CN101782768A - 一种基于上下文感知的智能家居*** - Google Patents

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孔庆彦
李迪
郑誉煌
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Abstract

本发明公开了一种基于上下文感知的智能家居***，包括传感器、执行部件，用户识别器、智能家居控制模块、上下文管理模块、上下文提取模块和上下文推理模块。用户在智能家居控制模块进行操作，智能家居控制模块触发相应的动作，感知用户的基本信息和环境位置信息并发给上下文提取模块；上下文提取模块生成基本上下文信息和高级上下文信息，并送到上下文推理模块；上下文推理模块根据上下文信息，从上下文管理模块中调出用户的偏好记录，与基本上下文信息进行匹配，作出推理；上下文管理模块储存用户的操作记录，并在以后供上下文提取模块和上下文推理模块调用。本发明一种基于上下文感知的智能家居***具有智能化高、主动、可配置性能好的优点。

Description

一种基于上下文感知的智能家居***
技术领域
本发明涉及一种信息技术领域的***，特别是一种基于上下文感知的智能家居***。
背景技术
智能家居(Smart Home)，又称智能住宅。智能家居是以住宅为平台，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集***、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。
智能家居作为一个***，利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、将与家居生活有关的各种子***，有机地结合在一起，通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间；还由原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。
然而传统的智能家居实现方式，均以用户发出指令，然后智能家居***响应指令并进行相应操作的方式，“智能”的概念不能得到最大的体现。
发明内容
本发明针对现有技术的不足与缺陷，提供一种智能化程度高、主动、可配置性能好、灵活的一种基于上下文感知的智能家居***。
本发明目的是通过以下技术方案实现的，一种基于上下文感知的智能家居***，包括传感器、执行部件，还包括
用户识别器：由用户随身携带，与智能家居控制模块信号连接，起身份标识作用；
智能家居控制模块：用于与用户交互，接收用户操作信息并形成控制指令，接收上下文推理模块的推理决策指令，将控制指令和/或推理决策指令转化为控制命令并发送给执行部件，将用户操作记录发送给上下文管理模块；同时通过用户识别器感知用户的基本信息和通过传感器感知环境位置信息，将用户的基本信息、环境位置信息发送至上下文提取模块；
上下文管理模块：用于记录并储存用户的日常操作记录，在用户的操作频率超过阈值后，形成用户的偏好记录并发送至上下文推理模块，把用户的偏好记录存储地址信息发送至上下文提取模块；
上下文提取模块：用于把智能家居控制模块中用户的基本信息、环境位置信息和上下文管理模块中用户的偏好记录存储地址信息进行整合，形成基本上下文信息和高级上下文信息并发送至上下文推理模块；
和上下文推理模块：用于根据基本上下文信息与高级上下文信息，从上下文管理模块中调出用户的偏好记录并将其拆分为时间属性和空间属性，与基本上下文信息进行匹配，若匹配度超过用户预设的阈值，则根据用户的偏好记录，发送推理决策指令至智能家居控制模块。
为更好的实现本发明，所述用户识别器存储有用户的基本信息，具体包括用户的姓名、年龄和优先级别信息。
所述智能家居控制模块包括
被动输入单元：用于与用户进行交户，接收用户操作信息并形成控制指令，把控制指令发送至控制单元，同时将用户的操作记录发送至上下文管理模块；
主动感知单元：用于与用户识别器进行无线通讯，感知用户的基本信息；通过与传感器信号连接，感知环境、用户的位置信息；并将感知到的用户基本信息和环境位置信息发送至上下文提取模块；
和控制单元：用于接收被动输入单元的控制指令和/或上下文推理模块发送的推理决策指令，并形成控制命令发送至执行部件，触发相应的操作。
所述上下文提取模块包括
基本上下文信息提取单元：用于过滤用户的基本信息和环境位置信息，提取基本上下文信息；
和高级上下文信息提取单元：用于根据基本上下文信息中的用户基本信息，在上下文管理模块中提取出各用户所有偏好记录的地址，形成高级上下文信息。
所述上下文推理模块包括
时间属性单元：用于提取用户偏好记录中的时间属性并与基本上下文信息进行匹配，计算时间属性的匹配度；
和空间属性单元：用于提取用户偏好记录中的空间属性并与基本上下文信息进行匹配，计算空间属性的匹配度。
所述智能家居控制模块、上下文提取模块、上下文推理模块和上下文管理模块部署在同一台计算机中，或者是采用分布式，安装在不同的计算机设备中。
本发明的原理：本发明的一种基于上下文感知的智能家居***，所述上下文是指控制***所处环境中的一组与当前应用相关的状态或变量，其中某些状态和变量可以直接改变***的行为，一些则可能引起用户兴趣从而通过用户影响***行为；所述上下文感知则是指***自动的对上下文、上下文变化和上下文历史进行感知和应用，从而调整自身的行为。本发明通过上下文感知的引入，使得智能家居***不仅仅执行用户发出的指令，同时能够识别用户个体，并从用户的多次操作中，记录和学习用户的兴趣和习惯，在日后能够主动提供用户所需要的服务，以解决现有智能家居***中无法识别用户个体、缺乏主动提供服务能力的不足。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
第一、智能性：本发明将用户的偏好记录，拆分为时间属性和空间属性，与基本上下文信息进行匹配，根据空间属性单元和时间属性单元的匹配结果，作出推理，发送推理决策指令至智能家居控制模块，因此能够智能地从用户上下文信息中推理出用户的偏好和习惯，并据此自动提供符合用户偏好的服务。
第二、主动性：本发明能够主动识别用户个体，监测环境状态变化，通过基本上下文信息和高级上下文信息，与用户的偏好习惯进行匹配，推理出相应的推理决策指令，主动地为用户提供服务。
第三、可配置性：用户可以根据自身要求、环境状态的变化，主动配置或修改上下文推理模块中的推理属性，修改推理规则，设置或更改上下文推理模块和上下文管理模块的阈值，提高推理的准确度。
第四、灵活性：本发明一种基于上下文感知的智能家居实现***，所述智能家居控制模块、上下文提取模块、上下文推理模块和上下文管理模块可以部署在一台计算机中，或者是采用分布式，安装在不同计算机设备中，用户可根据家居应用要求，灵活选择。
附图说明
图1是本发明一种基于上下文感知的智能家居***的结构示意图；
图2是本发明一种基于上下文感知的智能家居***中智能家居控制模块的结构示意图；
图3是本发明一种基于上下文感知的智能家居***中上下文提取模块的结构示意图；
图4是本发明一种基于上下文感知的智能家居***中上下文推理模块的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，本发明一种基于上下文感知的智能家居***，包括传感器、执行部件、用户识别器、智能家居控制模块、上下文提取模块、上下文推理模块和上下文管理模块。
传感器用于感知环境位置信息并发送至智能家居控制模块。
执行部件作为本***的执行单元，用于根据智能家居控制模块的控制命令执行各种相应操作，控制家电设备。执行部件可以为插座开关模块、照明亮度调节模块、红外开关模块等；
用户识别器由用户随身携带，与智能家居控制模块信号连接，起身份标识作用，所述用户识别器存储有用户的基本信息，包括用户的姓名、年龄和优先级别等信息。
智能家居控制模块提供与普通用户交互的交互接口和界面，通过用户操作界面接收用户操作信息形成控制指令，接收上下文推理模块的推理决策指令，将控制指令和/或推理决策指令转化为控制命令并发送给执行部件，将用户操作记录发送给上下文管理模块；同时通过用户识别器感知用户的基本信息和通过传感器感知环境位置信息；
如图2所示，所述智能家居控制模块由被动输入单元、主动感知单元和控制单元组成。
被动输入单元通过用户操作界面的方式与用户进行交户，接收用户操作信息形成控制指令并发送至控制单元，同时将用户的操作记录发送给上下文管理模块。主动感知单元通过与用户识别器进行无线通讯，感知用户的基本信息，具体是感知用户识别器中用户的姓名、年龄和优先级别等信息；主动感知单元通过与传感器信号连接，感知环境、用户的位置信息；主动感知单元将感知到的用户基本信息和环境位置信息发送到上下文提取模块。控制单元用于接收被动输入单元的控制指令和/或上下文推理模块的推理决策指令，并形成控制命令发送至执行部件，触发相应的操作。
上下文提取模块用于把智能家居控制模块中用户的基本信息、环境位置信息和上下文管理模块中用户的偏好记录存储地址信息进行整合，形成基本上下文信息和高级上下文信息并发送至上下文推理模块；
如图3所示，所述上下文提取模块包括基本上下文信息提取单元和高级上下文信息提取单元。基本上下文信息提取单元用于过滤用户的基本信息和环境位置信息，提取基本上下文信息，即用户的姓名、年龄和优先级别等信息及用户所处的环境、位置信息；高级上下文信息提取单元用于根据基本上下文信息中的用户姓名，在上下文管理模块中提取出该用户所有偏好记录的地址，并以变量的形式储存，建立用户的基本上下文信息与用户在上下文管理模块中偏好记录的映射关系，形成高级上下文信息，即高级上下文信息为用户在上下文管理模块中偏好记录的地址集合；***根据基本上下文中的用户信息，识别用户的身份，在高级上下文中查找用户在上下文管理模块中偏好记录的存储地址，即可在上下文管理模块中查找到该用户的偏好记录。
上下文推理模块用于根据基本上下文信息与高级上下文信息，从上下文管理模块中调出用户的偏好记录，同时并将其拆分为时间属性和空间属性，与基本上下文信息进行匹配，作出推理，发送推理决策指令至智能家居控制模块；
如图4所示，所述上下文推理模块包括时间属性单元和空间属性单元。时间属性单元用于提取用户偏好记录中的时间属性并与基本上下文信息进行匹配，即对当天具体时间和所处季节等时间信息进行匹配，计算时间属性的匹配度；空间属性单元用于提取用户偏好记录中的空间属性并与基本上下文信息进行匹配，计算空间属性的匹配度，即对与用户相关的环境位置信息进行匹配，其中包括用户位置、房间温度、湿度、亮度等信息。如果匹配度超过用户预设的阈值，则根据用户的偏好记录，发送相应的操作指令(即推理决策指令)至智能家居控制模块。
所述上下文管理模块，用于记录并存储用户的日常操作信息，在用户的操作频率超过用户预设的阈值后，与时间属性和空间属性进行关联，形成用户的偏好记录并发送至上下文推理模块进行推理，把用户的偏好记录存储地址信息发送至上下文提取模块。
如用户A在夏天的中午，经常性地把空调调节到23度，在用户的操作频率超过阈值后，***将对用户的偏好记录如下：用户A#夏天#中午#23度，并发送至上下文推理模块，供以后推理使用：如某天晚上用户A正在睡觉，由于当时温度为23度，空调暂时不需要自动打开，而温度随时间而改变，则***中的上下文推理模块根据用户偏好记录及上下文信息进行推理，发送推理决策指令至智能家居控制模块，智能家居控制模块发送控制命令给相应的执行部件，执行部件通过调节空调等手段，自动调节房间温度，使用户处于其所偏好的环境之中。
假设用户A的生活习惯如下：在7-9月(夏天)的晚上睡觉前，习惯性地打开空调并调节到23度，关闭房间主照明，打开小夜灯，并打开窗帘。
假设用户B的生活习惯如下：在7-9月(夏天)的晚上睡觉前，习惯性地打开空调并调节到25度，关闭房间主照明，关闭小夜灯，并关闭窗帘。
用户A和用户B均携带用户识别器，用户识别器中分别存储有用户A和用户B的信息。
在***初始化后，用户A通过***，进行以下操作：在7月(夏天)的晚上睡觉(23点)前，习惯性地打开空调并调节到23度，关闭房间主照明，打开小夜灯，并拉开窗帘。由于***的时间阈值为一个月(可通过用户设置)，因此经过一个月后，***中上下文管理模块通过操作记录，与时间属性和空间属性关联，获取到用户的偏好记录为：#夏天#23点#空调23度#主照明关闭#小夜灯打开#窗帘打开。其后，当用户A在该房间，时间到达7-9月(夏天)的晚上23点时，***通过发送控制命令给各执行部件，打开空调并调节到23度(若当时温度为23度则忽略此操作)，关闭房间主照明，打开小夜灯，并拉开窗帘。
后来，由于该房间的用户A变成了用户B，用户B通过***，重新配置偏好信息(此处为手动，也可以由***主动通过用户的操作记录形成用户的偏好记录)：#夏天#23点#空调25度#主照明关闭#小夜灯关闭#窗帘关闭。其后，当用户B在该房间，时间到达7-9月(夏天)的晚上23点时，***通过发送控制命令给各执行部件，打开空调并调节到25度(如当时温度为25度则忽略此操作)，关闭房间主照明，关闭小夜灯，并关闭窗帘。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于上下文感知的智能家居***，包括传感器、执行部件，其特征在于，还包括
用户识别器：由用户随身携带，与智能家居控制模块信号连接，起身份标识作用；
智能家居控制模块：用于与用户交互，接收用户操作信息并形成控制指令，接收上下文推理模块的推理决策指令，将控制指令和/或推理决策指令转化为控制命令并发送给执行部件，将用户操作记录发送给上下文管理模块；同时通过用户识别器感知用户的基本信息和通过传感器感知环境位置信息，将用户的基本信息、环境位置信息发送至上下文提取模块；
上下文管理模块：用于记录并储存用户的日常操作记录，在用户的操作频率超过阈值后，形成用户的偏好记录并发送至上下文推理模块，把用户的偏好记录存储地址信息发送至上下文提取模块；
上下文提取模块：用于把智能家居控制模块中用户的基本信息、环境位置信息和上下文管理模块中用户的偏好记录存储地址信息进行整合，形成基本上下文信息和高级上下文信息并发送至上下文推理模块；
和上下文推理模块：用于根据基本上下文信息与高级上下文信息，从上下文管理模块中调出用户的偏好记录并将其拆分为时间属性和空间属性，与基本上下文信息进行匹配，若匹配度超过用户预设的阈值，则根据用户的偏好记录，发送推理决策指令至智能家居控制模块。
2.根据权利要求1所述一种基于上下文感知的智能家居***，其特征在于，所述用户识别器存储有用户的基本信息。
3.根据权利要求2所述一种基于上下文感知的智能家居***，其特征在于，所述用户识别器存储有用户的基本信息，具体包括用户的姓名、年龄和优先级别信息。
4.根据权利要求1所述一种基于上下文感知的智能家居***，其特征在于，所述智能家居控制模块包括
被动输入单元：用于与用户进行交户，接收用户操作信息并形成控制指令，把控制指令发送至控制单元，同时将用户的操作记录发送至上下文管理模块；
主动感知单元：用于与用户识别器进行无线通讯，感知用户的基本信息；通过与传感器信号连接，感知环境、用户的位置信息；并将感知到的用户基本信息和环境位置信息发送至上下文提取模块；
和控制单元：用于接收被动输入单元的控制指令和/或上下文推理模块发送的推理决策指令，并形成控制命令发送至执行部件，触发相应的操作。
5.根据权利要求1所述一种基于上下文感知的智能家居***，其特征在于，所述上下文提取模块包括
基本上下文信息提取单元：用于过滤用户的基本信息和环境位置信息，提取基本上下文信息；
和高级上下文信息提取单元：用于根据基本上下文信息中的用户基本信息，在上下文管理模块中提取出各用户所有偏好记录的地址，形成高级上下文信息。
6.根据权利要求1所述一种基于上下文感知的智能家居***，其特征在于，所述上下文推理模块包括
时间属性单元：用于提取用户偏好记录中的时间属性并与基本上下文信息进行匹配，计算时间属性的匹配度；
和空间属性单元：用于提取用户偏好记录中的空间属性并与基本上下文信息进行匹配，计算空间属性的匹配度。
7.根据权利要求1所述一种基于上下文感知的智能家居***，其特征在于，所述智能家居控制模块、上下文提取模块、上下文推理模块和上下文管理模块部署在同一台计算机中，或者是采用分布式，安装在不同的计算机设备中。
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