數(shù)字化時代下老齡群體在智能化室內(nèi)空間的交互研究

1前言

對居室環(huán)境進(jìn)行設(shè)計和布置，除了要滿足傳統(tǒng)居家的基礎(chǔ)功能需求外，亦需要深入了解老年人的生理與心理狀態(tài)，利用智能化技術(shù)以及前沿科技來解決日常生活中所遇到的問題，旨在創(chuàng)建一個適合老年人居住且集智能屬性于一身的室內(nèi)生活環(huán)境，從而真正提升老年人的家居生活品質(zhì)。

2老齡群體在智能化室內(nèi)空間的需求分析

2.1老齡群體特征與數(shù)字化適應(yīng)現(xiàn)狀

隨著年齡增長，老齡群體的視力出現(xiàn)衰退，在使用設(shè)備時易操作失誤；老年人在聽覺方面的感知能力減弱，在喧嘩的情境中辨識聲音的能力降低；四肢的柔韌性和配合度逐漸降低，手部肌肉力量開始下降，難以完成細(xì)致手勢。面對新興科技，老年畏懼操作失誤，但心底也希望通過現(xiàn)代科技產(chǎn)品與孩子、親朋好友進(jìn)行輕松的交流。然而，在面對新事物時，由于老年人往往缺乏自信，容易形成精神上的阻礙。

2.2老齡群體在智能化室內(nèi)空間的需求

2.2.1易用性需求

老年人的記憶與應(yīng)變能力不及年輕人，因此可通過合適的設(shè)計輔助老年人操作。例如：設(shè)計電動窗簾、可調(diào)節(jié)燈光等設(shè)施，老年人通過簡單操作即可完成；把智能燈控的圖標(biāo)做到實際燈泡的兩倍大，選用大號字體，并配合高反差色系，使視覺功能減退的老年人輕松辨認(rèn)；擴(kuò)展控制鍵的間隔，降低誤操作的概率。

2.2.2情感關(guān)懷需求

以溫馨的米黃配色作為基調(diào)，結(jié)合經(jīng)典的剪紙藝術(shù)和寓意吉祥的“福\"字設(shè)計，背景樂可選擇那些膾炙人口的懷舊金曲，使他們體驗到家庭的溫暖。

2.2.3安全保障需求

智慧防衛(wèi)機(jī)制需求方便且穩(wěn)定。緊急求助功能以一個顯眼的紅色按鈕啟動，其形狀圓潤且直徑不少于5厘米，放在老年人經(jīng)常坐臥的地方，如靠椅側(cè)或者床旁，只需按壓即可與子女的手機(jī)聯(lián)系以及連通社區(qū)服務(wù)中心，確保在危急關(guān)頭時得到快速救助；裝置設(shè)防差錯功用，智慧型家電新添兒童保護(hù)鎖定設(shè)計，需連按三秒鐘才能開啟，有效預(yù)防老人因無意間操作而造成風(fēng)險，確保老年人的家居生活得到周全的保障。

3基于環(huán)境監(jiān)測與人體監(jiān)測的室內(nèi)空間布局

隨著年齡增長，老年人對智慧型設(shè)備的認(rèn)知能力相對薄弱。基于此，居室布置方案主要致力于簡約設(shè)計，色彩配置以清爽、柔和、低飽和度為準(zhǔn)則。秉承高齡化及智能化的原則，采用先進(jìn)技術(shù)，規(guī)劃室內(nèi)結(jié)構(gòu)布局，構(gòu)建與老年人群體特征相契合的環(huán)境感應(yīng)及控制系統(tǒng)，實時監(jiān)管并調(diào)整老年人的家庭生活條件，同時迅速偵測到老年人在家中可能發(fā)生的意外事件。

3.1基于綠色環(huán)境設(shè)計的環(huán)境監(jiān)測與控制系統(tǒng)

3.1.1系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計

根據(jù)生態(tài)標(biāo)準(zhǔn)制定環(huán)境感知與管理系統(tǒng)，依托環(huán)境感知和管理系統(tǒng)實施家居生態(tài)環(huán)境的構(gòu)建。

（1）本系統(tǒng)通過多種感應(yīng)器實時監(jiān)測室內(nèi)環(huán)境，包括溫度、濕度、微粒物、甲醛等數(shù)據(jù)，并實時傳送至監(jiān)控中心，根據(jù)數(shù)據(jù)分析室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量。若任一數(shù)據(jù)超出了正常范圍的閾值，系統(tǒng)向用戶發(fā)出超限警示，幫助用戶了解并提升室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量。此外，收集到的數(shù)據(jù)還會被記錄下來，為將來進(jìn)行環(huán)境評析提供參考。

（2）智控單元是系統(tǒng)中重要的組成部分。智控單元涵蓋了新風(fēng)裝置、智能溫控、空氣凈化及自動窗簾等智能設(shè)備。用戶可通過智能手機(jī)應(yīng)用程序，根據(jù)通風(fēng)、照明強(qiáng)度及空氣質(zhì)量的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，靈活操作智能裝置，將居室內(nèi)各項指標(biāo)優(yōu)化至適宜水平，營造環(huán)保家居氛圍。

（3）各傳感模塊捕獲的數(shù)據(jù)將被輸送至數(shù)據(jù)處理單元，再經(jīng)過去噪、完善、移除、形式改變、歸類等加工處理，提高環(huán)境監(jiān)管判決的效率與精確度。

3.1.2基于協(xié)同過濾算法推薦養(yǎng)生資訊

老年人通過智能手機(jī)應(yīng)用程序，能夠接觸到豐富的健康養(yǎng)生消息，程序可依據(jù)用戶的閱讀習(xí)慣來推送其可能感興趣的健康養(yǎng)生信息。例如，合作式過濾推薦法是通過測算出用戶所查看的養(yǎng)生訊息的相似程度來形成評分陣列，并采用公式（1）所述的余弦定理來獲取各養(yǎng)生信息之間的相似度數(shù)值。

在該公式里， 和B用以代表不同的養(yǎng)生信息；老年用戶e對于這些養(yǎng)生信息的平均評分以Q標(biāo)識；而老年用戶e對特定養(yǎng)生信息的評分則用 來表示。針對類似的用戶群體，獲取瀏覽次數(shù)排在前五十的保健信息排名，并通過評分矩陣分析出高分的保健信息，再將其列入推薦列表作為備選項目。

在環(huán)保理念指導(dǎo)下所打造的這套監(jiān)測與控制系統(tǒng)，在智慧與適合老年人使用方面的特色突出，確保了老年人在家中安享晚年的同時，能夠獲得健康監(jiān)護(hù)和家居安全關(guān)懷的服務(wù)，從而增進(jìn)當(dāng)代家庭養(yǎng)老的愉悅度與舒適體驗。

3.2利用穿戴式裝備進(jìn)行的人體健康跟蹤系統(tǒng)

3.2.1人體摔倒行為監(jiān)測

針對老年人在家中活動時可能遭遇的突發(fā)跌倒事件，研發(fā)了一款可佩戴式跌倒偵測儀器。設(shè)備主體配置了加速度檢測器和傾斜感應(yīng)器，用于搜集被觀察用戶的動態(tài)數(shù)據(jù)，通過應(yīng)用跌倒識別程序來判定跌倒?fàn)顩r，一旦達(dá)到了跌倒判定的準(zhǔn)則，便向看護(hù)者發(fā)送跌倒提示信號。同時，利用GPS單元獲取用戶的實時定位，并將其與報警信息一起傳達(dá)至云服務(wù)端，以便護(hù)理者能夠迅速進(jìn)行救援行動。

3.2.2云服務(wù)器數(shù)據(jù)加密存儲

醫(yī)療健康監(jiān)控器材與云端服務(wù)器之間的信息傳遞有可能存在安全漏洞，基于此，應(yīng)對設(shè)備收集到的健康數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，并將其作為連接認(rèn)證的密鑰，以此來確保健康數(shù)據(jù)能夠順暢無阻地傳送并順利完成認(rèn)證過程。為防止居室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)波動或供電不穩(wěn)導(dǎo)致健康監(jiān)控設(shè)備數(shù)據(jù)收集障礙，在設(shè)備內(nèi)設(shè)計了存儲設(shè)施，能夠暫存最新的室內(nèi)環(huán)境信息，同時對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理。

在一定的數(shù)據(jù)收集時段中篩選出追蹤的人體健康數(shù)據(jù)，總數(shù)達(dá)到 n 條。計算此時段內(nèi)由便攜式監(jiān)控器搜集的體溫、心跳、血氧、大氣壓等健康數(shù)據(jù)的平均值，這些數(shù)據(jù)都是在相同時間點采得的。接著，按照方程（2）所述的程序，對健康監(jiān)控資料進(jìn)行加權(quán)處理：

在該公式里， 依次對應(yīng)了同一時間點所測得的人體平均體溫、心跳次數(shù)、血氧含量及大氣壓力值。根據(jù)這個基準(zhǔn)，實施權(quán)重計算以獲得加密密鑰，對云端資料施行加密。在此過程中，除最初的聯(lián)接外，對其他聯(lián)接過程進(jìn)行識別記錄，并明確加密密鑰生效的起止時間，并傳送加密后的資料至云服務(wù)器。

云服務(wù)端數(shù)據(jù)解密過程包括：初次存入的數(shù)據(jù)，依賴初始設(shè)定的加密密鑰進(jìn)行解密操作；再次存入的數(shù)據(jù)，根據(jù)其上傳起止時間點挑選相應(yīng)的健康數(shù)據(jù)，按照最初的加密技術(shù)進(jìn)行解密處理。

4實驗與分析

本研究所采納的策略，是將家庭室內(nèi)空間進(jìn)行老齡化和智慧化的整合布置，涵蓋環(huán)境監(jiān)控與操控系統(tǒng)以及身體健康檢測系統(tǒng)4。環(huán)境監(jiān)測方面，分別在臥房、讀書間、起居室及廚房設(shè)置檢測點，搜集空氣中的微小顆粒、甲醛和揮發(fā)性有機(jī)化合物等數(shù)據(jù)；人體健康監(jiān)測方面，參與者佩戴檢測裝置，并模擬重復(fù)上下樓梯、向前后側(cè)方跌倒、彎腰和跳躍等動作，各進(jìn)行五十次，以此來驗證系統(tǒng)判定跌倒動作的準(zhǔn)確性誤差。該測試方案采用了融合多種傳感器技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)與應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。

4.1環(huán)境監(jiān)測與控制測試

將容易揮發(fā)出甲醛和揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）的材料置于四個不同的檢測室內(nèi)，即臥室、書房、客廳和廚房。待各室內(nèi)空氣中的有害物質(zhì)充分混合之后，通過三類不同的方法對臥室、書房、客廳、廚房的空氣狀況進(jìn)行測量和調(diào)控。經(jīng)過20分鐘的調(diào)整后，收集到的空氣品質(zhì)相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示。

據(jù)表1所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)，可見在室內(nèi)有害物質(zhì)濃度一致的條件下，本研究提出的處理手段能在20分鐘內(nèi)顯著降低空氣中的甲醛及VOCs濃度，其降幅遠(yuǎn)超出方法1與方法2。在采用了方法1與方法2的布局空間里，甲醛和VOCs的濃度依舊過高，均超出甲醛最高允許濃度限值0.08毫克/立方米，與本研究介紹的方法相比，VOCs的濃度減少不甚明顯。

顯而易見，本研究所提出的方案在檢測出室內(nèi)空氣中甲醛和VOCs超標(biāo)的情況下，自行激活了空氣凈化系統(tǒng)，通過對空間的凈化和去污，有助于迅速降低室內(nèi)有害物質(zhì)的濃度。該方案展示了其先進(jìn)的智能化水準(zhǔn)，并且達(dá)到了老年人家居環(huán)境對空氣品質(zhì)的要求。

4.2人體健康監(jiān)測系統(tǒng)

在人體執(zhí)行非跌倒動作后，若未觸發(fā)報警信號，則判定為成功辨認(rèn)，反之，則判定是辨認(rèn)失敗；而在人體執(zhí)行跌倒動作后，若未引起報警，則判定為辨認(rèn)失敗，反之，則判定為辨認(rèn)成功。依照這一標(biāo)準(zhǔn)，本研究對比了三項技術(shù)對人體跌倒動作的檢測效果，具體數(shù)據(jù)見表2。

通過表2數(shù)據(jù)可以看出，本研究中提到的技術(shù)在辨認(rèn)測試者摔倒動作時大致準(zhǔn)確無誤。在進(jìn)行的300次動作偵測實驗里，僅有一次將“跳躍\"誤判為其他，而在其他場合則都能妥善區(qū)分是否有人摔倒。在比較中，無論是方法1還是方法2，它們的最小識別準(zhǔn)確度都保持在92% ，而人體跌倒的檢測效率顯然不如本研究所提出的

技術(shù)。

本研究所采用的技術(shù)在監(jiān)測人體跌倒行為方面表現(xiàn)出較強(qiáng)的競爭力。通過佩戴式裝備收集了肢體活動中的雙重加速度幅度信號與身體傾斜度指標(biāo)，在監(jiān)測老年人跌倒這一行為時相對穩(wěn)定可信。該裝備針對三個主要參數(shù)，各自設(shè)定了相對應(yīng)的跌倒檢測閾值。通過連續(xù)操作對人體跌倒動作進(jìn)行了初步篩查及深層診斷，運用數(shù)個變量對跌倒動作的特性進(jìn)行了界定和控制，從而確保了動作識別精準(zhǔn)性。

5結(jié)論

綜上所述，本研究圍繞室內(nèi)環(huán)境對老年群體適應(yīng)性及智慧化設(shè)計兩個維度進(jìn)行探討，充分考慮到老年人的身心條件和家庭照護(hù)的實際需要，構(gòu)建出既高效又可靠的居家環(huán)境，其中包括了對綠色環(huán)境的監(jiān)測和調(diào)控，以及對老年人健康狀況的持續(xù)跟蹤。該系統(tǒng)能實時搜集居室環(huán)境信息，能依據(jù)不同環(huán)境等級自動對室內(nèi)的空氣品質(zhì)進(jìn)行凈化和平衡，并在空氣污染超標(biāo)時，向用戶設(shè)備發(fā)出警示；該系統(tǒng)匹配的手機(jī)應(yīng)用程序的界面，為老年用戶推送相關(guān)保健資訊；穿戴式監(jiān)控裝置在采集個體的加速度及身體傾斜數(shù)據(jù)后，能夠?qū)崟r檢測跌倒動作，使得照顧者能夠遠(yuǎn)程監(jiān)控這一行為，從而提升家庭養(yǎng)老的智能化程度。

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