基于鴻蒙OS手機(jī)與智慧屏協(xié)同的居家老人上網(wǎng)輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張歐亞 曾超 黃濤

摘要：老齡群體對互聯(lián)網(wǎng)和智能終端應(yīng)用的需求日益增加，同時(shí)也面臨著“數(shù)字鴻溝”的問題，這一問題不容忽視。為滿足居家養(yǎng)老用戶上網(wǎng)和享受數(shù)字生活便利的需求，文章設(shè)計(jì)了一種基于鴻蒙OS 手機(jī)與智慧屏協(xié)同的居家老人上網(wǎng)輔助系統(tǒng)。該系統(tǒng)依托智慧屏的影音放大增效和智慧I/O 功能，結(jié)合智能手機(jī)App 豐富、觸摸屏交互方便的優(yōu)勢，旨在幫助居家老人解決上網(wǎng)難題和縮小“數(shù)字鴻溝”。該系統(tǒng)采用HarmonyOS 4.0 的一次開發(fā)、多設(shè)備協(xié)調(diào)的特性，使用華為主推的ArkTS 編程語言開發(fā)了演示軟件，旨在驗(yàn)證各項(xiàng)設(shè)想功能，通過智慧屏和手機(jī)等智能終端設(shè)備進(jìn)行適老化交互，驗(yàn)證了該系統(tǒng)開發(fā)思路的可行性。進(jìn)一步完善該系統(tǒng)后，有望為居家老人提供上網(wǎng)支持，緩解“數(shù)字鴻溝”困境。

關(guān)鍵詞：老人上網(wǎng)輔助系統(tǒng)；適老化交互；智慧屏；分布式；HarmonyOS4.0；ArkTS

0 引言

近年來，我國人口老齡化程度逐漸加劇，龐大的老人群體對互聯(lián)網(wǎng)和智能終端應(yīng)用的需求及其面臨的“數(shù)字鴻溝”問題不容忽視。老人在使用手機(jī)等智能終端時(shí)，特別當(dāng)使用情景發(fā)生改變時(shí)，容易出現(xiàn)圖文看不清、不理解、不懂操作等問題。智能終端針對老年用戶的交互方式欠佳（適老化設(shè)計(jì)不足）也是造成老人與現(xiàn)代社會脫節(jié)、難以享受科技帶來的數(shù)字生活便利的原因之一。針對此類問題，有許多學(xué)者和科研機(jī)構(gòu)對老人的上網(wǎng)需求、人機(jī)交互模式、體驗(yàn)感、智能化及靈活性等方面進(jìn)行了研究，一定程度上促進(jìn)了智能終端適老化的發(fā)展。絕大多數(shù)老人選擇居家養(yǎng)老，但目前尚未有較適用的能輔助居家老人上網(wǎng)的軟件系統(tǒng)。

華為推出的鴻蒙操作系統(tǒng)是著眼萬物互聯(lián)的分布式操作系統(tǒng)，2023年8月發(fā)布的HarmonyOS 4（以下簡稱鴻蒙OS）和全新升級的鴻蒙開發(fā)套件在跨設(shè)備流轉(zhuǎn)、多模態(tài)交互等領(lǐng)域再次突破，為不同設(shè)備的互聯(lián)與協(xié)同提供了便利[1]。智慧屏（泛指鴻蒙OS智能電視）具備AI（人工智能）慧眼、智慧跨屏、智慧音響、全場景AI語音助手等優(yōu)勢，代表未來電視發(fā)展方向。依靠智慧屏的影音放大增效和智慧I/O功能，結(jié)合智能手機(jī)App豐富、觸摸屏交互方便的優(yōu)勢，二者配合使用可望破解老人使用智能手機(jī)的不便。

本文旨在設(shè)計(jì)一種基于鴻蒙OS手機(jī)與智慧屏協(xié)同的居家老人上網(wǎng)輔助系統(tǒng)，探索一種幫助居家老人輕易上網(wǎng)，進(jìn)而暢享數(shù)字生活便利的快速集成和改造方案，為相關(guān)鴻蒙生態(tài)應(yīng)用程序的研發(fā)指出一條新方向。

1 居家老人上網(wǎng)輔助系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和研發(fā)設(shè)想

居家老人上網(wǎng)輔助系統(tǒng)總體構(gòu)成主要包括通過WLAN和藍(lán)牙互聯(lián)的手機(jī)和智慧屏這兩大硬件設(shè)備及其上運(yùn)行的多種應(yīng)用軟件模塊，如圖1所示。硬件設(shè)備接收用戶的指令，如手機(jī)觸屏或語音輸入、智慧屏或單片機(jī)（來自智能手環(huán)、智能手表等便攜或穿戴式移動(dòng)終端）的遙控、語音輸入等外部指令數(shù)據(jù)，然后利用HTTP等協(xié)議將指令數(shù)據(jù)打包發(fā)送至局域網(wǎng)服務(wù)器上[2]，再由Socket套接字連接軟件應(yīng)用轉(zhuǎn)發(fā)信息給系統(tǒng)。軟件模塊提供老人上網(wǎng)常用App的適老化集成服務(wù)以及居家養(yǎng)老健康生活記錄、個(gè)人信息業(yè)務(wù)等輔助應(yīng)用功能模塊，居家老人可通過該系統(tǒng)與智慧屏、手機(jī)等智能終端設(shè)備進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)便捷上網(wǎng)和智能化健康生活。

總體研發(fā)設(shè)想：以智慧屏為主要顯示和影音I/O 平臺，以鴻蒙OS手機(jī)為主安裝各種上網(wǎng)用App（使用時(shí)流轉(zhuǎn)到智慧屏上），基于手機(jī)與智慧屏的投屏、流轉(zhuǎn)和協(xié)同功能，首先開展二者之間交互的適老化改造；開發(fā)智慧屏端的智能手機(jī)操作導(dǎo)航助手軟件，用以在大屏上幫助引導(dǎo)老人操作智能手機(jī)；為便于老人獲取養(yǎng)老服務(wù)信息資源，嘗試開發(fā)手機(jī)端的居家養(yǎng)老便利生活A(yù)pp；為幫助老人克服各種上網(wǎng)難題，還可探索基于手機(jī)與智慧屏協(xié)同的多元化交互方案。

1.2 應(yīng)用軟件的開發(fā)需求與概要設(shè)計(jì)

綜合借鑒老年人的認(rèn)知特性、老年智能手機(jī)界面和交互方式設(shè)計(jì)、老年人使用智能手機(jī)的行為、體驗(yàn)以及痛點(diǎn)等研究成果，為了幫助老年人應(yīng)對晦澀的文字或符號、不熟悉系統(tǒng)功能操作等情況，老年人上網(wǎng)輔助系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)考慮以下需求或概要設(shè)計(jì)：

1）增加操作引導(dǎo)，采用直觀、簡便的適老化交互方式。雖然人的長期程序性記憶能力不會隨年齡增長而發(fā)生太大改變，但注意力會隨年齡增長而衰退，短期的情景記憶也會逐漸受損，因此老年人很容易遺忘較復(fù)雜的操作步驟。因此，減少操作步驟、增加操作引導(dǎo)、將步驟直觀簡便化乃至“傻瓜化”，是適老化交互方式設(shè)計(jì)的首要目標(biāo)。以支付寶為例，近年來其積極融入鴻蒙生態(tài)，進(jìn)一步提升了原子化服務(wù)。過去繳費(fèi)需要在支付寶App上找到“生活繳費(fèi)”功能，然后才能繳費(fèi)。而現(xiàn)在只需搜索“電費(fèi)”即可一步直達(dá)繳納水費(fèi)、電費(fèi)等原子化服務(wù)卡片，完成在線支付。軟件的適老化設(shè)計(jì)建議將多步操作簡化為“一鍵”操作，將隱藏的劃屏等不可見操作改為直觀易懂的按鈕或觸屏操作，盡可能實(shí)現(xiàn)簡便化、傻瓜化的適老化上網(wǎng)交互?？蓢L試開發(fā)智慧屏（電視）端的“手機(jī)操作導(dǎo)航助手”軟件，利用智慧屏的語音識別、多層級對話、遠(yuǎn)程操控等功能，直觀詳解手機(jī)上網(wǎng)常用操作步驟，以及手機(jī)與智慧屏協(xié)同配合上網(wǎng)的操作步驟?？刹捎娩浧裂菔?、頁面標(biāo)簽提醒和語音提醒等直觀易懂的方式，一步一步指導(dǎo)老年人進(jìn)行上網(wǎng)操作，并可將其流轉(zhuǎn)至手機(jī)使用。

2）對現(xiàn)有相關(guān)軟件用戶界面（UI）進(jìn)行適老化改造。根據(jù)國家的政策支持和促進(jìn)社會全面發(fā)展的需求，對已有軟件UI界面進(jìn)行適老化改造已成為當(dāng)前軟件開發(fā)的新方向。本課題組首先嘗試將現(xiàn)有手機(jī)App的UI界面進(jìn)行適老化改造。例如針對鴻蒙OS手機(jī)端“智慧屏”App（如圖2左所示），選擇了通過手機(jī)遙控智慧屏的遙控器界面（如圖2中間所示）進(jìn)行適老化改造。采用華為主推的ArkTS編程語言，利用鴻蒙OS提供的原生UI組件和聲明式UI語法[3]，用較少代碼高效實(shí)現(xiàn)了如圖2右所示的適老化界面，基本解決了原版遙控器界面圖標(biāo)過小、含義隱晦難懂等不便老年人使用的問題。

3）開發(fā)居家養(yǎng)老便利生活A(yù)pp。鑒于智慧屏（智能電視）上的網(wǎng)購、網(wǎng)約、信息服務(wù)類App較少，本App 旨在讓老人能夠利用手機(jī)便捷地找到所需養(yǎng)老服務(wù)信息，探討近期快捷的集成方案。手機(jī)端“居家養(yǎng)老便利生活”App主要靠流轉(zhuǎn)、適配到電視上來使用，從而幫助老人盡快能暢享數(shù)字生活便利。該App擬通過主界面的導(dǎo)引和鏈接，結(jié)合收藏、文件夾管理等通用功能，將現(xiàn)有生活服務(wù)類及養(yǎng)老服務(wù)信息類的手機(jī)App（兼容的安卓應(yīng)用）以及服務(wù)平臺網(wǎng)站、公眾號、微信小程序等資源，以及智能電視端相關(guān)應(yīng)用軟件進(jìn)行匯集、編排、調(diào)用。此外，還可對接網(wǎng)絡(luò)購物、微信、QQ等常用手機(jī)App軟件以及網(wǎng)約家政服務(wù)、社區(qū)養(yǎng)老系統(tǒng)、“醫(yī)家通”等信息化系統(tǒng)。

綜上所述，老人上網(wǎng)輔助系統(tǒng)主要包括手機(jī)端和智慧屏端兩大類應(yīng)用軟件，要實(shí)現(xiàn)的功能主要包括：常用軟件平臺的集成、老人上網(wǎng)操作導(dǎo)航（分手機(jī)、智慧屏兩部分），居家健康生活的記錄，以及智慧屏內(nèi)含設(shè)備及其支持聯(lián)通的多種外部設(shè)備數(shù)據(jù)的分布式控制等。其部署及主要功能如圖3所示。

2 軟件開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

本系統(tǒng)開發(fā)主要采用ArkTS語言，結(jié)合鴻蒙自適應(yīng)設(shè)備技術(shù)，系統(tǒng)的總體架構(gòu)采用鴻蒙Ability結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了系統(tǒng)頁面結(jié)構(gòu)、功能模塊結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

2.1 ArkTS

ArkTS是華為優(yōu)選、主推的鴻蒙OS應(yīng)用開發(fā)語言。它在TypeScript（簡稱TS）的基礎(chǔ)上，適配方舟開發(fā)框架（簡稱ArkUI），拓展了聲明式UI和組件化等能力。ArkTS 及其相關(guān)語言的結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖4 所示，ArkTS集成了TS語言特性及容器結(jié)構(gòu)，而TS又集成了JavaScript（簡稱JS）的語言特性及容器結(jié)構(gòu)，使得開發(fā)者能夠極簡便地開發(fā)跨端應(yīng)用。ArkTS保持了TS 基本語法風(fēng)格，進(jìn)一步通過規(guī)范強(qiáng)化靜態(tài)檢查和分析，使程序運(yùn)行之前的開發(fā)期檢測更多錯(cuò)誤，提高代碼健壯性，實(shí)現(xiàn)更好的運(yùn)行能力，既支持JS/TS高效互操作，同時(shí)也兼容JS/TS生態(tài)。此外，ArkTS還拓展了聲明式UI語法和輕量化并發(fā)機(jī)制。聲明式UI指的是創(chuàng)建組件、配置屬性、配置事件和配置子組件，并通過模板、樣式和邏輯三段式來構(gòu)建相對應(yīng)的UI界面，提高了開發(fā)者在程序開發(fā)中的運(yùn)行體驗(yàn)。

2.2 自適應(yīng)設(shè)備技術(shù)

自適應(yīng)設(shè)備技術(shù)是HarmonyOS 4.0自帶的特有功能，可通過柵格化布局、響應(yīng)式布局和設(shè)備使用資源，從App的彈性布局和多態(tài)組件兩個(gè)維度進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。利用HarmonyOS中所提供的vertical（）方法（如圖5所示）并結(jié)合自定義方法BreakpointType，可將設(shè)備的屏幕尺寸大小進(jìn)行柵格化，從系統(tǒng)的彈性布局和多態(tài)組件兩個(gè)維度進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。當(dāng)設(shè)備顯示環(huán)境發(fā)生改變時(shí)，如屏幕尺寸的設(shè)備切換、橫豎屏切換及應(yīng)用分屏等，系統(tǒng)會自動(dòng)檢索設(shè)備屏幕的尺寸大小，通過設(shè)置組件大小寬度與父級容器的相對比例來實(shí)現(xiàn)響應(yīng)式布局。對于圖片的展示，則是通過鎖定寬高比例的辦法，同時(shí)將寬設(shè)置為百分比的數(shù)值，來實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)縮放，做到一次開發(fā)、多設(shè)備自適應(yīng)。

2.3 分布式Ability 結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)架構(gòu)采用分布式Ability 結(jié)構(gòu)（如圖6 所示）。鴻蒙OS支持應(yīng)用以Ability 為單位進(jìn)行項(xiàng)目部署，Ability 分為FA（Feature Ability）和PA（ParticleAbility）兩種開發(fā)類型，為開發(fā)者提供了不同的開發(fā)模板，以便實(shí)現(xiàn)不同的業(yè)務(wù)功能[4]。

FA（Feature Ability）支持Page Ability頁面與用戶交互的能力。而一個(gè)Page可以由一個(gè)或者多個(gè)Abili?tySlice組成，后者是應(yīng)用單個(gè)頁面及其控制邏輯的總和。HarmonyOS 4.0為開發(fā)者提供了不同業(yè)務(wù)類型的工程模板頁面，供開發(fā)者根據(jù)自身實(shí)際需求來選擇不同的工程模板頁面，開發(fā)者只需在當(dāng)前的工程模板頁面基礎(chǔ)上進(jìn)行修改即可達(dá)到功能的快速實(shí)現(xiàn)。同時(shí)也可以調(diào)用Page Ability所支持的能力，來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 常用軟件平臺的集成

通過使用ArkTS所提供的組件Grid（）函數(shù)，在其中調(diào)用多個(gè)GridItem（）方法組件，作為軟件集成布局容器，然后內(nèi)嵌微信、QQ、抖音、淘寶等生活類App。系統(tǒng)頁面的流轉(zhuǎn)采用@ohos.router路由庫進(jìn)行實(shí)現(xiàn)[5]，調(diào)用前需在main_pages.json文件中的SRC函數(shù)聲明好系統(tǒng)頁面字段（頁面字段如圖7 所示），即可在Gri?dItem（）方法中嵌套的App軟件設(shè)置點(diǎn)擊事件并調(diào)用router.pushUrl（）實(shí)現(xiàn)頁面流轉(zhuǎn)。

3.2 居家生活記錄

鴻蒙OS提供了@StorageProp單向數(shù)據(jù)加載組件和@State頁面渲染組件，通過此組件系統(tǒng)與設(shè)備機(jī)建立單向的日期數(shù)據(jù)同步關(guān)系，自動(dòng)讀取并識別設(shè)備日期數(shù)據(jù)，調(diào)用自定義方法DateUtil實(shí)現(xiàn)日期數(shù)據(jù)記錄功能。生活記錄功能采用Stack（）內(nèi)置組件實(shí)現(xiàn)可視化展示日常飲食營養(yǎng)攝入與運(yùn)動(dòng)消耗輸出數(shù)值情況，設(shè)置相對應(yīng)的UI樣式，可視化圖表能夠直觀地給用戶進(jìn)行展示（Stack樣式如圖8所示）。其營養(yǎng)數(shù)據(jù)的字段信息需嚴(yán)格對應(yīng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中id、typeId、calorie、recordItem等4個(gè)字段，否則將出現(xiàn)字段不匹配、網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層進(jìn)行Socket 連接失敗、數(shù)據(jù)報(bào)文丟包的情況[6]。

3.3 適老化上網(wǎng)引導(dǎo)

引導(dǎo)程序在進(jìn)行軟件流轉(zhuǎn)過程中自動(dòng)觸發(fā)，以底部標(biāo)簽面板的形式呈現(xiàn)。設(shè)置Panel（）組件的標(biāo)簽面板的容器布局，mode（）方法決定標(biāo)簽在頁面中的填充模式及點(diǎn)擊事件范圍（如圖9所示）。內(nèi)嵌套Text（）及Button（）內(nèi)置組件設(shè)計(jì)提醒字樣進(jìn)行引導(dǎo)。在流轉(zhuǎn)至新頁面后將自動(dòng)對頁面進(jìn)行適老化改造，為居家老人提供舒適的頁面體驗(yàn)感。

4 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)及測試

利用DevEco Studio（鴻蒙開發(fā)工具）創(chuàng)建3個(gè)不同設(shè)備的模擬器，如HUAWEI Mate 40Pro、HUAWEI TV 和HUAWEI Pad 11，并點(diǎn)擊運(yùn)行，同時(shí)啟動(dòng)3臺模擬器設(shè)備。如圖10所示。

將程序燒錄模擬器編譯運(yùn)行，由設(shè)備自適應(yīng)圖11 可觀察到系統(tǒng)能根據(jù)設(shè)備類型自適應(yīng)屏幕布局分布式運(yùn)行。

點(diǎn)擊首頁界面中軟件集成模塊的微信App進(jìn)行頁面的流轉(zhuǎn)，觸發(fā)老人引導(dǎo)功能。在流轉(zhuǎn)至微信App 后老人引導(dǎo)功能觸發(fā)，彈出提醒操作字樣，引導(dǎo)老人進(jìn)行下一步的操作（如圖12），幫助其解決不懂如何操作的問題，優(yōu)化老人用機(jī)操作交互方式。

在輔助系統(tǒng)中點(diǎn)擊下方的記錄“日歷”圖標(biāo)，跳轉(zhuǎn)至記錄頁面。根據(jù)用戶的自身需求，點(diǎn)擊早餐頁框中右上角的“加號”，添加飲食數(shù)據(jù)信息及運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)信息，系統(tǒng)會按照設(shè)置好的營養(yǎng)計(jì)算方法對用戶輸入的營養(yǎng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行計(jì)算，如圖13所示。上傳到的營養(yǎng)數(shù)據(jù)以可視化圖表的形式呈現(xiàn)，如圖14所示。

5 結(jié)束語

本文所研發(fā)的基于鴻蒙OS手機(jī)與智慧屏協(xié)同的居家老人上網(wǎng)輔助系統(tǒng)演示原型，實(shí)現(xiàn)了所設(shè)想的輔助居家老人上網(wǎng)的多數(shù)功能，初步驗(yàn)證了老人用適老化改造后的手機(jī)遙控器對智慧屏的便捷化操作控制，能簡便快捷地實(shí)現(xiàn)常用平臺軟件集成、居家生活記錄和上網(wǎng)操作引導(dǎo)等助老服務(wù)功能，借助華為超級終端的間接測試證明老年用戶可以方便地結(jié)合使用智慧屏與手機(jī)等智能終端進(jìn)行更方便的上網(wǎng)應(yīng)用。該研究不僅旨在為解決老年上網(wǎng)難題提供有益探索，促進(jìn)適老化軟件開發(fā)，以便讓老人融入現(xiàn)代化生活之中，享受科技為生活帶來的便捷，還旨在助力推廣國產(chǎn)鴻蒙操作系統(tǒng)，吸引更多學(xué)者和軟件開發(fā)者貢獻(xiàn)力量擴(kuò)充鴻蒙生態(tài)圈，為國產(chǎn)操作系統(tǒng)的應(yīng)用研究及推廣做出一點(diǎn)點(diǎn)貢獻(xiàn)。