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    基于機(jī)器學(xué)習(xí)方法的智能家居安防系統(tǒng)探究

    2021-05-26 08:24:56張佳盛李光耀ZhangJiashengLiGuangyao
    家具與室內(nèi)裝飾 2021年4期
    關(guān)鍵詞:警報系統(tǒng)門禁系統(tǒng)戶主

    ■張佳盛,李光耀 Zhang Jiasheng & Li Guangyao

    (浙江農(nóng)林大學(xué)工程學(xué)院,浙江杭州 311300)

    家庭安全問題一直是社會熱議的焦點,隨著社會的發(fā)展,信息化程度大幅提高,智能化開始走進(jìn)各個行業(yè),也在促進(jìn)各個行業(yè)的發(fā)展。家居安防系統(tǒng)從傳統(tǒng)單純的門鎖到后來的監(jiān)控系統(tǒng)、警報系統(tǒng),再到現(xiàn)在的智能化安防系統(tǒng),人們的家庭安全問題得到有效的保障,但是這其中還是可能會出現(xiàn)一些大大小小的問題,利用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法,對家居安防系統(tǒng)進(jìn)行分析優(yōu)化,就可以解決其中的一些問題,為人們的家庭安全提供保障。

    1 智能家居安防系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

    現(xiàn)階段,智能家居的應(yīng)用還比較少,大多數(shù)人群不能接受智能家居,對其概念比較模糊,認(rèn)為它是高端產(chǎn)品,因此沒有得到大范圍的普及[1]。而在安防方面人們更是謹(jǐn)慎有加,他們認(rèn)為在家庭安全方面,還是使用傳統(tǒng)的鎖具更能讓他們安心。

    智能家居從發(fā)展到今天,已經(jīng)可以逐漸擺脫較為繁瑣和復(fù)雜的布線技術(shù),如今智能家居的有效應(yīng)用,使得人們的生活更加的智能和安全[2]。但是現(xiàn)代智能家居各個系統(tǒng)之間互不兼容,很難形成一套完整的系統(tǒng),智能安防系統(tǒng)也是如此,多以生產(chǎn)單品為主,如智能攝像頭、智能門鎖等,特定的產(chǎn)品只能發(fā)揮特定的功能,無法與其他產(chǎn)品產(chǎn)生聯(lián)系,形成互聯(lián)互通。傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)成本高,而且不能進(jìn)行實時監(jiān)控,在遠(yuǎn)距離傳輸方面也很受限,不能實現(xiàn)真正的遠(yuǎn)程監(jiān)控。隨著全球信息化的急速推進(jìn),家裝數(shù)字化正在慢慢興起,人們的家居生活也在慢慢向智能化方向發(fā)展,安防系統(tǒng)更是人們考慮家居安全問題的重中之重。人們需要的不僅僅是家庭的溫馨,同時他們會格外重視可能存在的安全隱患,如煤氣的泄漏、意外火災(zāi)、入室盜竊等問題,如果能對這些情況進(jìn)行實時監(jiān)測并及時告知戶主,就能避免一些重大損失。另外,如果其系統(tǒng)在事故發(fā)生的過程中能夠進(jìn)行智能判斷并緊急處理,這樣就能為更多的人群帶來安心。

    目前大部分的用戶家里只是一些單獨(dú)運(yùn)行的智能家電,并非完善的智能家居安防系統(tǒng)[3]。一方面是現(xiàn)有的技術(shù)無法實現(xiàn)整套系統(tǒng)的互聯(lián)互通,另一方面就是人們很難接受整個安防都是由一個系統(tǒng)來完成,擔(dān)心現(xiàn)有的智能技術(shù)還不成熟。為此,利用現(xiàn)有技術(shù)解決現(xiàn)代家居安防系統(tǒng)不完善的問題就成了重中之重,如虛擬現(xiàn)實技術(shù)中信息顯示和實時反饋是構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)中的關(guān)鍵所在[4]。

    2 智能家居安防系統(tǒng)的構(gòu)成部分

    2.1 門禁系統(tǒng)

    ■圖1 門禁系統(tǒng)

    ■圖2 安防監(jiān)控系統(tǒng)

    ■圖3 警報系統(tǒng)

    門禁系統(tǒng)在現(xiàn)代社會應(yīng)用十分廣泛,為了滿足現(xiàn)代智慧城市的發(fā)展需求,門禁系統(tǒng)也在不斷升級。門禁系統(tǒng)從最初的感應(yīng)卡技術(shù)到非接觸式智能卡技術(shù)再到現(xiàn)在的智能門禁系統(tǒng),不僅在技術(shù)上有了巨大的提升,安全方面也愈加可靠[5]。近年來,隨著人們家居安全意識的提高,門禁系統(tǒng)也得到飛速發(fā)展,各種利用身份卡、指紋等生物識別的技術(shù)完善家居安防,門禁系統(tǒng)也隨之漸漸進(jìn)入成熟期(圖1)。門禁系統(tǒng)能夠通過記錄存儲所有人員的進(jìn)出記錄,然后通過管理平臺進(jìn)行查詢管理。管理人員還能根據(jù)實際對突發(fā)狀況進(jìn)行合理授權(quán),這樣也大大節(jié)省在人員管理上的時間。隨著人工智能的逐漸完善,各種門禁系統(tǒng)基本利用生物識別的技術(shù)進(jìn)行設(shè)計,其未來發(fā)展將越來越趨向于智能化。未來的門禁系統(tǒng)不僅僅是防止陌生外來人員的進(jìn)入、查看訪客記錄等,它可以儲存各類人員的身份信息,并為其創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)智能識別、精準(zhǔn)認(rèn)證等。門禁系統(tǒng)將在管理和安全方面有一個巨大的飛躍,減少了不必要的操作流程,更好地保障人們的家庭安全。

    2.2 監(jiān)控系統(tǒng)

    傳統(tǒng)的家居監(jiān)控系統(tǒng)就是攝像頭監(jiān)控,人們不能一直看著監(jiān)控,所以就不能實時觀測突發(fā)狀況,基本都是在事后查詢原因,這就造成了效率低下的問題。另外,它們無法進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,智能化程度不高,所以現(xiàn)代智能家居監(jiān)控系統(tǒng)就需要解決這些問題。這類系統(tǒng)通過視頻監(jiān)控,可以辨別出視頻中的動態(tài)事物,然后自動拍攝照片,通過短信、郵件提醒戶主。當(dāng)然,這其中也可能會由于動物的誤觸造成誤報,所以就需要感應(yīng)器對目標(biāo)體型和大小進(jìn)行分析判斷,避免類似的問題。在夜晚場景,攝像頭監(jiān)測的畫面可能會不清晰,通過機(jī)器學(xué)習(xí)的人形偵測技術(shù)就可以判斷是否有人進(jìn)入。

    現(xiàn)代黑客利用科技手段,對各類安防系統(tǒng)進(jìn)行破解,尤其監(jiān)控系統(tǒng)受害最為嚴(yán)重。他們能控制監(jiān)控系統(tǒng),使監(jiān)控的畫面一直定格在某一瞬間,這樣監(jiān)控系統(tǒng)就不能監(jiān)測到異常,也就無法發(fā)出警報提醒戶主了。未來隨著AI技術(shù)和5G網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步發(fā)展,利用機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等方法可以使家庭安防監(jiān)控系統(tǒng)更加完善,不僅僅是簡單的畫面監(jiān)測,還包含對家庭室內(nèi)溫度、濕度、空氣質(zhì)量、煙霧情況等的遠(yuǎn)程監(jiān)控。安防監(jiān)控系統(tǒng)所包含的攝像、傳輸、控制、顯示以及存儲系統(tǒng),能夠?qū)φ麄€家庭情況更加全面的了解(表1)。監(jiān)控過程中若發(fā)生緊急情況,就會通過警報系統(tǒng)提醒戶主。

    2.3 警報系統(tǒng)

    家庭警報系統(tǒng)主要是進(jìn)行家庭內(nèi)部防衛(wèi)探測,通過傳感器探測室內(nèi)異常情況,如聲音探測器、紅外探測器、雙鑒移動探測器等。一旦這些傳感器被觸發(fā),就會自動向戶主發(fā)送警報信息,此外還會向物業(yè)管理中心提交報警數(shù)據(jù),系統(tǒng)也會實時顯示具體報警地點和詳細(xì)信息,以便及時高效地處理事件。

    然而,目前大部分的警報系統(tǒng)只是停留在提醒人群的階段,不能做到自主處理緊急事件,這就可能會錯過處理的最佳時間(圖2)。所以,要實現(xiàn)警報系統(tǒng)真正意義上的智能化設(shè)計,就需要利用現(xiàn)有的智能化技術(shù),對家庭警報系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和完善。一旦家庭警報被觸發(fā),系統(tǒng)會根據(jù)被觸發(fā)的傳感器類型進(jìn)行分析是何種事件,然后第一時間通過緊急信息和郵件發(fā)送給戶主,若戶主能夠及時看到信息并給出合適的處理方法,系統(tǒng)就可以根據(jù)其方法及時處理,但如果戶主不能及時處理或者無應(yīng)對對策時,系統(tǒng)可以自主分析實際情況,然后選擇最優(yōu)解進(jìn)行處理。這樣不僅可以提高事件處理的效率,還能避免重大損失。

    3 機(jī)器學(xué)習(xí)方法在智能家居安防系統(tǒng)中的應(yīng)用

    3.1 監(jiān)督學(xué)習(xí)和無監(jiān)督學(xué)習(xí)

    機(jī)器學(xué)習(xí)算法根據(jù)訓(xùn)練樣本是否帶有標(biāo)記,可以將學(xué)習(xí)算法分為監(jiān)督學(xué)習(xí)和無監(jiān)督學(xué)習(xí)[6]。監(jiān)督學(xué)習(xí)最大的特點可以控制誤差范圍,無監(jiān)督學(xué)習(xí)其主要的特點就是輸入的數(shù)據(jù)沒有人為的標(biāo)注,計算機(jī)通過數(shù)據(jù)分析,把相關(guān)的數(shù)據(jù)整合到一起,就是所謂的聚類分析[7]。利用監(jiān)督式學(xué)習(xí),可以對輸出結(jié)果進(jìn)行預(yù)測,并得出誤差值,然后我們對誤差值進(jìn)行分析比較,并適當(dāng)調(diào)整參數(shù),得到允許范圍內(nèi)的誤差值,這樣我們就能提前得知比較理想的結(jié)果。監(jiān)督式學(xué)習(xí)依賴于數(shù)據(jù)庫中已有的結(jié)果,這在解決一般問題時比較方便高效,但是遇到無法預(yù)知的錯誤時,這種學(xué)習(xí)方法也無法適用了。而無監(jiān)督式學(xué)習(xí)可以根據(jù)外界環(huán)境的變化進(jìn)行自身參數(shù)和結(jié)構(gòu)的調(diào)整,靈活性大大提升。將其應(yīng)用在智能家居安防系統(tǒng)中,可以提高系統(tǒng)的自我學(xué)習(xí)能力,為以后系統(tǒng)的優(yōu)化和升級打好基礎(chǔ)。在智能化門禁系統(tǒng)中,就可以利用監(jiān)督學(xué)習(xí)和無監(jiān)督學(xué)習(xí)的方法對進(jìn)出入人群進(jìn)行聚類分析,然后通過數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對,對新訪客進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲和備份,每過一段時間集中整理。這樣,以后在對來往人員進(jìn)行查找時也會十分方便高效。

    3.2 智能模擬

    機(jī)器學(xué)習(xí)方法可以模擬以人類為基礎(chǔ)的生活方式,搭建生理學(xué)模型模擬人類行為方式機(jī)制[8],這樣能更好地讓安防系統(tǒng)與人類生活方式相互配套,也能更好地適應(yīng)人的生活習(xí)慣。另外,利用智能模擬搭建實用的學(xué)習(xí)模型和輔助工具,不僅可以在智能安防方面積累更多的知識,還可以在系統(tǒng)完善和智能控制等方面獲取更強(qiáng)的智能水平。在未來的發(fā)展過程中,機(jī)器學(xué)習(xí)將從人類的學(xué)習(xí)能力出發(fā),完全可以作為學(xué)習(xí)輔助手段與人類生活密切結(jié)合,這將大大縮短學(xué)習(xí)時間,還能代替完成一些復(fù)雜繁瑣的工作。智能監(jiān)控系統(tǒng)就可以通過模擬各類情況進(jìn)行自主判斷異常,如模擬外人進(jìn)入和動物誤闖誤觸的情形,系統(tǒng)會根據(jù)威脅的等級進(jìn)行不同方式的處理。

    ■表1 安防監(jiān)控系統(tǒng)

    智能模擬需要提前預(yù)設(shè)模型,對各種場景進(jìn)行真實還原,然后增設(shè)目標(biāo)物,提前預(yù)知可能出現(xiàn)的所有結(jié)果,這樣就可以避免實驗失敗而重新設(shè)置場景模型。模擬成功后,就可以將其應(yīng)用在真實場景中,以便快速地融入和適應(yīng)當(dāng)前場景。智能模擬駕駛就是利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)預(yù)設(shè)駕駛場景,以便人們有更真實的駕駛體驗(圖3)。目前還有智能模擬人用于臨床實踐,它會模擬各種臨床病例中可能出現(xiàn)的問題,可以大大鍛煉臨床技能。

    3.3 智能決策

    利用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法可以代替人工進(jìn)行智能決策。智能決策所依靠的是數(shù)據(jù)庫中的大量數(shù)據(jù),系統(tǒng)會對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整合,然后為決策提供更多的選擇,并從中找出最優(yōu)解。人類在遇到緊急情況時,可能會因為一時的著急而做出不是很正確的判斷,而智能決策裝置就可以在此時發(fā)揮作用,處理較為關(guān)鍵的問題。尤其在安防這類極為重要的系統(tǒng)中,越是在緊急的情況下,越是要頭腦冷靜。利用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法,將其應(yīng)用在智能家居安防系統(tǒng)中,不僅可以節(jié)省大量的人腦思考時間,還能為智能家居領(lǐng)域提供一個好的借鑒范例。當(dāng)今世界發(fā)展已進(jìn)入一個前所未有的階段,機(jī)器逐漸代替人類完成一系列復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析和判斷的工作,人工智能也隨著智能決策的出現(xiàn)完成重大突破,機(jī)器學(xué)習(xí)的方法在今后的發(fā)展中將會越來越重要。機(jī)器學(xué)習(xí)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)人工智能的算法,還能在此基礎(chǔ)上衍生出更多的新型算法,為以后可能出現(xiàn)的陌生場景問題提供解決方案。另外,智能決策中的自主對抗決策通過對數(shù)據(jù)的分析處理而預(yù)測出具有威脅的目標(biāo),能夠?qū)ζ溥M(jìn)行干擾和控制模擬,根據(jù)大量數(shù)據(jù)的計算得出每種決策背后可能造成的后果,從而找到最優(yōu)對抗決策[9]。

    在智能警報系統(tǒng)中,利用智能決策就可以對觸發(fā)警報的目標(biāo)進(jìn)行分析判斷并在第一時間自主處理,不僅可以及時處理威脅,還能在最大程度降低損失[10]。智能決策使得家居系統(tǒng)逐漸趨向人性化,不再需要人為的干預(yù),進(jìn)而節(jié)省大量時間,為人們分擔(dān)更多復(fù)雜瑣碎的事情[11]。門禁、監(jiān)控和警報系統(tǒng)決定了整個家居安防的穩(wěn)固性,這三個部分是密切聯(lián)系且不可分割的,要實現(xiàn)整個安防系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定,必須要達(dá)到系統(tǒng)間的互聯(lián)互通。利用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法,通過監(jiān)督學(xué)習(xí)、智能模擬、智能決策等,可以讓傳統(tǒng)家居系統(tǒng)發(fā)生翻天覆地的變化,適應(yīng)現(xiàn)代智慧城市的發(fā)展,為人們創(chuàng)造一個安全、舒適、和諧的大家居環(huán)境[12]。

    4 結(jié)語

    智能家居在近年來得到了巨大的發(fā)展,隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,機(jī)器學(xué)習(xí)方法也在不斷優(yōu)化,安防系統(tǒng)也會因此更加穩(wěn)固。在目前看來,智能安防系統(tǒng)還不夠完善,而利用現(xiàn)有的學(xué)習(xí)方法對整個系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,使其達(dá)到互聯(lián)互通,為人們的家庭安全提供更有效的保障,這也是未來需要繼續(xù)深化研究和不斷完善的。

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