基于情境感知的智能家居设计研究

    韩淑君

    摘要：通过分析国内外智能家居的现状，总结当前智能家居发展的不足，从而引出如何从“伪智能”到达“真智能”这一问题。引入情境感知的概念模型，探讨情境感知在智能家居设计中的应用方法，并根据智能家居所处空间的特点。以实例进行分析，站在用户体验的角度对智能家居设计要点及其新趋势进行预测，意图在智能家居与人之间建立更加人性化的互动。

    关键词：情境感知 智能家居 用户体验

    引言

    随着信息化社会的高速发展，人们的生活方式以及消费观念正在发生转变。现如今，人们已不再仅仅满足于家居环境的整洁舒适，而是追求更加便捷、高效、节省时间成本的高品质生活。在物联网技术的不断推动下，智能家居的普及速度加快，将实现安全化、舒适化、节能化的家居生活成为可能。但由于产业链的不完善以及统一化的标准尚未建成等原因，使得智能家居产品与产品之间缺乏互通性，阻碍了智能家居市场的发展。虽然如此，智能家居行业的发展依然被看好，因为这不仅是智能化科技发展的新趋势，而且也是人們对未来智能化生活的一种期许。

    一、智能家居的相关概念及发展现状

    智能家居的概念最早起源于美国，自二十世纪八十年代初开始，随着电子技术的兴起，如何将各自独立的电子设备综合为一体是住宅自动化概念形成的重要因素。而后通过总线技术对住宅内的各种家电、通信、安全防护设备进行统一监控与管理的Smart Home商业系统（智能家居的原型）问世。现如今，随着科学技术的不断发展，智能家居的概念逐渐清晰：通过先进科技构建高效的住宅设施，以及全面的管理系统来提升家居住宅整体的安全性、便捷性、舒适性，根据对用户不同需求的分析提供个性化服务。圆利用物联网、云计算、大数据等技术实现用户对高品质智能化生活的追求，简单来说，智能家居就是让家居生活变的更加智能。

    智能家居相较于传统空间而言，不仅具有基本的居住功能，还可以通过全方位的信息交换技术主动为用户提供智能化、高效率、节约型的高品质生活。一个完善的智能家居需要具备完善的管理、控制、通信以及后期维护设备，以此来为用户营造一个安全、便捷、灵活的数字化居住空间体验。

    根据Statista智能家居行业的调查数据显示，2016年，美国智能家居的市场容量为97亿美元，其普及率增长情况为5.8%，处于智能家居快速发展阶段。商务智能研究分析师John Greenough提出“美国智能家居市场处于挣扎阶段，由于智能家居产品价格高、消费者需求有限、且设备更换周期长的特性，使得用户对智能家居设备的购买率在接近饱和后回落。”

    而我国智能家居行业起步较晚，但发展势头迅猛，市场容量位居全球第四位。据统计，自2012年起，我国的智能家居市场规模成逐年显著上升趋势，预计在2020年，市场规模将达2975亿元，尽管上升势头明显，但实际上，中国智能家居市场的渗透率低，未能高度普及，其原因大致总结为以下几点：

    首先，我国的智能家居产业链目前还尚未成熟，正处在成长期，市场消费观念还未形成，多数消费者认为传统家居可以满足自身日常生活的需求，不愿意改变稳定的传统居住生活状态；其次，技术上也缺乏规范统一的行业标准，由于平台众多，不同服务方向的智能家居产品连接方式不同，使得用户需要下载多个APP来控制家中不同的智能家居，无法系统化实现智能家居产品之间的互通互联，从而致使用户体验变差。最重要也是最根本的一点在于，智能家居厂商对其本质的把握出现偏差，他们将产品发展的重点放在技术升级方面，没能准确把握用户真正的需求，忽略了智能家居设计的本质。

    智能家居是为了实现简单、便捷、高效的生活，其设计原则在于实用、易用、人性化，消费者或许并不在意产品本身有多么先进，关键是可以解决日常生活中真正的困扰。

    二、智能家居中的“伪智能”

    随着国内智能家居发展势头的逐年升温，不少传统家电行业想要借此抓住这个机会，因而，市面上的伪智能产品大行其道，这对于消费者智能家居观念的形成产生了恶劣影响，也阻碍了智能家居市场的发展。

    “伪智能”顾名思义，并非真正意义上的智能产品，它的产品设计与用户需求完全不对等，而所谓的智能也只是部分厂商的噱头而已。目前，市面上所谓的“智能”家居产品不胜枚举，例如智能空调遥控器：将空调的开关方式由遥控器转移到手机APP，这样的设计增加了用户使用产品的复杂程度，本来简单的开关按钮变成了需要打开手机，选择APP，才能开关空调的繁琐步骤。因此，回归用户需求是根本，完善用户体验是关键。

    三、从“伪智能”到“真智能”的路还有多远？

    用户选择智能家居是为了享受便捷高效的生活，所以智能家居产品要有最基础的实用性与易用性。而人性化设计的需求则是在前两个目标基础之上的—次升级。现如今，智能化的产品设计从“以技术为中心”过渡到“以用户为中心”，这无疑是智能产品发展道路上的一大突破。换句话说，现在的智能化设计更加注重“用户思维”。但研究表明，市面上不少产品目的是为用户提供便利，但使用步骤却极其复杂，且出错率高，需要用户多次反复的学习。而使用的失误不能仅归咎于使用者身上，产品本身的设计也具有很大责任。2014年，百度CEO李彦宏在“拥抱移动时代”演讲中提到，“未来，随着技术的进步，对语音的理解精读越来越高，对图片的识别精度也越来越高，我们就可以让人们用更加自然、更加低门槛、更加方便的方式来表达他们的需求。”降低智能产品使用门槛，使用户能以简单的方式表达自己需求，并得到及时的实现与满足是以人为本设计的重点。因此，产品不仅需要满足用户需求，还能通过所掌握的信息对用户即将产生的行为进行预测，减少使用产品的出错率。

    为增强用户体验，实现真正以用户为中心的设计，智能产品设计已经从需要用户操作的“被动式服务”转变为根据用户信息，而对用户下一步的行为进行更细致预测的“主动式服务”。因此，情境感知的概念逐步被融入智能产品的设计之中，如何为用户带来愉悦便捷的用户体验成为智能产品发展的方向。

    四、基于情境感知的智能家居设计

    早在1988年，普适计算的概念被提出，其目的在于建立一个具有计算以及通信能力的环境，同时将这个环境与人相融合，使人们能够在这个环境中随时随地获得数字化服务。而情境感知技术是随着普适计算的研究发展起来的比较新的概念，换句话说，就是通过传感器及相关技术使计算机设备能够感知到当前的环境，为用户提供合适于当前情境的反馈或服务。德国计算机科学家Gerhard Fischer教授提出：智能化的发展已经从“人们在任何地点，任何时间获取信息”向“将合适的信息在合适的地点，合适的时间，给合适的人”转变。鉴于此，情境感知则是这一转变关键性的转折点。

    情境感知是一个集成的概念，将用户、系统状态、情形环境三者之间的交互作为一个整体。在特定的任务情境下，系统根据当前环境的状况以及用户的信息对该情境未来所要发生的状况进行预测。作为智能科技发展的新趋势，情境感知技术的成熟得益于大数据的辅助，能妥善地处理以及存储各种传感器所收集到的数据，并通过云端大数据的分析與终端的配合，真正做到智能化、个性化的人机交互，将未来智能产品的用户体验上升到一个新的高度。

    Endsley从信息处理角度提出了他对情境感知机制的定义“感知一个时间和空间范围内的元素，全面理解其含义，并预测对未来发展趋势进行预测”。继而将人的情境感知过程分为感知、理解、预测三个层次阶段，并构建了情境感知的三层模型，由低水平到高水平的信息处理等级。因此，我们可以得到如下结论：

    第一阶段，对当前情境中相关元素成分及其动态进行感知。在这一阶段需要对各种信息数据进行收集，可以通过传感器接收与情境有关的信息（人、事件、环境、目标以及其状态、属性变化的情况），例如温湿度传感器、运动传感器、空气传感器等等。这些传感器就像是人类的五官，发挥着视、听、味、嗅、触的功能，可以更精准更系统化的记录周围环境。

    第二阶段，对事件的理解，将所感知到的要素进行模式识别、解释和评估。该阶段是智能化的体现，将采集到的数据加以分析，从中筛选出用户的生活习惯、喜好，达到初步学习以及半能动性。营造一个好的用户体验，减少和降低用户“自己动手”的次数，具备一定自主学习和模仿的能力。

    第三阶段，预测未来状况，对状态和属性变化情况进行综合判断，这是最高级别的情境感知。马克思曾经说过：主观能动性是人类所独有的特性。在这一阶段，智能家居已经不仅仅是学习和模仿，而是可以根据环境及其他因素预测用户需求，主动、自发性地运转，而不需要用户亲身参与才能触发，实现真正意义上的高级人工智能。

    除此之外，顾君忠教授将情境感知分成显示感知（如位置、时间、温度）与蕴含感知（如用户喜好及特点）两大类。前者通过传感器来收集情境中的数据，感知周围环境，而后者则是高级感知，需要通过数据分析，预测该情境下用户将要活着希望产生的行为，这也是实现个性化体验的基础。因此，情境感知在智能产品中起着举足轻重的作用，其应用范围已经渗透到人们的生活、工作、学习之中。情境感知系统应该具有获取及处理当前用户情境信息的能力，并结合用户特征描述、系统状态以及环境状态，响应用户需求的操作。情境感知这一概念在生活中相对于单一化的智能设备的情境感知应用环境而言，智能家居所处的智能化空间则是一个具有开放性、动态性、流动性特点的环境。如何根据家庭环境的变化处理不同种类的情境信息，打造场景化的智能家居是未来研究的重要方向。

    目前，市面上的智能家居产品出现较多的是智能单品，主要以手机APP为控制端口点对点地控制家居空间中的终端设备。相较于整个智能家居系统而言，智能单品的出现仅仅满足家居生活空间中的某个功能，不能以一套完备的系统带给用户完整的体验。现阶段，大部分智能产品虽然融入场景化概念，但都比较生硬，没有依据用户的生活习惯、爱好，主动预测需求。不少大型企业在场景化、融合性的智能家居方向努力，希望推陈出新，引领智能家居市场。

    例如海尔u+智慧生活平台，相较于普通智能产品的独立模式不同，u+希望打造整体系统化的智慧家庭应用场景，并于2016年发布了专为“智慧家庭”定制的操作系统UHomeOS。该系统从人群、功能、场景三大维度结构与重建用户原生需求，结合深度定制、大数据分析、云端数据以及设备互联等功能模块，为用户提供更健康、快捷、舒适的智慧家庭生活。以客厅场景为例，当用户回到家，通过门口的智能门锁指纹识别技术开门。与此同时，客厅中的一切智能家居产品开关被触发，系统自动切换至回家模式，智能安防场景联动（灯、窗帘、空调自动开启）。基于流畅的用户体验设计，用户在开启房门时，系统根据当前用户行为，自动定义为“回家模式”，同时根据对周围环境、温度等因素的分析，将空调、灯、窗帘等智能装置调整到合适的状态。例如，空调可以通过温度传感器，感知当前客厅温度，并自动调至适宜温度；智能灯可以通过光传感器感知周围环境光线的强弱来调节灯光，而整个过程用户都无需参与。智能家居系统从“一点”切入，通过对用户当前状态、周围环境以及用户数据等因素理解分析，预测用户下一步的需求。除此之外，在厨房场景、卫浴场景、卧室场景中同样也运用了场景联动，系统通过传感器收集当前情境的相关信息，预测并主动提供给用户可能需要的服务，提升整体流畅感，增强用户体验。

    五、总结

    随着智能家居市场的推广与普及，以及用户生活观念的转变，智能家居市场未来的潜力巨大。我国智能家居发展的现阶段处于融合演变期，因为没有行业的统一标准，各个智能家居产品中间无法互联，致使用户在居住空间中不能获取一个流畅的、全方位的体验。BroadLink公司试图打造集众多智能硬件的系统化平台和围绕家庭场景化的人工智能系统推出了“cloudThink”云想方案。鉴于此，我们也可以预测智能家居设计的未来趋势：由于硬件设备的多元化，无法做到一家独大，产品间的互联将会成为智能家居发展的一大趋势；除此之外，市场上存在的不少所谓的智能产品一致被诟病，功能似乎很强大，但几乎一半的功能都用不到，且产品的造价高昂。因此，抓住用户真正的需求，提升用户体验，减少价格成本才是智能家居发展的上策之选。