智能家居的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢研究

摘要：文章通過對智能家居的概述、智能家居國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析、家居智能控制方式的演變，家居智能控制技術(shù)的應(yīng)用等綜合分析，提出了智能家居體系構(gòu)成及設(shè)計研究方法。通過對智能家居的發(fā)展前景的歸納演繹分析，總結(jié)出物聯(lián)網(wǎng)時代智能家居的發(fā)展機(jī)遇與挑戰(zhàn)，對我國智能家居的發(fā)展起到積極指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：智能家居;智能控制;無線傳感網(wǎng)器絡(luò)技術(shù);多媒體技術(shù)

中圖分類號：TP212

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編碼：1672-7053（2019）04-0152-02

Abstract：Through the overview of smart home， the analysis of current situation at home and abroad， the evolution of home intelligent control methods， the application of home intelligent control technology， etc， The author puts forward the composition of the smart home system and the design research methods，throughing the development prospect of smart home， and summarizes the development opportunities and challenges of smart home in the Internet of Things era and plays a positive guiding role in the development of smart homes in China.

Key Words：Smart Home;Intelligent control;Wireless sensing network device network technology;Multimedia technology

工業(yè)4.0革命的爆發(fā)使得家電制造業(yè)不約而同地將智能家居作為新的產(chǎn)業(yè)方向，生活節(jié)奏的加快和物質(zhì)需求的提升也使人們更渴望家居智能化時代的到來。人工智能的垂直應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，在智能家居中有豐富的體現(xiàn)和廣泛的推廣意義，由傳統(tǒng)生活轉(zhuǎn)變?yōu)橹腔凵睿悄芗揖硬粩嘤绊懭藗兊纳钇鹁?。隨著人工智能的不斷推進(jìn)和發(fā)展，我們通過認(rèn)知科學(xué)中的行為探究，嘗試將家居生活中的設(shè)施智能化。

1智能家居解析

當(dāng)今，人工智能無處不在，并應(yīng)用十分廣泛。隨著人工智能技術(shù)賦能，智能家居產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，生態(tài)逐步完善趨于成熟。智能家居是在物聯(lián)網(wǎng)的物聯(lián)化的體現(xiàn)。

1.1智能家居的定義

智能家居就是以住宅為平臺，利用先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)及綜合布線技術(shù)，將與家居生活有關(guān)的各種設(shè)備有機(jī)結(jié)合在一起。兼?zhèn)浣ㄖ?、網(wǎng)絡(luò)通信、信息家電、設(shè)備自動化，及系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境，提供全方位信息交換功能[1]。智能家居通俗來講是通過家庭升級換代的設(shè)備，包括生活起居環(huán)境中的一切家用產(chǎn)品，具備了相互溝通和聯(lián)系的人工智能特點(diǎn)，賦予家居產(chǎn)品認(rèn)知行為能力。

1.2智能家居的基本屬性[2]智能家居的基本屬性則是從人類生活起居中提取共性特點(diǎn)，使用戶能夠充分體驗(yàn)家居智能化的優(yōu)越性和滿意度。在家中任何一個角落和功能區(qū)域，人們都能夠進(jìn)行智能家居的全區(qū)域化交互。智能家居無微不至的與用戶進(jìn)行交互，涵蓋了生活的衣食住行等方方面面。把傳統(tǒng)的人類起居生活簡單化，使人們可以從繁雜瑣碎的日常生活勞動中解放出來。

2智能家居研究的現(xiàn)狀

家居生活智能化已經(jīng)成為未來生活的發(fā)展趨勢和生活指向標(biāo)，并正在全球范圍內(nèi)呈現(xiàn)強(qiáng)勁的活力。目前全球智能家居發(fā)展態(tài)勢良好，美國引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展風(fēng)向標(biāo)。如市場研究咨詢公司MarkesandMarkes近期發(fā)布的報告顯示，全球智能家居市場規(guī)模將在2022年達(dá)到1220億美元，2016—2022年年均增長率預(yù)計為14%。伴隨著5G燈芯一代移動通訊技術(shù)的發(fā)展，語音識別、深度學(xué)習(xí)等人工智能的技術(shù)，在新技術(shù)與智能家居融合之下，產(chǎn)品類別增多，系統(tǒng)生態(tài)逐步成熟，用戶市場普及率提高將會是大勢所趨[3]。同時，我國潛在發(fā)展空間巨大，今年智能家居市場規(guī)模增長率大幅度提升，行業(yè)發(fā)展勢頭迅猛。人工智能技術(shù)融合化趨勢催生了大量新技術(shù)、新模式、新業(yè)態(tài)，創(chuàng)造了巨大的市場需求。

3智能家居的演變

傳統(tǒng)家電向智能家居領(lǐng)域轉(zhuǎn)型與變革具備多方面優(yōu)勢，而智能家居的演變歷程也可以多個角度來看[4]。

3.1智能家居產(chǎn)品形態(tài)演變

任何事物的發(fā)展都經(jīng)歷從小到大、從簡單到復(fù)雜的過程。智能家居將會逐步取代傳統(tǒng)用品而滲透到家居生活方方面面。從產(chǎn)品形態(tài)上看，第一階段是智能家居中適合企業(yè)進(jìn)軍智能家居的最佳切入口即智能單品。傳統(tǒng)家電企業(yè)如海爾、美的以及國外的LG等就是以智能冰箱、智能空調(diào)、智能洗衣機(jī)等家用電器奪人眼球，而互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)以一些創(chuàng)業(yè)公司諸如百度、小米、樂視等則以路由器、電視盒子、攝像頭等智能產(chǎn)品先聲奪人。不同產(chǎn)品之間的聯(lián)動，是智能家居發(fā)展的第二階段，表現(xiàn)在不同類產(chǎn)品之間信息互通共享。如將某種產(chǎn)品的算法嵌入另一種硬件設(shè)備后，用戶可以在產(chǎn)品的平臺上查看另一種產(chǎn)品數(shù)據(jù)，甚至和對手之間進(jìn)行PK。還可搭建小規(guī)模生態(tài)系統(tǒng)，在同品牌不同產(chǎn)品間進(jìn)行互動。智能家居發(fā)展的第三階段是品牌的不同類產(chǎn)品之間的融合和交互。智能家居是一個平臺，同時也是一個系統(tǒng)，是各種家具設(shè)備的集成化。即產(chǎn)品與產(chǎn)品之間的互通互融不再需要人為干涉，人能自主地進(jìn)行各種活動。海爾打造的智慧生活，是基于U+智慧家庭互聯(lián)平臺、U+云服務(wù)平臺以及U+大數(shù)據(jù)分析平臺技術(shù)的一個操作系統(tǒng)。這套智慧生活操作系統(tǒng)讓用戶家里各類家電、燈光、窗簾以及安防等系列的家具設(shè)備，都可實(shí)現(xiàn)跨品牌、跨產(chǎn)品的互聯(lián)互通。例如，譚嫄嫄，耿道雙的生活形態(tài)下的智能家居產(chǎn)品設(shè)計研究，探討了用戶需求下智能家居產(chǎn)品的設(shè)計與創(chuàng)新[5]。

3.2智能家居控制方式演變

從智能家居的控制方式來看，其發(fā)展可分為手機(jī)控制、多種控制方式結(jié)合、感應(yīng)式控制、系統(tǒng)自制控制四個階段。前三種控制方式，已經(jīng)在我們的家庭生活中推廣和使用。而系統(tǒng)自制控制是智能家居發(fā)展的最高階段，是系統(tǒng)的自我學(xué)習(xí)、自我控制能力。由人為到系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)變，需要大量的傳感器介入，通過各類光桿的、溫度的、適度的、距離的、心率的傳感器，搜索整理人們的日常生活行為并進(jìn)行分類歸檔，存入智能家居的“記憶”中，然后實(shí)現(xiàn)自我的進(jìn)化。各類傳感器之間需要互聯(lián)互融，智能家居才能真正實(shí)現(xiàn)自動化。

4無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用普及

無線傳感網(wǎng)絡(luò)為智能家居提供了傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)所缺少的移動性、使用便利性和設(shè)備簡潔性，可以在采集、控制、用戶APP等多方面看到它的身影。有針對于智能的情景模式控制的，有針對于健康管理的，也有針對遠(yuǎn)程監(jiān)控安防報警的，還有專門只針對于一小方面的各種產(chǎn)品，支撐它們的核心技術(shù)即無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[6]。例如，王琳探討了基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的智能家居系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)，通過用戶需求分析設(shè)計智能家居系統(tǒng)的整體構(gòu)架[7]。

4.1無線傳感網(wǎng)絡(luò)的定義

無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)指由分布在檢測區(qū)域內(nèi)的大量廉價微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成并通過無線通信技術(shù)、傳感技術(shù)、微電子制造技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和嵌入式計算機(jī)技術(shù)等。能夠通過不同種類和功能的、集成的微型傳感器節(jié)點(diǎn)協(xié)作對不同環(huán)境或檢測對象的信息進(jìn)行感知、采集以及實(shí)時監(jiān)測，并對采集到的信息進(jìn)行處理、通過無線的自組織網(wǎng)絡(luò)以多跳中繼的方式將感知到的信息傳到終端用戶。

4.2無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與各種普通網(wǎng)絡(luò)相比具有三大特點(diǎn)

首先，分布式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中沒有固定的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)備，所有節(jié)點(diǎn)都是地位平等的，通過分布協(xié)議來協(xié)調(diào)各個節(jié)點(diǎn)從而協(xié)作完成特定任務(wù)。節(jié)點(diǎn)可以隨時加入、離開這個網(wǎng)絡(luò)，但不會影響網(wǎng)絡(luò)的正常工作，具有超高的抗毀性能。其次，節(jié)點(diǎn)數(shù)量較多，網(wǎng)絡(luò)密度較高。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常都是密集分布在大范圍的無人檢測區(qū)域當(dāng)中，通過網(wǎng)絡(luò)中大量不同功能節(jié)點(diǎn)協(xié)同工作來提高整個系統(tǒng)的工作質(zhì)量。再者，自組織特性。無線傳感網(wǎng)絡(luò)所使用的物理環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)自身都存在很多不可預(yù)料的因素，需要網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)具備組織能力，即在無人干預(yù)、無其他任何網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施支持下，可以隨時隨地自動組網(wǎng)，自發(fā)進(jìn)行配置和管理，并采用適合的路由協(xié)議實(shí)施檢測數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。

5智能家居中多模態(tài)交互設(shè)計的用戶體驗(yàn)

多媒體、語音識別、體感交互、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)的興起，為智能家居帶來了不可思議的發(fā)展。計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可以處理文字、數(shù)據(jù)和圖形等信息，還可以綜合處理圖像、聲音、動畫、視頻等信息。語音識別技術(shù)與其他自然語言處理相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)語音到語音的翻譯等應(yīng)用，并通過研究精準(zhǔn)度優(yōu)化方法，完成智能家居的語音識別。例如，李山探討的《智能家具語音識別精準(zhǔn)度優(yōu)化仿真》驗(yàn)證了語音識別技術(shù)在智能家居使用中的高效易用性[8]。人們在智能家居中充分利用體感交互技術(shù)，使人們在起居生活中與家庭設(shè)備的接觸可以直接使用肢體動作，與周邊的裝置和環(huán)境互動，而無須使用任何復(fù)雜的控制設(shè)備。一種全新方式的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，人們可以通過計算機(jī)復(fù)雜數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化操作與交互，通過計算機(jī)生成逼真的三維視、聽、嗅等感覺，使人作為參與者通過適當(dāng)裝置，自然地對虛擬世界進(jìn)行體驗(yàn)和交互作用。在家居智能化研發(fā)設(shè)計中，借助互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，通過技術(shù)聯(lián)盟采用多種技術(shù)智能化的應(yīng)用，滿足用戶交互與操作，智能家居必然成為人類生活新風(fēng)尚。

6智能家居發(fā)展的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

2018年政府工作的建議中提出：實(shí)施大數(shù)據(jù)發(fā)展行動，加強(qiáng)新一代人工智能研發(fā)應(yīng)用，在醫(yī)療、養(yǎng)老、體育、教育、文化等多領(lǐng)域推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”，發(fā)展智能產(chǎn)業(yè)、拓展智能生活。智能家居將從單品智能、同品牌智能互通到智能家居生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建。隨著智能硬件終端、網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)處理三方面的實(shí)施成本的降低和智能家居技術(shù)層面上性能的極大提升，用戶層面上的功能不斷完善，智能家居的大發(fā)展勢不可擋。雖然智能家居行業(yè)擁有比較大的潛力和空間，但是在良好的發(fā)展前景前下，智能家居行業(yè)也面臨諸多挑戰(zhàn)。例如價格虛高，不能廣泛普及;產(chǎn)品“華而不實(shí)”，操作的復(fù)雜性帶給用戶體驗(yàn)的嚴(yán)重影響;安全隱患較多，安全性能較差;國內(nèi)智能家居缺乏統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)從而影響用戶忠誠度，對智能家居行業(yè)造成極大負(fù)面影響等[9]。

7總結(jié)

目前，我國的智能家居市場中智能家居產(chǎn)品仍處于初級階段，平臺化運(yùn)作模式還未成形。“理論在前，技術(shù)未動”，產(chǎn)品互聯(lián)不夠、同質(zhì)化現(xiàn)象嚴(yán)重，系統(tǒng)穩(wěn)定性不足等，缺乏用戶的認(rèn)同感。但隨著智能家居市場推廣普及的進(jìn)一步落實(shí)，智能家居市場潛力巨大。國家政策扶持與規(guī)范引導(dǎo)，智慧城市建設(shè)逐步與完善也為智能家具的發(fā)展注入原動力。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與興盛，我國家居智能化的時代已經(jīng)到來。

本文系2019年河南省教育廳人文社會科學(xué)研究項(xiàng)目（項(xiàng)目批準(zhǔn)號：2019-ZDJH-556）。

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