講義ch14 實務論文反饋教學 銀髮族智慧生活之健康管理研究(ilt2014)

實務論文反饋教學 銀髮族智慧生活之 健康管理研究

銀髮族智慧生活之健康管理研究 作者：江昭龍*、黃雨萱 本文由科技部贊助，計畫編號 NSC 100-2632-E-252-001-MY3。

單位：南開科技大學 電子工程系* 電資學院

摘要

系統功能

為使銀髮族享受智慧生活的便利，所以本系統的目的在提供 銀髮族享受智慧生活時的健康關懷。以銀髮族人因老化之生 心理角度來設計，介面操作上是以簡單實用的設計，沒有操 作壓力，真正使銀髮族能夠享受在地老化及在宅老化的目標 。

本系統將當時由子計畫五─智慧型安全監視系統及子計畫六 ─互動式安全照護系統得到的身心參數（情緒指數、體溫、 心跳、血壓、血糖），透過本系統的人工智慧分析，產生決 策結果，給予正確且適當的建議。做出健康照護決策建議後 ，在將此建議提供給子計畫四─養生保健膳食管理系統作為 輸入，也將此建議提供給子計畫二─銀髮族開心農場系統作 為可在家中輕鬆栽種植物以活動身心調節情緒的建議參考。

研究目的

研究成果

本系統之目的在提供銀髮族享受智慧生 活的同時，還能兼顧健康關懷（量測個 人生理、心理信號，做出健康狀況監控 、提醒、改善建議等）。

1.建置銀髮族健康守護神及資料庫 2.決策模組開發與測試 3.100位銀髮族實例分析

系統架構

系統輸入/輸出

銀髮族參訪實景

系統操作端及操作端 系統四大資料庫

銀髮族智慧生活之健康管理研究 江昭龍 1,a,*, 黃雨萱 2 *1

南開科技大學電子工程系所 2 南開科技大學電資學院 a

t129@nkut.edu.tw

摘要 為提供銀髮族享受智慧生活時的健康管 理，本文以銀髮族人因老化之生心理角度來考 慮，而系統之介面操作上是以簡單實用的設計， 內容分析項目則以個人化實務需求來呈現，沒有 操作壓力，只有親切的關懷照顧，真正使銀髮族 能夠享受在地老化及在宅老化的目標。本文之成 果包括有(1)建置健康守護神系統資料庫。(2)整合 建置完成具地方區域性之銀髮族健康守護神資 料庫。(3)利用整合型資料庫及運用人工智慧型演 算法來開發資料分析系統。(4)完成健康守護神決 策模組開發與測試。(5)完成100位銀髮族實例分 析。 關鍵詞：銀髮族、智慧生活、健康管理。

1. 前言 依據衛生署在 2012 年台灣地區 65 歲以上老 人十大死因統計[1]，老年人因心血管疾病如心臟 病、高血壓造成死亡的比率相當高，因此對於老 年人慢性病的預防與保健則成為銀髮族保健最 重要的一環，尤其隨著高齡族群人口增加，相對 也造成醫療費用支出及用支出的增加。依據內政 部 2010 年台灣人口與醫療統計資料[2]調查發 現，我國每 4.7 為老年人就有一位住院，這些 65 歲以上的老年人，其平均每次醫療費用佔全體將 近 30%的比率，可見慢性病保健與醫療照護之重 要性；此外，在 226 萬人的 65 歲老人中，只有 14 萬人(6%)由機構照護，其他的老年人則仰賴社 區與居家的照護，基本上，銀髮族還是希望在其 熟悉的環境終老一生，因此如何在居家環境中， 透過資訊科技的協助讓銀髮族能夠在生活中更 舒適、更健康與更有尊嚴，一直是所有科技從業 人員追求的目標。 高齡化社會所帶來的問題，不僅是醫療衛生 保健與社會福利，還有潛在的社會問題─銀髮族 的照護，銀髮族的照護所延伸的社會分工結構與 經濟效應的影響，都是社會福利面臨的一大挑 戰。又根據內政部的調查發現，高齡長者的健康 狀況不好，患有慢性疾病或重大疾病者，高達六 成以上。因此提供科技技術之人性化服務等，才 是建構出一個使銀髮族享受智慧生活的健康照

護環境最主要的原因之一。

2. 主要內容 2.1 銀髮族智慧生活的功能描述 本文為100-102年國科會整合型計畫(銀髮族 智慧生活之創新技術整合研發計畫)之子計畫三 之成果。在總計畫的整合七個子計畫功能下，其 銀髮族智慧生活的功能描述如下。 志明與春嬌這對銀髮族夫妻，一早起來後由 (子計畫七)智慧平台啟動室內照明，在資訊顯示 器上看到室外的天氣晴朗及溫度適當，決定出去 運動，出門前設定(子計畫一)家庭能源管理系統 控制家中的電能，而當無人在家時，(子計畫五) 智慧型安全監視系統便自動進入保全防衛機 制；經過一至兩小時的戶外活動，達到身心舒暢 後，回到家門口，智慧型監視系統透過人臉辨識 系統自動開啟大門，系統中的表情辨識功能也暗 中判斷他們倆的心情，將得到的情緒指數傳送至 智慧平台；另外，每天最重要的一件事情便是量 測自己的身心參數，由智慧型安全監視系統得到 情緒指數及由(子計畫六)互動式安全照護系統得 到生理參數後，透過(子計畫三)健康守護神系統 提醒他們倆人當時的身體狀況，並得到正確且適 當的健康照護建議，需要何種藥膳食療(子計畫四) 銀髮族智慧生活之養身保健膳食管理系統來補 充營養，可進行何種復健運動處方，或藉由家中 便利舒適的(子計畫二)開心農場系統，在家中陽 台栽種蔬食以活動身心、調節情緒。家中的電腦 控制因為家庭能源管理系統而達到節能永續的 目的，兩人在家的活動影像亦可透過智慧平台， 使遠方的親友放心。依此功能描述的要求，本文 (子計畫三)與其他子計畫的關聯圖如圖一所示。

2.2 本文之功能簡介 本文透過之分析銀髮族每日量測之心跳、血 壓、血糖、體溫及情緒，提醒銀髮族使用者當時 的身心狀況，並藉由四大資料庫「過去就醫病史 紀錄、過去十次的身心參數測量記錄、銀髮族疾 病預防資料庫、大量高齡人口資料庫」，分析銀 髮族身心狀況，得到正確且適當的健康照護建

議。除分析銀髮族的身心狀況外，仍可透過本系 統查詢量測之生理參數、過去病史及就醫紀錄、 量測異常紀錄及處置建議等。本文之系統功能圖 如圖 1 所示，其介紹如下：

圖 1. 系統功能圖

2.2.1 本系統的功能 藉由本系統將當時身心參數(體溫、心跳、 血壓、血糖、情緒指數)透過本系統的人工 智慧分析，產生決策結果，給予正確且適 當的建議。

2.2.2 本系統四大資料庫 (1)過去就醫病史紀錄、(2)過去十次的身心 參數量測紀錄、(3)銀髮族各種疾病預防的 知識教育資料庫及(4)國內外大量高齡人口 健康資料庫。

2.2.3 本系統的輸入 由(子計畫五)銀髮族智慧型安全監視系統 得到情緒指數、由(子計畫六)銀髮族互動式 之安全照護系統得到生理參數，提供當時 的身心參數信號(體溫、心跳、血壓、血糖、 情緒指數)等，本系統透過(子計畫七)智慧 平台擷取該信號作為系統輸入。

2.2.4 本系統的輸出 (1)提醒使用者當時的身體狀況，並(2)讓使 用者得到正確且適當的建議。本系統輸出 結果除上傳至子計畫七銀髮族智慧生活資 訊整合平台紀錄並顯示外，亦透過此智慧 平台，通知(子計畫四)銀髮族智慧生活之養 身保健膳食管理系統及(子計畫二)銀髮族 開心農場系統，提供決策建議給子計畫四 及子計畫二，以作為其重要的改善參考。

2.3 研究方法 2.3.1. 第一年 (1)第一年的研究方法：採取資料庫分析法， 先依銀髮族在本計畫智慧生活中之各項需 求整理列出，並外購兩大資料庫(銀髮族疾 病預防的知識教育資料庫及國內外大量高 齡人口健康資料庫)。同時進行銀髮族智慧 生活需求問卷設計，並針對銀髮族採訪人員 進行訓練。 (2)第一年的研究步驟：子計畫三(健康守護 神系統)第一年將建資料庫，此資料庫之內 容包括有(1)過去就醫病史紀錄、(2)過去十 次的身心參數量測紀錄、(3)銀髮族各種疾病 預防的知識教育資料庫及(4)國內外大量高 齡人口健康資料庫。整合建置完成健康守護 神資料庫。因此本文(子計畫三)第一年的輸 入為外購資料庫，包括(A)過去就醫病史紀 錄、(B)過去十次的身心參數量測紀錄、(C) 銀髮族各種疾病預防的知識教育資料庫及 (D)國內外大量高齡人口健康資料庫。而本 文(子計畫三)第一年的輸出預期將完成健康 守護神資料庫建置，並可由個人電腦或資訊 整合平台中操作及顯示。 2.3.2. 第二年 (1)第二年的研究方法：本計畫利用第一年之 整合型資料庫，第二年運用人工智慧型最佳 化方法(免疫演算法[3~5])開發資料分析系 統。介面操作設計將以網頁方式來呈現，後 端伺服器以 Apache 版本 2.2 來架設，程式 語言用 PHP 版本 5.2.17 來開發，資料則存 放於 MySQL。前端畫面以 HTML5 標準來 開發，採用 HTML、CSS、JavaScript。為使 銀髮族能真正享受在地老化及在宅老化的 目標，本分析系統之介面操作設計上為簡單 實用的表達，分析項目上以個人化實務需求 來呈現，降低操作上的困難。 (2)第二年的研究步驟：第二年的輸入為：將 第一年已建置完成之資料庫做為第二年輸 入。完成健康守護神決策模組。而輸出部分 則為健康守護神決策模組。 網頁部分，前端利用 JavaScript 的 frame work(jQuery、Wijmo)來整合開發，其主要好 處有開發速度較快，對各種瀏覽器相容較 佳。介面 UI 部分利用 jQuery UI[7]，以便和 jQuery 有較好的搭配，並且為了畫面美觀還 利用了 jQuery UI Bootstrap[8]。在與後端傳 輸資料方面主要利用 jQuery 裡的 Ajax 功 能，達到局部更新資料，而不用整頁刷新。 2.3.3. 第三年 (1)第三年的研究方法：配合本整合型計畫中

之子計畫一至子計畫七功能進行系統測試。 (2)第三年的研究步驟：本系統的輸入：(由 子計畫五：銀髮族智慧型安全監視系統得到 情緒指數、由子計畫六：銀髮族互動式之安 全照護系統得到生理參數，提供當時的身心 參數信號(體溫、心跳、血壓、血糖、情緒 指數)等，本系統透過智慧生活平台擷取該 信號作為系統輸入。本系統的輸出：(A)提 醒使用者當時的身體狀況，(B)讓使用者將 得到正確且適當的建議。 本輸出除上傳至子計畫七：銀髮族智慧生活 資訊整合平台紀錄並顯示外，亦透過此智慧 生活平台，通知子計畫四：銀髮族智慧生活 之養身保健膳食管理系統(膳食建議)及子計 畫二銀髮族開心農場系統(情境模擬)等作為 必要的改善參考。完成健康守護神系統之整 合與至少 100 位銀髮族使用的測試分析工 作。 因此第三年的輸入/輸出，分別如下；輸入 部分為(A)由本計畫第一年已建置完成之資 料庫，整合加入其他子計畫的信號輸入(由 子計畫五：銀髮族智慧型安全監視系統得到 情緒指數、及由子計畫六：銀髮族互動式之 安全照護系統得到生理參數)，提供當時的 身心參數信號(體溫、心跳、血壓、血糖、 情緒指數)等，本系統透過智慧平台擷取該 信號作為系統輸入。輸出部分為(A)提醒使 用者當時的身體狀況，並(B)讓使用者將得 到正確且適當的建議。本輸出除上傳至子計 畫七：銀髮族智慧生活資訊整合平台紀錄並 顯示外，亦透過此智慧平台，通知子計畫 四：銀髮族智慧生活之養身保健膳食管理系 統(藥膳食療)及子計畫二銀髮族開心農場系 統開發(情境模擬)等作為必要的改善參考。

3

平台可方便檢視外，更與量測之身心參數做比 較，讓銀髮族不僅可預防未發生過的疾病更可預 防過去的疾病復發。

圖 2. 過去就醫病史紀錄

3.2 過去十次量測的身心參數量測紀錄 當(銀髮族)使用者量完生理參數後，子計畫 三將每次量測的參數記錄下來，透過最近十筆的 數據比較，讓銀髮族可以輕鬆知道最近的身體近 況。

圖 3. 過去十次身心量測記錄

3.3 銀髮族疾病預防的知識教育資料庫 本文(計畫三)除了量測銀髮族身心參數外， 更配合銀髮族各種疾病預防的知識教育資料 庫，讓銀髮族了解自我健康、預防因應及改善可 能罹患之疾病惡化。

本文之健康管理資料庫

為達成本文(子計畫三)之目的，本文需分別 由「過去就醫病史紀錄」 、 「過去十次的身心參數 量測紀錄」及透過子計畫六(銀髮族互動式之安全 照護系統)得到生理參數，經過本文配合「國內外 大量高齡人口資料庫」，作出健康照護決策建議 後，再將此建議配合「銀髮族各種疾病預防的知 識建議資料庫」作為銀髮的建議參考；或提供給 子計畫四(銀髮族智慧生活之養身保健膳食管理 系統)膳食建議參考、提供給子計畫二(銀髮族開 心農場系統)，作為可在家中輕鬆栽種植物以活動 身心調節情緒的建議參考。本文(子計畫三)四大 資料庫內容如下：

3.1 過去就醫病史紀錄 銀髮族過去就醫病史紀錄，除了透過本計畫

圖 4. 銀髮族疾病預防資料庫

3.4 國內外高齡人口健康資料庫 本文依據高齡人口資料庫，運用人工智慧型 最佳化方法[3~5]開發資料分析系統。圖 5 為銀髮 族高齡人口健康資料庫。

圖 5.高齡人口健康資料庫

3.5 資料庫 ER-Model 整合上述(第 3.1~ 3.4 小節之)四項資料庫系 統。並建置健康守護神資料分析系統，其功能表 如上圖 1 所示。資料庫採用 MySQL，規劃出 E-R model 如圖 6 所示。

圖 7. 本文呈現畫面

致謝 本 文 承 國 科 會 ( 計 畫 編 號 NSC100-2632-E-252-001-MY3)支 持 研究經 費 謹 此致謝。

參考文獻 [1] 衛 生 福 利 部 ─ 101 年 國 人 主 要 死 因 統 計 結 果 http://health99.doh.gov.tw/Hot_News/h_NewsDetail N.aspx?TopIcNo=6798 [2] 台 灣 人 口 與 醫 療 統 計 資 料 http://www.tii.org.tw/fcontent/mi-20111201/file/台灣 人口與醫療統計資料.pdf

圖 6. 本文之 ER-Model

4 結論 本文之目的在提供銀髮族享受智慧生活的 同時，還能兼顧健康關懷(量測個人生、心理信 號，做出健康狀況監控、提醒、改善建議等)。本 系統除以銀髮族人性化之角度來設計外，已藉由 銀髮族的實際測量得到反饋意見，並加以改良與 修正。(銀髮族)使用者於使用資訊整合平台時， 可查詢到子計畫三之網頁範例如圖 7 所示。 本文之成果有：(1)建置健康守護神系統資料 庫。(2)整合建置完成具地方區域性之銀髮族健康 守護神資料庫。(3)利用整合型資料庫及運用人工 智慧型演算法來開發資料分析系統。(4)完成健康 守護神決策模組開發與測試。(5)完成 100 位銀髮 族實例分析。

[3] C. L. Chiang, “Improved Immune Algorithm for Power Economic Dispatch Considering Units with Prohibited Operating Zones and Spinning Reserve,” International Journal of Engineering and Technology, Vol.6, No. 4, pp. 320- 325, 2014.

[4] C. L. Chiang, “Immune-based Algorithm for Power Economic Emission Dispatch,” International journal Applied Mechanics and Materials, Vol.470, pp. 785- 789, 2014.

[5] C. L. Chiang, “Artificial Immune Algorithm for Practical Power Economic Dispatch Problems,” International Journal of Machine Learning and Computing (IJMLC, ISSN: 2010-3700), Vol.3, No. 6, pp. 529- 533, 2013.

[6] Apache http://www.apache.org/ [7] jQueryUI http://jqueryui.com/ [8] jQueryUIBootstrap http://addyosmani.github.com/jquery-ui-bootstr ap/index.html

http://www.chou‐it.com/info/infra/db/er.html

製作 ER 圖的 4 個簡單步驟 在建置關聯性資料庫(RDB)時，ER 圖(entity-relationship diagram)亦為非常重要基礎 知識。ER 圖主要是將資料以「實體」(entity)和「關聯」(relationship)來呈現，它 決定關聯性資料庫(RDB)的構造(schema)。日常常見的有利用"所屬"建立「關聯」 的學生、學校「實體」，還有利用"銷售"建立「關聯」的公司、商品「實體」等。 了解「實體」和「關聯」簡單的概念之後，接下來針對如何製作 ER 圖，加以簡 單的說明。製作 ER 圖總共有以下 4 個步驟，首先必須掌握業務流程和規則，再 從中抽出「實體」，檢核抽出的「實體」是否有不足或多餘的，最後再設定實體 的「關聯」。

Step 1→ 掌握業務流程和規則 以網路購物流程為範例，掌握到整體的流程以及需求如下： No.

業務流程

需求

1

商品放入購物車

允取選購多項商品，刪除、新增商品， 修改數量。

2

選擇配送方式

可以選擇門市取貨、宅配等。

3

下單前確認顧客資料

需要先有會員資料。

4

選擇付款方式

可以選擇信用卡、銀行匯款等。

5

選擇配送地點

可以選擇顧客原住址，以及指定其他地 點。

6

指定時間

可以指定配送日和時間帶。

Step 2→ 抽出實體 「實體」(entity)為特定目地的集合。上述每個業務流程畫面亦有特定目 地，因此可以每個流程給予一個對應的「實體」。進而根據每一個「實體」 的需求定義其屬性。以「商品」實體來說，需要具有商品 ID、商品名、 單價等屬性。

No.

業務流程

對應的實體

實體的屬性值

1

商品放入購物車

商品。

商品 ID、商品名、單價、折扣、 廠商 ID。

2

選擇配送方式

配送方式。

配送 ID、配送方式。

3

下單前確認顧客資料 顧客。

顧客 ID、顧客名稱、郵遞區號、 住址、電話。

4

選擇付款方式

付款方式。

付款 ID、付款方式。

5

選擇配送地點

配送地點。

6

指定時間

配送時間。

營業時間帶 ID、時間帶、營業 日。

Step 3→ 檢核抽出實體 檢核抽出的實體缺了甚麼或多了甚麼?從上一步驟抽出的實體可以看出有 些很難建立彼此的關聯，例如「商品」和「配送方式」實體。仔細再檢討 之後，結果發現忘記最重要的「訂購單」這個實體，它是作業流程最後必 須要產出的實體。在下步驟會做說明，有了「訂購單」的實體之後，實體 的關聯就可以建立起來了。一般我們稱「訂購單」的實體為「事件系實體」 (Event Entity)，其他上述的實體為「資源系實體」(Resource Entity)。另外， 根據關聯資料的正規化之後， 「訂購單」這個實體最後會被分為兩個實體。 第 5 個實體「配送地點」，如果通常是選擇顧客原地址，例外情形才會選 擇其他地方，因此不用特別建立實體，直接放入事件系實體的「訂購單」 內即可。 第 6 個實體「配送時間」，不是顧客決定的，必須根據物流公司的「營業 時間」和「配送的時間帶」來設定。「營業時間」和「配送的時間帶」沒 有甚麼關聯，因此把它拆成 2 個實體。最後得到結果如下: No.

業務流程

對應的實體

實體的屬性值

1

商品放入購物車

商品。

商品 ID、商品名、單價、折扣、 廠商 ID。

2

選擇配送方式

配送方式。

配送 ID、配送方式。

3

下單前確認顧客資料 顧客。

顧客 ID、顧客名稱、郵遞區號、 住址、電話。

4

選擇付款方式

付款方式。

付款 ID、付款方式。

5

指定時間

配送時間帶。 配送時間帶 ID、配送時間帶。

6

指定時間

營業日。

年月日、Flag。

7

訂單確認

訂購單。

訂單 ID、日期、金額、郵遞區號、 配送地點、電話。

8

訂單確認

訂購單明細。 商品 ID、數量、金額。

Step 4→ 設定實體的關聯 關聯資料所需「實體」確定之後，開始設定「實體」和「實體」之間的關 聯。設定關聯時，首先是設定「主 Key」(Primary Key)，接著設定實體之 間的對等關係(1 對 1、1 對多、多對多)。以下利用「商品」和「訂單明細」 的兩個實體，以及「訂單明細」和「訂單」的兩個實體為範例，來建立 ER 圖。四方形代表「實體」，菱形代表兩「實體」的關聯，橢圓代表實 體的屬性。綠色網底的屬性為，建立關聯 Key 值。

「訂單」和「訂單明細」的"訂單號碼"屬性是唯一的，因此設定為兩個實 體的主 Key，建立彼此的關聯。不過，1 筆訂單往往不只 1 筆資料，「訂 單明細」必須還要有 1 個主 Key，才不會發生主 Key 重複的現象。同一訂 單若不允取選取 2 個以上相同商品時，可以選擇商品 ID 當另 1 個主 Key， 否則選擇"訂單明細號碼"屬性做為另 1 個主 Key 較為適當。主 Key 設定好 之後，接著設定兩個實體的對等關係，從「訂單」來看「訂單明細」，1 筆訂單有多筆明細，因此是 1 對 N 的對等關係，從「訂單明細」來看「訂 單」則是 N 對 1 的對等關係。 「訂單明細」和「商品」的"商品 ID"屬性是唯一的，因此設定為兩個實體 的「主 Key」(Primary Key)，建立彼此的關聯。不過我們在「訂單明細」 選擇"訂單號碼"和"訂單明細號碼"做為主 Key，"商品 ID"就做為外部連結 用的「外部 Key」(FK)，和「商品」建立關聯。從「商品」來看「訂單明 細」，1 筆商品對應到多筆訂單明細，因此是 1 對 N 的對等關係，從「訂 單明細」來看「商品」則是 N 對 1 的對等關係。 依此類推，其他實體間的關聯和對等關係如下圖：

由上圖得知「訂單」實體要和其他實體建立關聯，還必須多增加"配送 ID"、 "顧客 ID"、"付款 ID"、"時間帶 ID"、"年月日"等屬性做為「外部 Key」(FK)。 最後得到的全體的 ER 圖為