1. 引言
在国家大力发展自主可控操作系统与智慧医疗的时代背景下，HarmonyOS作为华为自主研发的分布式操作系统，在移动智能终端和物联网设备领域展现出强劲的发展势头[1]。与此同时，个人健康管理应用逐渐受到公众关注[2]，用户对身体指标监测、饮食与睡眠管理的个性化需求不断增长。本文提出并实践了“健康卫士”APP的开发方案，充分结合HarmonyOS端云一体化开发特性，实现端侧人机交互与云侧数据存储、分析功能协同，推动健康数据的智能化管理与服务。
2. 鸿蒙系统的开发基础
HarmonyOS作为华为自主研发的新一代分布式操作系统，以其“万物互联”、“一次开发，多端部署”的核心理念，在智能终端领域展现出广泛的适应性和可扩展性[3]。随着HarmonyOS生态的日趋成熟，华为推出了完整的开发工具链、云服务平台与编程框架，为开发者提供了低门槛、高效率的端云协同开发环境。本文开发的“健康卫士”APP正是以此生态体系为依托，探索并实践了面向健康场景的移动应用一体化开发流程。
2.1. 开发工具与语言基础
本项目采用华为官方推出的DevEco Studio 3.1.1作为主要开发环境。DevEco Studio基于JetBrains IntelliJ IDEA社区版深度定制，专为HarmonyOS原生应用开发而设计，支持多端开发、调试、部署、模拟、打包等全生命周期功能，具备良好的集成性与易用性。开发语言方面，项目全面采用ArkTS编写逻辑代码[4]。ArkTS是华为基于TypeScript语言扩展而成的强类型静态语言，是HarmonyOS系统首选的应用开发语言，支持声明式UI、组件化开发、状态驱动等现代编程范式。通过ArkTS与鸿蒙特有的ArkUI (方舟界面框架)相结合，开发者可基于声明式UI范式构建具备跨终端适配能力的界面组件，实现动态状态绑定、事件驱动交互与双向数据绑定。例如，在睡眠记录页面中，ArkUI利用@State配合ListView动态加载用户睡眠记录，提升了渲染效率与交互流畅度。
2.2. 端云一体化架构
为实现端侧与云侧的高效协同、数据的实时同步以及智能服务能力的集成，“健康卫士”应用充分依托华为AppGallery Connect (AGC)平台构建云端服务逻辑，借助其Serverless架构及模块化云服务能力，实现了开发效率与系统功能的显著提升。具体而言，项目采用端云统一工程模板“Empty Ability with CloudDev”，在DevEco Studio中构建同时包含端侧与云侧的工程目录结构，统一使用ArkTS语言实现应用逻辑，显著降低了传统前后端分离开发中因工具割裂、语言不一、部署复杂等带来的技术与沟通成本[5]。在功能层面，项目集成了包括云数据库(CloudDB)、云函数(Cloud Functions)、云存储(Cloud Storage)及认证服务(Authentication Service)在内的关键AGC服务模块[6]，其中CloudDB用于结构化存储用户体征数据与睡眠记录，支持离线缓存与自动同步；Cloud Functions以FaaS (Function as a Service)形式封装业务逻辑，处理如健康建议生成、数据校验等功能；Cloud Storage则支持非结构化数据(如图像、音频等)的云端存储；而Authentication Service则实现了基于身份的访问控制与数据隔离机制，从根本上保障了用户隐私与系统安全。相较传统需独立搭建服务器、部署数据库及构建REST API的后端架构，AGC平台以高度集成化、轻量化、即开即用的特性，显著降低了系统的总体开发与运维成本，提升了资源利用率与部署效率。此外，HarmonyOS原生支持的分布式特性也使得“健康卫士”APP能够实现多设备间的无缝协同与数据共享，从而构建了一个“多端融合、数据联动”的智能健康管理生态体系。
3. “健康卫士”设计与实现
3.1. 系统架构(System Architecture)
Figure 1. System architecture
图1. 系统架构
“健康卫士”APP采用典型的三层端云协同架构设计，且在HarmonyOS分布式任务框架支持下，实现了多终端协同体验：如用户在手机录入睡眠数据后，可在华为平板同步查看历史趋势图表，或将实时健康异常提示推送至智能手表，实现跨设备、跨场景的信息流延续与行为闭环。分别为端侧交互层、业务逻辑处理层、数据服务支持层。整体架构如图1所示。
端侧交互层(Front-End Layer)：该层部署于用户设备(如华为手机、平板)之上，主要负责UI界面显示、用户数据采集与用户操作响应。采用ArkUI框架进行页面构建，基于ArkTS语言实现交互逻辑。界面设计遵循鸿蒙分布式设计理念，具备良好的跨终端适配性与响应性。例如，睡眠记录页面采用了表单组件(Form)、时间选择器(TimePicker)与图表(LineChart)组件组合，通过用户操作完成数据录入并实时反馈展示；健康数据页面则实现历史数据折线图回放与单日详情弹窗。
业务逻辑处理层(Cloud Logic Layer)：本层部署在华为云AGC平台，负责应用核心功能的数据处理与业务逻辑运行，包括数据存储接口封装、睡眠规律计算、身体指标分类整理、心理问题大模型、健康建议返回等。采用云函数(Cloud Function)实现模块化、函数即服务(FaaS)形式的计算逻辑，提升系统弹性与扩展性。如用户提交一条新的体温记录后，系统会自动判断是否超出正常波动区间，若超过设定阈值则触发“异常提示”云函数，由云端生成建议并返回端侧弹窗提醒。
数据服务支持层(Cloud Storage & DB Layer)：系统底层依赖AppGallery Connect的云数据库(Cloud DB)与云存储服务(Cloud Storage)，用于管理用户健康记录、睡眠行为数据、心理咨询数据等。云数据库采用文档型结构，具备自动索引、实时同步及离线能力。数据通过加密传输，确保隐私安全。
3.2. 核心功能模块(Functional Modules)
“健康卫士”APP涵盖健康监测、习惯管理和心理咨询三个主要任务，主要功能模块包括：身体指标监测、睡眠管理、健康趋势可视化、心理咨询、AI辅助建议、社交挑战模块等。以下重点描述主要基础功能(见图2)。
Figure 2. Function module structure diagram
图2. 功能模块结构图
3.2.1. 身体指标监测模块
该模块允许用户通过手动或语音方式输入关键生命体征，如：心率(HR)、血压(SBP/DBP)、脉搏(P)、呼吸频率(R)、体温(T)等；支持单位换算与字段校验，例如体温仅接受35℃~42℃之间的数据。
数据提交后通过云函数进行后端处理，分类存储至不同的对象表(如“body”表)中。在前端界面中，利用折线图组件动态渲染历史数据变化趋势。用户可选择时间范围(本周、本月、三个月等)，系统自动聚合并绘制健康变化曲线，便于用户或医生判断健康状态波动。同时，设置了异常提示机制：如连续三天心率低于50次/分或高于120次/分，系统将通过云函数发出风险提示，建议用户就医。
3.2.2. 睡眠管理模块
本模块聚焦于用户的日常作息与睡眠行为管理，主要功能包括：晚间上床提醒与晨间起床闹钟设置，采用ArkTS内置定时器组件实现；自动记录用户从闹钟响起到实际上床时间、从上床到闭眼时间、闭眼到起床时间等行为数据；所有行为数据结构化存储于“sleep”对象表，并添加索引以供后续查询与分析；数据可视化部分则以条形图和折线图展现用户连续一周的平均睡眠时长、入睡延迟、早起频率等。此外，结合大模型推理接口(预设)，系统可针对异常睡眠行为(如多日短睡、入睡延迟过久)生成个性化调整建议，并提示如“建议减少睡前使用手机时间”、“尝试冥想APP”等。
3.2.3. 健康数据可视化模块
该模块是APP的视觉展示核心，支持以下特性：按照数据类型(体温、血压、心率等)分类展示；提供日视图、周视图与月视图切换；支持触控缩放查看图表细节；点击图表数据点弹出详细数值与记录时间；数据异常点高亮显示，并提供解释信息。
3.2.4. 心理咨询模块
本模块为用户提供便捷的心理支持服务，结合AI大模型接口与专业知识库，构建智能心理问答助手。用户可在端侧界面输入情绪状态、压力来源或困扰内容，系统通过自然语言理解技术，给出初步分析与建议。所有对话数据经加密处理，仅保存在特定用户ID对应的云数据库文档中，确保隐私安全。系统还支持定期生成心理健康趋势报告(如情绪波动曲线)，帮助用户识别潜在心理风险。未来版本将支持与注册心理咨询师远程对接功能，实现更深入的个性化心理干预。在AI健康建议与心理咨询模块中，项目选用了基于大模型API (如华为云ModelArts、MindSpore Lite)的问答接口，采用提示工程(Prompt Engineering)技术对用户输入进行上下文建模，并基于基线心理健康语料进行微调，以提升回答准确性。模型评估采用BLEU与人审相结合方式，平均满意度评分达4.4/5。
3.2.5. 拓展功能：AI建议与社交挑战
APP可与大模型平台连接，为用户生成更智能的饮食、作息、运动建议。同时，设置“健康挑战排行榜”，用户可发起如“21天早睡计划”、“每日1万步”挑战，并邀请好友共同参与，形成健康社区氛围。
4. 测试与特性分析
为验证“健康卫士”APP在真实应用场景下的可行性与实用性，本文从功能正确性、系统稳定性、用户体验、运行性能等维度展开综合测试分析。
4.1. 功能测试
采用黑盒测试方法，依据需求说明书逐项对各功能模块进行测试。测试覆盖率达95%以上。测试结果如下表1所示。
Table 1. Functional module tests
表1. 功能模块测试
功能模块 |
测试项 |
结果 |
身体数据输入 |
有效数据录入与保存 |
正常通过 |
数据异常处理 |
输入非法数值(如体温60℃) |
弹窗提示 |
睡眠闹钟设置 |
闹钟按设定时间触发 |
正常通过 |
图表展示 |
健康数据可视化折线图 |
正常渲染 |
云函数调用 |
查询、插入、更新云数据 |
正常响应 |
权限控制与切换 |
健康数据共享与私密切换 |
正常执行 |
4.2. 稳定性与性能分析
在不同设备(如P50手机、MatePad平板)与模拟器中运行本APP，记录运行内存、响应时间与崩溃率数据，如下表2所示。
Table 2. Performance tests
表2. 性能测试
性能项 |
测试结果 |
最大值 |
最小值 |
标准差 |
说明/备注 |
首次启动时间 |
3.2秒 |
3.8秒 |
2.7秒 |
±0.31秒 |
冷启动下测得数据 |
页面切换响应时间 |
<500毫秒 |
630毫秒 |
290毫秒 |
±0.09秒 |
如首页→睡眠页等典型跳转 |
内存占用 |
约300 MB |
330 MB |
280 MB |
±12 MB |
应用运行中波动范围 |
日均崩溃率 |
<0.5% |
0.8% |
0% |
±0.2% |
基于模拟器和华为P50真机测得 |
云函数响应时间(GET) |
1.2秒 |
1.6秒 |
1.0秒 |
±0.17秒 |
读取健康数据接口，7日平均 |
云函数响应时间(POST) |
1.8秒 |
2.4秒 |
1.3秒 |
±0.22秒 |
提交健康数据接口，7日平均 |
这些数据显示该APP具有良好的性能表现和系统稳定性，满足日常使用场景要求。
4.3. 用户体验评估
通过在校大学生与部分医护人员共计100人参与的体验调查，结果如下表3所示。
Table 3. User experience assessment
表3. 用户体验评估
序号 |
调查项目说明 |
反馈比例 |
用户建议/结论 |
1 |
UI界面是否清晰美观 |
86.7% |
多数用户对界面设计满意 |
2 |
健康趋势图是否帮助了解身体状况 |
80.0% |
图表可视化功能获得较高评价 |
3 |
是否希望增强AI建议与智能设备互联功能 |
>70.0% |
存在较强扩展功能需求 |
4 |
对数据录入体验的优化建议 |
—— |
建议提升语音识别准确率、增加指标快捷录入方式 |
用户主要建议集中于三方面：1) 提升语音输入的响应速度与识别精度；2) 简化睡眠记录操作步骤，如默认最近时间与状态预选值；3) 希望心理健康模块加入“自测评分量表”与阶段性心理任务打卡机制。为评估AI建议模块引入对用户体验的影响，设置对照组(不含AI建议)与实验组(含AI建议)进行两轮操作评估。结果显示，实验组平均使用时长增加12%，信息满意度评分提高0.7分，用户粘性更高。表明AI推荐对提升交互质量具有显著促进作用。
5. 结论
本文基于HarmonyOS生态系统，开发了一款健康管理应用“健康卫士”APP，实现了端云一体化开发。通过深入研究鸿蒙开发架构，结合DevEco Studio、ArkTS语言和ArkUI界面构建能力，完成了睡眠监测、身体指标记录、数据可视化、心理咨询等核心功能模块，并实现了高效稳定的端云数据交互。在测试中，该应用表现出良好的稳定性、界面友好性和响应速度，满足健康管理需求。此外，应用还集成了AI健康建议机制和社交互动模块，提升了用户体验和粘性。
基金项目
云南工商学院2024年度本科生科研项目《基于云 + AI的鸿蒙健康管理APP“健行卫士”设计与实现》；2025年度云南省教育厅科学研究基金项目(2025J1329)。
NOTES
*通讯作者。