《智能家居应用基础》 课件 项目一 初识人工智能与智能家居

LOGO初识人工智能与智能家居项目一人工智能与智能家居的结合，正逐渐改变着我们的生活方式，使家居环境变得更加智能、便捷和安全目录Contents认识人工智能任务一认识智能家居任务二人工智能在智能家居中的使用任务三任务1认识人工智能引导案例图灵测试1.1.1人工智能的概念人工智能(ArtificialIntelligence，AI)是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式作出反应的智能机器，该领域的主要研究内容包括：知识表示、自动推理和搜索方法、机器学习和知识获取、知识处理系统、自然语言理解、计算机视觉、智能机器人、自动程序设计等方面。1.1.1人工智能的概念人工智能通过让计算机模拟人类的思考和行为过程，实现人机交互，提高计算机的智能水平，以更好地服务于人类社会。除了计算机科学以外，人工智能还涉及信息论、控制论、自动化、仿生学、生物学、心理学、数理逻辑、语言学、医学和哲学等多门学科。人工智能的涉及面十分广泛，其应用含盖了我们生活的方方面面，如智能家居、自动驾驶、医疗诊断、金融分析等。通过模拟人类的智能，人工智能系统能够自主学习、优化决策，并在处理复杂问题时展现出超越人类的能力。1.1.2人工智能的特点1.自主性：AI系统能够在一定程度上自主地进行学习、推理和决策，而无需人类的干预和控制。2.自适应性：AI系统能够根据环境和数据的变化，调整和优化自身的模型和策略，以适应不同的任务和场景。3.智能交互：AI系统可以通过自然语言处理、语音识别和图像识别等技术，与人类进行智能交互。4.大数据处理能力：AI系统具有强大的数据处理和分析能力，可以处理大量复杂的数据。5.学习能力：AI系统通过机器学习和深度学习等技术，可以从数据中学习知识和经验，不断提高自身的性能和能力。1.1.3人工智能常用工具1.Stable-DiffusionStable-Diffusion是一款开源的AI绘画软件，是目前最火爆的“文生图”、“图生图”工具之一。其AI绘画功能如下图所示：1.1.3人工智能常用工具2.文心一言文心一言是百度推出的一款基于大语言模型的生成式AI产品，其功能类似于ChatGPT。它可以根据用户的输入，生成各种类型的文本，如诗歌、故事、对话等。文心一言目前包含以下五类落地场景：文学创作、商业文案创作、数理逻辑推送、中文理解、多模态生成。其AI绘画功能如右图所示：1.1.3人工智能常用工具2.文心一言文心一言是百度推出的一款基于大语言模型的生成式AI产品，其功能类似于ChatGPT。它可以根据用户的输入，生成各种类型的文本，如诗歌、故事、对话等。文心一言目前包含以下五类落地场景：文学创作、商业文案创作、数理逻辑推送、中文理解、多模态生成。其AI绘画功能如右图所示：1.1.4人工智能的发展历程 1956年，在达特茅斯学院举办的一次会议上，计算机专家约翰·麦卡锡提出了“人工智能”一词，并在本次会议上正式确立了AI这一术语，后来被人们看做是人工智能正式诞生的标志。人工智能的发展历程可以大致分为以下6个阶段：1.起步发展期（1956年—20世纪60年代初）人工智能概念提出后，相继取得了一批令人瞩目的研究成果，如机器定理证明、跳棋程序等，掀起人工智能发展的第一个高潮。2.反思发展期（20世纪60年代—70年代初）人工智能发展初期的突破性进展大大提升了人们派陆对人工智能的期望，人们开始尝试更具挑战性的戚源任务，并提出了一些不切实际的研发目标。然而，接二连三的失败和预期目标的落空，使人工智能的发展走入低谷。1.1.4人工智能的发展历程 3.应用发展期（20世纪70年代初—80年代中）20世纪70年代出现的专家系统模拟人类专家的知识和经验解决特定领域的问题，实现了人工智能从理论研究走向实际应用、从一般推理策略探讨转向运用专业知识的重大突破。4.低迷发展期（20世纪80年代中—90年代中）随着人工智能的应用规模不断扩大，专家系统存在的应用领域狭窄、缺乏常识性知识、知识获取困难、推理方法单一、缺乏分布式功能、难以与现有数据库兼容等问题逐渐暴露出来。1.1.4人工智能的发展历程 5.稳步发展期（20世纪90年代中—2010年）由于互联网技术的快速发展，加速了人工智能的创新研究，促使人工智能技术进一步走向实际应用。例如，1997年国际商业机器公司（简称IBM）深蓝超级计算机战胜了国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫，2008年IBM又提出了“智慧地球”的概念。6.蓬勃发展期（2011年至今）随着大数据、云计算、物联网等新一代信息技术的发展，泛在感知数据和图形处理器等计算平台推动以深度神经网络为代表的人工智能技术飞速发展，大幅跨越了科学与应用之间的“技术鸿沟”。1.1.4人工智能的发展历程 1956人工智能起步发展期1956年达特矛斯会议，“人工智能”正式诞生专家系统知识工程五代机神经网络重生孕育期电子计算机机器翻译与NLP图灵测试计算机下棋早期神经网络反思发展期搜索式推理聊天机器人乐观思潮应用发展期

运算能力

计算复杂性

常识与推理19601974198019871993低迷发展期未达预期

削减投入200620162022稳定发展期摩尔定律统计机器学习AI广泛应用深度学习卷积神经网络循环神经网络生成对抗网络蓬勃发展期

大数据

计算能力

应用增多GPT-3Alphafold2ChatGPT1.1.4人工智能的发展历程 1.1.5人工智能的分类 人工智能是一个广泛而复杂的领域，其分类方式多种多样。根据能力水平的不同，人工智能主要分为以下几类：1.弱人工智能（WeakAI）弱人工智能也称为狭隘人工智能（NarrowAI）或应用人工智能（AppliedAI）。它只能完成某一项特定任务或者解决某一特定问题，而无法胜任其他任务。例如，能战胜象棋世界冠军的人工智能阿尔法狗，它只擅长下棋，对于其他领域的问题则无法回答。弱人工智能缺乏全面的智能和广泛的适应性。1.1.5人工智能的分类 2.强人工智能（StrongAI）强人工智能也被称为通用人工智能（ArtificialGeneralIntelligence）或全人工智能，它指的是可以像人一样胜任任何智力性任务的智能机器。强人工智能具有全面的智能，能够处理多种任务，并在不同的环境中适应变化。强人工智能包括了学习、语言、认知、推理、创造和计划，使其在非监督学习情况下处理前所未见的细节，并同时与人类开展交互式学习。强人工智能目标是够能自主思考，目前强人工智能的实现仍然面临巨大的挑战，需要更深入的研究和技术突破。1.1.5人工智能的分类 3.超人工智能（ArtificialSuperintelligence）这是人工智能发展的最高阶段，它超越了最聪明的人类大脑的智力水平。超人工智能不仅具备全面的智能，还能在多个领域展现出卓越的性能和准确性。它能够自我学习、自我优化，并在各种任务上超越人类的极限。超人工智能能够处理复杂的问题，提出创新的解决方案，并对社会、经济和文化产生深远的影响。然而，这一阶段的实现还非常遥远，需要长时间的技术积累和突破。讨论 人工智能是真正的威胁还是意外之喜？任务2认识智能家居引导案例比尔·盖茨的未来之屋1.2.1智能家居概念 智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，从而提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。智能家居通过物联网技术将家中的各种设备，如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、影音服务器、影柜系统、网络家电等连接到一起，提供家电控制、照明控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。1.2.1智能家居概念 智能家居的发展不仅推动了家庭内部设备的互联互通，还促进了家庭成员之间的信息交流和互动，为智慧社区的建设提供了有力支撑。智慧社区是智慧城市的重要组成部分，智慧城市是智能家居和智慧社区发展的宏观背景和最终目标。智能家居推动了家庭生活的智能化，智慧社区提升了社区管理和服务水平，而智慧城市则通过整合这些资源，实现了城市整体的智能化和可持续发展。1.2.2智能家居的起源与发展 1984年在美国出现了第一幢“智能建筑”—“都市办公大楼”（CityPlaceBuilding）。1984年1月，美国联合科技公司将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国康涅狄格州哈特福特市的一幢旧金融大厦进行改建时，采用计算机系统对大楼的空调、电梯、照明等设备进行监测和控制，并提供语音通信、电子邮件和情报资料等方面的信息服务。从此也揭开了全世界争相建造智能家居的序幕。智能家居发展大致经历了以下几个阶段：1.2.2智能家居的起源与发展 1.萌芽起步阶段（2000年之前）这个时期智能家居在国内是一个新生事物，行业和企业仍处于对智能家居概念熟悉、产品认知的阶段，还未出现专业的智能家居生产厂商，仅出现少数代理和销售国外智能家居产品的公司，从事进口零售业务，其产品多数销售给在我国居住的欧美用户。2.开创发展阶段（2000年-2010年）此阶段智能家居的概念在国内逐步进入企业和家庭，先后成立了五十多家智能家居生产研发企业，智能家居的市场逐渐启动。2005年以后，由于技术等因素的制约和智能家居企业的快速成长所导致的激烈竞争，智能家居行业遭遇了市场的调整，部分智能家居生产企业退出市场，部分企业缩减了市场规模。与此同时，国外的智能家居品牌却逐步进入中国市场。这一阶段经历了从第一波快速发展后进入稳定发展时期。1.2.2智能家居的起源与发展 3.融合发展阶段（2010年-至今）这一阶段的到来与物联网、移动互联网、云计算、大数据以及人工智能等新技术发展融合所造就的新一波信息化发展有关。2011年11月，工业和信息化部发布物联网“十二五”发展规划，把智能家居列入9个重点示范应用工程，在这之后各种利好政策接踵而来。在这一阶段，国内大批科技企业投入智能家居市场，如海尔、小米、华为等。智能家居产品也逐渐脱离智能硬件零散化的智能控制，开始与云计算、大数据库以及人工智能等紧密结合，逐步向平台和生态转变，智能家居向着更加智能的方向发展。1.2.2智能家居的起源与发展 4.成熟阶段（预计到2030年之后）智能家居所强调的智能需要依赖信息化技术如人工智能技术、机器人技术、物联网技术、大数据技术的发展和成熟。而业界认为，这些技术的真正成熟，有可能在2030年之后。因此，智能家居的完全成熟发展与应用或将在2030年左右真正实现。未来智能家居市场将呈现以下趋势，一是全屋智能化，实现家庭环境的全面智能化管理；二是个性化定制，根据不同家庭的需求和偏好进行个性化定制；三是跨界融合，智能家居将与更多领域进行跨界融合，创造更多的应用场景和价值。1.2.3智能家居的系统构架及组成 1.系统构成智能家居系统由硬件设备和软件系统构成。智能家居需要解决的问题较多，主要涉及家庭安防保护、环境调节、智能照明管理、健康监测、家电智能控制、能源智能计量、应急服务、家庭网络等多个方面。而一个典型的智能家居系统主要包括家电控制、灯光控制、窗帘控制、环境（温湿度）控制、节能控制、娱乐控制、安防控制、健康监控、车辆控制、家庭灌溉控制等，如图所示为典型智能家居系统构成图。1.2.3智能家居的系统构架及组成 2.硬件设备智能家居中智能硬件种类较多，根据具体需要实现的功能，会涉及多个相关的智能硬件设备，如图所示。比如安防控制系统可能涉及到无线智能锁、无线窗磁门磁、无线智能抽屉锁、无线红外探测器、防燃气泄漏的无线可燃气探测器、防火灾损失的无线烟雾火警探测器、防围墙翻越的太阳能无线电子栅栏、防漏水的无线漏水探测器、无线车库门控制器等。1.2.3智能家居的系统构架及组成

3.软件系统智能家居的软件系统是智能家居实现智能化的关键组成部分，智能家居的软件按部署场景可以分为嵌入式软件、智能手机端的应用软件、后台服务器软件三个部分，如图所示。1.1.5人工智能的分类 3.超人工智能（ArtificialSuperintelligence）这是人工智能发展的最高阶段，它超越了最聪明的人类大脑的智力水平。超人工智能不仅具备全面的智能，还能在多个领域展现出卓越的性能和准确性。它能够自我学习、自我优化，并在各种任务上超越人类的极限。超人工智能能够处理复杂的问题，提出创新的解决方案，并对社会、经济和文化产生深远的影响。然而，这一阶段的实现还非常遥远，需要长时间的技术积累和突破。智能家居的特点实时性精细化多样化智能化AECB1.2.4智能家居的特点和优势

1.智能家居的特点D包容性1.2.4智能家居的特点和优势 2.智能家居的优势实时性AB精细化智能化多样化包容性CDE1.2.5智能家居的相关技术 1.网络通信技术网络通信技术是指通过计算机、通信网及网络设备对语音、数据、图像等信息进行采集、存储、处理和传输等，使信息资源达到充分共享的技术。2.自动控制技术自动控制技术是控制论的技术实现应用，是通过具有一定控制功能的自动控制系统，来完成某种控制任务，保证某个过程按照预想进行，或者实现某个预设的目标。从控制的方式看，自动控制系统有闭环和开环两种。1.2.5智能家居的相关技术 3.物联网技术物联网是实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络。物联网技术（InternetofThings，IoT）是信息科技产业的第三次革命。物联网是指通过信息传感设备，按约定的协议，将任何物体与网络相连接，物体通过信息传播媒介进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能。4.人工智能技术随着人工智能技术的发展，打破了大多以孤立的单品形式存在的局面，完善了方案呈现碎片化的特征，实现了品牌之间互联互通，形成完整的智能家居产品生态，改变之前智能家居产品弱联动的短板，使家居产品更加智能化和人性化。讨论 智能家居为我们的生活带来了哪些便利？它的发展具有什么意义？任务3人工智能在智能家居中的应用引导案例老年伴侣机器人1.3.1人工智能在智能家居中的应用 人工智能是全球公认的尖端领域和创新前沿，有着超乎想象的广阔应用前景。对话式人工智能操作最主要的场景之一就是智能家居，可广泛应用于音箱、电视、手机、机器人等领域。随着对话式AI生态系统的不断丰富，对话式AI在智能家居领域的应用还将进一步拓展和深化。未来，对话式AI可能会与更多的家居设备和服务进行集成，为用户提供更加个性化、智能化的家居体验。全球范围内，人工智能在家居领域主要有以下几大典型应用。1.3.1人工智能在智能家居中的应用 1.智能家电通过人工智能技术丰富家用电器的功能，对家电进行智能化升级，为各种语音类智能辅助设备提供智能服务的人工智能应用模式是目前智能家居市场最为常见的。以下为智能家电中常用语音识别技术的应用：（1）语音控制家电（2）语音助手（3）语音识别安全1.3.1人工智能在智能家居中的应用 2.家庭安全和检测通过利应用人工智能传感器技术保障用户自身和家庭的安全，对用户自身健康、幼儿和宠物进行监测，此类型的人工智能应用模式数量最多，如门禁系统、人脸识别系统、入侵报警系统、视频监控系统及智能安防系统等就属于这一类的应用。其中，智能安防系统常见产品包括：智能门锁、监控摄像头、门磁、烟雾报警器、燃气探测器等。1.3.1人工智能在智能家居中的应用 3.智能控制平台通过开发完整的智能家居控制系统或控制器，实现智能化控制室内的门、窗和各种家用电子设备，使居住者能够有更好的家居体验。此类型的人工智能应用模式是各大科技公司在智能家居领域角逐的主赛场。在智能家居领域中，人工智能可以通过学习和分析家庭成员的行为和喜好，提供定制化服务。比如，智能家居系统可以根据每个人的作息时间和喜好，自动调节灯光和音乐，提供更加舒适的家居环境。而且，智能家居系统还可以通过学习每个家庭成员的用电习惯，优化能源消耗，实现能源的高效利用。1.3.1人工智能在智能家居中的应用 3.智能控制平台通过开发完整的智能家居控制系统或控制器，实现智能化控制室内的门、窗和各种家用电子设备，使居住者能够有更好的家居体验。此类型的人工智能应用模式是各大科技公司在智能家居领域角逐的主赛场。在智能家居领域中，人工智能可以通过学习和分析家庭成员的行为和喜好，提供定制化服务。比如，智能家居系统可以根据每个人的作息时间和喜好，自动调节灯光和音乐，提供更加舒适的家居环境。而且，智能家居系统还可以通过学习每个家庭成员的用电习惯，优化能源消耗，实现能源的高效利用。1.3.1人工智能在智能家居中的应用 4.机器人人工智能在家居机器人中的成熟形态包括陪护、保洁、对话聊天等场景，目前市场上不少企业也开始试水功能更丰富的智能家居机器人，比如家庭健康管理远程问诊机器人、教育陪伴私人管家智能服务机器人等就属于这一类。如图所示为家庭健康管理远程问诊机器人。1.3.2人工智能在智能家居中的应用发展 从20世纪80年代世界上最早的聊天机器人—“阿尔贝特”出现，到QQ、MSN中出现的小机器人，再到2008年的一个让12个陌生人中的3个相信“它是人”的电脑程序发布，然后到Siri实现对智能语音识别的应用，再到谷歌的无人驾驶汽车，人们对人工智能的探索与应用从来没有停止。以下为人工智能技术发展的三个阶段：1.3.2人工智能在智能家居中的应用发展 第一个阶段是计算智能，这一阶段主要依据电脑的一些强大的存储和运算资源在某些任务上对人的一些行为进行模拟。第二个阶段是感知智能，即让计算机对人的各个感官进行模拟，让计算机真正实现能听会说，能听会看，这方面包括语音识别、图像识别以及基于计算机视觉的自动驾驶汽车等。第三个阶段是理解智能，它除涵盖上述两个阶段的所有技术功能外，还包括了让计算机实现对知识的组织、整理、灵活运用、联想推理等，让机器真正能理解、会思考。1.3.2人工智能在智能家居中的应用发展 基于人工智能发展的三个阶段，人工智能技术在智能家居中的应用同样分为三个阶段。第一个阶段是利用互联网技术实现家居的联网操作；第二个阶段是随着物联网技术的发展实现家居物体的互联互通，做到家居自动化；第三个阶段是真正的人工智能阶段，此时人与物之间实现完全的人机交互，机器能够理解人想做的事情，并执行人想做的事情，机器能够全面地为我们服务。1.3.2人工智能在智能家居中的应用发展 目前智能家居的发展还处于初级阶段，只是实现了自动化和初步的智能化，这一时期的智能家居还只能说是智能硬件与家居产品的一种物理结合。最近几年，随着人工智能的发展，人们在感知智能上取得一些成就，包括人脸识别、图像识别、人工神经网络等。通过计算模型和大量数据生成的网络结构，对人的感知系统进行有效的模拟，使机器能够从语音信号里面识别各种不同的因素，从图像里面识别不同的物体。1.3.3人工智能在智能家居中的应用前景 随着