高齡者智慧健康管理服務系統設計研究

摘要：將服務設計方法與智能科技相結合，規劃高齡者智慧健康管理系統的產品功能與服務模式。分析高齡者生理與心理特征，通過用戶畫像和故事板梳理用戶需求?；诜赵O計方法制定健康管理服務系統設計策略定位，從高齡者視角出發設計解決方案，建立以家庭服務機器人、智能護理床和智能手環為核心的服務系統模型。架構高齡者智慧健康管理服務系統平臺，采用敏捷開發方法進行智慧健康管理服務平臺設計，搭建室內測試環境對設計結果進行評估。通過智能物聯技術連接軟件與硬件，搭建智慧健康管理服務系統，為高齡者提供高效實時的智能化養老服務。

關鍵詞：高齡者 智能 健康管理 服務系統 物聯網

中圖分類號：TB47 文獻標識碼：A文章編號：1003-0069（2023）13-0062-04

Abstract：The service design method and intelligent technology are combined to plan the product function and service mode of the intelligent health management system for the elderly.Analyze the physiological and psychological characteristics of the elderly，and sort out user needs through user portraits and storyboards. Based on the service design method，the design strategy positioning of health management service system is formulated，the solution is designed from the perspective of the elderly，and the service system model with home service robot，intelligent nursing bed and intelligent bracelet as the core is established.Construct the intelligent health management service system platform for the elderly，adopt the agile development method to design the intelligent health management service platform，and build an indoor test environment to evaluate the design results.Connect software and hardware through intelligent Internet of Things technology，build an intelligent health management service system，and provide efficient and real-time intelligent elderly care services for the elderly.

Keywords：Elderly Intelligence Health management Service system Internet of Things

引言

2022年，國務院印發《“十四五”國家老齡事業發展和養老服務體系規劃》文件，提出利用大數據、互聯網、人工智能等創新技術服務模式，方便高齡者的居家出行、健康管理和應急處置，讓高齡者能夠知曉新事物發展與體驗運用新技術。第七次全國人口普查數據顯示，我國即將步入深度老齡化社會。與此同時，老齡事業和養老服務還存在著發展的不平衡，包括居家社區養老和優質普惠服務供給不足、專業人才特別是護理人員短缺、創新智能產品技術支持不夠等問題。隨著大數據、物聯網、云計算等人工智能技術的快速發展，以信息科技和傳感技術為核心的智能產品在社會生活中的應用越來越廣。如何將服務設計方法與智能科技相結合，合理規劃產品功能和服務模式，使智能產品更加適合高齡者群體的特定需求，讓高齡者盡量不改變既定的生活模式，用最小的學習成本去使用智能產品，已成為亟待研究的問題。

一、相關研究現狀

（一）國內研究現狀：與傳統養老方式的不同之處在于，智慧養老方式高度依賴于信息技術的發展。當前，國內學者對智慧養老的內涵提出了不同的見解。白玫等[1]提出智慧養老基于傳統養老的基礎，由智能技術架構出一種安全、舒適與便利的環境，凸顯高齡者的自我價值實現。張麗等[2]提出智慧養老應通過信息技術的普及運用將養老資源進行跨行業整合，提高智慧養老的服務品質。黃意玲[3]結合穿戴式設備與健康數據整合平臺的應用對66位受測者進行研究，表明穿戴式裝置具有友善性、簡便性以及實時回饋等優點。王政程[4]用穿戴式心電圖裝置24小時監測心率，陀螺儀監測行為動作，研究表明針對居家環境所設計開發的生理傳感器裝置應可攜帶及小型化。

（二）國外研究現狀：國外學者側重于研究智能技術在高齡者日常生活中的運用，主要聚焦在智慧家居、遠程醫療、智能監控這幾個熱點問題，核心目標是維持高齡者生理與心理的良好狀況，通過服務設計手段提高高齡者的生活品質[5]。日本早稻田大學Zhang[6]設計了一個包含低成本感測組件與手指機器人的智能家庭系統，可用來控制家用電器，通過使用二氧化碳傳感器能夠判斷住戶的位置。美國學者Fritz RL[7]利用智慧家居設備檢測到與疼痛相關的行為，可以對慢性疼痛患者進行自動化評估和支持干預。美國學者Muheidat F[8]提出了一個情境感知和私人實時報告老化的“智能地毯”系統，可讀取步行活動，以提供一個自動化的健康監測和警報系統。英國學者Camp N[9]分析了39種目前世界上用于監測高齡者日常生活活動的人工智能技術，研究發現每個系統識別的特定日常生活活動存在差異。

二、目標用戶分析

（一）高齡者生理與心理特征分析：高齡者隨著年齡的增長，在生理與心理上會經歷以下變化，包括：視覺、聽覺、觸覺、味覺、嗅覺五感感知能力衰退；神經功能老化，反應遲鈍、記憶力減退、適應力下降，對信息的認知和思考能力進一步減弱；運動系統能力退化，肌肉老化、韌帶萎縮、肌力降低、肌肉控制力減弱，很容易摔倒；免疫能力下降，多數高齡者都會患有高血壓、糖尿病、冠心病等慢性疾病，營養不良、睡眠缺乏、運動不足會造成免疫能力下降；孤獨依賴感增強，孤獨心理容易產生憂郁，依賴使人做事信心不足、畏縮不前，長期的孤獨和依賴心理會導致情緒不穩。

由于高齡者生理和心理特征的顯著變化，會造成他們在日常生活中遇到諸多不便。圖1所示為在不同生活場景中高齡者可能會遇到的困境：高齡者起夜時，突然打開燈會覺得刺眼，不能馬上適應；高齡者久坐時，腿腳會麻木導致很難輕松起身；有人按門禁，高齡者兩手端著物品時就無法騰出手去開門；門外有訪客，高齡者看電視時可能無法聽到門鈴聲；高齡者坐在輪椅上時，可能無法彎腰去插插頭，等。

（二）目標用戶畫像：世界衛生組織（WHO）于2019年公布了長者健康整合式評估量表，根據量表評測可將高齡者分為三個不同類型，主要包括：70歲以下的活力老人，能夠無障礙進行各種活動；70至79歲的自理老人，可以進行基本活動；80歲及以上的非自理老人，需要依靠他人幫助才能進行活動或者不能自理生活。

本研究通過對這三類高齡者群體的需求和行為特征分析，將活力老人和自理老人確定為高齡者智慧健康管理服務系統的目標用戶，并建立了如圖2所示的目標用戶角色模型，以便能精準把握關鍵數據信息，有效幫助后續決策與方案設計。

（三）故事板繪制：運用故事板將典型目標用戶的需求還原到使用情境中，通過用戶、產品和環境的互動關系，從系統角度研究智能產品與服務之間的邏輯關系，以及設計應該重點關注的問題。此方法的核心是通過構建場景原型快速模擬使用產品的具體發生環境，將上述研究中確定的目標用戶放置到故事板中，描述用戶如何使用產品與服務的細節，以可視化方式圖解一個復雜的使用過程或產品的功能。圖3所示是以獨居高齡者徐奶奶一天生活中的多個典型場景為原型繪制的故事板。

從故事板描繪的多個不同場景，表1初步歸納出目標用戶的使用需求。

三、高齡者智慧健康管理服務系統設計分析

（一）服務系統設計策略定位：本系統設計通過對物聯網技術的架構應用，配合部署在居家空間中的服務機器人、智能護理床、可穿戴智能產品及傳感器，實時采集高齡者的各類健康數據，并提供即時反饋，為居家生活的高齡者提供智慧健康照護服務。主要創新之處在于：第一，積極探討智慧化與數字化對居家養老的功效與作用，創造高齡者與家人及其他提供照護者之間的全新互動方式，構建以物聯網為基礎的健康管理系統平臺。第二，響應政府人工智能與數字化轉型政策，推動養老服務體系向智慧化發展，開拓政府服務機構對智能物聯網創新模式的商業應用領域。第三，促進養老、醫療與科技的跨域整合，加快中國養老服務與國際化接軌的步伐，加深人機界面設計師、前臺與后臺程序設計師、算法工程師的跨域合作與交流。具體服務系統設計策略定位如下：

1.多場景下系統迭代與升級：高齡者居家生活環境中部署了多個智能產品及傳感器，為便于研究順利展開，厘清系統要素關系，第一階段首先選擇其中的典型智能產品進行一期研究，伴隨研究進展梳理多樣化的場景變換，根據實際用戶需求的不同做系統迭代與升級設計。

2.建構數字化閉環服務系統：在大數據、物聯網技術支持下建構數字化管理的服務系統，對高齡者所需健康管理中的實體產品與虛擬服務資源進行合理規劃和配置，架構高齡者與政府、社區醫療服務機構之間的信息聯系網絡，形成以高齡者家庭為核心，社區衛生中心和政府醫院實時響應的閉環服務系統。

3.推送個性化與精細化服務：智能時代的用戶需求會向精細化方向發展，在智慧健康管理服務系統中，高齡者使用的不僅僅是獨立的智能產品，更重要的是整個健康管理服務體系，高齡者根據自身的習慣與喜好去操控系統，系統通過學習不同的使用數據去分析用戶偏好和需求導向，從而能夠精準推送個性化服務，提高用戶活躍度和黏性。

（二）智慧家總體規劃：圖4所示是關于智慧家的總體規劃平面布局圖，第一階段首先選擇其中的代表性智能產品，主要是家庭服務機器人、智能護理床、智能手環進行典型案例研究。

這些產品與部署在居家環境中的其他傳感器之間共享場景中的關聯數據，并通過后臺云服務進行使用數據學習和用戶行為預測[10]。例如記錄高齡者的健康指標、運動記錄、飲食偏好等，推送相關智能服務，包括健身指導、送餐服務、服藥提醒、機器人清掃等。同時，未來智慧家也關注高齡者的情感需求，系統會自動記錄高齡者的行為習慣喜好，例如近期的運動、常玩的游戲、關注的電影等，高齡者可以進行云端分享，開展網絡社交和群體互動。服務于智慧家的健康管理系統需要支撐高齡者與家人、社區內部、社區和公共醫療服務之間的數據互聯、計算分析和管理維護。系統連接高齡者家庭環境中的物聯網，獲取不涉及高齡者安全隱私的數據，為高齡者提供智能服務[11]。

（三）不同場景下的用戶旅程圖分析：從智慧健康管理服務的宏觀層面入手，架構目標用戶的使用場景，主要選取3個不同的典型生活場景展開研究，包括高齡者起夜、出門以及居家等。場景關聯3個智能產品，如起夜關聯智能護理床、出門關聯家庭服務機器人和智能手環、居家關聯家庭服務機器人。通過繪制用戶在不同場景中使用智能產品的用戶旅程圖分析高齡者在場景中使用產品服務的滿意度變化、與不同服務觸點之間的互動行為，挖掘使用過程中的痛點并尋求機會點，圖5是起夜場景中的用戶旅程圖。

（四）服務系統模型構建：以高齡者的實際需求為導向，以本研究中智慧健康管理系統中的3個產品——家庭服務機器人、智能護理床和智能手環為核心，建立圖6所示服務系統模型。主要構成要素包括智能產品、高齡者、子女、社區照護中心、醫院、政府、企業、智慧養老信息管理平臺和云平臺。政府對智能產品相關生產企業起到政策導向和信息監管的作用，政府對醫院和社區照護中心監管并提供資金支持。智能產品主要向高齡者提供智慧健康管理的相關服務，將采集到的數據傳輸給智慧養老信息管理平臺和云平臺，后臺分析運算后反饋給智能產品，為高齡者提供健康監測、用藥提醒、個性化推送等服務。子女可以根據具體情況為高齡者購買適合的智能產品與服務，并通過智能產品以及社區照護中心反饋的信息數據隨時掌握高齡者的健康情況。社區照護中心根據智能產品反饋的信息為高齡者建立健康檔案，并在需要時向醫院提供信息，輔助醫院的系統診斷和治療。

四 、高齡者智慧健康管理服務系統原型設計

（一）智慧健康管理服務系統平臺架構：智慧健康管理服務系統平臺架構見圖7，包括感知層、互聯層、計算層和應用層，它們之間發生交互作用，向居家的高齡者提供日常健康管理服務，以及支持相關后臺部門進行運營、維護等日常管理操作。在感知層，部署在居家環境中的各類傳感器、測量裝置、生理數據輸入界面和攝像頭會采集高齡者在日常居家生活中發生的各類行為、室內外氣候、道路、交通等信息[12]；在互聯層，以太網和無線網絡把采集到的信息傳輸，具備訪問互聯網功能的相關智能產品與云平臺、智慧景區信息管理平臺發生交互；在計算層，云平臺數據深度學習，實現集成、分析、整合、分配和預警，為應用層的家庭服務機器人、智能護理床和智能手環、智慧養老信息管理平臺、手機App提供支持信息，滿足各方的服務和管理需求[13]。

（二）智慧健康管理服務平臺設計與實施：智慧健康管理服務平臺設計與實施主要包括后臺開發與前端設計兩部分內容。后臺開發以敏捷設計方法展開，以高齡者需求進化為核心，通過迭代、循序漸進的方式逐步推進；前端設計則需要識別高齡者具體需求，以抽象的視覺設計語言去實現。

智慧健康管理服務平臺首先開發高齡者居家健康管理模塊，經過需求分析、系統設計、系統雛形、上線測試等步驟將其完善，然后再逐一開發休閑娛樂模塊、安防報警模塊、膳食管理模塊，各模塊開發完成后進行前導測試，使功能更完善。管理服務平臺的聯機測試以手機App及云端服務器為主，經循環式的分析、設計、開發、測試流程后，整合各功能模塊架構智慧健康管理服務平臺。

智慧健康管理服務平臺App設計以高齡者為中心，信息呈現要簡潔、精準、易于理解，首頁的各圖標需有文字批注，方便用戶辨識、認知和操控。圖8所示為用戶端App中居家健康管理模塊設計示意圖，主要包括五大核心功能：1.檔案查詢，可以錄入個人健康檔案，包含基本信息和體檢信息；2.健康評估，根據高齡者檔案信息、檢測報告和動態監測信息等數據，評估其健康狀況，定制個性化健康管理方案；3.健康追蹤，持續記錄高齡者健康數據，預測健康發展趨勢；4.健康計劃，通過健康監測與前后數據對比，制訂健康計劃；5.社區互動，通過實時聊天、在線論壇、健康競賽等互動，拓寬高齡者社交圈。

（三）設計結果評估：本研究中涉及到的智能產品較多、系統較龐大，因此設計評估分期進行。搭建室內環境用于第一期高齡者在特定居家生活場景中使用智慧健康管理服務系統的設計評估。后期會征得受測者同意，在其居家住所中部署相關智能產品，開展第二期評估。首批小規模測試共招募30位受測者，分為高齡者與親友兩組（每組各15人）展開測試，高齡者在居家環境中使用智能手環、家庭服務機器人和智能護理床，由研究者進行觀察與記錄，高齡者與親友使用智能手機作前端測試，評估流程如圖9所示。

主要采用了定性評估與定量評估相結合的方法，在評估開始前需要得到高齡者及其子女的同意，并簽署知情同意書。研究者對高齡者、親友及社區服務人員進行問卷調研，收集相關信息和服務需求；觀察高齡者的日?；顒硬⒆鲇涗?，運用長者健康整合式評估量表了解高齡者對相關智能產品的使用是否達到預期效果；在高齡者使用完系統后，運用系統可用性量表（System Usability Scale，SUS）來測試使用者的主觀感受，判斷其是否能在很自然的狀況下有效使用系統；運用用戶交互滿意度問卷（Questionnaire for User Interaction Satisfaction，QUIS）評估使用者的主觀滿意程度，判斷其是否滿意在生活場景中與系統的互動過程。

結論

本研究中涉及的智慧養老服務主要面向居家老人，通過智能物聯技術連接軟件與硬件，搭建智慧健康管理服務系統，最終提供高效實時的智能化養老服務。本研究通過對目標用戶生理與心理特征的準確分析，挖掘他們在實際生活場景中的困境，由此建立目標用戶角色模型，運用故事板將典型目標用戶的需求還原到使用情境中，從系統的角度分析智能產品與服務之間的邏輯關系，推導智慧家總體規劃設計。以高齡者起夜、出門和居家這三個典型生活場景為切入點，關聯核心智能產品繪制用戶旅程圖，并建立服務系統模型，開展高齡者智慧健康管理服務系統的原型設計。通過搭建特定居家生活場景實地模型，對高齡者使用智慧健康管理服務系統的用戶體驗進行設計評估，評估結果有助于后續研究中對系統的迭代升級。

基金項目：1. 2022年上海市重點課程建設項目（項目編號A1-5101-22-003-08-032）；

2. 2022年上海電機學院產教融合型課程建設項目（項目編號A1-5101-22-003-08-110）；3. 2022年上海電機學院高水平建設二級項目（項目編號A1-5101-22-003-08-165）。

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