层是业务逻辑层，用于执行业务逻辑，向数据库发送请求。第三层是数据访问层，用于执行数据逻辑及数据运算，运行SQL及数据存储过程。为保证平台具有良好的二次开发能力，系统各功能模块（服务）采用SOA架构，所有服务均采用接口方式实现，建立服务总线，并对可共用服务等进行了提取，实现了一次定义多次调用的方式。

依据系统核心功能需求和业务逻辑架构，系统整体分为两大子系统：前台客户端子系统和后台管理子系统。前台客户端子系统软件通过客户端专用软件登录，其主要功能是实现用户数据的录入与交互、3D模型的实时渲染、与后端管理子系统的数据交互，主要包含：数据录入、动态互动、三维呈现、方案管理、数据交互等模块。后端管理软件子系统通过网页登录，其主要功能是实现与前台子系统的数据交互、通过专家决策算法生成改造方案、数据配置与管理、权限管理、数据统计分析，主要包括：专家引擎、数据配置与管理、统计分析、数据交互、权限管理等模块。

2.3 业务功能设计

根据上述架构开发的具有动态模拟演示功能的居家适老化改造专家辅助系统主要功能结构包括设备授权、注册登陆、创建和浏览户型、长者能力评估及改造方案体验等，如图2所示，满足不同老年用户的个人信息管理、能力评估、个性化推荐适老化改造方案、改造方案动态模拟演示等需求。

2.4 系统的实现

系统开发架构借鉴三层架构（MVC）思想，第一层是表示层，用于界面引导，接受用户输入，向应用服务器发送请求并显示处理结果，采用Unity3D进行前台客户端开发，采用JSP（Java Server Pages）进行后台用户管理界面的开发。第二层是业务逻辑层，用于执行业务逻辑（业务逻辑包含：验证、计算、业务规则等等），向数据库发送请求，业务逻辑模块使用行业内主流的C#、Java语言进行开发，Web服务器采用Tomcat。采用Phyton进行算法模块的开发。第三层是数据访问层，用于执行数据逻辑及数据运算，运行SQL及数据存储过程，系统采用Hibernate为应用程序提供数据持久化服务。系统前台客户端界面如图3所示。

后台管理系统软件的开发使用目前流行的J2EE开源框架SSH（Spring，SpringMVC，Hibernate）多层框架结构模型作为开发平台框架。该框架结构简单，功能完善，提高了组件的可復用性，降低了层与层之间的耦合度，有利于系统的可维护性和可扩展性。

3 结束语

目前，全球老龄化的进程不断加快，老年人的各类问题成为社会广泛关注的焦点。与此同时，居家养老已成为当今社会的主流养老模式，因此老年人的居所环境安全问题急需解决。本系统以解决老年人居所安全问题为目的，通过信息化和智能化等技术手段，为老年人量身定制居家适老化改造方案。系统为改造服务人员快速生成借鉴专家经验的改造方案，提升了服务质量和效率;为老年人直观展示改造后效果，切实改善了用户体验效果。

参考文献：

[1]王光辉，肖圣才，刘小燕，等.Delphi专家评分法在景观桥梁方案比选中的应用[J].湖南理工学院学报（自然科学版），2011，24（03）：79-82.

[2]胡学钢，许尧，李培培，等.一种过滤式多标签特征选择算法[J].南京大学学报（自然科学），2015，51（04）：723-730.

[3]郝学.居家养老模式下适老化设计标准研究与实践[D].北京建筑大学，2017.