基于物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)和5G背景下的智能家居應(yīng)用場(chǎng)景研究

鄭宇星

[摘? ? ? ? ? ?要]? 自1999年美國(guó)麻省理工學(xué)院的凱文·艾什頓教授提出“物聯(lián)網(wǎng)”這一概念以來，短短的二十來年，這一技術(shù)發(fā)展迅猛。其所包含的人工智能研究領(lǐng)域不斷延伸，將專家系統(tǒng)、圖像識(shí)別、語言處理與識(shí)別等內(nèi)容都納入范疇。在我國(guó)，隨著5G技術(shù)的逐漸普及，語言識(shí)別與處理也已取得重大突破。與此同時(shí)，得益于國(guó)家大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)建設(shè)和發(fā)展政策的影響，國(guó)內(nèi)白色家電行業(yè)愈發(fā)重視智能家居云服務(wù)和大數(shù)據(jù)的整合，積極謀劃智能家居布局。在這種情況下，探索家居智能機(jī)器人的工作場(chǎng)景在物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)和5G環(huán)境下的應(yīng)用十分重要。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 物聯(lián)網(wǎng);5G;人工智能;大數(shù)據(jù);情境

[中圖分類號(hào)]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? [文章編號(hào)]? 2096-0603（2021）13-0224-02

一、5G物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1999年，麻省理工學(xué)院凱文·艾什頓（Kevin Ashton）教授提出了“物聯(lián)網(wǎng)”的概念。21年來，隨著通訊科技的進(jìn)步，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)在各行各業(yè)切實(shí)得到應(yīng)用。從源頭上說，物聯(lián)網(wǎng)是因互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展而誕生，但二者還是有明顯的區(qū)別。與互聯(lián)網(wǎng)的終端——電腦和服務(wù)器相比，物聯(lián)網(wǎng)的終端——智能硬件和傳感器是物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)化為萬物互聯(lián)之網(wǎng)的根本。在我國(guó)，一方面以 LoRa、 NB-IoT為代表的LPWAN物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入百姓的家庭生活;另一方面5G技術(shù)日漸成熟。在2020年10月14日開幕的2020年中國(guó)國(guó)際信息通信展以“網(wǎng)融萬物，智向未來”為主題，通過豐富的案例和場(chǎng)景展示5G等代表性技術(shù)在工業(yè)制造、車聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、醫(yī)療、教育等眾多垂直領(lǐng)域的應(yīng)用。同時(shí)，會(huì)展還公布了我國(guó)已建設(shè)的60萬個(gè)5G基站和超過1.5億個(gè)的連接終端。物聯(lián)網(wǎng)和5G技術(shù)的成熟和應(yīng)用標(biāo)志著智能家居進(jìn)入千家萬戶已提上了議程。

（一）智能家居與人工智能

2017年5月27日，舉世矚目的圍棋人機(jī)大戰(zhàn)將人工智能推向風(fēng)口。當(dāng)時(shí)，代表人類圍棋最高水平的柯潔，以0∶3完敗給了AlphaGo，讓我們重新暢想了人工智能可能達(dá)到的高度。而智能家居也因人工智能技術(shù)的提升得到了廣闊的應(yīng)用舞臺(tái)。但智能家居實(shí)用化必須先解決兩個(gè)領(lǐng)域的問題。

第一，語音識(shí)別領(lǐng)域。智能家居最關(guān)鍵的技術(shù)是語言的識(shí)別與處理。專家系統(tǒng)、圖像識(shí)別、語言的識(shí)別和處理是人工智能的研究領(lǐng)域。當(dāng)中，語言的識(shí)別與處理已經(jīng)取得重大突破。早在2016年，美國(guó)某機(jī)構(gòu)的研究報(bào)告就表明，當(dāng)時(shí)的語音識(shí)別技術(shù)已經(jīng)有94%的準(zhǔn)確率，其技術(shù)已可支持日常的交流。這家機(jī)構(gòu)甚至預(yù)言：未來5～10年，鍵盤將會(huì)消失，手機(jī)不再需要屏幕，“聲音”識(shí)別將改變搜索方式，虛擬伴侶將變成現(xiàn)實(shí)。這實(shí)際上就意味著，我們與計(jì)算機(jī)交互的方式將改變，接觸點(diǎn)將變成“監(jiān)聽點(diǎn)”。

第二，圖像處理領(lǐng)域。人工智能中另外一項(xiàng)重要技術(shù)是圖像識(shí)別技術(shù)。其作用在于自動(dòng)而又快速地完成對(duì)目標(biāo)的識(shí)別、檢測(cè)、分類和分割等。這項(xiàng)技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用將為人們的家居生活提供極大的便利。而在圖像識(shí)別技術(shù)上，阿里云在世界范圍內(nèi)處于領(lǐng)先水平。“128萬張圖片，阿里云團(tuán)隊(duì)用時(shí)2分38秒識(shí)別完成，平均每張圖片用時(shí)0.0739ms（毫秒）。”阿里云團(tuán)隊(duì)技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)將幫助我國(guó)在智能家居領(lǐng)域快速進(jìn)入實(shí)用階段并領(lǐng)先全球。

（二）智能家居與大數(shù)據(jù)

智能家居與普通的日常生活相比，有哪些變化呢？就實(shí)用性而言，變化最大的是人力對(duì)日常生活中的控制，即用人工智能代替日常生活中的煩瑣勞務(wù)。這就需要做到將人類日常生活中原有的生活習(xí)慣與方式通過軟件進(jìn)行分析和處理，在大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上生成快捷、準(zhǔn)確的人工智能服務(wù)系統(tǒng)。這就表明大數(shù)據(jù)處理是智能家居實(shí)用化的重要因素。如今的互聯(lián)網(wǎng)世界，最重要的資源莫過于數(shù)據(jù)。擁有海量數(shù)據(jù)資源的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行整理、分析，將數(shù)據(jù)的市場(chǎng)價(jià)值不斷提升。

國(guó)家級(jí)大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)的建設(shè)和發(fā)展在我國(guó)的發(fā)展勢(shì)頭良好，政府也出臺(tái)了相應(yīng)的支持政策。2020年8月29日，國(guó)家文化大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成員代表大會(huì)暨2020年工作會(huì)在北京召開。會(huì)上印發(fā)了《關(guān)于做好國(guó)家文化大數(shù)據(jù)體系建設(shè)工作的通知》，提出了盡快建成供給端、生產(chǎn)端、需求端、云端為架構(gòu)的文化大數(shù)據(jù)體系的建議。當(dāng)中提到的文化大數(shù)據(jù)體系就是智能生活家居的技術(shù)支撐，將改變現(xiàn)有的生活方式。“京東在進(jìn)軍智能家居行業(yè)的過程中，雖然不制造智能單品和家居解決方案，但他們將著力建立京東+生態(tài)圈這樣一個(gè)相對(duì)開放的接口平臺(tái)，可以支持其他公司的智能設(shè)備在這一平臺(tái)接入并運(yùn)行，并收集用戶試用過程中的用戶數(shù)據(jù)。”現(xiàn)今，阿里巴巴、華為、小米、騰訊、京東、海爾等大企業(yè)都意識(shí)到大數(shù)據(jù)的重要作用，在該項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域開展了比拼，將智能家居云服務(wù)和大數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，這在某種程度上助推了我國(guó)智能家居行業(yè)的發(fā)展。這也表明，在推廣智能家居的路上，大數(shù)據(jù)必然是成功的保障。

（三）智能家居與傳輸技術(shù)

多樣信號(hào)傳輸是智能家居的數(shù)據(jù)傳輸基礎(chǔ)。如下圖所示。

要實(shí)現(xiàn)智能家居的高效率控制，離不開網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的可靠性。目前，常見的網(wǎng)絡(luò)傳輸方式主要通過構(gòu)建小型局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，由家用藍(lán)牙、WiFi與 zigbee技術(shù)等提供支撐。這當(dāng)中，WiFi 鏈接技術(shù)的使用最廣泛。但該技術(shù)的缺陷也比較明顯，特別體現(xiàn)在傳輸距離受限、信號(hào)不穩(wěn)定及功耗大等方面。不過，隨著窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）的出現(xiàn)并推廣使用，上述缺陷也被克服了。NB-IoT在UMTS、GSM和LTE網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，極大降低了安裝、使用成本，是互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一次重大升級(jí)。不少公司已采用此技術(shù)研發(fā)家居智能機(jī)器人，與互聯(lián)網(wǎng)下的局域網(wǎng)形成互補(bǔ)。

智能家居應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)的廣域網(wǎng)是由家居局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)或路由器通過Internet和云服務(wù)進(jìn)行連接而建成的。當(dāng)前，各個(gè)通訊及家電公司都在借助大數(shù)據(jù)整理分析，為相關(guān)客戶提供需求服務(wù)。特別是在云服務(wù)器的背景下，5G通訊技術(shù)的出現(xiàn)并應(yīng)用進(jìn)一步整合了數(shù)據(jù)，優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，為家居智能機(jī)器人的安裝、使用提供了非常高效的技術(shù)保證。5G在網(wǎng)絡(luò)傳輸速度上比4G快10倍，帶來的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)僅為4G的十分之一。這個(gè)優(yōu)勢(shì)使家居智能機(jī)器人在接收和反饋信息時(shí)做到迅速、便捷，使用效率得到極大提升。

二、家居智能機(jī)器人工作場(chǎng)景

（一）智能家居場(chǎng)景下機(jī)器人的情境設(shè)置

根據(jù)情境認(rèn)知的社會(huì)學(xué)情境感知理論，家居智能機(jī)器人的工作場(chǎng)景設(shè)計(jì)可包含三個(gè)方面：住戶情境、居住環(huán)境情境和工作任務(wù)情境。作為與住戶之間具有親密感和溝通性的智能設(shè)施，家居智能機(jī)器人的信息存儲(chǔ)應(yīng)以住戶的家居環(huán)境為主要信息來源，采集方式分為首次使用和長(zhǎng)期使用。首次使用時(shí)，家居智能機(jī)器人全面收集用戶的信息、生活方式、特殊習(xí)慣;在接下來的使用中，家居智能機(jī)器人會(huì)在日常與戶主相處中，不斷收集完善有用信息。而智能機(jī)器人對(duì)住戶環(huán)境情境因素的感知和獲取主要通過家居中的傳感器等設(shè)備來完成。鑒于家居智能機(jī)器人具有靈活移動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，因此，將集成化的信息收集傳感器安裝在機(jī)器人上尤為便利。

（二）智能居家場(chǎng)景下機(jī)器人的功能設(shè)置

根據(jù)用戶居住環(huán)境的面積和家居場(chǎng)景的布置，家居智能機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)功能最大值的利用需要強(qiáng)調(diào)與家居環(huán)境融合。這就要求家居智能機(jī)器人不但要在設(shè)計(jì)上符合居家審美標(biāo)準(zhǔn)，保證其外觀的親和力，而且體積不宜太大，以免占用居家環(huán)境空間。同時(shí)，為避免打擾用戶的日常生活，機(jī)器人內(nèi)部還應(yīng)設(shè)置降噪設(shè)備。當(dāng)然，最為關(guān)鍵的是家居智能機(jī)器人必須熟悉每個(gè)家居場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)景的功能定位，以便機(jī)器人快速融入居家環(huán)境的成員角色中。而在生活中，用戶不僅需要生活上被服務(wù)，還需要日常的情感溝通，這就需要作為家庭成員之一的家居智能機(jī)器人也必須具有這樣的復(fù)合功能。

（三）家居智能機(jī)器人在不同場(chǎng)景下的工作狀態(tài)

場(chǎng)景1——用戶回家前：當(dāng)用戶觸發(fā)回家的條件，家居智能機(jī)器人立即對(duì)家居環(huán)境進(jìn)行檢查，確定居家內(nèi)部環(huán)境及衛(wèi)生狀況，確保用戶回家后感到溫馨、愜意。

場(chǎng)景2——用戶到家時(shí)：當(dāng)用戶觸發(fā)到家場(chǎng)景的條件，家居智能機(jī)器人作為家庭一員，即刻上前對(duì)用戶進(jìn)行問候或歡迎，并隨時(shí)接收管控指令以提供各類型的服務(wù)。

場(chǎng)景3——用戶娛樂中：當(dāng)用戶處于娛樂場(chǎng)景，家居智能機(jī)器人作為娛樂場(chǎng)景的管控者，自動(dòng)完成對(duì)播放設(shè)備和娛樂內(nèi)容的選擇和相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的控制。同時(shí)，作為家庭成員與其他家庭成員共同進(jìn)行娛樂活動(dòng)，并與之交流，給予其他家庭成員情感互動(dòng)或反饋。

場(chǎng)景4——用戶休息時(shí)：家居智能機(jī)器人提醒用戶入睡時(shí)間及確定用戶入睡時(shí)間，并進(jìn)行問候。且機(jī)器人處于安靜和穩(wěn)定的待命狀態(tài)。當(dāng)用戶需要結(jié)束休息，機(jī)器人應(yīng)通過語音鬧鐘進(jìn)行提醒并進(jìn)行問候。

場(chǎng)景5——用戶外出后：家居智能機(jī)器人獨(dú)立完成室內(nèi)相關(guān)電氣設(shè)備、安全設(shè)施的監(jiān)控，完成對(duì)用戶出門相關(guān)事項(xiàng)的提醒和相互交流式的告別互動(dòng)。家人離開后機(jī)器人要能夠與家庭系統(tǒng)協(xié)作保證家居場(chǎng)景的整潔與安全，并通隨時(shí)與用戶保持實(shí)時(shí)溝通，并繼續(xù)履行安防監(jiān)控與警報(bào)功能。

在不同時(shí)間、不同場(chǎng)景下，家居智能機(jī)器人工作狀態(tài)的切換需要以情境任務(wù)和環(huán)境信息為依據(jù)。除了具備交流與服務(wù)的功能，作為家庭生活環(huán)節(jié)紐帶的家居智能機(jī)器人還應(yīng)具備更多的具體服務(wù)功能。“家居智能機(jī)器人也應(yīng)該具備對(duì)家中成員、寵物的監(jiān)控看護(hù)功能。也可以讓用戶遠(yuǎn)程完成智能家居設(shè)備的管控，以及接收安全警報(bào)和他人來訪的信息提醒。”市場(chǎng)的需求及功能的多樣性，是家居智能機(jī)器人走入尋常百姓家的重要保障。

三、結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的快速發(fā)展以及5G技術(shù)在商業(yè)領(lǐng)域的使用，使日常生活場(chǎng)景中的網(wǎng)絡(luò)通信、設(shè)備自動(dòng)化、信息家電等應(yīng)用變得高效、便捷，加速了家居智能機(jī)器人進(jìn)入千家萬戶的進(jìn)程。在此基礎(chǔ)上，市場(chǎng)將出現(xiàn)集系統(tǒng)、服務(wù)、結(jié)構(gòu)、管理為一體的安全、舒適、環(huán)保、便利、高效的智能居住環(huán)境，這種環(huán)境將為用戶提供全方位的信息交互功能，實(shí)現(xiàn)用戶與外界的信息暢通。很快，人們的生活方式將迎來改變。

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編輯 馬燕萍