基于人工智能的節(jié)能控制物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)的設(shè)計(jì)與研究

周坤 李小松

摘要：智能家居、智慧醫(yī)療、智慧城市的發(fā)展不僅為人們的生活帶來(lái)極大便利，同時(shí)滿足了節(jié)能需要，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，可以打造人工智能的節(jié)能平臺(tái)，進(jìn)一步推進(jìn)城市化發(fā)展，同時(shí)需要對(duì)該平臺(tái)建設(shè)加強(qiáng)研究。該文從人工智能與物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)概念入手，討論人工智能的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，并分析如何利用人工智能的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，希望對(duì)節(jié)能研究具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：人工智能;節(jié)能控制;物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái);設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)： TP18? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）02-0173-02

物聯(lián)網(wǎng)就是利用紅外設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)攝像頭等終端設(shè)備連接網(wǎng)絡(luò)形成的系統(tǒng)，進(jìn)而打造出萬(wàn)物互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，如今物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)深刻地影響著人們的生活，而人工智能的發(fā)展進(jìn)一步推動(dòng)了物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的打造，人工智能是一項(xiàng)高度智能化的技術(shù)，在打造智慧城市、智慧醫(yī)療和智能家居中都發(fā)揮出了巨大的作用，需要在新時(shí)期進(jìn)一步促進(jìn)人工智能和物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的融合。

1 研究背景

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的背景下，資源和能源短缺問(wèn)題開(kāi)始受到全世界的關(guān)注，為看實(shí)現(xiàn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，對(duì)資源的合理利用以及實(shí)現(xiàn)科技節(jié)能成為諸多國(guó)家關(guān)注的內(nèi)容。我國(guó)是人口大國(guó)，也是能源消耗大國(guó)，在諸多領(lǐng)域的發(fā)展中都需要利用資源和能源。早在“十一五”期間，我國(guó)政府就制定出看相關(guān)的節(jié)能政策，目前建筑行業(yè)對(duì)能源的消耗最大，約為全部能源消耗的33%，所以當(dāng)前建筑領(lǐng)域在有效利用先進(jìn)的技術(shù)手段節(jié)水和節(jié)電。建筑能耗問(wèn)題和技術(shù)、使用行為有關(guān)，建筑使用者的行為對(duì)能耗影響最大，利用傳感器等終端設(shè)備可以獲取建筑物內(nèi)部的感知指標(biāo)，這也是物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成的基本要素。在節(jié)能減排呼聲越來(lái)越高的背景下，利用感知指標(biāo)分析照明、溫度、濕度得到了關(guān)注，在一些大型的公共建筑中，由于人員的節(jié)能意識(shí)不足，不及時(shí)關(guān)燈和關(guān)閉空調(diào)都導(dǎo)致了能源浪費(fèi)，而人工智能物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)可以解決這一問(wèn)題。

2 人工智能與物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)概念

2.1 人工智能的相關(guān)概念

人工智能是計(jì)算機(jī)科學(xué)，也是借助處理器達(dá)到對(duì)人的智能模擬，進(jìn)而用于人們的生活和生產(chǎn)中，所以需要對(duì)人類智能進(jìn)行深入研究，讓機(jī)器具有人的反應(yīng)。雖然人工智能技術(shù)開(kāi)始用于機(jī)器人等語(yǔ)音和圖像識(shí)別領(lǐng)域，但是在應(yīng)用面上依然較窄。當(dāng)前對(duì)人工智能的開(kāi)發(fā)主要是借助人的思考和思維方式設(shè)計(jì)，在三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，包括了輸入層、輸出層和隱含層，分別具有感知數(shù)據(jù)、深層次分析和處理數(shù)據(jù)以及輸出表達(dá)的作用。人工智能作為計(jì)算機(jī)科學(xué)的全新發(fā)展領(lǐng)域，包括了人臉識(shí)別、圖像處理和語(yǔ)言理解等部分，是新的科技體現(xiàn)[1]。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)概念

物聯(lián)網(wǎng)作為新一代計(jì)算機(jī)重要組成部分，以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，可以在不同的物品中延伸，進(jìn)而打造出物品之間的網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)的概念最早是美國(guó)的由Ashton教授提出，借助信息傳感技術(shù)聯(lián)系世界各地的物品，物聯(lián)網(wǎng)是現(xiàn)代信息技術(shù)中最基礎(chǔ)的部分，一方面是利用互聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)展客戶端，另一方面是滿足物品之間的交流，在我國(guó)的農(nóng)業(yè)、建筑以及汽車(chē)行業(yè)都開(kāi)始發(fā)揮出作用，物聯(lián)網(wǎng)被譽(yù)為未來(lái)30年最大的科技研究成果，并且應(yīng)用范圍也會(huì)越來(lái)越廣泛。物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)包括應(yīng)用層、感知層和網(wǎng)絡(luò)層三個(gè)層面;在感知層可以利用傳感技術(shù)、無(wú)線技術(shù)獲取信息，網(wǎng)絡(luò)層借助通信網(wǎng)和云技術(shù)等平臺(tái)，生成移動(dòng)通信技術(shù)、PLC技術(shù)、WIFI等;應(yīng)用層是連接用戶需要和物聯(lián)網(wǎng)的端口，可以對(duì)數(shù)據(jù)加工與分析，為使用人員提供科學(xué)的決策。

2.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

物聯(lián)網(wǎng)最早應(yīng)用在機(jī)場(chǎng)的防御系統(tǒng)，在該技術(shù)的不斷發(fā)展下目前普遍用于手機(jī)購(gòu)物環(huán)節(jié)，并且與移動(dòng)通信技術(shù)的結(jié)合也在不斷加強(qiáng)，充分體現(xiàn)出了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步。人工智能技術(shù)也經(jīng)過(guò)60年的發(fā)展，如今在機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模式識(shí)別等方面取得了顯著的進(jìn)步，比如2016年的圍棋人機(jī)大戰(zhàn)讓人工智能成為世界關(guān)注的焦點(diǎn)，之后各大互聯(lián)網(wǎng)公司開(kāi)始加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)，不斷地改善著人們的生活。如今，把人工智能用于物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的搭建迎合了時(shí)代的發(fā)展潮流，也讓物聯(lián)網(wǎng)更加具有智能化和開(kāi)放性的特點(diǎn)[2]。

2.4 人工智能與物聯(lián)網(wǎng)的融合

人工智能芯片在物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)平臺(tái)中具有基礎(chǔ)性的作用，可以有效推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，同時(shí)人工智能機(jī)器人的出現(xiàn)也顯著地改善了人們的生活，比如智能家具機(jī)器人就幫助人們解決很多生活實(shí)際問(wèn)題，而物流機(jī)器人的出現(xiàn)庫(kù)房讓企業(yè)實(shí)現(xiàn)了無(wú)人化管理。此外，人工智能在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理上也顯示出了優(yōu)勢(shì)，物聯(lián)網(wǎng)的感知得到了空前提升，為人們挖掘和利用數(shù)據(jù)提供支持。

3 人工智能的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

3.1 進(jìn)行模式識(shí)別

所謂的模式識(shí)別就是計(jì)算機(jī)對(duì)復(fù)雜環(huán)境的感知、識(shí)別以及解讀，其中人工智能發(fā)揮出了基礎(chǔ)性作用，借助傳感器可以對(duì)信息搜集，這同樣是物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)不可或缺的內(nèi)容，通過(guò)對(duì)模式識(shí)別技術(shù)的利用可以提升信息利用和處理的能力。具體說(shuō)來(lái)：模式識(shí)別技術(shù)涵蓋了語(yǔ)音識(shí)別、文字識(shí)別以及人臉識(shí)別等技術(shù)，不管是利用哪些技術(shù)都需要利用計(jì)算機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別外來(lái)的信號(hào)。此外，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有強(qiáng)大的學(xué)習(xí)能力，可以解決信號(hào)識(shí)別困難的問(wèn)題，所以識(shí)別技術(shù)是一種基于人工智能的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

3.2 利用信息安全技術(shù)

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)和信息安全技術(shù)的飛速發(fā)展下，對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全和信息安全技術(shù)的利用也提出了越來(lái)越高的要求，目前可以讓這三種技術(shù)相互聯(lián)系起來(lái)。與此同時(shí)，在信息技術(shù)飛速發(fā)展下，網(wǎng)絡(luò)木馬和網(wǎng)絡(luò)病毒也在更新?lián)Q代，威脅性也在加強(qiáng)。所以原有的網(wǎng)絡(luò)防御技術(shù)需要及時(shí)更新，融入入侵檢測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估可以打造出綜合性更強(qiáng)的防御系統(tǒng)。具體說(shuō)來(lái)：在系統(tǒng)中會(huì)隨著軟件和硬件的運(yùn)行生成大量日志，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以對(duì)這些數(shù)據(jù)及時(shí)分析，然后及時(shí)消滅這些病毒，打造更加安全的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境[3]。

3.3 搭建物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)

在人工智能技術(shù)發(fā)展的過(guò)程中，利用互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)可以進(jìn)一步促進(jìn)其發(fā)展。要想利用更為智能化的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，需要把傳感、攝像、智能識(shí)別等不同終端設(shè)備采集的信息利用通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街醒胩幚砥脚_(tái)中，然后可以利用人工智能對(duì)信息處理和分析，然后把產(chǎn)生的命令反饋到終端效應(yīng)設(shè)備。同時(shí)，在用戶端和終端加入中央處理平臺(tái)可以自主的、批量的下達(dá)指令，讓使用人員的工作量大大降低，隨著越來(lái)越多的終端設(shè)備整合到物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中，促進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)顯著的進(jìn)步，這一過(guò)程中溫度、濕度、傳感、攝像等終端采集設(shè)備充當(dāng)感受器的作用，分析室內(nèi)的溫度和亮度，然后智能的調(diào)整，最終構(gòu)建出物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。

4 基于人工智能的節(jié)能控制物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

在該系統(tǒng)下，主要包括了四個(gè)組成部分，分別包括傳感器、執(zhí)行器、云平臺(tái)和網(wǎng)關(guān)，其中執(zhí)行器和傳感器利用無(wú)線的方式和網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，主要的通信方式包括433MHz和2.4GHz。在傳感器部分包括了無(wú)線熱釋電人體感應(yīng)傳感器和無(wú)線溫濕光傳感器，其中無(wú)線溫濕光傳感器可以對(duì)環(huán)境溫度、濕度以及光照度測(cè)量，而無(wú)線熱釋電人體感應(yīng)傳感器可以感應(yīng)到是否有人走動(dòng)，然后提供照明。在執(zhí)行器部分，包括了三路電源控制器、無(wú)線單路，可以測(cè)量電量以及控制開(kāi)關(guān)。在硬件設(shè)計(jì)中，接入電路、分壓電路、檢流電路以及通信模塊接口是主要組成部分。在系統(tǒng)的運(yùn)行中，智能節(jié)能控制網(wǎng)關(guān)利用紅外發(fā)射和接收器遙控空調(diào)系統(tǒng)，然后在無(wú)線通信獲取傳感器中得到相關(guān)數(shù)據(jù)，以此對(duì)照明系統(tǒng)和空調(diào)控制，還可以把數(shù)據(jù)上傳到云端，分析耗電情況。在云平臺(tái)中可以滿足數(shù)據(jù)傳輸、存儲(chǔ)、分析以及機(jī)器學(xué)習(xí)，其中物聯(lián)網(wǎng)組件和數(shù)據(jù)處理服務(wù)共同組成云平臺(tái)。

5 如何利用人工智能的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

5.1 智慧城市

所謂的智慧城市是一個(gè)龐大的系統(tǒng)，需要借助大戶數(shù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)技術(shù)支持。如今，物聯(lián)網(wǎng)和人工智能的進(jìn)步讓智慧城市進(jìn)入到新的發(fā)展階段。具體說(shuō)來(lái)：人工智能已經(jīng)影響城市建設(shè)的多個(gè)方面，比如在城市交通領(lǐng)域，利用人工智能可以打造出更為科學(xué)的交通管理模式，減少車(chē)輛擁堵情況，并且當(dāng)前的部分汽車(chē)生產(chǎn)商開(kāi)始推出無(wú)人駕駛汽車(chē)，可以自主規(guī)劃路線。此外，利用智能監(jiān)控系統(tǒng)可以協(xié)調(diào)車(chē)輛與人的流動(dòng)情況，根據(jù)通行情況智能化的控制交通燈時(shí)間。在未來(lái)的城市發(fā)展中，全部的交通信息會(huì)集中到一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，無(wú)人駕駛的情況越來(lái)越多，在人工智能系統(tǒng)的控制下會(huì)融進(jìn)更為龐大的云端控制系統(tǒng)，在人工智能的學(xué)習(xí)下可以將交通打造得更為科學(xué)。此外，在人工智能的發(fā)展下會(huì)用于移動(dòng)可穿戴設(shè)備、農(nóng)產(chǎn)品智能化培養(yǎng)，為人們的生活帶來(lái)更多便利[4]。

5.2 智能家居

在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下，家居具有智能化的特點(diǎn)，人們可以利用手機(jī)對(duì)多個(gè)智能化設(shè)備控制，目前的智能家居包括智能家具系統(tǒng)、家庭自動(dòng)化以及智能家居安防系統(tǒng)，人們可以在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下對(duì)電視、冰箱、空調(diào)連接和控制，比如人工智能可以分析出室內(nèi)溫度，自動(dòng)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)控制，再如人們觀看某個(gè)綜藝節(jié)目或者電影后，通過(guò)人工智能可以分析出觀看的喜好，然后推薦同類作品。在人工智能主導(dǎo)的家居中不論是造型還是操作上都會(huì)發(fā)生巨大的改變，在智能化程度不斷提升的同時(shí)，諸多功能會(huì)集中在一起。將人工智能與室內(nèi)裝飾結(jié)合起來(lái)，還可以起到更為明顯的節(jié)能效果，比如說(shuō)墻體和地面，可以改變自身的透明度，對(duì)室內(nèi)的亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)，在夜晚可以將墻壁轉(zhuǎn)化為屏幕，釋放出適應(yīng)的光線，這樣就可以減少外露燈具的數(shù)量，讓室內(nèi)更加整潔、空間更大[5]。

5.3 智能服務(wù)醫(yī)療系統(tǒng)

在智能化的醫(yī)療服務(wù)系統(tǒng)下，包括了智慧醫(yī)院系統(tǒng)、區(qū)域衛(wèi)生系統(tǒng)和家庭健康系統(tǒng)三個(gè)部分，共同組成了全面的醫(yī)療服務(wù)系統(tǒng)。比如說(shuō)家庭健康系統(tǒng)，其中包括了智能護(hù)理機(jī)器人終端、智能控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制 App，智能護(hù)理機(jī)器人終端對(duì)智能傳感技術(shù)進(jìn)行了利用，具有語(yǔ)音交互、行走和護(hù)理的功能，為加快患者康復(fù)提供了極大的便利。此外，人工智能可以對(duì)人體的各項(xiàng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，分析身體健康狀況，通過(guò)連接專家系統(tǒng)，保證診斷的質(zhì)量，之后就可以提出具體的健康建議，比如說(shuō)飲食方面、睡眠方面、運(yùn)動(dòng)方面都會(huì)提出科學(xué)的指導(dǎo)。人工智能技術(shù)具有學(xué)習(xí)能力，對(duì)使用人員的日常生活記錄，指出科學(xué)的生活方式。隨著醫(yī)療機(jī)器人的出現(xiàn)將打破常規(guī)醫(yī)療現(xiàn)狀，顛覆傳統(tǒng)醫(yī)療模式，對(duì)我國(guó)醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展起到巨大推動(dòng)作用[6]。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在大數(shù)據(jù)和云計(jì)算技術(shù)不斷得到利用的背景下，使得物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，借助物聯(lián)網(wǎng)真正實(shí)現(xiàn)了人與物、物與物的連接，在方便人們生活的同時(shí)，也在節(jié)能環(huán)保方面發(fā)揮出了優(yōu)勢(shì)，比如建筑室內(nèi)的照明、空調(diào)以及熱水器中都得到了利用。不過(guò)目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在利用范圍上還較為有限，在理論研究和軟硬件水平上都需要提升。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，對(duì)我國(guó)的交通、醫(yī)療、建筑和城市發(fā)展都起到了巨大的推進(jìn)作用，顯著地提升了人們的生活品質(zhì)，目前在語(yǔ)音導(dǎo)航以及手機(jī)刷臉支付都得到了有效利用，今后還將在更多的領(lǐng)域中利用，促進(jìn)人類社會(huì)的進(jìn)步。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】