基于骨骼关键点的动作识别的中老年安全监测保护系统的设计与实现论文_骨骼点 算法 养老

摘  要

随着社会老龄化程度的不断加深，中老年人群的安全问题日益受到关注。本文设计并实现了一种基于骨骼关键点动作识别的中老年安全监测保护系统，旨在利用人工智能技术提高中老年人日常生活中的安全性。系统采用Spring Boot作为后端开发框架，Vue作为前端框架，结合MySQL数据库进行数据存储。系统通过集成Axios实现前后端高效通信，并以视频分析和图片分析为核心功能模块，实时监测用户的行为状态，及时识别跌倒、异常行为等高危动作，提供相应的安全保护措施。

在技术实现上，系统通过骨骼关键点提取算法对视频流进行实时分析，利用深度学习模型对关键点进行动作分类，同时结合讯飞大模型提升动作识别的准确性和效率。系统支持对视频监控数据的多维度处理，包括动作轨迹预测和危险行为报警，并通过智能分析结果为用户生成详细的安全监测报告。前端界面以简洁友好的设计为主，方便中老年用户或其监护人直观了解实时监测状态。

实验结果表明，该系统在多个典型动作识别场景中具备较高的准确性和响应速度，能够有效监测中老年用户的活动状态，并在危险发生时第一时间发出警报。该研究为中老年人安全监测提供了一种高效、可靠的解决方案，具有广泛的应用前景。未来工作将进一步优化算法性能，增强对复杂场景的适应能力，并探索与智能硬件设备的深度融合。

关 键 词：骨骼关键点；动作识别；中老年安全；Spring Boot；讯飞大模型

ABSTRACT

With the continuous deepening of social aging, the safety issues of middle-aged and elderly people are receiving increasing attention. This article designs and implements a middle-aged and elderly safety monitoring and protection system based on skeleton keypoint action recognition, aiming to use artificial intelligence technology to improve the safety of middle-aged and elderly people\'s daily lives. The system uses Spring Boot as the backend development framework, Vue as the frontend framework, and MySQL database for data storage. The system integrates Axios to achieve efficient communication between the front-end and back-end, and uses video analysis and image analysis as core functional modules to monitor users\' behavior status in real time, identify high-risk actions such as falls and abnormal behaviors in a timely manner, and provide corresponding safety protection measures.

In terms of technical implementation, the system uses bone keypoint extraction algorithms to perform real-time analysis on video streams, utilizes deep learning models to classify keypoints into actions, and combines iFlytek\'s large model to improve the accuracy and efficiency of action recognition. The system supports multi-dimensional processing of video surveillance data, including action trajectory prediction and dangerous behavior alarm, and generates detailed safety monitoring reports for users through intelligent analysis results. The front-end interface is mainly designed with simplicity and friendliness, making it convenient for middle-aged and elderly users or their guardians to intuitively understand the real-time monitoring status.

The experimental results show that the system has high accuracy and response speed in multiple typical action recognition scenarios, and can effectively monitor the activity status of middle-aged and elderly users, and issue alerts as soon as danger occurs. This study provides an efficient and reliable solution for safety monitoring of middle-aged and elderly people, with broad application prospects. Future work will further optimize algorithm performance, enhance adaptability to complex scenarios, and explore deep integration with intelligent hardware devices.

KEY WORDS: Key points of bones; Action recognition; Middle aged and elderly safety; Spring Boot； IFlytek Large Model

目  录

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 研究现状

1.3 系统设计思路

1.4 设计方法

2 相关技术介绍

2.1 B/S架构

2.2 算法语言

2.3 MySQL数据库

2.4 IDEA开发工具

3 系统需求分析

3.1 功能需求分析

3.2 非功能需求分析

3.3 可行性分析

3.3.1 时间可行性

3.3.2 经济可行性

3.3.3 技术可行性

3.4 系统业务流程

4 系统设计

4.1 系统界面设计

4.2 系统总体模块

4.3 E-R图

4.4 数据表设计

5 系统实现

5.1 首页页面

5.2 登录页面

5.3 健康信息管理页面

5.4 识别分析页面

5.5 数据可视化页面

6 结论

参考文献

致  谢

• 绪论
  1. 研究背景和意义

随着社会老龄化问题的日益严峻，中老年人群的安全问题逐渐成为社会关注的焦点。跌倒、摔伤等意外事故是中老年人生活中的主要风险，不仅对身体健康造成威胁，还可能引发心理问题，增加家庭和社会的负担。传统的中老年安全监测手段多依赖于人工巡查或简单的传感器技术，存在监测范围有限、实时性不足、误报率较高等问题，难以满足中老年人日益增长的安全需求。在此背景下，人工智能与大数据技术的快速发展为中老年安全监测提供了全新的解决方案，尤其是基于骨骼关键点的动作识别技术，通过提取人体姿态和行为特征，实现了对中老年人行为的高效分析和实时监控。

本研究的意义在于，结合先进的人工智能算法与系统开发技术，设计并实现一套基于骨骼关键点动作识别的中老年安全监测保护系统，为中老年人群的安全提供技术保障。通过视频分析和图片分析技术，系统能够自动检测中老年人在日常活动中的行为特征，精准识别跌倒、滑倒等危险动作，并及时发出报警信号，减少意外事故发生后的反应时间，降低伤害程度。此外，本研究引入讯飞大模型以提升动作识别的精度和效率，进一步优化了系统的实际应用效果。

本系统不仅在家庭环境中具备重要的应用价值，还可推广至养老机构、医院等场景，为社会提供智能化的中老年人安全保护服务。研究成果将推动中老年人安全监测技术的发展，同时为构建智慧养老体系提供实践经验。

1. 1. 研究现状

近年来，随着老龄化问题的加剧，中老年人安全监测逐渐成为国内外学术界和工业界的研究热点。基于骨骼关键点的动作识别技术因其在人体姿态分析和行为识别中的高效性和准确性，被广泛应用于中老年人安全监测领域。

在国外，相关研究起步较早，技术发展较为成熟。卡内基梅隆大学的OpenPose项目是一项重要的开源研究，能够通过视频流实时提取人体骨骼关键点，并进行姿态估计。OpenPose技术被广泛用于跌倒检测和健康监测领域。例如，澳大利亚皇家墨尔本理工大学（RMIT）基于OpenPose开发了一款老年人跌倒检测系统，该系统通过摄像头捕捉老年人日常活动中的骨骼姿态，结合深度学习算法检测跌倒行为，并实时发送警报，为老年人安全提供保障。此外，IBM研究院也推出了基于AI的“Fall Detection System”，该系统整合了图像处理和机器学习技术，用于监测养老院中的老年人行为，已在美国部分养老机构中部署，显著减少了意外事故的发生。

在国内，相关研究和应用近年来迅速发展。清华大学和北京大学联合开展的“基于深度学习的人体姿态估计及跌倒检测系统”研究项目，利用卷积神经网络（CNN）和视频分析技术，实现了老年人跌倒行为的自动检测。该系统已在北京市部分养老院试点应用，并取得了良好的社会效益。工业界方面，阿里巴巴达摩院推出了“AI+养老”解决方案，其中的跌倒预警系统基于骨骼关键点识别和深度学习技术，可实时监测老年人活动并预测潜在危险，现已在杭州多个社区试点。此外，海康威视与浙江大学合作开发了智能养老监护系统，通过多维度视频分析和骨骼动作识别技术，实现对老年人活动异常的精准报警，广泛应用于智慧养老领域。

尽管国内外研究在骨骼关键点动作识别领域取得了显著进展，但仍面临一些挑战。首先，在复杂环境下（如多人场景、遮挡等），动作识别算法的鲁棒性和精度仍需提高。其次，现有系统在实时性和响应速度方面有待优化，尤其是处理高分辨率视频时。最后，数据隐私保护与用户接受度仍是影响系统推广的重要因素。

综上所述，基于骨骼关键点的动作识别技术为中老年安全监测提供了坚实的技术基础，但仍需在实际应用中进一步完善。本研究通过整合视频分析、讯飞大模型和SpringBoot等技术，设计了一套高效、可靠的中老年安全监测保护系统，为推动该领域技术发展和智慧养老体系的建设提供了新的思路。

1. 1. 系统设计思路

基于骨骼关键点的动作识别的中老年安全监测保护系统以人工智能和骨骼关键点识别技术为核心，结合视频分析、图片分析和大数据处理技术，为中老年人提供实时安全监测与保护。系统采用分层架构设计，主要包括数据采集层、算法处理层、系统应用层和用户交互层。

数据采集层

系统通过摄像头设备实时采集中老年人的视频流和图像数据，并对其进行预处理，包括视频帧提取、图像去噪和关键帧提取等操作。采集的数据被传输至后端进行分析，确保高效的数据流通和处理。

算法处理层

算法处理层是系统的核心模块，主要负责基于骨骼关键点的动作识别。系统采用深度学习技术，利用开源工具如OpenPose提取视频中的人体骨骼关键点。结合讯飞大模型的语义理解和分析能力，对骨骼数据进行动作分类，精准识别跌倒、滑倒等异常动作。同时，系统还引入预测模型，对中老年人的行为轨迹进行分析与预警，提前识别潜在的危险。

系统应用层

应用层基于Spring Boot框架构建后端服务，提供数据存储和算法接口支持；前端采用Vue框架，结合Axios实现高效的前后端通信。系统支持实时报警、危险动作记录、安全报告生成等功能，通过数据库（MySQL）存储用户行为数据，供后续分析与优化使用。

用户交互层

前端界面设计以简洁友好为主，提供实时监测、报警提醒和安全数据可视化功能，方便中老年用户及其监护人了解实时状态。

通过上述设计，系统实现了从数据采集到用户反馈的完整流程，为中老年人安全监测提供了技术保障。

1. 1. 设计方法

在论文研究和撰写过程中，研究方法的选择至关重要。不同的需求需要采用不同的方法，而方法的正确性直接影响研究的成功率。以下是本论文在研究与开发过程中所采用的主要方法：

文献研究法

文献研究法是本论文开发与设计中广泛应用的一种方法。在中老年安全监测系统的研究领域，国内外已经经历了多轮技术迭代，每一阶段的进步都会留下重要的理论依据和实践经验。这些宝贵的知识以文献形式记录下来，为后续研究提供了重要参考。在本论文中，针对骨骼关键点动作识别的相关技术、深度学习算法以及监测系统的开发现状，通过查阅学术论文、技术文档等资料，提炼了大量有效信息。这种方式类似于在学习中直接应用已验证的理论公式，只需将其应用于实际问题即可，无需重新验证其正确性，大大提高了研究效率。

比较分析法

比较分析法不仅适用于系统研究，也在实际应用中具有普遍意义。在本研究中，比较分析法用于评估本系统与当前市场主流监测系统的差异以及功能特点。通过对现有中老年安全监测产品的功能、性能和用户体验进行比较，发现本系统在精准度、响应速度和用户友好性等方面的优势与不足。这种方法帮助不断优化设计方案，确保系统功能的全面性与实用性。通过对比分析，找到了提升系统性能和适应性的关键方向，为研究提供了科学的改进依据。

需求调研法

需求调研法是贯穿本系统设计过程的重要方法。中老年安全监测系统的开发并非凭空构想，而是基于用户实际需求和社会问题提出的针对性解决方案。本研究通过问卷调查和现场访谈，收集了中老年人及其监护人对安全监测系统的功能需求与操作习惯。例如，如何设计友好的操作界面以便中老年人使用？如何确保系统报警功能的准确性？这些问题均通过需求调研获得答案，为系统功能设计提供了明确方向。

通过以上方法的结合应用，本研究实现了从理论支撑到实际开发的完整路径，为构建功能完善且用户友好的中老年安全监测系统提供了科学指导。

• 相关技术介绍
  1. B/S架构

随着互联网的迅速发展，基于B/S架构的系统逐渐成为各类应用开发的主流模式。在本研究中，基于骨骼关键点的中老年安全监测保护系统采用B/S架构进行设计。所谓B/S，即通过浏览器进行访问的架构模式。该架构具有显著的优越性，能够很好地满足中老年安全监测系统的开发需求。

B/S架构的系统可以通过服务端的统一更新来实现全体用户的同步升级，无需逐一操作用户端设备。在系统部署为集群模式的情况下，更可以实现对用户的无感知升级，从而提高系统的维护效率并保障其持续稳定运行。其次，对于使用者而言，由于大部分计算任务（如动作识别、数据处理等）均在服务端完成，客户端设备的性能要求较低。用户仅需一台具备浏览器功能的设备，无论是智能手机、平板电脑还是台式电脑，都可以快速访问系统，这极大降低了设备门槛，尤其对中老年用户十分友好。

B/S架构的便捷性表现得尤为突出。用户无需安装任何本地应用，只需通过输入系统提供的网址即可随时访问，不受设备或系统平台的限制。无论用户身处何地，只需有网络连接，即可通过浏览器实时查看监测数据或获取警报信息。这种轻量化的访问方式为中老年安全监测系统的普及与推广提供了可靠保障。

总之，B/S架构在本系统中的应用，不仅有效提升了用户体验与系统性能，还显著降低了开发、部署和维护的复杂度，为构建智能化、普适性的中老年安全监测保护系统提供了强有力的技术支持。

1. 1. 算法语言

本研究基于骨骼关键点的动作识别系统，结合多种技术语言与框架，实现了中老年安全监测保护系统的高效设计与实现。系统的核心部分采用Spring Boot作为后台开发框架，前端通过Vue框架进行展示，数据存储则依赖MySQL数据库。系统通过与骨骼关键点提取与动作识别的技术相结合，实时监测中老年人的身体动作，检测其是否出现跌倒等危险行为。

系统利用视频分析技术，基于Spring Boot集成的图像处理算法，提取视频帧中的骨骼关键点数据，进行动作识别和分析。对于图像分析，系统采用计算机视觉算法，通过视频流对每一帧进行图像识别，提取骨骼关键点位置，结合机器学习模型对动作进行分类和判断，实时检测异常行为。

此外，讯飞大模型的集成为系统提供了更为智能的分析能力。基于讯飞大模型的自然语言处理与语义分析技术，系统能够自动生成事件反馈和报警信息，帮助监护人及时了解中老年人的状态。例如，当系统检测到异常动作（如跌倒）时，讯飞大模型会通过语音或文字向监护人发送详细报警信息，并提供进一步指导。

在系统的前端部分，Vue与Axios的结合使得前端与后端的数据交互高效而顺畅，实时展示监测结果与报警信息，确保用户能够随时掌握中老年人的安全状态。通过这一系列技术的结合，系统能够为中老年人提供精准、安全的监测保护。

1. 1. MySQL数据库

在关系型数据库中，有一种对技术发展和创新产生巨大影响的数据库，那就是MySQL数据库。它的重要性体现在其独特的优势和特性，这些特性使其在众多数据库中占据了重要地位。首先，作为一个开源且免费的数据库，MySQL不仅适用于商业应用，同样也非常适合个人项目或学术研究，尤其是在毕业设计中，使用MySQL可以有效减少成本和学习曲线。此外，开源和免费只是MySQL的一项基本特征，真正使它受欢迎的是其易学易用的特点。无论是简单的增、删、改、查操作，还是复杂的存储过程设计，MySQL都能轻松应对，提供高效的解决方案。

对于本次系统设计来说，MySQL是在大学课程中经常学习的数据库技术，使用它能够充分利用已掌握的知识，并能快速找到相关文档和技术支持来解决遇到的问题。由于其广泛的应用和社区支持，MySQL数据库在处理中老年安全监测系统中的数据存储、用户管理和行为记录等方面，提供了极大的便利。因此，在本项目中选择使用MySQL数据库，既符合项目需求，又能够简化开发和维护工作。

1. 1. IDEA开发工具

在本系统的开发过程中，IDEA（IntelliJ IDEA）作为主要的集成开发环境（IDE）工具，发挥了重要的作用。IDEA是一款广泛应用于Java开发的IDE，凭借其智能的代码提示、强大的调试功能以及丰富的插件支持，成为了本系统开发的首选工具。

IDEA提供了强大的代码自动补全和语法检查功能，使得开发过程更加高效。通过自动提示功能，开发者能够快速编写和调试代码，减少了人工输入错误的机会。其次，IDEA的调试功能非常直观，能够实时显示程序的执行过程，帮助开发者在系统出现问题时快速定位并修复bug。在本系统的开发过程中，IDEA的调试功能帮助高效地解决了与数据库交互、视频数据处理等模块的复杂问题。

IDEA对Spring Boot框架的原生支持极大地简化了项目的配置与管理。通过其内置的Maven和Gradle工具，IDEA能够快速构建和管理项目依赖，使得后端服务的开发变得更加顺利。同时，IDEA还支持与MySQL数据库的无缝集成，方便开发者对数据库进行管理和操作。

总之，IDEA作为开发工具，不仅提高了开发效率，还优化了代码质量，在系统的设计、实现及调试过程中起到了至关重要的作用。

• 系统需求分析
  1. 功能需求分析

本系统的功能需求包括多个模块，每个模块针对中老年安全监测保护的不同需求，提供具体的功能支持。以下是各个模块的功能需求分析：

首页

首页是系统的入口页面，用户登录后将进入该页面。首页主要展示系统的整体状态，包括最新的安全预警、监测报告、公告等信息。首页需要提供简洁的界面，方便用户快速获取关键信息。

个人中心

个人中心模块允许用户查看和修改个人信息，包括姓名、联系方式、健康状况等。同时，用户可以查看历史监测数据和行为分析结果，了解自己的安全监测历史记录。

管理员管理

管理员管理模块允许系统管理员对用户、设备、权限等进行管理。管理员可以新增、删除用户账户，分配角色权限，以及对系统的各类资源进行有效配置和维护。

健康信息管理

健康信息管理模块用于录入和管理中老年人的健康数据，包括基本信息（如年龄、性别、病史等）和监测数据（如步态、心率等）。该模块提供数据查询和更新功能，确保健康数据的准确性和实时性。

识别分析

识别分析模块基于骨骼关键点技术进行中老年人动作识别。该模块负责实时分析用户的动作数据，检测是否存在跌倒等异常行为，并发出预警通知。

数据可视化

数据可视化模块通过图表、曲线等形式展示用户的健康数据和监测结果。系统通过ECharts等可视化工具，帮助用户直观了解健康状况和监测趋势。

公告管理

公告管理模块用于发布系统公告、更新信息和安全提醒等。管理员可以通过该模块向所有用户发布公告，并管理公告的有效期和显示状态。

基础数据管理

基础数据管理模块负责管理系统的基础数据，如骨骼关键点数据集、动作识别模型、设备信息等，确保系统数据的完整性和更新性。

1. 1. 非功能需求分析

在系统的非功能需求方面，主要聚焦于系统的优化和使用建议，确保系统的易用性和高效性。非功能需求可以从两个方面进行分析：界面设计和输入输出操作。

界面设计建议：在设计界面时，必须确保用户能够轻松理解并顺畅操作，界面应简洁直观。对于中老年用户群体来说，界面应避免复杂的交互流程和难以理解的提示信息。业务逻辑的提示要简单明了，不应包含过于复杂或模糊的表述，避免给用户带来困扰或增加操作负担。设计时，应考虑到视觉清晰度，采用较大字体和高对比度的颜色搭配，以提高界面的可读性。

输入输出操作建议：系统应遵循简洁高效的输入输出原则。在输入方面，日期和时间控件等应根据实际场景精简输入要求，避免过于精确的时间选择。例如，在健康监测场景下，用户选择日期时，通常不需要精确到秒，而只需选择日期即可；如果系统需要精确到秒的场景，如某些紧急事件记录时，才可精确到秒。这样的设计有助于简化用户操作，提高系统的易用性。

总之，系统的非功能需求应聚焦于提升用户体验，使得操作更为简便且易于理解，避免过于繁琐的输入输出要求，确保系统的顺畅运行和易用性。

1. 1. 可行性分析
      1. 时间可行性

对于本次系统设计与实现而言，首先需要确保的关键要素是项目时间可行性。时间可行性是衡量项目是否能够按时完成的标准。虽然对系统的构想和预期结果非常乐观，但如果开发周期超过两三年，且需要大量专业团队支持，那么这样的时间规划显然是不可行的。时间可行性指的是项目在设定的时间范围内是否能够顺利完成，如果能够在规定时间内完成项目，则说明时间规划合理且可行；反之，若超出设定期限，则无论其他方面的规划多么完美，都无法算作成功。因此，合理的时间安排对于确保项目的顺利推进至关重要，确保项目能够在预定的时间内完成是最基本的要求。

1. 1. 1. 经济可行性

经济可行性是指在项目实施过程中需要考虑的资金投入与支出问题。通俗来说，就像手头有多少资金，能够用这些资金购买多少资源一样。对于本系统的开发，经济可行性主要关注的是项目实施过程中所需的预算。首先，在进行系统开发时，需要避免选择商业化的数据库或专有开发语言，这些技术方案可能需要支付高额的许可费用，而这种开销并不符合毕业设计的经济可行性要求。因此，考虑到毕业设计的资源有限，选择开源免费的工具和技术是更为现实的做法。经济可行性是进行毕业设计时必须首先考虑的问题。为了实现项目的基本功能，不需要使用昂贵的商业工具或服务，完全可以依靠免费的开源技术，这样既能满足项目需求，又不会给经济负担带来压力。作为学生，也没有足够的资金去承担这类费用，因此，选择成本低廉且易于获取的技术方案是确保项目经济可行性的必要措施。

1. 1. 1. 技术可行性

技术可行性指的是实现系统功能所需技术是否具备可行性和可操作性。在本次毕业设计中，所采用的技术方案和工具都是在大学课程中所学习的，这使得在解决实际问题时能够轻松获取所需资源，且相关技术手段和方法已经过充分的分析与思考。因此，选择熟悉的、经过验证的技术方案，有助于提升技术实施的可行性。另一方面，若使用非开源的技术或专有工具，可能会增加系统实施的难度和复杂性，尤其是在开发过程中遇到技术问题时，解决方案可能会更加困难且资源有限。因此，选用开源语言和技术框架对于提升项目的技术可行性至关重要。通过选择开源的技术，不仅降低了开发成本，还确保了技术的灵活性和易于实施，使得系统的开发能够顺利进行，确保了技术上的可行性。

1. 1. 系统业务流程

业务流程的设计是基于系统需求和应用场景进行的。不同的业务需求源自不同的领域，但从计算机系统的角度来看，业务流程无非就是对数据的增、删、改、查等操作。对于用户或健康数据的新增操作，设计了专门的业务流程。具体来说，当用户需要增加新的健康信息或监测数据时，系统首先会根据用户输入的内容进行有效性校验。只有当输入的数据通过验证后，才会被保存到数据库中，以确保数据的准确性和完整性。业务流程图则清晰地展示了这些操作的顺序和步骤，确保系统的操作逻辑能够高效流畅地执行。在整个过程中，系统始终关注用户数据的安全性和准确性，确保业务流程的每个环节都能够顺利完成。

在修改数据的流程中，首先需要确保用户提供的修改数据已经准备好，并进行适当的验证。与新增操作不同，修改操作不仅需要处理新的数据内容，还必须精确地定位到数据库中对应记录的唯一标识符（ID），以确保数据能够正确地更新到对应的条目上。修改操作比新增操作复杂，因为它涉及到对现有数据的精确更新，因此必须确保系统能够正确识别并处理原始数据。与新增流程相比，修改过程要求更高的数据一致性和完整性，确保更新后的数据能够准确反映用户的需求。业务流程图则展示了这一系列操作的步骤，确保在修改过程中每个环节都能按顺序正确执行，确保数据的准确更新。