1前言

對居室環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)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(gè)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(shí)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(shí)，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(jì)輔助老年人操作。例如：設(shè)計(jì)電動(dòng)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(shí)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(jì)，背景樂可選擇那些膾炙人口的懷舊金曲，使他們體驗(yàn)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(gè)顯眼的紅色按鈕啟動(dòng)，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(shí)得到快速救助；裝置設(shè)防差錯(cuò)功用，智慧型家電新添兒童保護(hù)鎖定設(shè)計(jì)，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(xiǎn)，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?；诖耍邮也贾梅桨钢饕铝τ诤喖s設(shè)計(jì)，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(shí)時(shí)監(jiān)管并調(diào)整老年人的家庭生活條件，同時(shí)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(jì)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(jì)

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(shí)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(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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(huì)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(dòng)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(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，靈活操作智能裝置，將居室內(nèi)各項(xiàng)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(xiàng)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(shí)，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(yàn)。

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(dòng)時(shí)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(dòng)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(shí)，利用GPS單元獲取用戶的實(shí)時(shí)定位，并將其與報(bào)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(dòng)。

3.2.2云服務(wù)器數(shù)據(jù)加密存儲(chǔ)

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(dòng)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(jì)了存儲(chǔ)設(shè)施，能夠暫存最新的室內(nèi)環(huán)境信息，同時(shí)對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理。

在一定的數(shù)據(jù)收集時(shí)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(jì)算此時(shí)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(shí)間點(diǎn)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(shí)間點(diǎn)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(gè)基準(zhǔn)，實(shí)施權(quán)重計(jì)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(shí)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(shí)間點(diǎn)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)，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(dòng)作，各進(jìn)行五十次，以此來驗(yàn)證系統(tǒng)判定跌倒動(dòng)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(gè)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(dòng)作后，若未觸發(fā)報(bào)警信號，則判定為成功辨認(rèn)，反之，則判定是辨認(rèn)失?。欢谌梭w執(zhí)行跌倒動(dòng)作后，若未引起報(bào)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(xiàng)技術(shù)對人體跌倒動(dòng)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(dòng)作時(shí)大致準(zhǔn)確無誤。在進(jìn)行的300次動(dòng)作偵測實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(shí)相對穩(wěn)定可信。該裝備針對三個(gè)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(dòng)作進(jìn)行了初步篩查及深層診斷，運(yùn)用數(shù)個(gè)變量對跌倒動(dòng)作的特性進(jìn)行了界定和控制，從而確保了動(dòng)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(jì)兩個(gè)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(shí)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(shí)時(shí)搜集居室環(huán)境信息，能依據(jù)不同環(huán)境等級自動(dòng)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(shí)，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(gè)體的加速度及身體傾斜數(shù)據(jù)后，能夠?qū)崟r(shí)檢測跌倒動(dòng)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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