智能家居照明产品适老化设计

发布时间：2022-04-12所属分类：科技论文浏览：1次

摘 要： 摘 要：通过研究智能照明产品以及老年人的照明需求，梳理智能照明产品所采用的交互方式及特点，分析目前适老化智能照明产品存在的设计问题，提出适老化智能照明产品的设计策略。按照交互方式的不同，分析了手动交互、APP控制以及行为交互各自的特点、适用场景以及目前

　　摘 要：通过研究智能照明产品以及老年人的照明需求，梳理智能照明产品所采用的交互方式及特点，分析目前适老化智能照明产品存在的设计问题，提出适老化智能照明产品的设计策略。按照交互方式的不同，分析了手动交互、APP控制以及行为交互各自的特点、适用场景以及目前存在的设计问题。从老年人的视觉特征、行为特征以及心理特征分析了老年人对于智能照明的需求层次。针对老年人视力特征提出了提高视敏度、保证色彩辨识能力、避免炫光以及明暗过度缓冲等适老化照明原则。针对老年人生理心理特征，提出了采用隐式交互、自然交互等适老化交互策略。针对老年人行为特征，提出了场景化设计原则。为适老化智能照明方面的研究以及产品设计提供一定的思路。

　　关键词：智能家居;智能照明;交互方式;适老化设计

　　近些年来，智能家居产业飞速发展，逐渐进入了人们的日常生活，一定程度上提升了生活质量。智能照明产品以满足用户个性化的照明需求为主要功能，是智能家居的重要组成部分之一。此外，中国65岁以上独居老人的数量也在逐年攀升，如何保证独居老人的生活质量成为一大社会性难题。老年人视觉能力普遍衰退，对于智能产品接受能力较差，因此智能照明产品的适老化设计研究具有重要的意义[1] 。

　　1 智能照明产品及其交互方式

　　科学技术的进步使智能家居行业蓬勃发展，智能家居是指以住宅为平台，通过一系列现代化技术，将与家居生活有关的设施集成，构建高效的管理系统，提升居住环境的舒适度。照明需求是人类社会诞生以来最为基本的需求之一，其首要目的是创造良好的可见度以及舒适愉快的环境。随着物联网、半导体 LED 照明技术以及云计算技术的成熟，智能照明产品可以满足人们不同的照明需求，且具有便利性、舒适性、娱乐性以及与其他智能家居配合互联等特性，在智能家居系统中占据着重要的一环。

　　1.1 智能照明产品智能照明产品

　　一般由传感器、控制单元以及光源组成。常见的控制方式包括但不限于应用程序操控、声控、光控以及体感操控，不同的控制方式适用于不同的应用场景[2-3] 。智能照明系统的通信方式一般采用短距无线通信技术，常见的有蓝牙、WiFi以及Zigbee等，不同技术手段有不同特点。室内照明产品多采用蓝牙或Wi-Fi技术，室外工程照明则更多采用 ZigBee 技术。相比于蓝牙或 Wi-Fi， ZigBee技术具有成本低、功耗小的优点，目前较为常用的家庭智能照明产品多采用Wi-Fi转ZigBee技术，既有一定的兼容性，又保证了较低的成本以及功耗。在光源的选择上，LED光源具有低功耗、污染小、寿命长、性能强等优点，一般常作为智能照明产品的光源。

　　1.2 智能照明产品所采用的交互方式

　　目前常见的智能照明产品主要采用包括直接手动交互、触摸式交互、手机APP控制以及感应式交互等方式。其中，传统的手动交互、触摸交互以及APP控制属于显式交互方式，一般需要用户中断自己正在进行的行为来进行交互动作。这种交互过程会分散用户的注意力，增加学习负担与记忆负担。红外感应、声控以及光控等交互方式属于隐式交互，这种交互方式由产品主动感应用户行为以及环境变化，不需要用户发出指令[4] 。隐式交互可以显著降低用户对于产品的注意力，将用户的自发性行为作为输入指令，且可以动态地调整设备以适应环境，让环境长期处于适宜的状态。

　　1.2.1 手动交互手

　　动交互是最为直接也是最为简单的交互方式，从最基本的开合、取放控制灯具的开关状态，到旋转、移动等控制照明的亮度等。手动交互以其较为简单直接的方式被大部分照明产品所采用，用户通过该交互方式可以高效地完成对灯具的控制，且几乎不需要任何学习过程。但另一方面，手动交互要求用户必须用手去接触开关，有很强的限制性，不符合智能产品交互的设计思路。如图1所示为常见手动交互灯具。

　　1.2.2 APP控制

　　目前市面上大多智能照明产品通过手机 APP 的界面触摸交互方式控制，属于手动交互范畴，不过摆脱了用户必须接触产品的限制，可以远程操控且可以控制的变量也更加丰富。用户可以通过手机APP控制灯具并可设置个性化的照明模式，丰富的自定义内容极大地提高了用户的照明体验。但是这种控制方式一般学习成本较高，需要用户理解灯具的运行逻辑以及有一定的相关APP使用经验。对于老年人等特殊群体，很难有良好的使用体验。如图2所示为常见通过APP控制的灯具。

　　1.2.3 行为交互

　　行为交互方式涵盖了体感交互、声控、温控以及光控等。该交互方式不需要用户主动进行动作以控制灯具，而是通过自动捕捉用户行为、环境亮度、温度等信息来控制调节照明产品。该方式一般称为隐式交互，其可以最大限度地降低用户对产品以及交互过程的注意力，保持用户对于正在进行的事情的专注程度。如图3所示为常见通过行为交互的灯具。

　　1.3 智能照明产品所存在的设计问题

　　1.3.1 功能性欠缺

　　智能照明产品通过应用交互技术可在一定程度上实现对灯具开关、亮度、灯光颜色等控制的多样性、趣味性，会产生短期新鲜感，但并没有从实质上提升产品的功能性、系统性和用户体验，智能化技术的不当应用还有可能给特殊用户的使用带来困难和障碍。

　　1.3.2 使用成本高，操作复杂

　　使用成本包括了设备成本以及学习成本，一套完整的家居智能照明系统的安装成本并不低，如何降低产品的成本，是未来智能照明发展所需解决的主要问题。其次，大多智能照明产品的调试以及学习使用过程较为复杂，在设计过程中应尽可能简化用户的学习过程以及调试过程，达到“易用”的设计目标。

　　1.3.3 相关通信协议多，无通用的技术标准

　　智能照明产品所采用的通信协议分为有线与无线两种，家居照明产品多采用无线通信协议，常见的无线通信协议包括ZigBee、Wi-Fi以及蓝牙等。 ZigBee是一种基于IEEE802.15.4标准的低功耗、短距离局域网协议，由于其具有低成本、低功耗、低复杂度的特点而被广泛使用。Wi-Fi 是一种基于 IEEE802.11标准的无线通信技术，具有强大的兼容性与普适性，但同时也有着高功耗、高成本的缺点，限制了其使用场景。Ble是一种低功耗的蓝牙通信技术，与移动设备有着良好的交互性，较少有单纯基于Ble技术的照明架构存在，大多为多协议混合的照明架构体系。目前智能照明厂商间并没有一个统一的通信协议，不同厂商的产品不能很好地衔接使用[5-6] 。

　　2 适老化智能照明产品设计需求分析

　　随着年龄的增长，身体机能逐渐下降，导致老年人在日常生活中会遇到许多问题，生活质量显著降低。如何依据老年人生理心理特征设计出适老化智能产品，成为提升老年人生活品质的关键。

　　2.1 老年人特征

　　2.1.1 视觉特征

　　人类视网膜上的视觉细胞以及视神经纤维会随着年龄的增长逐步减少，导致视网膜的功能随之衰退，在视觉能力上的体现就是感光能力下降。同时，由于水晶体硬化以及透光能力的减弱、瞳孔收缩差逐渐变小，老年人普遍会出现看东西模糊、色彩辨识能力弱、明暗适应能力差、眩光恢复能力低等症状。针对以上特征，适老化的智能照明产品在照明策略方面首先应该为老年人提供充足的光照，同时避免眩光以及过于迅速地环境明暗变化等。

　　2.1.2 行为特征

　　老年人的肌肉会随着年龄的增长发生退化萎缩，肌肉量的流失导致肌力不足，最终导致老年人对于关节的控制能力差，在蹲起、坐起等一系列日常动作中，容易发生重心不稳的现象。多数老年人在日常行为动作中存在一定程度的困难，相比于年轻人，其在完成这些简单动作时需要花费更长的时间、消耗更多的体力、存在更多的安全隐患。这一特征使得老年人对于照明有着更高的需求，尤其是在夜间坐起等特殊行为动作时，同时，还要尽量避免由于光照不足或者眩光等照明问题给老年人带来的安全隐患。

　　2.1.3 心理特征

　　老年人在心理方面主要表现出认知和记忆能力衰退，从而伴随产生失落、自卑的心理感受。人类的学习能力受到信息处理速度、记忆力、理解能力以及认知能力的影响，而这些能力都会随着年龄的增加产生不同程度的衰退。有研究表明，通过隐喻等方式将智能照明产品交互方式与老年人熟悉的交互方式相结合，可以帮助其加强相关操作的理解与记忆。易于理解的照明产品交互方式，也可以帮助老年人生活自理，减轻了被子女照顾的心理负担，有效改善其生活质量。

　　2.2 适老化智能照明产品设计需求

　　目前对于智能照明产品适老化设计研究基础还较为薄弱，大多数研究主要集中在养老机构的整体照明策略，或具有普适性的室内智能照明产品[7] 。照明策略方面一般以氛围烘托、智能操控为研究重心，较少考虑老年人等用户的特殊行为特征。根据马斯洛需求层次理论，智能照明产品应该首先保证老年人对照明的功能性和安全性需求，即提供充足的光源以保证照度和老年人行动安全，在此之上，应该逐步满足老年人更高层次的需求[8-9] ，如图4所示。

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　　3 智能照明产品适老化设计原则

　　3.1 适老化照明原则

　　老年人视觉障碍主要体现在视敏度差、色彩辨识能力弱、防眩光能力弱以及明暗适应缓慢等方面，针对以上视觉特征，提出以下适老化照明原则。

　　3.1.1 提高视敏度原则

　　老年人视敏度会随着年龄的增长逐渐下降，具体表现为在弱光条件下较难分辨物体以及有效视线距离缩短。保证室内照明充足，调节各个活动区域的照度以满足老年人在进行不同活动时的照明需求。王辛等[10] 在老年人起居室照度实验中通过控制被试者年龄以及照度两个变量，采用数字校对和主观舒适度评价等方法得出了老年人在 100 ~ 250 lx之间有较高的视敏度，在150 lx达到最高。

　　3.1.2 保证色彩辨识能力原则

　　晶状体的老化会使老年人在分辨颜色时更加困难，尤其在冷色调的照明环境中。通过调节照明色温至4 000 ~ 5 000 K之间可以更好地帮助老年人分辨颜色，保障行动安全[11-13] 。

　　3.1.3 避免眩光原则

　　眩光分为不舒适眩光和失能眩光，老年人对于眩光更加敏感且在遭受眩光后恢复能力差[14] 。为避免眩光现象的发生，适老化照明不应采用单个过于明亮的光源，应对光源进行必要的遮挡，避免直接照射，多采用间接照射的方式。

　　3.1.4 明暗过渡原则

　　老年人对于明暗变化的适应能力显著降低，进入亮度差异过大的房间内会导致老年人视觉不适，容易发生危险。在老年人室内照明设计中，应该避免亮度差异过大，或者设置亮度缓冲地带，给予老年人适应的时间，减轻老年人的视觉负担[15-17] 。

　　3.2 适老化交互原则

　　相比于显式交互方式，隐式交互可以最大限度地降低用户对产品的注意力，减小用户的心理负担。老年用户由于学习与接受能力的下降，普遍对智能产品等新事物接受能力较低，容易产生不会用、不敢用、怕用坏等心理负担[18-20] 。智能产品存在于老年用户生活场景内时，会增加其一定的心理压力，尤其是较为复杂的操控设备。体感、光控等交互方式可以最大程度的减小老年用户与产品的主动交互过程，减少其对于产品的注意力，从而减轻心理负担。对于身体机能逐渐下降，记忆力衰退的老年人，应该多采用隐式交互、自然交互等策略[21-23] 。

　　3.3 场景化设计原则

　　目前多数智能照明产品或系统都可以设置特定的场景照明，比如电影模式、起床模式、阅读模式等，但大多模式设置更多考虑的是偏娱乐性质的需求，针对用户健康需求的照明策略设计数量不多且种类较为单一[24-25] 。适老化智能照明产品应该根据老年人具体行为特征，设计起夜照明、阅读照明以及危险区域照明等不同的照明策略。利用目前智能产品的学习能力，充分发挥智能产品的“主观能动性”，充分与其他家居智能设备联动，达到“场景化”的服务目的[26-28] 。

　　4 结 语

　　随着身体机能的不断衰退，老年人在生活的各个方面需要更多的关心与照顾，针对老年人生理心理特征而设计的适老化产品可以有效地解决老年人生活中遇到的困难。智能照明产品以及其他智能家居产品应该更多地考虑到老年用户的使用体验，做出针对性的适老化设计。优秀的适老化交互体验可以降低老年人对于智能产品的抵抗心理，减弱老年人的“社会脱节感”。在老龄化现象日益严重的今天，适老化智能产品的设计与研究更为重要，可以帮助老年人适应智能化的现代生活方式，减轻年轻人的养老压力，提高老年人的生活质量，一定程度上缓解“养老难”的社会问题。——论文作者：陈祖尧，刘艳阳，刘 玮

　　参考文献：

　　[1]黄群，冯新凌. 基于老年人行为特征的家居智能照明产品交互设计探究[J]. 设计，2017，30(5)：132-133.

　　[2] 田钰彬，朱剑刚，王国坤. 智能家居语音交互体验的设计方法探析[J]. 家具，2021，42(3)：23-27，38.

　　[3] 贺雪梅，邵骁裕，王海锋. 基于场景思维的家具产品设计策略研究[J]. 林产工业，2020，57(12)：65-69.

　　[4]裴悦舟，刘颍希. 基于隐式交互模式的智能照明产品设计研究[J]. 装饰，2020，63(11)：136-137.

　　[5] 刘海涛，张奕，高朋. 智能家居在照明领域的应用[J]. 人工智能，2020，7(5)：48-57.

　　[6] 李军. 智能照明系统常见通信协议的对比浅析[J]. 现代建筑电气，2018，9(8)：15-18.

　　[7] 嵇柔. 智慧家庭背景下初老人群自然交互设计研究[D]. 无锡：江南大学，2019.

　　[8] 李农，周萌萌 . 人类照明需求层次理论与照明设计[J]. 照明工程学报，2015，26(3)：48-51.

　　[9] 贺雪梅，孔维佳，邓晓璇. 基于意象转译的家具设计策略[J]. 林产工业，2020，57(2)：55-57.

　　[10] 王辛，王羽. 老年人起居室照度适老性实验[J]. 住区， 2015，5(6)：153-156，152.

　　[11] 刘炜，杨春宇，陈仲林. 老年人住宅照明光环境[J]. 照明工程学报，2001，12(3)：14-17.

　　[12]王传智. 老年公寓室内照明设计研究[D]. 哈尔滨：哈尔滨理工大学，2019.