基于Android的移动智能关爱系统的设计与实现

分分 类类 号号 学号学号 M201071756 学校代码学校代码 1 0 4 8 7 密级密级 硕士学位论文 基于基于 Android的移动智能关爱系统的设的移动智能关爱系统的设 计与实现计与实现 学位申请人 高 凤 学 科 专 业 电子与通信工程 指 导 教 师 汪小燕 教授 答 辩 日 期 2012 年 5 月 25 日 A Thesis ted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering Design and Implementation of Mobile Intelligent Care System Based on Android Candidate GaoFeng Major Electronics Wireless WiFi the Android plat remote monitoring alarm mechanism IV 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 目目 录录 摘要 I Abstrat II 1 绪论 1 1 引言 1 1 2 发展概况及国内外相关研究 2 1 3 课题内容安排 4 2 移动智能关爱系统的设计方案 2 1 移动智能关爱系统的基础架构和解决方案 5 2 2 总体结构与功能设计 8 2 3 移动智能关爱系统的关键技术 11 2 4 本章小节 14 3 服务器软件的设计与实现 3 1 Android 服务器软件结构设计 15 3 2 Web 服务器软件结构设计 18 3 3 服务器端数据库设计 19 3 3 本章小结 21 4 基于 Android 的移动终端软件的设计与实现 4 1 联系人功能的设计与实现 22 V 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 4 2 文件管理功能的设计与实现 26 4 3 功能导航的设计与实现 28 4 4 本章小结 39 5 性能分析与评价 5 1 数据传输性能 40 5 2 报警性能分析 43 5 3 本章小结 44 6 总结与展望 45 致谢 46 参考文献 47 1 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 绪论绪论 1 1 引言引言 医疗保健已日益成为一个全球性的现象 受到医务人群和病人群体的普遍关注 1 实现人们享有最高的身体和心理健康标准是人们的基本权利 它需要求人们能公 平地获得有效的医疗保健服务 2 为了加强特别是低收入和中等收入国家的医疗卫生 系统 世界卫生组织宏观经济和卫生委员会呼吁加大医疗保健的投入 3 随着人类社 会的发展 医疗卫生系统不再仅限于病痛的治疗 更包含了改善健康的辅助医疗 非医疗的保健服务以及疾病传播控制等服务内容 4 老年人群 残疾人群体 慢性病 患者 心脑血管疾病 糖尿病 慢性气管炎 肺气肿等 等的医疗保健问题尤为受 到社会关注 也是社会各界所面临的一大难题 5 世界卫生组织在报告 防治慢性病是一项极其重要的投资 中指出目前全球慢性 病每年造成约 1700 万人早逝 是人类的主要杀手 心脏病 心血管病 癌症和糖尿 病为主要致死原因 在发展中国家 慢性病死亡人数占全部死亡人数的 80 6 研 究报告 7 指出 中国已于 1999 年进入老龄社会 到 2020 年 老龄化水平将达到 17 17 此时老年人口将达到 2 48 亿 2030 年到 2050 年这段时期 中国人口老龄 化最严峻 彼时老年人口总量将逾 4 亿 老龄化比例上升到 30 以上 针对老年人 残疾人和慢性病患者等群体 以往诸如医院和专门的康复中心的方式不仅资源受限 而且成本费用高昂 普通家庭很难享受到这样的服务 因此 研究给病患特别是中 低收入家庭提供低成本 更方便的 更有效的关爱和护理 对提升医疗保健服务的 整体水平以及改善人们的生活质量都有重大的意义 信息和通信技术的发展 使得远程医疗和基于家庭的关爱系统服务变得可行 8 这不仅可以大大降低关爱保健的成本 而且可以提供更方便 更全面 更高效的医 疗服务 改善人们的生活质量 9 12 早期 Lee 等人首次提出用有线电视 CATV 网络将心电图 ECG 数据传送到医疗中心 以及支持医疗保健提供者和病人之间 的视频对话功能 13 随着互联网快速发展和流行 从而使之成为提供远程医疗的监 控和数据传输的新承载网络 14 移动医疗系统由于可以随时随地通过各种设备和普 适计算提供或者享受电子保健应用和在线医疗服务 从一提出就受到广泛关注 15 2 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 普适计算 移动互联网 生物医学传感器等新技术的出现使移动智能关爱应用成为 可能 并已成为交叉学科应用的研究热点 16 在此背景下 本文以移动互联网 智能终端 云计算 智能传感器等技术为支撑 以高龄人群 慢性病患者等弱势群体的医疗保健应用为目标 提出并构建了一个多 服务功能的 以家庭网关和智能终端为基础的医疗保健机构与弱势群体家庭协同的 移动智能关爱平台 以低成本 高效率的方式协助家属或专业医护人员对残疾人 老年人 手术后恢复期的病人和慢性病患者等弱势群体的医疗监护和关爱 1 2 发展概况及国内外相关研发展概况及国内外相关研究究 1 2 1 移动智能关爱系统的发展概况移动智能关爱系统的发展概况 1993 年 普适计算之父 Mark Weiser 提出了普适计算的思想 他认为 最高深 的技术就是技术本身消失 并把它们自己融合到日常生活中而不被用户所见 17 这 种普适计算和隐藏技术本身的思想 为网络影响 融入和改变人类的生活奠定了理 论基础 使信息技术和网络技术在近几十年里得到快速发展并成为人类生活中必不 可少的一部分 佐治亚州立大学的 Upkar Varshney 教授 2003 年首次将网络和医疗保 健服务联系起来提出了普适关爱的构想 18 提供了低成本 高效率的方式解决医疗 服务中慢性病患者或老年人等弱势群体关爱问题 开启了移动互联网 智能终端 云计算 智能传感器等信息与通信技术的医疗保健应用技术研究 随着 3G WLAN Wi Max Wi Fi 等无线接入技术的提出与应用 以及智能手 机 平板电脑等智能移动终端的普及 移动互联网得到快速发展 19 移动互联网 通过移动设备无线接入访问互联网数字化内容 无论从用户群还是技术都拥有非常 明显的优势 20 无线网络的泛在覆盖和智能移动终端的强大处理能力 使被关爱人 员和提供关爱人员都可以不再受时间和空间的限制 将基于移动智能终端的移动互 联网概念引入到关爱系统成为了普适关爱的研究趋势 电子技术的发展 使传感器技术在生物医疗应用方面取得巨大的突破 21 小型化 的泛在健康监测已成为切实可行的 不显眼 可穿戴式传感器使大量的人类生理信 息数据可被自动收集 降低了保健的成本和免去了定期探访医护人员的麻烦 身体 传感器网络 Body Sensor Networks BSN 应运而生 凭借其低功耗 灵活和紧凑 的设计 结合上下文感知传感 提高灵敏度和特异性 22 3 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 关爱系统的设计思想是 将以医生为中心的传统模式转变为以病人为中心的模 式 并且应用场景也将扩展到医院之外 但是被关爱人员产生的生理医疗数据将是 巨大的 基于这些信息的智能处理和分析将需要大量的计算资源 由于具备巨大的 计算能力和便捷的计算接入接口等优势 将云计算技术纳入到关爱系统的设计成为 新的研究方向 23 1 2 2 国内外相关研究国内外相关研究 针对慢性病患者或老年人等群体的关爱系统从提出开始就受到广大的关注 吸引 了国内外众多研究机构 学者以及大型公司开展关爱系统的研究和应用的探索工作 在 2007 年 位于丹麦的奥斯胡大学工程学院成立了一个跨学科研究中心 专门研究 普适关爱系统 致力于设计 开发 推广普适计算技术在老年人和慢性病患者等群 体的新型健康关爱技术和应用 24 针对医疗关爱的国际会议或工作小组纷纷召开或 成立 如第六届对于医疗关爱的普适计算技术的国际会议将于 2012 年 5 月在美国加 利福利亚州举行 普适关爱系统和技术的国际会议 ICPHST 2012 将于 2012 年 10 月瑞士卢塞恩举行 公司如美国电子设备生产商 ADI 25 英国的 Toumaz 公司 26 等 纷纷成立了数字医疗保健中心部门开发和推广开放的 低成本的 个人化的病人监 护系统 韩国Young Dong Leea 27 等人发明了基于无线传感器网络的普适关爱和生活监测 的可穿戴超级衬衫 实现了将测量的心电和加速度信号实时持续通过无线网络传入 到互联网的服务器 英国 Benny P L Lo 22 等人设计提出了一个身体传感网络 凭借 其低功耗 灵活和紧凑的 BSN 节点设计 为普适关爱研究和应用提供了一个通用的 平台 美国佐治亚理工学院 Charles Kemp 教授 28 等人研发出居家医用的可智能看护 的机器人 可拿取药瓶 移动电话和电视遥控器等小物件以及完成开关门的行为 另外 它还能够与病人进行语音交流 给病人提供情感支持以及生活帮助 中国台 湾 Jun Teng Hsu 29 等人设计了一个基于云计算的泛在移动的个人关爱系统 致力于 用户能够自我管理预防疾病 目前中国大陆在关爱系统的研究还处于早期的探索和研究中 在医用传感器方面 的研究较为突出 催生出现了一批企业 如上海贝瑞电子有限公司 深圳迈瑞医疗 有限公司等 4 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 3 课题内容安排课题内容安排 基于 Android 的移动智能关爱系统不同于以往的移动监护终端 它不依赖于特定 的时间和地点 通过在医护人员和远端亲属以及病患之间提供远程监控 或远程视 频通话等功能 对被关爱人员在医疗场所和家庭或者在移动中 提供无处不在的医 疗关爱 基于以上需求 本文致力于建立一个多服务功能的 以家庭网关和智能终端为基 础的医疗保健机构与弱势群体家庭协同的移动智能关爱系统 家庭网关即由通过无 线局域网对被关爱人群进行实时或非实时的远程监控 对医护人员和远端的亲属提 供远程的实时视音频交互 并通过 GPS 全球卫星定位系统随时随地向医护人员和远 端亲属提供病患的地理位置信息等功能 主要任务包括实现 android 终端的软件设计 和 Web 服务器端 手机端服务器的设计 Web 服务器端 手机端服务器部分实现登 录和注册功能 存储用户注册信息 生理参数信息 接收 Android 手机用户的连接请 求 并向其返回相应的生理参数信息 在生理参数信息异常时触发报警机制反馈报 警信息给 Android 手机用户 Android 终端的软件设计包括客户端主界面结构设计 及功能模块设计 功能模块中主要涉及到 Android 终端与 PC 端的无线通信 相互之 间传送视频帧数据 Android 终端与 Android 终端之间的无线通信 相互之间传送视 音频信号 通过 GPS 获取用户地理位置信息并将其上载到 Web 服务器 全文各章节安排如下 第一章绪论部分主要介绍移动智能关爱系统的发展概况和国内外相关研究 第二章为系统的设计方案 介绍了系统的基础架构和解决方案 给出了总体结构 和功能的设计 并对几种关键技术进行了介绍 第三章为系统服务器平台上软件的设计 提出了完整的结构和解决方案 第四章为系统移动智能终端上软件的设计 主要包括 SQLlite 数据库设计 Android 终端无线通信设计 Android 终端和 Web 服务器端无线通信设计 用户地理 位置信息的共享流程 第五章是对系统的性能分析与评价 第六章为全文总结与展望 5 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 移动智能关爱系统的移动智能关爱系统的设计设计方案方案 2 1 移动智能关爱系统移动智能关爱系统的基础架构和解决方案的基础架构和解决方案 医疗关爱的应用可以分为以下几类 预防 关爱维持与检测 短期监控 如适用 于家庭的医疗监控