人工智能在互聯(lián)網(wǎng)家居通信領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)探究

張錦濤

（武清區(qū)天和城實(shí)驗中學(xué)，天津 301725）

1 引言

智能家居，又稱智能住宅，在國外常用Smart Home表示，是以住宅為平臺，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，由硬件（智能家電、智能硬件、安防控制設(shè)備、家具等），軟件系統(tǒng)、云計算平臺構(gòu)成的家居生態(tài)圈，通過收集、分析用戶行為數(shù)據(jù)為用戶提供個性化生活服務(wù)，使家居生活安全、舒適、節(jié)能、高效、便捷。智能家居技術(shù)起源于上世紀(jì)八十年代，電子設(shè)備的出現(xiàn)有效刺激了家庭自動化的發(fā)展，使得智能家居概念逐漸進(jìn)入人們的視野。近年來隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，人們對智能家居加快與人工智能技術(shù)的融合應(yīng)用，從而滿足多元化和品質(zhì)化的生活需求充滿了期待。[1]

人工智能，即我們平時所說的AI，是一門設(shè)計者開發(fā)用來擴(kuò)展人類智能思維的技術(shù)科學(xué)。自從人工智能被建立至今，各種智能系統(tǒng)理論體系、應(yīng)用規(guī)劃已經(jīng)逐漸豐富，已經(jīng)在各項領(lǐng)域有了非常廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景，甚至有專業(yè)人士曾稱，人工智能將是人類未來的容器。人工智能技術(shù)涵蓋廣泛，主要有感知層技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)以及人機(jī)交互技術(shù)等。人工智能技術(shù)如果能與智能家居搞好跨界融合，將較好實(shí)現(xiàn)人與家居產(chǎn)品及環(huán)境的完美和諧，這也是近年來智能家居行業(yè)能夠遠(yuǎn)超其他行業(yè)快速發(fā)展的關(guān)鍵助推因素。從智能家居市場發(fā)展情況來看，2018年我國智能家居市場規(guī)模預(yù)計達(dá)到1334億元，同比增速將超過40%。但由于產(chǎn)品本身智能化程度低，多數(shù)產(chǎn)品是按既定程序完成任務(wù)，在主動感知和解決用戶需求、人機(jī)互動等方面體驗性差，智能服務(wù)內(nèi)容和形式單一等，制約了智能家居行業(yè)的爆發(fā)式發(fā)展。隨著智能識別技術(shù)、智能機(jī)器人、人工智能技術(shù)及云計算等人工智能技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)品的快速發(fā)展，適配硬件的智能化程度、深入場景體驗的個性化計算能力將大大增強(qiáng)，語音及視覺等人機(jī)交互技術(shù)在提升與智能家居產(chǎn)品交互體驗中的應(yīng)用將更加廣泛，隨之更多更好的智能家居產(chǎn)品將會面世，“人工智能+智能家居”將給未來的家居生活帶來巨大的想象空間。[2]

2 典型人工智能技術(shù)

2.1 智能識別技術(shù)

智能語音系統(tǒng)，是一門將人的話語轉(zhuǎn)化為計算機(jī)語言的新型技術(shù)科學(xué)。與其他識別方式不同的是，智能語音技術(shù)的主要應(yīng)用在識別說話人的語言內(nèi)容而非說話者本身?，F(xiàn)在智能語音識別技術(shù)已經(jīng)相對準(zhǔn)確、穩(wěn)定，這預(yù)示著語音控制將會在智能家居領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。眾所周知，語音是人類獲取信息、傳達(dá)信息最重要也是最便捷的方式，在人機(jī)交互方面，通過智能語音進(jìn)行控制也是最為便捷的。近來智能語音在家居領(lǐng)域的應(yīng)用受到了龍頭企業(yè)的許多好評，只要用戶發(fā)出幾個簡單的指令，便可體驗到智能家居的多項功能。除了應(yīng)用便捷廣泛的人機(jī)交互功能外，智能語音系統(tǒng)也在聲紋識別方面有很大進(jìn)展。聲紋識別，也叫做說話人識別，大致分為說話人辨認(rèn)和說話人確認(rèn)兩大類。說話人辨認(rèn)是從很多人的混雜語音中判斷其中某人的聲音，也就是我們常說的“多選一”問題；而說話人確認(rèn)是通過判斷某人的聲紋來確定某段話的說話者。[3]無論是哪種技術(shù)，都需要說話人的聲模作為訓(xùn)練依據(jù)，這個過程也是人工智能自主學(xué)習(xí)和訓(xùn)練的過程?，F(xiàn)在，像音樂播放、家電調(diào)節(jié)、家用燈的開閉，普通的智能家居產(chǎn)品基本上都可以通過語音交互的方式來實(shí)現(xiàn)其智能化。不僅如此，智能家居也做到了可以離線使用。雖然有些功能可能會因為沒有網(wǎng)絡(luò)而受到限制，但不用聯(lián)網(wǎng)的簡潔與高效也大大提高了便捷與便攜程度。我們都知道，人性化是智能家居系統(tǒng)的核心，智能語音系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用，讓智能家居能更好地滿足人類對人性化的需求。[4]

2.2 智能機(jī)器人技術(shù)

智能機(jī)器人是一種通過中央處理器和傳感器做到按目的安排來進(jìn)行工作的智能設(shè)備。根據(jù)智能程度的不同，可將其劃分為傳感型機(jī)器人、交互性機(jī)器人、自主型機(jī)器人等。至今為止，仍沒有一個統(tǒng)一的定義來描述智能機(jī)器人的概念。但絕大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為智能機(jī)器人至少需要做到以下幾點(diǎn)：感覺要素、運(yùn)動要素和思考要素。感覺要素是指機(jī)器人能夠感知認(rèn)識到周圍環(huán)境的狀態(tài)，從而引發(fā)相關(guān)的程序元素；運(yùn)動要素是指機(jī)器人接到中央處理器的信號之后，可以對外界做出有程序性的反應(yīng)動作；思考要素是指處理器和傳感器傳遞通過感覺要素獲得的信息，使自身思考出應(yīng)做出的系列反應(yīng)性動作。在與智能家居結(jié)合的過程中，相比于傳統(tǒng)機(jī)器人的單一，智能機(jī)器人用自動避開障礙物、聲音的識別與圖像的感覺、皮膚感知、空間識別感知等功能使其較完善了獲得了類比于人類的停、說、讀、寫等能力。通過這些技術(shù)的支持，智能機(jī)器人在智能家居方面與人類的交互能力大大提高。不僅如此，智能機(jī)器人正式應(yīng)用在家庭中以后，還可以與智能家居相關(guān)設(shè)備進(jìn)行結(jié)合，使其在人機(jī)交互、傳感等方面的能力大大加強(qiáng)。在應(yīng)用方面，智能機(jī)器人在居家領(lǐng)域的各個方面都擁有很廣闊的應(yīng)用前景。以安全性為例，智能機(jī)器人所擁有的監(jiān)控傳感等功能對防控竊賊、夜視監(jiān)控等擁有很大的幫助效果。針對安全性，有關(guān)專家專門設(shè)計了一種新型安全防護(hù)型智能機(jī)器人。這種機(jī)器人擁有三百六十度的視野和高清紅外線監(jiān)控裝置，可以全面的對家居的安全狀況進(jìn)行較完備的保障。由于智能家居旨在為人類提供友好便捷的服務(wù)需求，所以智能機(jī)器人在科技巨頭的帶動下，持續(xù)進(jìn)行技術(shù)開發(fā)與設(shè)備完備，已經(jīng)邁入了千萬家的大門，為家居系統(tǒng)提供了許多市場。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)即為物物相連通的互聯(lián)網(wǎng)。這主要體現(xiàn)在兩個方面：第一點(diǎn)，物聯(lián)網(wǎng)是科技應(yīng)用在物件上的延伸的互聯(lián)網(wǎng)，這也代表了它的基礎(chǔ)和核心就是互聯(lián)網(wǎng)；第二點(diǎn)，物聯(lián)網(wǎng)起源于互聯(lián)網(wǎng)，但它不僅限于互聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)將其用戶端擴(kuò)展到了物品和物品之間，讓其進(jìn)行信息交流，這也就是我們常說的物物相息。物聯(lián)網(wǎng)通過智能感知、識別技術(shù)與普適計算等通信感知技術(shù)，廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)的融合中，也因此被稱為繼計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。過去幾年以來，物聯(lián)網(wǎng)在人工智能領(lǐng)域有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，甚至有權(quán)威人士稱，這是在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展應(yīng)用至普及之后的最大一次科技創(chuàng)新。有了紅外感應(yīng)器、激光掃描器、電子信息處理器、RFID等技術(shù)的支持，物聯(lián)網(wǎng)可以將任何物品之前建立一種新型的互聯(lián)網(wǎng)，從而達(dá)到萬物互聯(lián)的目的。隨著人工智能在相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用也為智能家居提供了新概念和廣闊的發(fā)展空間，使其向著服務(wù)化更進(jìn)一步?；谖锫?lián)網(wǎng)的智能家居，可以通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將家中的各家電等物品相聯(lián)通，使家居真正構(gòu)成一個完備的系統(tǒng)，并使其智能化、系統(tǒng)化、完備化。其主要的設(shè)備裝置包括控制管理系統(tǒng)、終端、家庭網(wǎng)絡(luò)、外聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、信息中心、家居傳感器等?；谖锫?lián)網(wǎng)的家居系統(tǒng)能使機(jī)械的人機(jī)交互方式更加和諧自然，也能使用戶頁面更加便捷、更有吸引力。和諧化人機(jī)交互方式的應(yīng)用主要在于讓家中的各個智能家電能從自身所支持的屬性出發(fā)，進(jìn)行方法與服務(wù)設(shè)計，為使用者提供便捷舒適的使用情景和積極的感知與反饋，能夠營造出一種人與智能自然交流的良好人機(jī)關(guān)系。通過物聯(lián)網(wǎng)，家電將不會只是一種接受命令并執(zhí)行的生活用品或工具，而是成為了用戶家庭的一員，這樣用戶的體驗和智能家居的服務(wù)便形成了良性關(guān)系。便捷化用戶頁面主要是指通過使用合適的用戶頁面開發(fā)工具，來促進(jìn)用戶界面的快速原型和開發(fā)的解決。這樣用戶可以通過查看手機(jī)短信等方式，來實(shí)現(xiàn)自由調(diào)控溫度等對家居物品的控制。所以說，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來改善智能家居系統(tǒng)的交互問題，對為用戶創(chuàng)造便捷、綠色、積極、健康的家居生活環(huán)境具有重要意義。

2.4 云計算技術(shù)

云計算技術(shù)是以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的相關(guān)服務(wù)的提高、使用和交付模式，經(jīng)常會用到通過互聯(lián)網(wǎng)來帶來動態(tài)、虛擬化的資料。我們所說的“云”是互聯(lián)網(wǎng)的一種比喻說法。隨著人工智能技術(shù)在相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展，云計算也得到了充分的技術(shù)支持和數(shù)據(jù)支持。今天，云計算甚至可以讓你體驗每秒10萬億次的運(yùn)算能力，有了這個嚇人的數(shù)字，計算機(jī)可以在預(yù)測天氣、模擬核爆炸等方面展開具體應(yīng)用。用戶可以用電腦、筆記本、手機(jī)等設(shè)備接入數(shù)據(jù)中心，按自己的需求進(jìn)行超高精確度的運(yùn)算。在智能家居領(lǐng)域，云計算可以打破傳統(tǒng)家居系統(tǒng)化不足的局面，開啟精確化、高效化、一體化的新型智能家居體驗?；谠朴嬎愕闹悄芗揖酉到y(tǒng)，可以打破時間、空間等領(lǐng)域的限制，使其成為一個完全的系統(tǒng)，為用戶提供便捷的體驗并滿足用戶個性化的需求。

3 總結(jié)與展望

現(xiàn)代社會需要人工智能發(fā)展，人工智能已經(jīng)成為社會發(fā)展進(jìn)程的標(biāo)志，智能家居作為與人生活最貼近的人工智能應(yīng)用將會成為主流。從技術(shù)上講，人工智能中的計算智能、感知智能和認(rèn)知智能等技術(shù)，將在智能家居領(lǐng)域得到充分重視和應(yīng)用，同樣人們對智能家居的期望和智能家居行業(yè)發(fā)展也與人工智能技術(shù)自身發(fā)展呈正相關(guān)，正向激勵人工智能技術(shù)的提升?？梢韵胂蟮某鰜?，不久從感知到人機(jī)交互都將更為智能化，他們會幫助人與家居產(chǎn)品、環(huán)境建立更為和諧的關(guān)系。智能語音、視頻、虹膜、手勢等識別技術(shù)，將隨著在智能家居中的探索應(yīng)用和不斷修正優(yōu)化，智能識別功能越來越完善。物聯(lián)網(wǎng)在智能家居安防、遠(yuǎn)程控制、智慧服務(wù)等方面的應(yīng)用將不斷擴(kuò)展，給家居硬件賦予更精確的感知，并將通過感知將硬件納入可支配、可控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。云計算技術(shù)將能與家居生活相關(guān)的人的感受、硬件參數(shù)、環(huán)境變化等信息進(jìn)行模糊化、智能化處理，對相關(guān)硬件做出指令，構(gòu)建人、機(jī)、環(huán)境更為友好的家居生活系統(tǒng)。另外，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，更多與之相關(guān)的智能家居新產(chǎn)品將如雨后春筍般快速問世，服務(wù)豐富我們的生活。比如智慧家居安防系統(tǒng)，將監(jiān)控攝像頭、窗戶傳感器、紅外監(jiān)測器、意外情況報警器等有效連接，能夠?qū)崟r掌握室內(nèi)情況，保障住宅安全；如智慧家居生態(tài)系統(tǒng)，依靠物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，根據(jù)用戶的使用習(xí)慣，實(shí)現(xiàn)對每個房間溫度、濕度、空氣清新度的遠(yuǎn)程自動智能調(diào)控；如智能家居健康系統(tǒng)，依靠體重秤、運(yùn)動手表、智能手環(huán)、智能馬桶等上面的傳感器，實(shí)時分析監(jiān)測自身身體狀況，出現(xiàn)異常時一方面及時對自己進(jìn)行提醒，同時通過遠(yuǎn)程就醫(yī)系統(tǒng)，自動提請相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜易龀鲈\療建議；如智能家居服務(wù)系統(tǒng)，將家居衛(wèi)生清理、生活娛樂、互動教育等流程和功能賦予家居生活機(jī)器人，給予有序指令，讓智能機(jī)器人完成居家生活服務(wù)性工作，等等。另外，還會衍生出與智能家居相關(guān)的智能穿戴、智能交通等技術(shù)和產(chǎn)品。相信不久的將來，上述人工智能技術(shù)和產(chǎn)品將廣泛應(yīng)用于智能家居領(lǐng)域，推動智能家居行業(yè)爆發(fā)式發(fā)展，智能家居將很快真正走進(jìn)普通民眾的生活，改善人們的生活狀況，提升人們家居生活的舒適度和便捷性。