基于AI技術(shù)的空調(diào)器智能化特性研究

(廣東中認華南檢測技術(shù)有限公司，廣東 中山 528427)

0 引言

2019年1月28日，國家發(fā)改委對《推動汽車、家電、消費電子產(chǎn)品更新消費及促進循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展實施方案》征求意見，擬重啟家電“以舊換新”，新型綠色、智能化家電產(chǎn)品可獲得不高于產(chǎn)品價格13%的補貼。發(fā)改委的征求意見稿提出，中央財政將對購買國家能效2級以上且獲得3C認證的新型綠色、智能化家電產(chǎn)品，給予不高于產(chǎn)品價格13%的補貼，單臺上限800元。在國家政策的支持和消費升級的背景下，各大家電巨頭紛紛投入到智能家電的研發(fā)和投產(chǎn)中。AI技術(shù)、通信技術(shù)、傳感檢測技術(shù)的快速發(fā)展，為家電的智能化提供了可能。

1 人工智能技術(shù)

智能家電的“智”來源于AI技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，對來自傳感器的信號的識別與篩選、學(xué)習(xí)與記憶、分析與決策等，使得智能家電的“思維判斷能力”，通過家電本身的微處理器，給到用戶最合理的控制指令，滿足人們的某種特定需求。

人工智能是計算機研究領(lǐng)域的一個重要方向，主要研究對象包括專家系統(tǒng)(大數(shù)據(jù))、機器學(xué)習(xí)、計算機視覺、語音識別、自然語言處理五大部分。

專家系統(tǒng)是計算機的一個智能化程序系統(tǒng)，內(nèi)部包含有大量的信息資產(chǎn)，信息資產(chǎn)來源于各個領(lǐng)域?qū)＜姨峁┑闹R和驗驗。通過核心算法，利用知識庫進行推理和判斷，模擬人類進行決策。

機器學(xué)習(xí)是用數(shù)據(jù)或以往的經(jīng)驗，以此優(yōu)化計算機程序的性能。機器學(xué)習(xí)涉及多門學(xué)科，通過訓(xùn)練樣本的特征進行統(tǒng)計和歸納，采用推理、歸納的學(xué)習(xí)方法進行學(xué)習(xí)，是人工智能的核心。

計算機視覺：利用視覺設(shè)備，如攝像機、監(jiān)控系統(tǒng)代替人眼對目標進行跟蹤識別，通過計算機視覺處理分析系統(tǒng)，將識別到的有效信息傳遞給目標用戶。計算機視覺系統(tǒng)依賴于傳感器技術(shù)和圖象識別技術(shù)。

語音識別，是目前AI技術(shù)中最成熟的技術(shù)。機器可通過語音信息識別輸入指令，并執(zhí)行相應(yīng)的動作。語音識別技術(shù)是人機交換的基礎(chǔ)。

自然語言處理是計算機和人類語言的交互，通過自然語言處理，計算機具備理解人類語言的能力，可理解人類的情緒，人類用自然語言來使用計算機，與計算機視覺系統(tǒng)結(jié)合，具備將文本轉(zhuǎn)換為數(shù)字語音、將語音轉(zhuǎn)錄為電子文本、將圖像字幕轉(zhuǎn)換文本描述過程等功能。

2 智能化空調(diào)

根據(jù)國家標準《GB/T 28219-2018 智能家用電器通用技術(shù)要求》對智能家用電器的定義是：應(yīng)用了智能化技術(shù)或具有了智能化能力/功能的家用和類似用途的電器，智能家用電器可以簡稱為智能家電、智慧家電、人工智能家電等。智能化能力主要指應(yīng)用了智能化技術(shù)而使過程或產(chǎn)品具備的與智能化技術(shù)相對應(yīng)的能力。智能化能力要求智能家電應(yīng)具有智能化技術(shù)相對應(yīng)的感知、決策、執(zhí)行和學(xué)習(xí)能力。

因此，智能空調(diào)可定義為：采用了智能化技術(shù)，具備感知、決策、執(zhí)行以及學(xué)習(xí)能力，或?qū)⑦@些能力綜合利用以實現(xiàn)特定功能的空氣調(diào)節(jié)器。

人工智能技術(shù)正越來越多地應(yīng)用到智能空調(diào)產(chǎn)品上，傳統(tǒng)智能化空調(diào)主要引入WIFI、APP，基于AI技術(shù)的空調(diào)則引入了人工智能，以及攝像頭、麥克風(fēng)等新硬件，將專家系統(tǒng)(大數(shù)據(jù))、機器學(xué)習(xí)、計算機視覺、語音識別結(jié)合起來，使人與空調(diào)能能直接進行聽、說、看的自然交互。

智能化空調(diào)，是家電產(chǎn)品中智能化技術(shù)應(yīng)用最深入的，但仍處于半成熟階段，僅少數(shù)企業(yè)具備多種智能化技術(shù)的開發(fā)能力。智能化技術(shù)特性集中表現(xiàn)為自學(xué)習(xí)功能、自適應(yīng)功能、自感知功能、自決策功能、自體檢功能、交互功能、視頻安防監(jiān)控等功能。

以語音識別為例，空調(diào)的語音模塊是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理硬件和智能語音算法的技術(shù)，在傳統(tǒng)的控制器上增加語音識別模塊、語音播報輸出模塊和語音輸入模塊，基本實現(xiàn)了智能人機交互功能。當(dāng)語音識別模塊識別語音指令后，能完成開關(guān)機等功能的反饋，符合智能空調(diào)評價中遠程控制功能的要求。

3 空調(diào)智能化特性研究

3.1 感知能力

感知能力指具有接收并轉(zhuǎn)換信息的能力和過程，由此，可定義智能空調(diào)的感知能力為：智能空調(diào)能夠通過一定技術(shù)手段獲得室內(nèi)外環(huán)境信息、室內(nèi)人體狀態(tài)信息、自身運行狀態(tài)等信息的能力。

對于環(huán)境的信息，可以從環(huán)境溫度感應(yīng)、濕度感應(yīng)、光敏功能、環(huán)境控制質(zhì)量等方面進行評價；對于室內(nèi)人體狀態(tài)的信息，可以從冷熱感檢測功能、語音控制功能、活動感知功能等進行評價；對于空調(diào)自身，可以從電量檢測功能、濾網(wǎng)臟堵檢測功能、冷媒泄露檢測功能等方面進行評價。以濾網(wǎng)臟堵檢測功能為例，在額定電壓下，當(dāng)空調(diào)器的波網(wǎng)模擬灰塵較多時，器具通過傳感器感知，檢測出濾網(wǎng)積塵過多，應(yīng)通過語音或手機APP提醒用戶清洗濾網(wǎng)，或自動聯(lián)系售后服務(wù)，進行濾網(wǎng)清洗或更換。

3.2 決策能力

決策能力指對輸入的信息進行處理并作出判斷和決定的能力和過程，由此，可定義智能空調(diào)的決策能力為：智能空調(diào)能夠?qū)κ覂?nèi)外感知到的信息，進行分析處理，并根據(jù)人們的需求，決策空調(diào)器當(dāng)前以及一定周期內(nèi)最優(yōu)運行策略的能力。

為了尋求最優(yōu)運行策略，需要從室內(nèi)是否有人、人數(shù)的多少、溫度的調(diào)節(jié)、送風(fēng)方式的調(diào)節(jié)等方面信息進行收集，然后進行分析處理。因此，決策能力的評價可以從控制開關(guān)機的時間、模式的設(shè)置、溫度和濕度的設(shè)置、送風(fēng)方式的設(shè)置等進行調(diào)節(jié)，同時，可借助云端技術(shù)或空調(diào)本身進行實現(xiàn)。

器具應(yīng)能識別當(dāng)前環(huán)境條件，可以檢測到室內(nèi)溫度、濕度、室內(nèi)PM2.5、室外溫度等，根據(jù)室內(nèi)外環(huán)境參數(shù)調(diào)整運行模式，溫度和風(fēng)速。

3.3 執(zhí)行能力

執(zhí)行能力指將決策結(jié)果付諸實施的能力和過程，由此可定義智能空調(diào)的執(zhí)行能力為：智能空調(diào)能夠根據(jù)決策的最優(yōu)運行策略進行運行，并將執(zhí)行結(jié)果反饋到?jīng)Q策系統(tǒng)或交互端。

智能空調(diào)執(zhí)行決策的最優(yōu)運行策略，應(yīng)首先考慮對于多個參數(shù)的反饋，空調(diào)本身是否能兼容和處理，因此可以從運行模式的自適應(yīng)方面進行評價；其次，針對每個獨立的參數(shù)，接受最優(yōu)運行策略后是否能有效地執(zhí)行，則可以從智能送風(fēng)功能、防著涼功能等方面進行評價。

以防著涼為例，在空調(diào)的幾何中心，在中心軸線兩側(cè)一定范圍內(nèi)，在用戶設(shè)定舒適的溫度下，空調(diào)通過紅外線檢測功能，應(yīng)識別到用戶的冷熱感受，進行分析處理后，對溫度、風(fēng)速、方向進行適當(dāng)調(diào)整，例如升高設(shè)定溫度、調(diào)整風(fēng)葉角度、減少風(fēng)速等措施，以防用戶著涼。

3.4 學(xué)習(xí)能力

學(xué)習(xí)能力指吸收知識、經(jīng)驗、教訓(xùn)，以實現(xiàn)自適應(yīng)、自調(diào)節(jié)的能力和過程，由此可定義智能空調(diào)的學(xué)習(xí)能力為：智能空調(diào)在工作過程中，在一定周期內(nèi)，收集一定量使用空調(diào)的習(xí)慣數(shù)據(jù)，并對收集的數(shù)據(jù)進行分析，形成多種空氣調(diào)節(jié)的運行策略。

智能空調(diào)應(yīng)能在一定時間范圍內(nèi)學(xué)習(xí)用戶的使用習(xí)慣，對不同時間點的參數(shù)設(shè)定，如溫度、風(fēng)速、風(fēng)向的設(shè)定情況進行學(xué)習(xí)分析，在長期間的學(xué)習(xí)分析后，應(yīng)能在同樣條件下，依據(jù)學(xué)習(xí)曲線，設(shè)定工作模式。

4 結(jié)語

本文討論了人工智能技術(shù)在智能化空調(diào)產(chǎn)品上的應(yīng)用，結(jié)合智能家電電器的通用技術(shù)要求內(nèi)容對空調(diào)的智能化特性進行分析研究，并提出評價方法，為空調(diào)產(chǎn)品的智能化升級提供參考方向。