基于人工智能的節能控制物聯網云平臺的設計與研究

周坤 李小松

摘要：智能家居、智慧醫療、智慧城市的發展不僅為人們的生活帶來極大便利，同時滿足了節能需要，在物聯網技術的支持下，可以打造人工智能的節能平臺，進一步推進城市化發展，同時需要對該平臺建設加強研究。該文從人工智能與物聯網的相關概念入手，討論人工智能的物聯網技術，并分析如何利用人工智能的物聯網技術，希望對節能研究具有借鑒意義。

關鍵詞：人工智能;節能控制;物聯網云平臺;設計

中圖分類號： TP18? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）02-0173-02

物聯網就是利用紅外設備以及網絡攝像頭等終端設備連接網絡形成的系統，進而打造出萬物互聯的網絡，如今物聯網技術已經深刻地影響著人們的生活，而人工智能的發展進一步推動了物聯網平臺的打造，人工智能是一項高度智能化的技術，在打造智慧城市、智慧醫療和智能家居中都發揮出了巨大的作用，需要在新時期進一步促進人工智能和物聯網平臺的融合。

1 研究背景

在社會經濟飛速發展的背景下，資源和能源短缺問題開始受到全世界的關注，為看實現社會的可持續發展，對資源的合理利用以及實現科技節能成為諸多國家關注的內容。我國是人口大國，也是能源消耗大國，在諸多領域的發展中都需要利用資源和能源。早在“十一五”期間，我國政府就制定出看相關的節能政策，目前建筑行業對能源的消耗最大，約為全部能源消耗的33%，所以當前建筑領域在有效利用先進的技術手段節水和節電。建筑能耗問題和技術、使用行為有關，建筑使用者的行為對能耗影響最大，利用傳感器等終端設備可以獲取建筑物內部的感知指標，這也是物聯網構成的基本要素。在節能減排呼聲越來越高的背景下，利用感知指標分析照明、溫度、濕度得到了關注，在一些大型的公共建筑中，由于人員的節能意識不足，不及時關燈和關閉空調都導致了能源浪費，而人工智能物聯網云平臺可以解決這一問題。

2 人工智能與物聯網的相關概念

2.1 人工智能的相關概念

人工智能是計算機科學，也是借助處理器達到對人的智能模擬，進而用于人們的生活和生產中，所以需要對人類智能進行深入研究，讓機器具有人的反應。雖然人工智能技術開始用于機器人等語音和圖像識別領域，但是在應用面上依然較窄。當前對人工智能的開發主要是借助人的思考和思維方式設計，在三層神經網絡中，包括了輸入層、輸出層和隱含層，分別具有感知數據、深層次分析和處理數據以及輸出表達的作用。人工智能作為計算機科學的全新發展領域，包括了人臉識別、圖像處理和語言理解等部分，是新的科技體現[1]。

2.2 物聯網的相關概念

物聯網作為新一代計算機重要組成部分，以互聯網技術為基礎，可以在不同的物品中延伸，進而打造出物品之間的網絡。物聯網的概念最早是美國的由Ashton教授提出，借助信息傳感技術聯系世界各地的物品，物聯網是現代信息技術中最基礎的部分，一方面是利用互聯網擴展客戶端，另一方面是滿足物品之間的交流，在我國的農業、建筑以及汽車行業都開始發揮出作用，物聯網被譽為未來30年最大的科技研究成果，并且應用范圍也會越來越廣泛。物聯網的關鍵技術包括應用層、感知層和網絡層三個層面;在感知層可以利用傳感技術、無線技術獲取信息，網絡層借助通信網和云技術等平臺，生成移動通信技術、PLC技術、WIFI等;應用層是連接用戶需要和物聯網的端口，可以對數據加工與分析，為使用人員提供科學的決策。

2.3 國內外發展現狀

物聯網最早應用在機場的防御系統，在該技術的不斷發展下目前普遍用于手機購物環節，并且與移動通信技術的結合也在不斷加強，充分體現出了物聯網技術的進步。人工智能技術也經過60年的發展，如今在機器學習、神經網絡、模式識別等方面取得了顯著的進步，比如2016年的圍棋人機大戰讓人工智能成為世界關注的焦點，之后各大互聯網公司開始加強技術研發，不斷地改善著人們的生活。如今，把人工智能用于物聯網平臺的搭建迎合了時代的發展潮流，也讓物聯網更加具有智能化和開放性的特點[2]。

2.4 人工智能與物聯網的融合

人工智能芯片在物聯網云服務平臺中具有基礎性的作用，可以有效推動互聯網產業的發展，同時人工智能機器人的出現也顯著地改善了人們的生活，比如智能家具機器人就幫助人們解決很多生活實際問題，而物流機器人的出現庫房讓企業實現了無人化管理。此外，人工智能在網絡數據處理上也顯示出了優勢，物聯網的感知得到了空前提升，為人們挖掘和利用數據提供支持。

3 人工智能的物聯網技術

3.1 進行模式識別

所謂的模式識別就是計算機對復雜環境的感知、識別以及解讀，其中人工智能發揮出了基礎性作用，借助傳感器可以對信息搜集，這同樣是物聯網平臺不可或缺的內容，通過對模式識別技術的利用可以提升信息利用和處理的能力。具體說來：模式識別技術涵蓋了語音識別、文字識別以及人臉識別等技術，不管是利用哪些技術都需要利用計算機神經網絡識別外來的信號。此外，神經網絡技術具有強大的學習能力，可以解決信號識別困難的問題，所以識別技術是一種基于人工智能的物聯網技術。

3.2 利用信息安全技術

在物聯網技術、人工智能技術和信息安全技術的飛速發展下，對計算機系統的安全和信息安全技術的利用也提出了越來越高的要求，目前可以讓這三種技術相互聯系起來。與此同時，在信息技術飛速發展下，網絡木馬和網絡病毒也在更新換代，威脅性也在加強。所以原有的網絡防御技術需要及時更新，融入入侵檢測和風險評估可以打造出綜合性更強的防御系統。具體說來：在系統中會隨著軟件和硬件的運行生成大量日志，數據采集系統可以對這些數據及時分析，然后及時消滅這些病毒，打造更加安全的網絡環境[3]。

3.3 搭建物聯網平臺

在人工智能技術發展的過程中，利用互聯網平臺可以進一步促進其發展。要想利用更為智能化的物聯網技術，需要把傳感、攝像、智能識別等不同終端設備采集的信息利用通信網絡傳輸到中央處理平臺中，然后可以利用人工智能對信息處理和分析，然后把產生的命令反饋到終端效應設備。同時，在用戶端和終端加入中央處理平臺可以自主的、批量的下達指令，讓使用人員的工作量大大降低，隨著越來越多的終端設備整合到物聯網平臺中，促進了物聯網顯著的進步，這一過程中溫度、濕度、傳感、攝像等終端采集設備充當感受器的作用，分析室內的溫度和亮度，然后智能的調整，最終構建出物聯網平臺。

4 基于人工智能的節能控制物聯網云平臺系統架構

在該系統下，主要包括了四個組成部分，分別包括傳感器、執行器、云平臺和網關，其中執行器和傳感器利用無線的方式和網關進行數據傳輸，主要的通信方式包括433MHz和2.4GHz。在傳感器部分包括了無線熱釋電人體感應傳感器和無線溫濕光傳感器，其中無線溫濕光傳感器可以對環境溫度、濕度以及光照度測量，而無線熱釋電人體感應傳感器可以感應到是否有人走動，然后提供照明。在執行器部分，包括了三路電源控制器、無線單路，可以測量電量以及控制開關。在硬件設計中，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。在系統的運行中，智能節能控制網關利用紅外發射和接收器遙控空調系統，然后在無線通信獲取傳感器中得到相關數據，以此對照明系統和空調控制，還可以把數據上傳到云端，分析耗電情況。在云平臺中可以滿足數據傳輸、存儲、分析以及機器學習，其中物聯網組件和數據處理服務共同組成云平臺。

5 如何利用人工智能的物聯網技術

5.1 智慧城市

所謂的智慧城市是一個龐大的系統，需要借助大戶數、云計算、物聯網和人工智能等現代化的計算機技術支持。如今，物聯網和人工智能的進步讓智慧城市進入到新的發展階段。具體說來：人工智能已經影響城市建設的多個方面，比如在城市交通領域，利用人工智能可以打造出更為科學的交通管理模式，減少車輛擁堵情況，并且當前的部分汽車生產商開始推出無人駕駛汽車，可以自主規劃路線。此外，利用智能監控系統可以協調車輛與人的流動情況，根據通行情況智能化的控制交通燈時間。在未來的城市發展中，全部的交通信息會集中到一個物聯網系統中，無人駕駛的情況越來越多，在人工智能系統的控制下會融進更為龐大的云端控制系統，在人工智能的學習下可以將交通打造得更為科學。此外，在人工智能的發展下會用于移動可穿戴設備、農產品智能化培養，為人們的生活帶來更多便利[4]。

5.2 智能家居

在物聯網時代下，家居具有智能化的特點，人們可以利用手機對多個智能化設備控制，目前的智能家居包括智能家具系統、家庭自動化以及智能家居安防系統，人們可以在無線網絡環境下對電視、冰箱、空調連接和控制，比如人工智能可以分析出室內溫度，自動對空調系統控制，再如人們觀看某個綜藝節目或者電影后，通過人工智能可以分析出觀看的喜好，然后推薦同類作品。在人工智能主導的家居中不論是造型還是操作上都會發生巨大的改變，在智能化程度不斷提升的同時，諸多功能會集中在一起。將人工智能與室內裝飾結合起來，還可以起到更為明顯的節能效果，比如說墻體和地面，可以改變自身的透明度，對室內的亮度進行調節，在夜晚可以將墻壁轉化為屏幕，釋放出適應的光線，這樣就可以減少外露燈具的數量，讓室內更加整潔、空間更大[5]。

5.3 智能服務醫療系統

在智能化的醫療服務系統下，包括了智慧醫院系統、區域衛生系統和家庭健康系統三個部分，共同組成了全面的醫療服務系統。比如說家庭健康系統，其中包括了智能護理機器人終端、智能控制系統、遠程控制 App，智能護理機器人終端對智能傳感技術進行了利用，具有語音交互、行走和護理的功能，為加快患者康復提供了極大的便利。此外，人工智能可以對人體的各項數據監測，分析身體健康狀況，通過連接專家系統，保證診斷的質量，之后就可以提出具體的健康建議，比如說飲食方面、睡眠方面、運動方面都會提出科學的指導。人工智能技術具有學習能力，對使用人員的日常生活記錄，指出科學的生活方式。隨著醫療機器人的出現將打破常規醫療現狀，顛覆傳統醫療模式，對我國醫療事業的發展起到巨大推動作用[6]。

6 結束語

綜上所述，在大數據和云計算技術不斷得到利用的背景下，使得物聯網技術應運而生，借助物聯網真正實現了人與物、物與物的連接，在方便人們生活的同時，也在節能環保方面發揮出了優勢，比如建筑室內的照明、空調以及熱水器中都得到了利用。不過目前物聯網技術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。在物聯網技術的發展過程中，對我國的交通、醫療、建筑和城市發展都起到了巨大的推進作用，顯著地提升了人們的生活品質，目前在語音導航以及手機刷臉支付都得到了有效利用，今后還將在更多的領域中利用，促進人類社會的進步。

參考文獻：

[1] 戴小燕，張映波，杲靖，等.基于人工智能的節能控制物聯網云平臺的設計與實現[J].電氣應用，2019，38（11）：97-104.

[2] 劉源，張玉棟，康雷，等.人工智能技術在智慧停車領域的實踐[J].人工智能，2019，6（1）：82-89.

[3] 羅超.物聯網賦予的質變讓智能家居更懂你[J].中國公共安全，2018（7）：184-190.

[4] 劉琰.物聯網云平臺將成為產業生態的核心[J].現代電信科技，2017，47（3）：47-50.

[5] 江達飛，徐中貴.基于騰訊物聯網平臺的教室節能控制器的設計[J].科技視界，2019（9）：241-242.

[6] 石文捷.基于物聯網的節能運行管理平臺設計與應用案例[J].綠色建筑，2019，11（4）：57-59.

【通聯編輯：唐一東】