發布時間：所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要：通過研究智能照明產品以及老年人的照明需求，梳理智能照明產品所采用的交互方式及特點，分析目前適老化智能照明產品存在的設計問題，提出適老化智能照明產品的設計策略。按照交互方式的不同，分析了手動交互、APP控制以及行為交互各自的特點、適用場景以及目前
摘 要：通過研究智能照明產品以及老年人的照明需求，梳理智能照明產品所采用的交互方式及特點，分析目前適老化智能照明產品存在的設計問題，提出適老化智能照明產品的設計策略。按照交互方式的不同，分析了手動交互、APP控制以及行為交互各自的特點、適用場景以及目前存在的設計問題。從老年人的視覺特征、行為特征以及心理特征分析了老年人對于智能照明的需求層次。針對老年人視力特征提出了提高視敏度、保證色彩辨識能力、避免炫光以及明暗過度緩沖等適老化照明原則。針對老年人生理心理特征，提出了采用隱式交互、自然交互等適老化交互策略。針對老年人行為特征，提出了場景化設計原則。為適老化智能照明方面的研究以及產品設計提供一定的思路。
關鍵詞：智能家居;智能照明;交互方式;適老化設計
近些年來，智能家居產業飛速發展，逐漸進入了人們的日常生活，一定程度上提升了生活質量。智能照明產品以滿足用戶個性化的照明需求為主要功能，是智能家居的重要組成部分之一。此外，中國65歲以上獨居老人的數量也在逐年攀升，如何保證獨居老人的生活質量成為一大社會性難題。老年人視覺能力普遍衰退，對于智能產品接受能力較差，因此智能照明產品的適老化設計研究具有重要的意義[1] 。
1 智能照明產品及其交互方式
科學技術的進步使智能家居行業蓬勃發展，智能家居是指以住宅為平臺，通過一系列現代化技術，將與家居生活有關的設施集成，構建高效的管理系統，提升居住環境的舒適度。照明需求是人類社會誕生以來最為基本的需求之一，其首要目的是創造良好的可見度以及舒適愉快的環境。隨著物聯網、半導體 LED 照明技術以及云計算技術的成熟，智能照明產品可以滿足人們不同的照明需求，且具有便利性、舒適性、娛樂性以及與其他智能家居配合互聯等特性，在智能家居系統中占據著重要的一環。
1.1 智能照明產品智能照明產品
一般由傳感器、控制單元以及光源組成。常見的控制方式包括但不限于應用程序操控、聲控、光控以及體感操控，不同的控制方式適用于不同的應用場景[2-3] 。智能照明系統的通信方式一般采用短距無線通信技術，常見的有藍牙、WiFi以及Zigbee等，不同技術手段有不同特點。室內照明產品多采用藍牙或Wi-Fi技術，室外工程照明則更多采用 ZigBee 技術。相比于藍牙或 Wi-Fi， ZigBee技術具有成本低、功耗小的優點，目前較為常用的家庭智能照明產品多采用Wi-Fi轉ZigBee技術，既有一定的兼容性，又保證了較低的成本以及功耗。在光源的選擇上，LED光源具有低功耗、污染小、壽命長、性能強等優點，一般常作為智能照明產品的光源。
1.2 智能照明產品所采用的交互方式
目前常見的智能照明產品主要采用包括直接手動交互、觸摸式交互、手機APP控制以及感應式交互等方式。其中，傳統的手動交互、觸摸交互以及APP控制屬于顯式交互方式，一般需要用戶中斷自己正在進行的行為來進行交互動作。這種交互過程會分散用戶的注意力，增加學習負擔與記憶負擔。紅外感應、聲控以及光控等交互方式屬于隱式交互，這種交互方式由產品主動感應用戶行為以及環境變化，不需要用戶發出指令[4] 。隱式交互可以顯著降低用戶對于產品的注意力，將用戶的自發性行為作為輸入指令，且可以動態地調整設備以適應環境，讓環境長期處于適宜的狀態。
1.2.1 手動交互手
動交互是最為直接也是最為簡單的交互方式，從最基本的開合、取放控制燈具的開關狀態，到旋轉、移動等控制照明的亮度等。手動交互以其較為簡單直接的方式被大部分照明產品所采用，用戶通過該交互方式可以高效地完成對燈具的控制，且幾乎不需要任何學習過程。但另一方面，手動交互要求用戶必須用手去接觸開關，有很強的限制性，不符合智能產品交互的設計思路。如圖1所示為常見手動交互燈具。
1.2.2 APP控制
目前市面上大多智能照明產品通過手機 APP 的界面觸摸交互方式控制，屬于手動交互范疇，不過擺脫了用戶必須接觸產品的限制，可以遠程操控且可以控制的變量也更加豐富。用戶可以通過手機APP控制燈具并可設置個性化的照明模式，豐富的自定義內容極大地提高了用戶的照明體驗。但是這種控制方式一般學習成本較高，需要用戶理解燈具的運行邏輯以及有一定的相關APP使用經驗。對于老年人等特殊群體，很難有良好的使用體驗。如圖2所示為常見通過APP控制的燈具。
1.2.3 行為交互
行為交互方式涵蓋了體感交互、聲控、溫控以及光控等。該交互方式不需要用戶主動進行動作以控制燈具，而是通過自動捕捉用戶行為、環境亮度、溫度等信息來控制調節照明產品。該方式一般稱為隱式交互，其可以最大限度地降低用戶對產品以及交互過程的注意力，保持用戶對于正在進行的事情的專注程度。如圖3所示為常見通過行為交互的燈具。
1.3 智能照明產品所存在的設計問題
1.3.1 功能性欠缺
智能照明產品通過應用交互技術可在一定程度上實現對燈具開關、亮度、燈光顏色等控制的多樣性、趣味性，會產生短期新鮮感，但并沒有從實質上提升產品的功能性、系統性和用戶體驗，智能化技術的不當應用還有可能給特殊用戶的使用帶來困難和障礙。
1.3.2 使用成本高，操作復雜
使用成本包括了設備成本以及學習成本，一套完整的家居智能照明系統的安裝成本并不低，如何降低產品的成本，是未來智能照明發展所需解決的主要問題。其次，大多智能照明產品的調試以及學習使用過程較為復雜，在設計過程中應盡可能簡化用戶的學習過程以及調試過程，達到“易用”的設計目標。
1.3.3 相關通信協議多，無通用的技術標準
智能照明產品所采用的通信協議分為有線與無線兩種，家居照明產品多采用無線通信協議，常見的無線通信協議包括ZigBee、Wi-Fi以及藍牙等。 ZigBee是一種基于IEEE802.15.4標準的低功耗、短距離局域網協議，由于其具有低成本、低功耗、低復雜度的特點而被廣泛使用。Wi-Fi 是一種基于 IEEE802.11標準的無線通信技術，具有強大的兼容性與普適性，但同時也有著高功耗、高成本的缺點，限制了其使用場景。Ble是一種低功耗的藍牙通信技術，與移動設備有著良好的交互性，較少有單純基于Ble技術的照明架構存在，大多為多協議混合的照明架構體系。目前智能照明廠商間并沒有一個統一的通信協議，不同廠商的產品不能很好地銜接使用[5-6] 。
2 適老化智能照明產品設計需求分析
隨著年齡的增長，身體機能逐漸下降，導致老年人在日常生活中會遇到許多問題，生活質量顯著降低。如何依據老年人生理心理特征設計出適老化智能產品，成為提升老年人生活品質的關鍵。
2.1 老年人特征
2.1.1 視覺特征
人類視網膜上的視覺細胞以及視神經纖維會隨著年齡的增長逐步減少，導致視網膜的功能隨之衰退，在視覺能力上的體現就是感光能力下降。同時，由于水晶體硬化以及透光能力的減弱、瞳孔收縮差逐漸變小，老年人普遍會出現看東西模糊、色彩辨識能力弱、明暗適應能力差、眩光恢復能力低等癥狀。針對以上特征，適老化的智能照明產品在照明策略方面首先應該為老年人提供充足的光照，同時避免眩光以及過于迅速地環境明暗變化等。
2.1.2 行為特征
老年人的肌肉會隨著年齡的增長發生退化萎縮，肌肉量的流失導致肌力不足，最終導致老年人對于關節的控制能力差，在蹲起、坐起等一系列日常動作中，容易發生重心不穩的現象。多數老年人在日常行為動作中存在一定程度的困難，相比于年輕人，其在完成這些簡單動作時需要花費更長的時間、消耗更多的體力、存在更多的安全隱患。這一特征使得老年人對于照明有著更高的需求，尤其是在夜間坐起等特殊行為動作時，同時，還要盡量避免由于光照不足或者眩光等照明問題給老年人帶來的安全隱患。
2.1.3 心理特征
老年人在心理方面主要表現出認知和記憶能力衰退，從而伴隨產生失落、自卑的心理感受。人類的學習能力受到信息處理速度、記憶力、理解能力以及認知能力的影響，而這些能力都會隨著年齡的增加產生不同程度的衰退。有研究表明，通過隱喻等方式將智能照明產品交互方式與老年人熟悉的交互方式相結合，可以幫助其加強相關操作的理解與記憶。易于理解的照明產品交互方式，也可以幫助老年人生活自理，減輕了被子女照顧的心理負擔，有效改善其生活質量。
2.2 適老化智能照明產品設計需求
目前對于智能照明產品適老化設計研究基礎還較為薄弱，大多數研究主要集中在養老機構的整體照明策略，或具有普適性的室內智能照明產品[7] 。照明策略方面一般以氛圍烘托、智能操控為研究重心，較少考慮老年人等用戶的特殊行為特征。根據馬斯洛需求層次理論，智能照明產品應該首先保證老年人對照明的功能性和安全性需求，即提供充足的光源以保證照度和老年人行動安全，在此之上，應該逐步滿足老年人更高層次的需求[8-9] ，如圖4所示。
相關知識推薦：家居智能化控制論文引用文獻
3 智能照明產品適老化設計原則
3.1 適老化照明原則
老年人視覺障礙主要體現在視敏度差、色彩辨識能力弱、防眩光能力弱以及明暗適應緩慢等方面，針對以上視覺特征，提出以下適老化照明原則。
3.1.1 提高視敏度原則
老年人視敏度會隨著年齡的增長逐漸下降，具體表現為在弱光條件下較難分辨物體以及有效視線距離縮短。保證室內照明充足，調節各個活動區域的照度以滿足老年人在進行不同活動時的照明需求。王辛等[10] 在老年人起居室照度實驗中通過控制被試者年齡以及照度兩個變量，采用數字校對和主觀舒適度評價等方法得出了老年人在 100 ~ 250 lx之間有較高的視敏度，在150 lx達到最高。
3.1.2 保證色彩辨識能力原則
晶狀體的老化會使老年人在分辨顏色時更加困難，尤其在冷色調的照明環境中。通過調節照明色溫至4 000 ~ 5 000 K之間可以更好地幫助老年人分辨顏色，保障行動安全[11-13] 。
3.1.3 避免眩光原則
眩光分為不舒適眩光和失能眩光，老年人對于眩光更加敏感且在遭受眩光后恢復能力差[14] 。為避免眩光現象的發生，適老化照明不應采用單個過于明亮的光源，應對光源進行必要的遮擋，避免直接照射，多采用間接照射的方式。
3.1.4 明暗過渡原則
老年人對于明暗變化的適應能力顯著降低，進入亮度差異過大的房間內會導致老年人視覺不適，容易發生危險。在老年人室內照明設計中，應該避免亮度差異過大，或者設置亮度緩沖地帶，給予老年人適應的時間，減輕老年人的視覺負擔[15-17] 。
3.2 適老化交互原則
相比于顯式交互方式，隱式交互可以最大限度地降低用戶對產品的注意力，減小用戶的心理負擔。老年用戶由于學習與接受能力的下降，普遍對智能產品等新事物接受能力較低，容易產生不會用、不敢用、怕用壞等心理負擔[18-20] 。智能產品存在于老年用戶生活場景內時，會增加其一定的心理壓力，尤其是較為復雜的操控設備。體感、光控等交互方式可以最大程度的減小老年用戶與產品的主動交互過程，減少其對于產品的注意力，從而減輕心理負擔。對于身體機能逐漸下降，記憶力衰退的老年人，應該多采用隱式交互、自然交互等策略[21-23] 。
3.3 場景化設計原則
目前多數智能照明產品或系統都可以設置特定的場景照明，比如電影模式、起床模式、閱讀模式等，但大多模式設置更多考慮的是偏娛樂性質的需求，針對用戶健康需求的照明策略設計數量不多且種類較為單一[24-25] 。適老化智能照明產品應該根據老年人具體行為特征，設計起夜照明、閱讀照明以及危險區域照明等不同的照明策略。利用目前智能產品的學習能力，充分發揮智能產品的“主觀能動性”，充分與其他家居智能設備聯動，達到“場景化”的服務目的[26-28] 。
4 結 語
隨著身體機能的不斷衰退，老年人在生活的各個方面需要更多的關心與照顧，針對老年人生理心理特征而設計的適老化產品可以有效地解決老年人生活中遇到的困難。智能照明產品以及其他智能家居產品應該更多地考慮到老年用戶的使用體驗，做出針對性的適老化設計。優秀的適老化交互體驗可以降低老年人對于智能產品的抵抗心理，減弱老年人的“社會脫節感”。在老齡化現象日益嚴重的今天，適老化智能產品的設計與研究更為重要，可以幫助老年人適應智能化的現代生活方式，減輕年輕人的養老壓力，提高老年人的生活質量，一定程度上緩解“養老難”的社會問題。——論文作者：陳祖堯，劉艷陽，劉 瑋
參考文獻：
[1]黃群，馮新凌. 基于老年人行為特征的家居智能照明產品交互設計探究[J]. 設計，2017，30(5)：132-133.
[2] 田鈺彬，朱劍剛，王國坤. 智能家居語音交互體驗的設計方法探析[J]. 家具，2021，42(3)：23-27，38.
[3] 賀雪梅，邵驍裕，王海鋒. 基于場景思維的家具產品設計策略研究[J]. 林產工業，2020，57(12)：65-69.
[4]裴悅舟，劉潁希. 基于隱式交互模式的智能照明產品設計研究[J]. 裝飾，2020，63(11)：136-137.
[5] 劉海濤，張奕，高朋. 智能家居在照明領域的應用[J]. 人工智能，2020，7(5)：48-57.
[6] 李軍. 智能照明系統常見通信協議的對比淺析[J]. 現代建筑電氣，2018，9(8)：15-18.
[7] 嵇柔. 智慧家庭背景下初老人群自然交互設計研究[D]. 無錫：江南大學，2019.
[8] 李農，周萌萌 . 人類照明需求層次理論與照明設計[J]. 照明工程學報，2015，26(3)：48-51.
[9] 賀雪梅，孔維佳，鄧曉璇. 基于意象轉譯的家具設計策略[J]. 林產工業，2020，57(2)：55-57.
[10] 王辛，王羽. 老年人起居室照度適老性實驗[J]. 住區， 2015，5(6)：153-156，152.
[11] 劉煒，楊春宇，陳仲林. 老年人住宅照明光環境[J]. 照明工程學報，2001，12(3)：14-17.
[12]王傳智. 老年公寓室內照明設計研究[D]. 哈爾濱：哈爾濱理工大學，2019.
