基于行為特征的智能家居適老化設計方法研究

謝淑麗，稅玉婷

基于行為特征的智能家居適老化設計方法研究

謝淑麗1，稅玉婷2

（1.西華大學，成都 610039；2.西南交通大學，成都 611752）

旨在應對全球老齡化趨勢，通過深入分析老年人行為數據，構建行為模型和智能家居適老化設計框架，以提高老年人的生活品質和獨立性。首先，通過系統性的數據分析，收集老年人的日常活動、移動模式和健康狀況等數據，構建行為模型；其次，基于行為模型提出創新的智能家居適老化設計框架，注重個性化、智能界面、智能健康監測和緊急救援等關鍵設計元素；最后，通過行為數據分析，成功建立了老年人的行為模型，為智能家居設計系統提供數據支撐。通過分析行為數據，建立了老年人的行為模型，為智能家居系統設計提供了有力的依據，提出的設計框架強調了個性化響應、智能界面、健康監測和緊急救援等方面，為老年用戶創造更好的生活環境，對智能家居和老年護理領域具有指導意義。

居家老人；智能家居；行為特征；適老化設計；交互界面

在科技創新的時代，智能家居技術的應用日益盛行，帶來便捷、高效的生活體驗。然而在這一變革浪潮中，解決老年用戶在智能家居環境中面臨的獨特需求和挑戰至關重要[1]。智能家居技術的出現具有巨大的潛力，可以通過促進獨立性、安全性和舒適性來改善老年人的生活質量。然而，要實現這一潛力，就需要深入研究老年人與智能家居之間的復雜關系，尤其關注其行為特征，為界面和技術的設計提供信息，以滿足老年人口不斷變化的需求，并對影響老年用戶和智能家居界面之間交互的行為模式、偏好和限制有細致的了解。研究模型通過不同的層次展開，包括對用戶行為的細致探索、感知圖像詞匯的發展、設計原則的建立，以及界面策略的實際實施。至關重要的是，界面交互設計策略需強調簡單性、功能性和適用性，通過分解復雜的任務、增強容錯能力并納入清晰的操作流程，創建能夠增強老年用戶能力并減少無縫交互潛在障礙的界面。界面設計涉及到了視覺元素的統一與連貫，可以使老年用戶的熟悉感得到增強，減少認知負擔，有一定友好的體驗。總之，需要彌合智能家居適老化設計與老年用戶行為特征之間的差距，創建出適用于老年用戶的智能家居環境，不僅能滿足老年人不斷變化的需求，而且能提高他們在技術和日常生活領域的整體獨立性與滿意度。

1 相關研究

1.1 行為特征與智能家居研究

對行為特征的發展研究可以追溯到幾個世紀前，與心理學、生物學、人類學和社會學等不同學科交織在一起，由約公元前5世紀至4世紀的古希臘醫生希波克拉底提出的體液學說，認為人類的行為受到體液——血液、痰、黑膽汁和黃膽汁的平衡影響，也分別體現了樂觀、冷漠、憂郁和膽怯的行為特征[2]。時間向前推進，弗朗茨·約瑟夫·加爾（Franz Joseph Gall）醫生在18世紀末發展了顱相學，試圖將人格特征與頭骨特定區域的形狀和大小聯系起來，標志著理解大腦解剖結構和行為之間關系的早期嘗試。雖然沒有經過科學驗證，但顱相學刺激了對大腦功能和解剖學的研究。查爾斯·達爾文在19世紀中葉的開創性著作，特別是他的著作《物種起源》和《人類起源》，將進化論的概念引入到對人類行為的理解中。他提出，包括行為在內的許多特征都是自然選擇的產物，為進化心理學領域奠定了基礎。19世紀末和20世紀初，西格蒙德·弗洛伊德的精神分析理論興起，該理論認為人類行為深受無意識驅動力和童年經歷的影響，他的著作強調了潛意識、防御機制等對塑造人格和行為方面的作用[3]。斯金納（Skinner）以其操作性條件反射理論進一步加深了20世紀中葉對行為主義的理解，展示了強化和懲罰對行為的塑造[4]。而在中國，儒家、道家、法家和佛教等的思想觀點深刻影響了社會價值觀和行為規范。這些里程碑是行為特征研究漫長而多樣歷史中的幾個亮點，而對人類行為特征的研究還在不斷地發展并探索著。

智能家居的發展是一個跨越數十年的漸進過程，隨著技術的進步不斷發展。家庭自動化出現和早期采用是在1970年至1990年，控制照明和電器的基本系統出現，但由于成本高且復雜，僅限于豪華住宅和商業建筑，同時也引入了X10等早期通信協議。無線技術的整合出現在2000年至2009年，Zigbee、Z-Waze、智能手機、互聯網連接、語音控制助手和智能恒溫器的興起與引入使設備之間的通信更加輕松，改變了遠程控制和監控，也增強了用戶體驗并提高了能源效率[5]。融合與創新表現在2010年至今，包括：設備和生態系統之間的互操作性；人工智能和機器學習的興起，實現了個性化與自動化；5G技術的部署使智能家居類別持續擴展，使人們越來越關注健康和保健監測、能源效率和可持續發展功能[6]。縱觀這一歷史，智能家居行業見證了從獨立設備到集成生態系統的轉變，為用戶提供了更加無縫和直觀的體驗。

1.2 行為特征適老化與智能家居適老化研究

隨著近幾年交互設計的發展，老年人的行為特征也引起了學者的廣泛關注。Choi等[7]的將被動監控功能引入住宅基礎設施，以提高老年人管理日常生活和就地養老的能力，概述了當前和新興的智能家居技術，并討論了利用該技術提高老年人應對自身衰老能力的機會。周成敏等[8]的中基于理論模型、實驗數據、實際應用中的門檻定律，自主研發適齡智能家居控制系統，針對老年用戶痛點實現軟硬件、云協同一體化開發，彌補了該研究層面的空白。而在智能家居方面，由于技術進步、人口結構變化，以及對支持就地養老解決方案需求的日益增長，對智能家居適老化研究主要集中在人機交互、健康監測、遠程醫療和集成等幾個方面，表現在對界面設計時考慮老年人的需求和偏好，強調以用戶為中心的數據控制功能來保護智能家居環境中老年人的個人信息和主權，努力創造全面、用戶友好的環境，支持就地養老，同時增強老年人在智能家居環境中的獨立性和安全性。但目前這些智能家居依然存在一些局限性，例如復雜的家居系統、成本、承受能力、安全和互操作性等問題讓老年人感到沮喪、具有挑戰性，最后采用率低。因此，智能家居適老化的研究還具有很大的潛力，而未來的智能家居適老化也應堅持采用簡單直觀、經濟實惠、可互操作性的界面設計原則。

2 基于行為特征的智能家居適老化設計方法研究

2.1 老年用戶群體行為特征分析

世界衛生組織（WHO）通常把老年人口定義為65歲及以上的個體。此階段所表現出的行為特征涵蓋了廣泛的方面，反映了他們的行為、習慣和對刺激的反應。這里從活動水平、睡眠模式、社交互動和自我學習能力四個方面來概括[9]：（1）與年輕群體相比，老年人由于行動不便、慢性健康狀況，以及生活方式改變等因素導致整體活動量變少；（2）睡眠持續時間、質量的改變導致老年人入睡、維持睡眠困難且過早醒來，從而影響一整天的健康功能；（3）雖然一些老年人積極參與社交活動、維持友誼并參加社區活動，但由于行動不便、失去朋友或社會角色變化等因素而經歷社會孤立與孤獨；（4）盡管有著與衰老相關的潛在認知和真實的身體變化，但許多老年人在獨立學習新信息、技能和經驗方面表現出卓越的適應能力和彈性。了解老年人的行為特征對設計有效的干預措施，并促進老年人的健康行為、社會參與和個性化護理有著積極作用。此外，社區和醫療保健提供者可以幫助提高老年人的生活質量，詳細見圖1。

圖1 老年用戶群體行為特征分析

2.2 基于行為特征的智能家居適老化設計方法

基于行為特征的智能家居適老化設計方法研究是指專注于開發適應老年人需求和偏好的智能家居，其本質是致力于了解老齡化的復雜性及如何與技術進步相交叉，從而為老年用戶創建更直觀和友好的界面環境，并為智能家居適老化設計提供借鑒[10]。研究方法的核心涉及數據收集和分析，通過觀察老年用戶的行為特征，建立行為特征數據庫和用戶旅程圖，將老年用戶在智能家居環境中的各種接觸點交互進行可視化，全角度地展示用戶體驗。為了更加深入了解用戶看法和體驗，進行針對性的用戶訪談。這也為老年用戶提供了一個平臺，讓他們分享對智能家居的理解，闡明他們的需求、偏好，以及在日常生活中可能遇到的任何挑戰或擔憂。對訪談中收集的定性數據進行整理分析，找出其中的痛點，并結合智能家居適老化樣本數據庫，用于比對現有智能家居設計優缺點，綜合設計一套適老化設計原則，作為開發指導智能家居適老化的框架，滿足老年用戶的獨特需求，并考慮其可用性和包容性。最后，進行用戶反饋，并根據數據迭代出一套基于行為特征的智能家居適老化交互界面設計方法模型，設計一款適用于老年用戶的智能家居界面設計。在此設計過程中，對信息構架和界面設計給予了充分關注，確保最終產品與老年用戶的需求和期望相契合，通過采用基于行為特征的、以老年用戶為中心的設計方法，彌合技術與老年用戶之間的差距，使老年用戶能夠在智能家居環境中更加獨立和舒適，詳細設計方法框架見圖2。

2.3 用戶行為觀察研究

通過觀察用戶一天的行為，記錄完整的行為，全面捕捉老年用戶在智能家居環境中的互動情況[11]。

為保證調查數據的真實性和可靠性，采取了綜合性的方式，對10名老年用戶一天內的日常行為活動進行了調查。仔細記錄了每個用戶的主要日常行為，其中選取了2個針對性較強的老年用戶，他們的行為揭示了老年用戶與智能家居設備之間交互所產生的固有挑戰。這些挑戰以多種形式表現出來，從復雜界面導航的困難到設備識別等問題。例如，當老年用戶使用電視時，他們經常遇到帶有小而密集按鈕的遙控器。這些遙控器麻煩且難以操作，特別是對有靈活性問題或視力障礙的老人而言。此外，電視由于導航界面混亂及收費等情況，使得老年用戶在調節頻道時感到具有挑戰性。同樣，智能手機的使用也給老年用戶帶來了困難，小字體、復雜的菜單結構和觸摸屏導航，讓老年用戶感到不滿意。老年用戶發現自己難以在手機上執行一項基本功能，從而削弱了信心和獨立感。若不解決這些挑戰，將會導致老年用戶無法愉快地享受智能家居技術的優點，并會在接受新設備時猶豫不決。

因此必須通過有針對性的設計干預和以用戶為中心的方法來解決這些痛點。通過優先考慮清晰度和易用性，創造出滿足老年用戶需求和偏好的直觀體驗。此外，語音識別技術和基于手勢的界面可以減少對小按鈕和觸摸屏的依賴。個性化設置和定制選項可以使老年用戶能夠定制他們的智能家居環境，以滿足他們的個人喜好和要求，允許用戶調整字體大小、顏色對比度和音頻設置。

1）觀察對象一：舒女士，72歲，有一定的教育背景，經濟有保障。目前一個人居住，兒女在外地工作。有胃病，每日需要按時吃藥。雖然對智能家居技術表現出基本的了解，但對其實際應用表示不確定。通過仔細觀察，被試1號在智能廚房方面表現出一定的優勢，如熟練使用電飯鍋、電壓力鍋、凈水器等各種智能廚房電器。這些設備能夠加速膳食準備，同時使食物保持溫暖和方便，從而促進飲食選擇的自由。然而，被試1號在與智能手機交互時遇到挑戰，凸顯了智能手機頁面可用性的某些缺陷，頁面的激增和復雜的菜單結構導致被試1號在使用過程中遭遇混亂與沮喪。盡管對智能家居技術有基本的了解，被試1號仍需要簡化的界面和更清晰的導航路徑，特別是在使用智能手機應用程序時，詳細行為觀察見圖3。

圖2 基于行為特征的智能家居適老化設計方法框架

圖3 被試1號整天的行為

2）觀察對象二：何先生，67歲，高中畢業，經濟有保障。目前與老伴一同居住，兒女在外地工作。身體狀況良好，喜歡散步。對智能設備有一定了解且操作相對熟練。通過仔細觀察，發現被試2號表現出了對智能電視的熟練掌握及輕松控制設備的敏銳能力，包括對遙控器按鈕有清晰的了解、能夠有效操作電視、準確選擇所需頻道并根據需求調整設置。然而盡管如此熟練，被試2號在面對電視廣告頁面時表現出困擾。廣告界面導航的復雜性往往讓老年用戶無法正確退回到正常頁面，也說明智能電視在老年用戶的體驗上有待改進。這一觀察結果也強調了簡化界面設計和最小化認知負荷以增強可用性和減輕用戶挫敗感的重要性。只有更好地解決這些挑戰，智能電視技術才能更好地滿足老年人的需求和偏好，最終帶來更直觀、更愉快的觀看體驗，詳細行為觀察見圖4。

通過觀察被試人員1和人員2一整天的行為特征并分別建立被試行為觀察圖，拾取關鍵的行為特征，盡管遇到挑戰，2位被試人員都表現出了適應新技術的意愿，2位被試人員在面對不同的智能家居時熟悉程度各不相同，且在各自特定領域表現出優勢[12]。例如，被試人員1在智能廚房家居上表現出優勢，被試人員2在觀看智能電視方面展現出優勢。再進行一對一的用戶訪談，發現構建出全面的用戶行為重建映射需求圖是至關重要的。該圖對后續設計出智能家居解決方案具有一定的指導作用，且與老年用戶的需求和偏好緊密結合，將用戶與智能家居產生聯系時的行為進行解構組合，映射出老年用戶的需求，結合大字體、高對比度界面、語音引導導航和觸覺反饋等輔助功能，以適應有一定視覺障礙的老年用戶，并為用戶提供可定制的設置和個性化選項。老年用戶群體通常在與智能家居的交互中表達了對簡單性、可靠性和自主性的強烈渴望。聽取用戶意見能夠使用戶輕松導航獨屬于他們的智能家居環境，同時解決他們的特定痛點和偏好，最終將帶來更具包容性和豐富的用戶體驗。此外，為了滿足老年用戶不斷變化的需求，用戶參與和意見反饋對進行完善的智能家居設計方案至關重要，詳細行為觀察見表1～2，行為重建映射需求圖如圖5所示。

2.4 智能家居適老化產品需求洞察與分析

根據圖5得出用戶的意向需求，為了進一步細化需求，將現有智能家居適老化產品進行對比分析，得出當前市場智能家居適老化產品的優勢、劣勢，以及差距，并邀請老年用戶群體及相關從業者參與打分，共同評選出智能家居適老化產品樣本，樣本圖分為智能家居產品類和智能家居界面類。通過讓老年用戶參與進來，可以獲得有關產品在滿足老年用戶需求方面的實際可用性及有效的寶貴見解。深入檢查所選樣本，確定有助于有效滿足老年人需求的關鍵特征和設計元素，最終選定了8個智能家居適老化產品樣本。智能家居適老化樣本圖見圖6。

圖4 被試2號整天的行為

表1 被試1號整天行為綜合觀察表

Tab.1 Comprehensive observation form of participant 1's behavior throughout the day

表2 被試2號整天行為綜合觀察表

Tab.2 Comprehensive observation form of participant 2's behavior throughout the day

結合圖5和圖6得出用戶需求感性詞匯，對感性詞匯進行系統的評估和篩選，通過老年用戶和相關從業者的協作，將感性詞匯進行相關性、重要性的優先級排序[13]。將得出的感性詞匯列為表格，分為外觀層、功能層和空間層，每一層有分別對應的詞匯，如：亮-暗、光面-啞光、暖色-冷色等。這些感性意象詞匯幫助創造出符合老年用戶行為特征和偏好的智能家居，確保舒適、便捷的生活環境。智能家居適老化感性意象詞匯見表3。

3 基于行為特征的智能家居適老化設計方法研究策略

3.1 基于行為特征的智能家居適老化設計原則

通過檢驗獲得的老年用戶感性詞匯適用于老年用戶的適老化設計原則，分為遵從行為習慣原則、行為安全性原則和行為容錯性設計原則。遵從行為習慣原則主要是指智能家居系統與老年用戶現有的日常生活和習慣無縫銜接，如早上開燈、晚上調節室溫，以及提供可定制的設置，允許用戶根據自己的生活方式和慣例設置首選的照明水平、溫度和自動化時間表。行為安全性原則是指采用能夠檢測運動模式變化并識別潛在跌倒風險的傳感器、算法和集成緊急響應功能，具體表現為提醒老年用戶自動調整環境，如在夜間調暗燈光以減少眩光、緊急按鈕或語音激活警報，使用戶能夠在發生事故或緊急情況快速尋求幫助。行為容錯性設計原則是指將備份系統納入智能家居基礎設施的關鍵結構中，確保在設備故障或網絡中斷時發揮此功能或實施友好的錯誤處理機制，讓智能家居在發生錯誤或故障時提供清晰且可操作的反饋系統，包括視聽覺警報和解決問題的故障排除步驟指南。例如，在單個部件發生故障時，傳感器和通信路徑幫助維持連接，視聽覺警報響起，然后查看相應的故障排除步驟指南。

圖5 用戶行為重建映射需求圖

表3 智能家居適老化感性意象詞匯

Tab.3 Smart home age-friendly perceptual image vocabulary

這些原則的任意一個都有助于創建適用于老年用戶的智能家居環境，不僅響應了老年用戶的行為特征，還優先考慮他們的安全性、舒適性和獨立性。遵從這些原則，可以更好地確保智能家居能夠有效支持并提高老年用戶的生活質量，最大限度地減少潛在的風險和干擾[14]。

3.2 基于行為特征的智能家居適老化設計方法研究模型

根據適老化設計原則構建基于行為特征的智能家居適老化設計方法研究模型，為設計智能家居系統提供了有力的依據，強調了個性化響應、智能界面、健康監測和緊急救援等方面，為老年用戶創造更好的生活環境，對智能家居和老年護理領域具有指導意義[15]。基于行為特征的智能家居適老化設計方法研究模型分為設計需求、概念設計和細節設計三個層次。第一個層次涉及對智能家居環境中老年用戶的需求、偏好和行為特征進行全面研究，利用調查、問卷、訪談和人種學研究等定性和定量研究方法來收集用戶需求對用戶行為、文化和地區的影響；第二層次根據需求研究階段的發現產生概念設計想法，內容包括探索與老年用戶產生共鳴的產品和服務的有意義屬性，考慮文化象征、情感意義和實用性，可以通過頭腦風暴、構思研討和概念草圖開發滿足老年用戶已確定的需求和偏好的設計概念；第三層次需要在第二層次的基礎上進行深入的細節設計，以完善和發展為更具體的解決方案，包括指定有助于產品可用性的功能，以及具吸引力的材料、尺寸、顏色、紋理、交互元素。此階段可與工業設計師、工程師和制造商合作，將設計理念轉化為有形產品，使用CAD建模、3D渲染和快速原型制作來創建物理原型以進一步地測試和改進。

通過遵循這一模式，設計師和開發人員可以系統地應對在創建具有文化相關性、以用戶為中心和技術創新的智能家居適老化設計研究方面所面臨的挑戰。該模型重視以用戶為中心的設計、跨學科協作和不斷完善的重要性，以便為老齡化人口創建有意義且有影響力的智能家居解決方案[16]，詳細方案模型見圖7。

圖7 基于行為特征的智能家居適老化設計方法研究模型

3.3 基于行為特征的智能家居適老化界面設計

在界面交互領域，交互行為過程概括了從用戶操作的開始到完成界面內最終任務目標的整體流程。以智能家居適老化設計原則和方法研究模型為指導，在設計這款界面時，其主要圍繞界面布局、界面導航和界面配色3個關鍵要素進行[17]。為了滿足老年用戶的需求，采用了系統化方法，注重簡化界面元素，并在界面布局上采用結構化排列，使得導航更加直觀。實施了統一的、柔和的冷色調，方便提高視覺清晰度，減少老年用戶的認知負擔。此外，將字體減少、圖像增多，以方便老年用戶識別整個系統的布局。每一個界面家居產品均采用數字和圖像以方便老年用戶的理解和記憶。界面整體簡約，操作簡單，重復性操作居多。此界面交互策略如下。

1）交互層級對復雜任務的分解、功能層級避免交叉和將不必要的操作合并。

2）交互行為則是提高誤觸的容錯率、有明確的操作和引導、增加語音控制。通過優先考慮以老年用戶為中心的設計原則作為行為研究的前提，此智能家居界面經過定制，可以滿足老年用戶的獨特需求和偏好，從而促進智能家居環境中的獨立性、效率和易用性。基于行為特征的智能家居適老化界面設計見圖8。

圖8 基于行為特征的智能家居適老化界面設計

4 結語

基于行為特征的智能家居適老化設計方法研究，強調了理解老年用戶行為和偏好在塑造智能家居技術演變中的關鍵作用。通過深入研究老年用戶群體所表現出的行為，重建了其行為特征，以挖掘有價值的見解。包括探索痛點以辨別關鍵需求，并進行精心篩選和總結。綜合用戶行為觀察、感知圖像詞匯分析，以及現有智能家居產品樣本等進行分析，闡明了老年用戶和智能家居界面之間錯綜復雜關系，制定了以下內容。

1）進行了老年用戶群體特點分析。總結出此階段老年用戶所表現出的行為特征，從而為他們設計出更有效地的干預措施。

2）提取了老年用戶群體家居生活需求。揭示了他們在智能家居環境下的日常生活、偏好和挑戰，以及細致入微的見解。強調了老年用戶的多樣化需求和能力，指導開發量身定制的解決方案，以滿足他們的獨特情況。

3）完善了面向老年群體行為特征的適老化設計原則和基于行為特征的智能家居適老化設計方法研究模型。通過對用戶行為觀察、感知圖像詞匯分析和現有智能家居產品樣本分析的洞察進行整合，將以用戶為中心的研究方法與實用的設計策略相結合，增強了研究模型的有效性和適用性，致力于創造能夠滿足老年人不斷變化的需求的智能家居環境。

4）設計了一款基于老年用戶群體行為特征的智能家居適老化界面。通過保持視覺一致性和連貫性，最大限度地減少認知負荷并確保友好的用戶體驗，在探索智能家居適老化設計和行為特征的交叉點時，強調了交互行為在提高老年人生活空間內的生活質量、獨立性和滿意度方面的潛力。

通過行為特征的視角，追求適用于每個年齡階段的智能家居設計不僅僅是一項任務，而是一項以人為本的使命，培育一個在互聯網不斷發展環境中可以改善所有人生活的未來。

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Aging-friendly Design Method of Smart Home Based on Behavioral Characteristics

XIE Shuli1, SHUI Yuting2

(1. Xihua University, Chengdu 610039, China; 2. Southwest Jiaotong University, Chengdu 611752, China)

The work aims to respond to the global aging trend and improve the quality of life and independence of the elderly through in-depth analysis on behavioral data of the elderly and the construction of behavioral models and smart home aging-friendly design frameworks. First, through systematic data analysis, data on the daily activities, movement patterns and health status of the elderly were collected to build a behavioral model. Secondly, based on the behavioral model, an innovative smart home aging-friendly design framework was proposed, focusing on key design elements such as personalization, intelligent interface, intelligent health monitoring and emergency rescue. Finally, through behavioral data analysis, a behavior model of the elderly was successfully established to provide data support for the design of smart home systems. In conclusion, by analyzing behavioral data, the behavioral model of the elderly is established, which provides a strong basis for the design of smart home systems. The proposed design framework emphasizes personalized response, intelligent interface, health monitoring and emergency rescue, etc., to create a better living environment for elderly users. It has guiding significance for smart home and elderly care.

home-based elderly; smart home; behavioral characteristics; aging-friendly design; interactive interface

TB472

A

1001-3563(2024)08-0468-10

10.19554/j.cnki.1001-3563.2024.08.053

2023-11-15

2020年四川省高校哲學社會科學重點研究基地“工業設計產業研究中心”一般項目（GYSJ18032）；2023年西華大學校級橫向課題（wx2321052）