基于智能可穿戴設(shè)備行為感知的智能家庭能源管理方法
【專利說明】基于智能可穿戴設(shè)備行為感知的智能家庭能源管理方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及智能家居優(yōu)化控制領(lǐng)域，特別涉及一種基于智能可穿戴設(shè)備行為感知 的智能家庭能源管理方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 個性化的智能家居的優(yōu)化控制依賴于用戶的行為和需求感知。精確的用戶行為感 知結(jié)果可以為智能家居的優(yōu)化控制傳入可靠的需求感知輸入?？煽康男枨蟾兄斎胗兄?優(yōu)化控制系統(tǒng)為用戶定制更符合用戶特性的優(yōu)化控制策略；最終，可以使得智能家居優(yōu)化 控制系統(tǒng)最大程度上滿足用戶舒適度，幫助用戶節(jié)省電費。智能可穿戴設(shè)備的位置和運動 信息，可用于分析用戶的當前活動行為；用戶活動行為的分析與處理結(jié)果，可用于明確用戶 需求；用戶需求的獲取結(jié)合用戶家庭中環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)可用于智能家居的優(yōu)化控制，以期最 大程度符合用戶期望。
[0003] 傳統(tǒng)的智能家居控制是統(tǒng)一的、單調(diào)的，對于具有不同行為和需求的用戶，幾乎采 取同樣的調(diào)度控制策略。但是，用戶往往是個性化的，有自己獨有的生活方式和家庭能源使 用方式，統(tǒng)一的調(diào)度策略無法最大程度滿足用戶的舒適度和經(jīng)濟性期望。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于智能可穿戴設(shè)備行為感知的智能家庭能源管理 方法，以解決上述技術(shù)問題。本發(fā)明實時采集用戶智能可穿戴設(shè)備的傳感器數(shù)據(jù)；進行用戶 行為感知；實時采集外部環(huán)境參數(shù)，進行用戶生活環(huán)境需求估計；根據(jù)用戶社交行為感知 結(jié)果，判斷是否需要更新用戶需求；若觸發(fā)了用戶需求更新，執(zhí)行智能家居優(yōu)化調(diào)度算法， 生成控制策略；更新智能家居控制模塊控制策略。
[0005] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] 基于智能可穿戴設(shè)備行為感知的智能家庭能源管理方法，包括如下步驟：
[0007] S101)、可穿戴設(shè)備的傳感器數(shù)據(jù)和外部環(huán)境數(shù)據(jù)采集：采集用戶隨身攜帶的智 能穿戴設(shè)備中運動傳感器、生物傳感器和環(huán)境傳感器的數(shù)據(jù)；同時采集用戶當前所在地的 天氣、交通、電價信息；其中環(huán)境傳感器采集數(shù)據(jù)和外部環(huán)境數(shù)據(jù)存儲在環(huán)境數(shù)據(jù)庫中，用 于預測用戶對所處環(huán)境期望的舒適目標；運動傳感器和生物傳感器采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入步驟 S102)處理；
[0008] S102)、可穿戴設(shè)備的傳感器數(shù)據(jù)預處理：預處理對數(shù)據(jù)進行格式化，包括時間同 步和數(shù)據(jù)來源分類，其中時間同步是指根據(jù)系統(tǒng)的本地時間，對不同可穿戴設(shè)備上獲取的 傳感器數(shù)據(jù)進行時間同步處理；數(shù)據(jù)來源分類是根據(jù)數(shù)據(jù)來源的可穿戴設(shè)備、采集的傳感 器和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)屬性，對數(shù)據(jù)進行分類和標識；
[0009] S103)傳感器類型判斷：根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)的類型，對于運動傳感器采集的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn) 入步驟S104);對于生物傳感器采集的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)入步驟S105);
[0010] S104)用戶運動行為感知：用戶運動行為包括行為情景和行為狀態(tài)；行為情景指 用戶運動行為發(fā)生的環(huán)境；結(jié)合位置信息庫，利用GPS獲取的用戶位置信息，根據(jù)位置信 息庫，實現(xiàn)對行為情景的估計；行為狀態(tài)是指用戶當前正在進行的運動行為的類型；通過 分析加速度傳感器、陀螺儀、地磁傳感器或電子羅盤傳感器獲取的數(shù)據(jù)，利用行為狀態(tài)分類 器，實現(xiàn)對行為狀態(tài)的感知；
[0011] S105)用戶身體狀態(tài)感知：根據(jù)生物傳感器采集的用戶當前心率、血壓、體表溫 度、血糖數(shù)據(jù)，根據(jù)不同生物特征的組合，估計用戶身體當前狀態(tài)；
[0012] S106)、用戶生活環(huán)境需求估計：用戶生活環(huán)境需求指用戶對當前和未來所處環(huán) 境中溫度、濕度、照度、熱水、飲食的期望，及對應的時間；根據(jù)步驟S104)和步驟S105)的 感知結(jié)果以及步驟S101)中獲取的環(huán)境數(shù)據(jù)，結(jié)合預先構(gòu)建的用戶運動行為-用戶身體狀 態(tài)-外部環(huán)境與用戶生活環(huán)境需求的對應表，估計用戶生活環(huán)境需求，并根據(jù)用戶后期用 戶的實際行為，采用反饋的形式動態(tài)更新需求對應表；
[0013] S107)、用戶需求更新判斷：對比步驟S106)獲得最新估計的用戶生活環(huán)境需求， 與上一次的估計結(jié)果進行對比，判斷需求是否發(fā)生變化；如果未發(fā)生變化，轉(zhuǎn)入步驟S101) 繼續(xù)采集數(shù)據(jù)；如果發(fā)生變化，轉(zhuǎn)入步驟S108);
[0014] S108)、事件驅(qū)動的電器設(shè)備控制策略優(yōu)化：采用事件驅(qū)動的在線優(yōu)化方法，結(jié)合 步驟S101)中采集的環(huán)境數(shù)據(jù)，在滿足用戶生活環(huán)境需求和電器設(shè)備的約束下，以節(jié)省整 個家庭用電費用使其最小為目標，生成各種設(shè)備的聯(lián)合運行控制策略；
[0015] S109)、將智能家居控制模塊的控制策略根據(jù)步驟S108)的結(jié)果進行更新，并轉(zhuǎn)入 步驟S101)繼續(xù)監(jiān)測用戶的可穿戴設(shè)備傳感器數(shù)據(jù)。
[0016] 本發(fā)明進一步的改進在于：運動傳感器包括GPS、加速度傳感器、陀螺儀、地磁傳 感器、電子羅盤傳感器；生物傳感器包括血糖傳感器、血壓傳感器、心電傳感器、肌電傳感 器、體溫傳感器、腦電波傳感器；環(huán)境傳感器包括溫濕度傳感器、大氣壓傳感器、氣體傳感 器、pH傳感器、紫外線傳感器、環(huán)境光傳感器、顆粒物傳感器、氣壓傳感器、麥克風。
[0017] 本發(fā)明進一步的改進在于：步驟S102)中對可穿戴設(shè)備傳感器數(shù)據(jù)的格式化包 括時間同步處理和數(shù)據(jù)來源分類；時間同步處理具體方法為：將采集的數(shù)據(jù)統(tǒng)一上傳到服 務器，丟棄所采集數(shù)據(jù)的本地時間戳，根據(jù)服務器時間，對數(shù)據(jù)的時間字段打上統(tǒng)一的時間 戳；數(shù)據(jù)來源分類的具體做法為：在所獲取數(shù)據(jù)的屬性列表中加入來源字段，并根據(jù)數(shù)據(jù) 的來源點，填充數(shù)據(jù)的來源屬性字段。
[0018] 本發(fā)明進一步的改進在于：步驟S104)中位置信息庫具體包含：當?shù)孛舾薪ㄖ?位置信息，敏感建筑包括辦公地點，運動場所，購物場所，餐館，家庭建筑；行為狀態(tài)分類器 和身體狀態(tài)分類器的訓練方法為：根據(jù)歷史的多維傳感器數(shù)據(jù)向量，采用Adaboost訓練用 戶行為狀態(tài)分類器和身體狀態(tài)分類器。
[0019] 本發(fā)明進一步的改進在于：步驟S106)中用戶運動行為-用戶身體狀態(tài)-外部 環(huán)境與用戶生活環(huán)境需求的對應表的構(gòu)建和更新方法為：根據(jù)用戶歷史行為數(shù)據(jù)統(tǒng)計，分 別得到用戶運動行為一生活需求對應表，用戶身體狀態(tài)一生活需求對應表，外部環(huán)境一生 活需求對應表，根據(jù)先驗專家知識及統(tǒng)計規(guī)律，賦予三個表相等的權(quán)值，將三個子表加權(quán)結(jié) 合，即將用戶行為得到的生活需求，用戶身體狀態(tài)得到的生活需求和外部環(huán)境得到的生活 需求線性疊加，得到最終的生活需求，繼而得到初始化的用戶運動行為一身體狀態(tài)一外部 環(huán)境與生活需求對應表；當存在用戶的歷史操作行為數(shù)據(jù)時，根據(jù)用戶過去操作行為、用戶 身體狀態(tài)和外部環(huán)境的相關(guān)系數(shù)的大小，調(diào)整三個表的權(quán)重；在使用過程中，記錄用戶的手 動操作行為以及對家居環(huán)境的評價信息，分析用戶對家居環(huán)境的滿意程度，持續(xù)調(diào)整三個 表的權(quán)重，不斷更新用戶生活需求對應表；
[0020] 步驟S106)中用戶生活環(huán)境需求的估計方法具體為：根據(jù)用戶的行為情景和行為 狀態(tài)，基于需求規(guī)則庫進行映射，得到對應于最新用戶行為的環(huán)境需求；需求時間則根據(jù) GPS信息和路況信息進行估計；用戶需求規(guī)則庫根據(jù)定義的用戶行為經(jīng)驗性的建立。
[0021] 本發(fā)明進一步的改進在于：步驟S107)中對現(xiàn)有的用戶需求的更新策略包括：對 比最新的用戶需求與當前的用戶需求；如果需求時段不重疊，則增加對應的用戶需求；如 果需求時段發(fā)生了重疊，將用最新的用戶需求代替當前的用戶需求。
[0022] 本發(fā)明進一步的改進在于：步驟S108)中將用戶需求的改變作為事件e，包含事件 檢測時間Td，事件類型A，用戶需求R ;其中，事件檢測時間Td指事件被檢測到的時間；事件 類型A指事件對應的用戶行為描述；用戶需求R是各個用戶需求對應時間序列的集合，即R ={rT (k)，rH (k)，ιγ (k)，rw (k)}，其中 rT (k)，rH (k)，ιγ (k)，rw (k)分別表示 k 時刻用戶的溫度、 濕度、照明和熱水需求，定義當用戶在k時刻沒有需求時，對應的需求變量r(k) = 0。
[0023] 本發(fā)明進一步的改進在于：步驟S108)中的優(yōu)化問題目標為家庭電器運行在優(yōu)化 調(diào)度周期內(nèi)運行的總電費最小，