本發(fā)明涉及數(shù)字孿生應(yīng)用養(yǎng)老安全風(fēng)險，具體為基于數(shù)字孿生技術(shù)的養(yǎng)老機構(gòu)安全風(fēng)險管控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著人口老齡化的日益加劇，養(yǎng)老機構(gòu)的需求越來越大，但同時也引發(fā)了老年人在養(yǎng)老機構(gòu)內(nèi)部的安全問題。65歲以后，老年人的運動系統(tǒng)功能下降，肌肉力量及關(guān)節(jié)靈活性也逐漸減退，導(dǎo)致行動不便，肢體協(xié)調(diào)功能減弱，遇到水漬更易滑倒，加之老年人多骨質(zhì)疏松，發(fā)生跌倒后易造成骨折骨裂等嚴(yán)重后果。

2、老年人的生理狀態(tài)和活動能力可能較為脆弱，導(dǎo)致在日常活動中容易發(fā)生摔倒等意外事故，特別是因為地面濕滑或能見度低下的情況下。傳統(tǒng)的安全監(jiān)測系統(tǒng)可能難以準(zhǔn)確地區(qū)分老年人的摔倒行為與正?；顒?，且沒有對當(dāng)前環(huán)境的能見度進(jìn)行監(jiān)測，導(dǎo)致很多老年人在室內(nèi)有熱氣的情況下，可能因為弱視減退，而導(dǎo)致撞在玻璃門上或摔倒，觸發(fā)安全事故。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、(一)解決的技術(shù)問題

2、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了基于數(shù)字孿生技術(shù)的養(yǎng)老機構(gòu)安全風(fēng)險管控系統(tǒng)，利用數(shù)字孿生技術(shù)，通過實時數(shù)據(jù)采集和分析，能夠更精準(zhǔn)地識別老年人因地面濕滑和能見度低下而導(dǎo)致的摔倒風(fēng)險。本方案不僅關(guān)注老年人摔倒的事實，還將水漬和能見度等因素與摔倒行為關(guān)聯(lián)起來，提供了更全面的風(fēng)險預(yù)警。這種多因素關(guān)聯(lián)預(yù)警有助于提前識別潛在的危險情況。與傳統(tǒng)的普遍性報警系統(tǒng)不同，本方案根據(jù)老年人所處的具體環(huán)境情況，針對性地觸發(fā)報警機制。例如，在光線不足或有水漬的區(qū)域，系統(tǒng)可以采取不同的報警方式，如聲音報警、通知工作人員等，以確保在風(fēng)險發(fā)生時能夠快速作出反應(yīng)。

3、(二)技術(shù)方案

4、為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：基于數(shù)字孿生技術(shù)的養(yǎng)老機構(gòu)安全風(fēng)險管控系統(tǒng)，包括區(qū)域劃分單元、數(shù)字孿生建模單元、園區(qū)設(shè)施采集單元、設(shè)施特征提取單元，行為采集單元、相關(guān)聯(lián)單元、分析單元和預(yù)警單元；

5、所述區(qū)域劃分單元用于將養(yǎng)老機構(gòu)園區(qū)分為功能性的若干個區(qū)域，包括生活區(qū)、休閑區(qū)、活動區(qū)和就餐區(qū)；

6、所述數(shù)字孿生建模單元用于通過數(shù)字孿生技術(shù)、三維構(gòu)圖、點云建模和全景建模技術(shù)，建立養(yǎng)老機構(gòu)三維模型；并將若干個園區(qū)在數(shù)字孿生建模單元中進(jìn)行映射標(biāo)記每個地區(qū)的區(qū)域；

7、所述園區(qū)設(shè)施采集單元用于部署若干個傳感器組和監(jiān)控設(shè)備對若干個區(qū)域進(jìn)行覆蓋，用于實時采集獲得園區(qū)若干個區(qū)域的視頻圖像和氣象數(shù)據(jù)，建立數(shù)據(jù)集a；

8、所述特征提取單元用于對子數(shù)據(jù)集a進(jìn)行特征提取，識別獲得第一區(qū)域危險特征和第二危險特征；由分析單元對第一區(qū)域危險特征和相對應(yīng)的第二危險特征進(jìn)行擬合分析，計算獲得水汽能見度系數(shù)njd、防護(hù)系數(shù)fh和支撐系數(shù)zc；所述水汽能見度系數(shù)njd通過以下公式計算獲得：

9、

10、式中，wd表示室內(nèi)溫度值，sd表示室內(nèi)空氣濕度值，wc表示為室外溫度和室內(nèi)溫度差值，gz表示為光照強度值，dxc表示為周圍遮擋物密度值，mj表示為當(dāng)前區(qū)域室內(nèi)面積值；α表示為正常環(huán)境中老人能見度值；t1、t2和t3表示為室內(nèi)溫度值wd、室內(nèi)空氣濕度值sd和室外溫度和室內(nèi)溫度差值wc的權(quán)重系數(shù)值，且t1+t2+t3＝1.0；公式的意義為，計算水汽能見度系數(shù)njd能計算在室外溫差大，起霧或者浴室區(qū)域，對于視力下降的來說，是指當(dāng)時天氣條件對于能見度的預(yù)測，減少老人因能見度差出現(xiàn)滑倒、栽倒和撞玻璃門的情況；

11、所述行為采集單元用于通過數(shù)據(jù)集a提取老年人行為特征，包括跌倒滑倒特征、意外事件特征、運動習(xí)慣特征和設(shè)施愛好特征；并由分析單元對老年人行為特征分析計算獲得跌倒系數(shù)sd、意外系數(shù)yw和設(shè)施需求系數(shù)sx；

12、相關(guān)聯(lián)單元用于將水汽能見度系數(shù)njd與跌倒系數(shù)sd進(jìn)行相關(guān)聯(lián)，獲得跌倒因子u1；將防護(hù)系數(shù)fh與意外系數(shù)yw相關(guān)聯(lián)，計算獲得防護(hù)因子u2；將支撐系數(shù)zc和設(shè)施需求系數(shù)sx相關(guān)聯(lián)，計算獲得需求度因子t3；

13、將跌倒因子u1、防護(hù)因子u2和需求度因子t3分別預(yù)設(shè)閾值對比，得出評估結(jié)果，并由預(yù)警單元按照評估結(jié)果設(shè)置相對應(yīng)控制指令。

14、優(yōu)選的，還包括配置單元，所述配置單元用于在每個老年人身上配置健康定位手環(huán)，并將每個定位手環(huán)在數(shù)字孿生建模單元中進(jìn)行實時顯示；當(dāng)行為采集單元采集到跌倒滑倒特征和意外事件特征時，則生成第一預(yù)警指令，由預(yù)警單元接受第一預(yù)警指令并進(jìn)行相對應(yīng)的預(yù)警控制。

15、優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)集a包括子數(shù)據(jù)集b1和子數(shù)據(jù)集b2；所述子數(shù)據(jù)集b1包括若干個區(qū)域的視頻圖像數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)集b2包括若干個區(qū)域的氣象數(shù)據(jù)；

16、所述第一區(qū)域危險特征由特征提取單元對子數(shù)據(jù)集b1中的視頻圖像進(jìn)行特征識別獲得，所述第一區(qū)域危險特征包括地面水漬特征、玻璃門特征、插座特征、扶手支撐特征和休息座椅特征；所述第二危險特征由特征提取單元對子數(shù)據(jù)集b2進(jìn)行識別提取獲得；所述第二危險特征包括有關(guān)于玻璃門的區(qū)域的氣象數(shù)據(jù)特征。

17、優(yōu)選的，所述數(shù)字孿生建模單元用于對養(yǎng)老機構(gòu)內(nèi)的各種設(shè)施進(jìn)行建模；包括房間、設(shè)備、家具、玻璃門、園區(qū)設(shè)施、模擬設(shè)備的狀態(tài)、運行情況和維護(hù)狀態(tài)。

18、優(yōu)選的，若干個區(qū)域的視頻圖像進(jìn)行識別，并提取插座防護(hù)特征，通過目標(biāo)監(jiān)測算法，來監(jiān)測視頻圖像中的插座位置；

19、對于每個檢測到的插座，進(jìn)一步分析圖像，判斷插座的安全蓋狀態(tài)；使用圖像處理技術(shù)，包括圖像分割和特征提取，來識別安全蓋的狀態(tài)，包括插座防護(hù)罩是否完好和防護(hù)罩是否開放狀態(tài)，對于每個插座，分析易濕性，設(shè)置判定方法為離地面是否高于1米，若不足1米的插座，則判定存在易濕，則需要進(jìn)行防護(hù)罩關(guān)閉的安全防護(hù)；

20、通過安全改狀態(tài)、位置和易濕性特征，計算獲得當(dāng)前區(qū)域的防護(hù)系數(shù)fh，所述防護(hù)系數(shù)fh通過以下公式計算獲得：

21、

22、式中，sypl表示為當(dāng)前區(qū)域插座的使用頻率值，fgl表示為當(dāng)前區(qū)域安全蓋覆蓋插座的覆蓋率，yssl表示為當(dāng)前區(qū)域高于1米的插座覆蓋率，w1和w2表示為fgl和yssl的權(quán)重值，且0.65<w1<0.85，0.25<w2<0.55，且，w1+w2≥1.15。

23、優(yōu)選的，對若干個區(qū)域的視頻圖像進(jìn)行識別，并提取當(dāng)前區(qū)域內(nèi)的支撐物數(shù)量；通過目標(biāo)監(jiān)測算法，來監(jiān)測視頻圖像中的支撐物位置；

24、對于每個檢測到的座椅，進(jìn)一步分析圖像，監(jiān)測支撐物的位置，支撐物包括座椅、欄桿和扶手；扶手、座椅或欄桿用于提供額外的支撐，并識別支撐物和支撐物之間的距離，老人體弱，走幾步就需要有支撐物，識別支撐物之間的具體距離，減少老人疲累而無支撐物存在摔倒的危險；采集支撐物的單一支撐承重值zcz，并計算當(dāng)前區(qū)域的面積計算支撐數(shù)量覆蓋率zfg和支撐物相鄰平均距離值jl，擬合計算獲得支撐系數(shù)zc

25、所述支撐系數(shù)zc通過以下公式進(jìn)行計算：

26、

27、式中，slz表示為當(dāng)前區(qū)域的支撐物總數(shù)量，w3和w4分別表示當(dāng)前區(qū)域的總承重支撐值和支撐物相鄰平均距離值jl的權(quán)重值，且0.55<w3<0.75，0.45<w5<0.55，且，w1+w2≥1.10；支撐物的單一支撐承重值zcz則通過支撐物設(shè)計的城中載荷重量進(jìn)行計算獲得。

28、優(yōu)選的，所述行為采集單元包括跌倒滑倒特征監(jiān)測單元和意外事件特征監(jiān)測單元；

29、所述跌倒滑倒特征監(jiān)測單元用于監(jiān)測老年人的姿勢和步態(tài)，通過分析突然的姿勢變化和踉蹌來判斷跌倒或滑倒的特征，識別當(dāng)前區(qū)域單日老年人跌倒特征的次數(shù)，計算獲得跌倒系數(shù)sd的公式為：

30、

31、式中，rs表示當(dāng)前區(qū)域歷史跌倒人數(shù)值，nfall表示為跌倒特征次數(shù)，sjt表示為觀察的時間段，包括單日，每周和每月；來量化一段時間內(nèi)跌倒特征次數(shù)nfall的值；

32、所述意外事件特征監(jiān)測單元用于監(jiān)測老年人周圍的環(huán)境變化，包括突然的物體移動、掉落聲音和爭吵聲音，通過檢測老年人吵架導(dǎo)致的發(fā)生了意外事件；設(shè)置當(dāng)前區(qū)域單日老年人意外事件特征的次數(shù)，并計算獲得意外系數(shù)yw的公式為：

33、

34、式中，ls表示當(dāng)前區(qū)域歷史意外事件概率值，naccident表示為當(dāng)前區(qū)域老年人意外事件特征次數(shù)值，sjt表示為觀察的時間段，包括單日，每周和每月；來量化一段時間內(nèi)當(dāng)前區(qū)域老年人意外事件特征naccident次數(shù)的值。

35、優(yōu)選的，所述行為采集單元還包括設(shè)施需求采集單元，所述設(shè)施需求采集單元用于收集老年人對不同設(shè)施的偏愛數(shù)據(jù)，通過調(diào)查文件方式獲取，計算獲得實施愛好分級和數(shù)據(jù)；

36、并用于監(jiān)測老年人休閑區(qū)域設(shè)施的使用頻率，包括設(shè)施每日占用時間，采用感應(yīng)器或計時器進(jìn)行獲取，全部設(shè)施使用覆蓋度來計算獲取設(shè)施需求系數(shù)sx；

37、

38、式中，ff表示為當(dāng)前區(qū)域設(shè)施的使用覆蓋值，fu表示為設(shè)施使用頻率值，dhrs表示為老年人等候設(shè)施使用的人數(shù)值；w5、w6和w7分別表示為當(dāng)前區(qū)域設(shè)施的使用覆蓋值ff、設(shè)施使用頻率值fu和老年人等候設(shè)施使用的人數(shù)值dhrs的權(quán)重值，且0.35<w5<0.56，0.35<w6<0.76，0.85<w7<0.96，且，w5+w6＝w7≥1.65。

39、優(yōu)選的，所述跌倒因子u1、防護(hù)因子u2和需求度因子t3的相關(guān)聯(lián)公式通過以下獲得：

40、u1＝njd*sd

41、u2＝fh*yw

42、u3＝zc+sx

43、將跌倒因子u1、防護(hù)因子u2和需求度因子t3分別預(yù)設(shè)閾值對比，所述預(yù)設(shè)閾值包括跌倒閾值td，防護(hù)閾值tf和需求度閾值ts；

44、當(dāng)?shù)挂蜃觰1＞跌倒閾值td時，則判定為跌倒風(fēng)險；

45、當(dāng)防護(hù)因子u2＞防護(hù)閾值tf時，則判定為防護(hù)風(fēng)險；

46、當(dāng)需求度因子t3＞需求度閾值ts時，則判定為需求風(fēng)險。

47、優(yōu)選的，所述預(yù)警單元包括觸發(fā)警報單元、強化監(jiān)測單元和提供輔助單元；

48、所述觸發(fā)警報單元用于依據(jù)跌倒風(fēng)險、防護(hù)風(fēng)險和需求風(fēng)險，生成相對應(yīng)的警報通知，提醒工作人員相對應(yīng)區(qū)域內(nèi)的風(fēng)險情況；

49、所述強化監(jiān)測單元用于對當(dāng)前跌倒風(fēng)險、防護(hù)風(fēng)險和需求風(fēng)險的相對應(yīng)區(qū)域，增加監(jiān)測頻率，促進(jìn)及時發(fā)現(xiàn)問題；

50、所述提供輔助單元用于為老年人提供恩愛的扶手、欄桿和設(shè)施，提供更好的支持防護(hù)。

51、(三)有益效果

52、本發(fā)明提供了基于數(shù)字孿生技術(shù)的養(yǎng)老機構(gòu)安全風(fēng)險管控系統(tǒng)。具備以下有益效果：

53、(1)基于數(shù)字孿生技術(shù)的養(yǎng)老機構(gòu)安全風(fēng)險管控系統(tǒng)綜合考慮了多個因素，包括跌倒風(fēng)險、防護(hù)風(fēng)險和需求風(fēng)險。通過跌倒因子、防護(hù)因子和需求度因子的綜合評估，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地判斷風(fēng)險程度，并在風(fēng)險超過預(yù)設(shè)閾值時及時發(fā)出警報，從而提高老年人的安全保障。

54、(2)該基于數(shù)字孿生技術(shù)的養(yǎng)老機構(gòu)安全風(fēng)險管控系統(tǒng)，根據(jù)老年人的行為特征、環(huán)境因素和設(shè)施需求，實時監(jiān)測風(fēng)險因素。通過數(shù)字孿生建模技術(shù)和圖像分析，識別并量化了地面水漬、玻璃門、插座、扶手和座椅等危險特征，為每個區(qū)域提供個性化的風(fēng)險評估和防護(hù)方案。

55、(3)系統(tǒng)將不同風(fēng)險因素進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，如將水汽能見度系數(shù)njd與跌倒系數(shù)sd關(guān)聯(lián)、防護(hù)系數(shù)fh與意外系數(shù)yw關(guān)聯(lián)、支撐系數(shù)zc和設(shè)施需求系數(shù)sx關(guān)聯(lián)等。通過這種綜合分析，系統(tǒng)能夠更全面地評估風(fēng)險情況，準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)問題和隱患。

56、(4)系統(tǒng)采用數(shù)字孿生技術(shù)和傳感器監(jiān)測設(shè)備，實時收集養(yǎng)老機構(gòu)內(nèi)的數(shù)據(jù)，包括視頻圖像、氣象數(shù)據(jù)和老年人行為特征。在跌倒、防護(hù)和需求風(fēng)險超過預(yù)設(shè)閾值時，系統(tǒng)能夠迅速生成警報通知，提醒工作人員并采取相應(yīng)措施，確保老年人的安全和舒適。