一种智能空间环境下的老人陪护系统及方法与流程

本发明涉及老人监护领域，特别是涉及一种智能空间环境下的老人陪护系统及方法。

背景技术：

目前，人口老龄化已成一个全球性问题，根据我国第六次人口普查数据显示，60岁及以上人口占13.26％，比2000年人口普查上升2.93个百分点，其中65岁及以上人口占8.87％，比2000年人口普查上升1.91个百分点，可见人口老龄化问题已变的十分严峻。另外，随着生活节奏的变快，使的年轻人难以很好的兼顾对老人的赡养与对子女的抚养，特别是老人的安全问题，同时这些空巢老人的还存在一些生活的照料和精神的慰藉等问题。为此，需要对老人进行陪护管理。

中国发明专利号为ZL 201110267262.0发明了一种基于全方位视觉的独居老人安全监护系统，通过全方位摄像装置对人体的定位、跟踪和识别，对独居老人的活动量、姿态、动作行为和日常生活进行分析和判断，检测老人在室内视觉范围内的摔倒等重要事件，同时也可判断老人不在视觉范围内以及外出时的异常行为，提供一种独居老人远程监护的手段。

中国发明专利号为ZL201410158123.8发明了一种智能养老看护系统，包括控制主机、看护平台子系统、生活辅助子系统和安全监护子系统，能够实现了对居家老人的日常生活的辅助和监护。

以上发明均没有提及老人敏感信息的安全问题，并且不能实现针对老人本人提供个性化的服务和需求，比如语言提醒、应答服务、陪护聊天等服务，另一方面，所涉及的推理方法较繁琐，以及不具有知识的增长性等。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种智能空间环境下的老人陪护系统及方法，不仅可以保护老人一些敏感信息，还能根据老人的生活习惯和爱好提供个性化服务和需求，另一方面还提供了一种具有知识增长的、高准确率的推理方法。

一种智能空间环境下的老人陪护系统，包括：公有云、私有云、智能家电设备和陪护机器人，其中：

所述公有云与若干个私有云通信，私有云与私有云之间相互通信，每个私有云分别与智能家电设备和陪护机器人进行保密通信，所述智能家电设备与陪护机器人通信；所述智能家电设备分布安装于家庭环境中，所述陪护机器人布设在家庭环境中；

所述陪护机器人包括控制器；所述控制器分别与感知模块、应答模块、显示模块、通信模块、机器人模块、知识库和推理模块连接；

所述感知模块，用于感知老人的活动情况，并将感知到的结果上传给控制器；所述感知模块安装在家庭环境中或安装在陪护机器人上；

所述应答模块，用于当检测到服务任务时，与老人进行语音对话，根据老人的回答判断老人当前是否需要服务，若需要则执行服务，若不需要则删除当前服务任务；所述与老人进行语音对话，若设定次数内未收到老人的反馈，则应答模块将结果反馈给控制器，控制器通过通信模块向家人发出报警信号；所述应答模块还按照设定时间主动提醒老人当日行程、环境的温湿度和天气预报；所述应答模块安装在家庭环境中或安装在陪护机器人上；

所述显示模块，为显示屏或投影成像；用与显示老人的日程信息、环境的温湿度、天气预报；还与应答模块一起用于视频通话；所述显示模块安装在家庭环境中或安装在陪护机器人上；

所述通信模块，用于实现控制器分别与智能家电设备和私有云的通信；

所述机器人模块，包括：若干种类型的机器人；例如：扫地机器人、送水机器人；

所述知识库，用于存储和管理老人的敏感信息和家庭环境信息，所述老人的敏感信息，包括：老人的行为习惯、爱好；所述家庭环境信息，包括：老人居住的家庭场景信息和地理位置信息；所述家庭场景信息，包括家庭物品摆放位置信息；所述知识库中的数据存储量超过设定阈值时，控制器将数据转存到私有云中；

所述推理模块，用于根据感知模块和应答模块接收到的服务任务，结合知识库推理出对应服务任务的解决方案，并将解决方案提供给控制器，控制器根据解决方案控制服务的执行；所述推理模块的推理过程在私有云中运行；

所述感知模块，包括：若干种类型的传感器；例如：视觉传感器、接触式传感器、红外传感器、温度传感器、湿度传感器、环境质量传感器、RFID传感器；

所述视觉传感器用于获取老人活动行为的视频或图片，所述视频或图片用于作为检测或推理老人行为的输入值，或为家人的移动终端提供老人的活动行为信息；

所述接触式传感器，用于实施监控老人的血压、心率或体温；

所述红外传感器，用于感知老人的活动范围及位置信息；

所述温度传感器，用于感知老人居住环境的温度；

所述湿度传感器，用于感知老人居住环境的湿度；

所述环境质量传感器，用于感知环境的质量，例如：检测有害气体等；

所述RFID传感器，可用于感知家庭物品的信息。

所述智能空间环境，一方面为陪护机器人提供全面感知的家庭环境信息，另一方面为用户提供服务；所述公有云，一方面处理复杂度高的计算任务，另一方面共享海量的数据信息，实现信息交互；所述私有云，存储用户的个人隐私数据，处理隐私数据信息和复杂度低的计算任务；所述公有云、私有云、智能家电设备、所述陪护机器人中的感知模块、应答模块、显示模块、知识库和推理模块共同构成智能空间环境。

智能家电设备是指通过有线/无线网络接受外界控制，同时还控制其他家电设备；智能家电设备，比如：智能显示设备、智能插座，智能遥控器、智能传感器、智能网络摄像机。

复杂度高的计算任务，例如：图像处理、图像识别、语音识别等。复杂度低的计算任务，例如：智能家电设备的控制、陪护机器人的定位等。

一种智能空间环境下的老人陪护方法，包括：

将感知模块感知的历史感知信息预先存储到知识库中；

将与感知信息相对应的解决方案也存储到知识库中；

如果控制器通过感知模块接收到的感知信息是知识库中预先存储的，则控制器直接从知识库中调取当前感知信息对应的解决方案；

如果控制器通过感知模块接收到的感知信息是新的感知信息，所述新的感知信息在数据库中没有历史记录，则控制器将新的感知信息上传给推理模块；

推理模块接收感知模块的新的感知信息，同时从知识库中调取与新的感知信息相似的历史感知信息，和历史感知信息对应的历史解决方案，生成新的解决方案。

若新的感知信息与从知识库中调取的历史感知信息不相似，则将新感知信息与先验知识数据库中的先验知识进行结合推理，得到新的解决方案；

所述先验知识数据库，包括：人物、时间、地点、行为动作、服务任务、行为动作与服务任务之间的一一对应关系；

新感知信息，包括：人物、时间、地点、行为动作。

进行结合推理的步骤是：

步骤(1)：提取新感知信息中的基本属性，所述基本属性包括：人物、时间、地点和行为动作；

步骤(2)：将基本属性与先验知识数据库中预先存储的人物、时间、地点和行为动作进行一一匹配，若四个属性全部匹配成功或有三个属性匹配成功，则根据行为动作查找对行为动作对应的服务任务，输出查找到的服务任务为新的解决方案。

判断生成的新的解决方案是否被老人接受，若接收到老人对新的解决方案的认可指令，则表示能够执行；否则进行人工修改；

如果新的解决方案在执行后，收到老人的认可指令，则将新的解决方案存储到知识库中备用；若未收到老人的认可指令，则删除新的解决方案；

将未被执行的新的解决方案和老人反馈的不能够执行的解决方案删除。

感知模块将感知到的信息传输给控制器，若感知到的信息是光照太强，则控制器通过控制模块控制电动窗帘移动；若感知到的信息是老人的体温超出预定范围，则控制器通过应答模块语音询问老人身体是否出现不适；

应答模块若语音询问老人设定次数，依然得不到老人的反馈，则控制器通过通信模块向家人的移动终端发出报警指令；

通信模块若接收到家人的视频通话请求，则控制器控制应答模块和显示模块同时工作，实现老人与家人的视频通话。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中，通过将感知模块、应答模块、显示模块分布到家庭环境中，知识库和推理模块布设到私有云中，不但简化机器人自身的装备的要求，还能增加机器人的感知能力，另外，在提高机器人自身灵活性的基础上，实现更加完备的家庭环境感知能力。

2、通过智能空间环境下的老人陪护系统感知老人的身体、行为、活动等信息并结合知识库中的信息推理出老人需要的服务，一方面，我们发明的系统可以保护老人个人敏感信息，另一方面，可以根据个人的行为或者需求，提供个性化的服务。

3、本发明中，通过显示模块和应答模块，可以保障服务的准确性和及时性，另外，还可以陪老人聊天、视频等，改善老人的生活状态。

4、本发明中，所提供的推理方法结合了时间、规则、模板等方式，可以快速的生成解决方案，另外，对未知问题还可以通过先验知识进行推理，并更新至知识库，使其具有可学习性和增长性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明的系统功能模块示意图；

图2为本发明的智能空间环境下的老人陪护系统服务实现流程示意图；

图3为本发明的智能空间环境下的知识推理方法流程示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1所示，本发明提供了一种智能空间环境下的老人陪护系统，包括：感知模块、应答模块、显示模块、控制模块、机器人模块、知识库和推理模块，其中：

感知模块，还包括分布式视觉传感器、接触式传感器、红外传感器，与其他类型传感器；

进一步的，视觉传感器一方面主要是负责获取老人的活动行为的视频、图片信息，可作为检测、推理老人的行为信息的输入，也可作为为家人提供活动行为视频、图片的来源，这样家人可以更加直观的观测到老人的当前活动信息，另一方面检测家庭环境信息；

进一步的，接触式传感器、红外传感器，与其他类型传感器协同负责感知老人的活动范围或者位置信息，还能检测环境信息，比如环境的温湿度、天气情况等，另外，还对老人的身体状态进行实时监控，比如：老人的血压、心率、体温等；

应答模块，主要包含两个职责，一个是当检测到服务时，通过应答模块与老人对话，询问是否需要该服务，如果需要则执行该行为，如果不需要则自动删除这项服务，如果询问三次得不到老人的应答，则系统会发出警告并通知家人，以保证老人的安全；另一方面，提醒老人需要的日程、环境的温湿度、天气情况等，比如到了吃药时间，应答模块会通过语言提醒老人；

显示模块，为方便老人的使用，可以是智能显示屏幕，也可以是通过投影成像的方式显示，一方面显示老人的日程信息、环境的温湿度、天气情况等，以提醒老人，这里与应答模块进行结合，更能提供人性化的服务；另一方面，显示模块和应答模块的结合，可以家人进行视频语音通话，比如每天进行视频语音聊天，一方面家人可以很好的了解老人的状况，另一方面还可以增进老人与家人的感情；

控制模块，包括对智能家电设备的控制，比如，控制电视、窗帘、冷热设备等，还能在检测出老人出现异常时，发出警告和打电话或以信息的形式通过家人；

机器人模块，包括多种类型的服务机器人，可以更好的为老人提供服务，比如，扫地、送水等；

知识库，主要负责管理储存、更新知识，特别指出的一点，知识库里面包含了老人的敏感信息和家庭环境信息，比如，老人的行为习惯、爱好、一些活动模板，还有实时检测的老人状态信息和家庭环境信息，这些敏感信息是需要保护的并且不能泄露，不然会造成不必要的麻烦，所以本发明增加了加密管理，只有通过老人或家人授权才能进行访问，使老人的敏感信息和家庭环境信息更加安全；

推理模块，主要的通过输入的问题，结合知识库推理出该问题的解决方案，进而提供该服务；

本发明所提供的系统不仅有效的保护老人和家庭环境等敏感信息，还能根据老人的需要控制其他的设备，同时还能陪护老人视频、语言聊天等娱乐活动；

为了进一步的说明以上信息，结合图2进行说明，老人和家庭环境之间是存在交互的，也就是说老人的活动会改变环境的状态；

感知模块感知环境和老人的状态信息，这类信息包括：老人的活动状态视频、图片、心率、血压、体温、老人的位置等，还包含家庭中温度、湿度、物品等信息；

这里感知的环境和老人的状态信息有的是需要直接需要提供相应的服务，然后在知识化表示，比如：检测的光照太强，会通过控制模块控制电动窗帘，检测到老人体温偏高，会通过应答模块进行语言询问老人身体是否出现不适等情况；

然后将感知到的信息进行知识化表示，也就是改写成机器能识别的信息，比如利用符号化表示，本体论表示等，以方便后面知识的逻辑推理；

将实时感知的环境和老人的状态信息知识化后作为推理模块的输入，推理模块通过知识库的知识，包括先验知识，经过逻辑推理，生成方案；

如果生成方案可以直接执行，则直接为老人提供服务，比如，推理出老人现在是吃药的时间，那么直接通过应答模块语言提醒老人吃药；如果所生成的方案不可以直接执行，则需要进一步的结合感知的信息进行分解成可以执行的子任务，比如，推理出老人跌倒，系统会自动分解改任务，首先会通过应答模块尽可能的和老人对话，另一方会通过控制模块会通过电话或者短信通知家人，进而会传送家庭和老人的视频信息；另外，这里的服务有时会触发机器人模块，比如，推理出来老人需要喝水，通过分解成机器人可以执行的子任务，由服务机器人执行送水服务；

如果是推理出的新的解决方案，则将生成的方案与问题输入进行匹配储存到知识库，也就是知识库学习到了新的知识，实现了知识的增长；

因为老人的行为和生活方式每天大多数固定的，一般不会出现较大范围的变化，所以本发明，同时还提供了一种推理方法，如图3所示，可以为老人提供人性化的服务，推理方法主要包括5个步骤：

步骤1：将知识化的问题作为输入，这里的问题可以是事件、物品等问题，然后知识库会提供相关知识，需要声明的是，知识库储存的知识都是以问题--方案的形式进行储存的，通过对知识库中的相似知识进行检索；

步骤2：通过对知识库的时间模板、空间信息、推理规则和其他相关知识进行匹配对比；如果存在相似的知识，也就是和最初问题一样或者最接近的，那么可以直接使用，生成问题对应的方案，进而根据方案提供服务；

步骤3：如果没有相似的知识可以使用，那么就需要根据先验知识进行修改，这里的修改可以是系统自身逻辑推理，也可以是人为的去修改，修改后的知识并不可以直接使用，以确保服务的正确性；

步骤4：对修改后的知识需要进行质量评估，一般需要在实际环境中进行服务之后，老人确认可以后才可以作为新的知识，并保持该知识，然后输出新的解决方案，否则，需要将修改的知识删除；

步骤5：经过老人确认的可行性知识进行保存或更新，需要将最初知识化的问题和新的解决方案进行匹配成对保存，以方便下次的检索重复使用；

本发明提供的推理方法，不仅可以准确的推理出老人的行为信息，还能根据老人得喜好提供个性化的服务；

为进一步的清楚地描述该推理方法，用一个实例说明，假如老人平时每天上午九点钟会坐在客厅的沙发上看电视，并且喜欢看戏剧，并且该知识已经保存在知识库中；

感知模块感知到老人今天九点左右坐在客厅的沙发，将该信息进行知识化的表示，输入到推理模块中；

推理模块通过对知识库的与沙发相关的知识进行检索，并且结合时间、规则、空间的等模板信息进行匹配对比，对比了时间(上午九点)、空间(沙发、客厅)，规则就是这些信息都存在会提供打开电视的服务，需要注意的是，时间、空间、规则并不是需要完完全全的吻合，允许有一个小的误差，比如：九点可以是八点五十或者九点五分等；

推理模块匹配到这些信息都存在(上午九点、沙发、客厅、规则)，系统会输出看电视的方案(服务)，那么，会通过应答模块的语音询问是否提供看电视服务，然后根据老人的喜好(看戏剧)，智能控制设备会执行打开电视，并且调到戏剧的频道；

假如这些规则是不存在的，系统可能会推理出喝水、看电视、小憩等其他行为(服务)，再或者老人的习惯有变动，现在喜欢看小品，那么所推理的就是不正确或者不能推理出来，这就需要对规则/服务进行修改，这里的修改可以是系统根据以前老人的喜好(先验知识)进一步的推理，也可以是人为的去修改这些规则/服务；

对于修改后的规则/服务，需要进行一个质量评估，假如修改成了老人平时每天上午九点钟会坐在客厅的沙发上吃药，这就首先要进行一个实际的服务，如：应答模块进行语音提醒用药服务，然后需要老人对该服务进行确认，如果不是则需要删除修改的规则/服务；

经过老人确认后，新的解决方案(用药提醒服务)会被系统输出，并保持这项服务；

然后会将老人每天上午九点钟会坐在客厅的沙发上与用药提醒服务进行匹配成对保存，更新至知识库中，以备下次使用。

系统自身逻辑推理，举例：

原方案：老人存在and在沙发上and处于休息状态and看电视时间(可自定义)→看电视服务(打开电视、调节灯光等)；

新方案：老人存在and在沙发上and处于躺着状态and看电视时间(同时间)→短暂休息(关闭窗帘、调节温度等)。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。