基于AI技術(shù)的空調(diào)器智能化特性研究

(廣東中認(rèn)華南檢測(cè)技術(shù)有限公司，廣東 中山 528427)

0 引言

2019年1月28日，國(guó)家發(fā)改委對(duì)《推動(dòng)汽車(chē)、家電、消費(fèi)電子產(chǎn)品更新消費(fèi)及促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)施方案》征求意見(jiàn)，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(jià)格13%的補(bǔ)貼。發(fā)改委的征求意見(jiàn)稿提出，中央財(cái)政將對(duì)購(gòu)買(mǎi)國(guó)家能效2級(jí)以上且獲得3C認(rèn)證的新型綠色、智能化家電產(chǎn)品，給予不高于產(chǎn)品價(jià)格13%的補(bǔ)貼，單臺(tái)上限800元。在國(guó)家政策的支持和消費(fèi)升級(jí)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(cè)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(lái)源于AI技術(shù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，對(duì)來(lái)自傳感器的信號(hào)的識(shí)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(guò)家電本身的微處理器，給到用戶(hù)最合理的控制指令，滿(mǎn)足人們的某種特定需求。

人工智能是計(jì)算機(jī)研究領(lǐng)域的一個(gè)重要方向，主要研究對(duì)象包括專(zhuān)家系統(tǒng)(大數(shù)據(jù))、機(jī)器學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、語(yǔ)音識(shí)別、自然語(yǔ)言處理五大部分。

專(zhuān)家系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)的一個(gè)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(lái)源于各個(gè)領(lǐng)域?qū)＜姨峁┑闹R(shí)和驗(yàn)驗(yàn)。通過(guò)核心算法，利用知識(shí)庫(kù)進(jìn)行推理和判斷，模擬人類(lèi)進(jìn)行決策。

機(jī)器學(xué)習(xí)是用數(shù)據(jù)或以往的經(jīng)驗(yàn)，以此優(yōu)化計(jì)算機(jī)程序的性能。機(jī)器學(xué)習(xí)涉及多門(mén)學(xué)科，通過(guò)訓(xùn)練樣本的特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和歸納，采用推理、歸納的學(xué)習(xí)方法進(jìn)行學(xué)習(xí)，是人工智能的核心。

計(jì)算機(jī)視覺(jué)：利用視覺(jué)設(shè)備，如攝像機(jī)、監(jiān)控系統(tǒng)代替人眼對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤識(shí)別，通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)處理分析系統(tǒng)，將識(shí)別到的有效信息傳遞給目標(biāo)用戶(hù)。計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)依賴(lài)于傳感器技術(shù)和圖象識(shí)別技術(shù)。

語(yǔ)音識(shí)別，是目前AI技術(shù)中最成熟的技術(shù)。機(jī)器可通過(guò)語(yǔ)音信息識(shí)別輸入指令，并執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)是人機(jī)交換的基礎(chǔ)。

自然語(yǔ)言處理是計(jì)算機(jī)和人類(lèi)語(yǔ)言的交互，通過(guò)自然語(yǔ)言處理，計(jì)算機(jī)具備理解人類(lèi)語(yǔ)言的能力，可理解人類(lèi)的情緒，人類(lèi)用自然語(yǔ)言來(lái)使用計(jì)算機(jī)，與計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)結(jié)合，具備將文本轉(zhuǎn)換為數(shù)字語(yǔ)音、將語(yǔ)音轉(zhuǎn)錄為電子文本、將圖像字幕轉(zhuǎn)換文本描述過(guò)程等功能。

2 智能化空調(diào)

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 28219-2018 智能家用電器通用技術(shù)要求》對(duì)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(lèi)似用途的電器，智能家用電器可以簡(jiǎn)稱(chēng)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(guò)程或產(chǎn)品具備的與智能化技術(shù)相對(duì)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(duì)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(shí)現(xiàn)特定功能的空氣調(diào)節(jié)器。

人工智能技術(shù)正越來(lái)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(zhuān)家系統(tǒng)(大數(shù)據(jù))、機(jī)器學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、語(yǔ)音識(shí)別結(jié)合起來(lái)，使人與空調(diào)能能直接進(jìn)行聽(tīng)、說(shuō)、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(kāi)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(yǔ)音識(shí)別為例，空調(diào)的語(yǔ)音模塊是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理硬件和智能語(yǔ)音算法的技術(shù)，在傳統(tǒng)的控制器上增加語(yǔ)音識(shí)別模塊、語(yǔ)音播報(bào)輸出模塊和語(yǔ)音輸入模塊，基本實(shí)現(xiàn)了智能人機(jī)交互功能。當(dāng)語(yǔ)音識(shí)別模塊識(shí)別語(yǔ)音指令后，能完成開(kāi)關(guān)機(jī)等功能的反饋，符合智能空調(diào)評(píng)價(jià)中遠(yuǎn)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(guò)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(guò)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(yùn)行狀態(tài)等信息的能力。

對(duì)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(jìn)行評(píng)價(jià)；對(duì)于室內(nèi)人體狀態(tài)的信息，可以從冷熱感檢測(cè)功能、語(yǔ)音控制功能、活動(dòng)感知功能等進(jìn)行評(píng)價(jià)；對(duì)于空調(diào)自身，可以從電量檢測(cè)功能、濾網(wǎng)臟堵檢測(cè)功能、冷媒泄露檢測(cè)功能等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。以濾網(wǎng)臟堵檢測(cè)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(shí)，器具通過(guò)傳感器感知，檢測(cè)出濾網(wǎng)積塵過(guò)多，應(yīng)通過(guò)語(yǔ)音或手機(jī)APP提醒用戶(hù)清洗濾網(wǎng)，或自動(dòng)聯(lián)系售后服務(wù)，進(jìn)行濾網(wǎng)清洗或更換。

3.2 決策能力

決策能力指對(duì)輸入的信息進(jìn)行處理并作出判斷和決定的能力和過(guò)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(jìn)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(yùn)行策略的能力。

為了尋求最優(yōu)運(yùn)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(jìn)行收集，然后進(jìn)行分析處理。因此，決策能力的評(píng)價(jià)可以從控制開(kāi)關(guān)機(jī)的時(shí)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(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)，可借助云端技術(shù)或空調(diào)本身進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

器具應(yīng)能識(shí)別當(dāng)前環(huán)境條件，可以檢測(cè)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(yùn)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(shí)施的能力和過(guò)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(yùn)行策略進(jìn)行運(yùn)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(yùn)行策略，應(yīng)首先考慮對(duì)于多個(gè)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(yùn)行模式的自適應(yīng)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)；其次，針對(duì)每個(gè)獨(dú)立的參數(shù)，接受最優(yōu)運(yùn)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(jìn)行評(píng)價(jià)。

以防著涼為例，在空調(diào)的幾何中心，在中心軸線(xiàn)兩側(cè)一定范圍內(nèi)，在用戶(hù)設(shè)定舒適的溫度下，空調(diào)通過(guò)紅外線(xiàn)檢測(cè)功能，應(yīng)識(shí)別到用戶(hù)的冷熱感受，進(jìn)行分析處理后，對(duì)溫度、風(fēng)速、方向進(jìn)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(hù)著涼。

3.4 學(xué)習(xí)能力

學(xué)習(xí)能力指吸收知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn)，以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)、自調(diào)節(jié)的能力和過(guò)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(guò)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(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，形成多種空氣調(diào)節(jié)的運(yùn)行策略。

智能空調(diào)應(yīng)能在一定時(shí)間范圍內(nèi)學(xué)習(xí)用戶(hù)的使用習(xí)慣，對(duì)不同時(shí)間點(diǎn)的參數(shù)設(shè)定，如溫度、風(fēng)速、風(fēng)向的設(shè)定情況進(jìn)行學(xué)習(xí)分析，在長(zhǎng)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(xiàn)，設(shè)定工作模式。

4 結(jié)語(yǔ)

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(duì)空調(diào)的智能化特性進(jìn)行分析研究，并提出評(píng)價(jià)方法，為空調(diào)產(chǎn)品的智能化升級(jí)提供參考方向。