智能家居的传感器技术外文翻译资料

 2021-11-14 10:11

英语原文共 6 页

智能家居的传感器技术

摘要

智能住宅是一个配备技术的,可以观察居民并提供主动服务的住宅。最近,它被引入作为支持独立生活的潜在解决方案残疾人和老年人,以及减轻家庭照顾者和工作人员的工作量保健提供者。智能家居的关键支持功能之一是其监控活动的能力居民的日常生活和安全,以及他们日常生活中的变化。随着可用性廉价的低功率传感器,无线电和嵌入式处理器,通常是当前的智能家居配备大量网络传感器,协同处理和扣除从获得的家庭状况数据以及居民的活动和行为。本文回顾了智能家居中使用的传感器技术,重点是直接环境感知和基础设施中介传感。文章还指出了不同的优势和局限传感器技术,以及临床,技术和道德方面的挑战和机遇观点。建议智能家居的传感器技术满足所有人的实际需求利益相关者包括最终用户,他们的家庭成员和看护人,以及他们的医生和治疗师。关于传感器技术的适当性,实用性和成本效益分析的更多证据在将这些传感器广泛部署到现实世界的住宅之前,智能家居是必要的设置并成功融入日常生活和医疗保健服务。

1.简介

智能家居是指增加了传感器的住宅观察环境和设备/执行器以提供主动旨在改善乘客体验的服务。智能家居概念最初是与主要概念一起开发的专注于提供便利,提高安全性和节约能源。在过去十年中,智能家居技术日益增多由于老化导致能力下降的人有针对性地使用或残疾[1-3]。这种兴趣的增加与潜力有关智能家居,以支持老年人和人民的能力残疾人保持独立生活家庭和减少家庭有时相当大的努力或专业护理人员[2]。今天有一些聪明人世界各地的家园[1-12]。这些房屋大部分都是公司陈列室或研究实验室没有被常规占用居民并主要关注示威游行技术能力[4,7,8,12]。少数这些住宅是住宅,包括配备的住宅用于监控驻留行为和检测异常的传感器事件[5,13]。智能家居的关键支撑功能之一就是它的能力监督居民的日常生活和安全活动。随着廉价的低功率传感器,射频的可用性芯片和嵌入式处理器,现有的智能家居都是通常配备大量的网络传感器协作处理并从获得的中扣除关于家庭状况以及活动和行为的数据其居民本文回顾了所使用的传感器技术在智能家居中,讨论了不同的优势和局限传感器类型,并提供未来方向的建议。

2.材料和方法

已经证明了三种类型的传感器技术应对智能人体活动的挑战家庭,包括可佩戴传感器的可穿戴设备居民,传感器分布的直接环境组件在环境和基础设施中介系统传感器安装在现有的家庭基础设施上。居民佩戴的传感器可嵌入衣服,眼镜,

鞋子和手表,或直接放在身体[14,15]。它们监视人的生理状态或运动。例如,可穿戴加速度计通常用于活动识别包括跌倒检测[16]和可穿戴RFID读者可用于检测与标记的交互对象[17]。直接环境组件通常由一组传感器和相关的传感器网络(有线或无线)将数据传输到集中监控系统传感器融合和活动推断发生[12]。基础设施中介系统利用现有的家庭基础设施,如管道或电气系统,调解的转换事件[18]。本文主要关注直接环境组件和基础施中介系统技术。该文献综述包括已经发表的已发表的着作同行评审。搜索仅限期刊中的文章,期刊章节和会议记录英语并于2000年至2010年间出版。关键字搜索在PubMed,IEEE Xplore或使用谷歌搜索进行。使用的关键词是:#39;智能家居#39;,#39;智能环境#39;,#39;智能环境#39;,#39;传感器技术#39;,#39;无处不在传感#39;,#39;无线传感器网络#39;,#39;基础设施中介传感#39;,#39;RFID#39;,#39;活动识别#39;,#39;环境感知#39;,#39;智能家电#39;,#39;运动探测器#39;,#39;二进制传感器#39;,#39;接触开关#39;,#39;视频传感器#39;,#39;隐私#39;,#39;道德问题#39;。这些关键字单独使用或使用结合。

3.智能家居使用的传感器技术

如今,许多智能家居采用无处不在的传感概念传感器网络与网络集成的地方处理设备产生丰富的多模态数据流。这些分析感官数据以识别和监测基本和居民进日常生活工具活动,比如洗澡,穿衣,准备饭菜和服用药物。这种方法有可能让智能家居捕获可能反映身体和认知健康状况的模式然后识别模式何时开始偏离个性化规范以及可能表明的非典型行为问题或需要干预[19]。

3.1直接环境感应

直接环境感知通常基于许多人整个家庭的简单二进制传感器,摄像机和RFID技术。这种类型的传感可以提供有价值的见解进入实际的活动和背景,但附带实用和复杂性成本[18]。安装和维护成本可能很高,特别是在处理现有安装时家园。它还可以创建隐私问题,尤其是在使用时摄像机[20]。最后,仅凭仪器化环境

尚未证明足以在多个时检测活动居民在场。

3.1.1简单二元传感器

简单二元传感器一种特殊类型的传感器,通常用于智能homes是二进制传感器,它只是检测对象的状态或单个数字“1”或“0”的运动。各种类型的二进制

传感器已用于智能家居,包括运动探测器,压力传感器和接触开关。运动探测器和压力传感器通常用于检测乘员的存在和整个房子的位置[21]。例如,智能公寓

在艾伯塔省使用十三个被动红外运动传感器整个公寓在关键区域找到其占用者

[12]。 TigerPlace,一个帮助居民年龄的退休社区地方,在淋浴上方的天花板上使用了运动传感器检测淋浴活动[22]。日本无处不在的家是仪器配有18厘米times;18厘米的二元压力检测装置在整个公寓楼层跟踪居民并检测家具职位[6]。接触开关通常安装在智能家居中的门,如前门和橱柜门和设备提供有关特定交互的信息

占用者使用物体和器具进行操作。例如,Ubiquitous Home安装了131个接触开关来检测门和抽屉的开/关状态[6]。 Majeed和布朗通过接触开关和运动传感器记录的分类数据模糊规则成为六种一般活动之一,如睡眠,准备吃和吃食物,接待访客[23]。的优点简单的二进制传感器包括低成本,易于安装和低成本隐私问题。但是,这些传感器仅提供信息一个抽象的水平,因此在推断活动时受到限制[21]。例如,无法推断从a中删除了哪个项目只需知道柜子的状态就可以了解柜子。

3.1.2摄像机

摄像机被认为是提供高内容传感器丰富的人类观察和信息来源用于计算机解释。但是,它们通常会引入更多存储要求方面的技术挑战信息提取,以及围绕隐私的社会挑战与简单的二元传感器相比[20,24]。 Tabar等人。在一个房间里使用了三个摄像头的网络来补充用于检测跌倒的可穿戴加速度计。这些相机是在基于加速度计检测到跌倒时触发使用信号和实时图像处理进行分析数据和估计乘员的姿势。这个设置不仅在没有必要时保护住户的隐私传输视觉数据,但有助于减少误报的数量由敏感的加速度计信号引起[25]。 TigerPlace团队使用事件驱动的视频传感器网络来跟踪相关数据步态和运动范围,并检测跌倒[5]。保存居民的隐私,他们开发了识别算法图像中的移动人物并提取轮廓。该PlaceLab,一个用于普适计算研究的实时实验室在家中的技术,使用九个红外摄像机,九种颜色他们的公寓里有摄像头和十八个麦克风在橱柜和工作台面以上,如办公桌和厨房柜台。图像处理算法用于选择从四个视频流和最好的一个音频流基于运动和相机捕获了乘员的行为在环境中布局。这些数据流是同步的与其他传感器数据一起保存到便携式磁盘驱动器[8]。

3.1.3射频识别(RFID)

RFID是一种利用无线电波通信的技术在阅读器和电子标签之间交换数据。审问时通过RFID阅读器,标签以唯一标识符进行响应以及存储在他们记忆中的信息。通常有两种类型的RFID标签,即没有电源的无源标签并且通常附加到用于检测用户对象交互的对象,和包含电池并提供的有源RFID标签范围更广,并且可由个人携带以进行个人识别。RFID技术的一个主要局限是它们可靠性和稳定性,尤其是通过液体或液体读取金属。尽管如此,RFID标签的放置能力仍然存在视线和跟踪多个人使他们非常适合聪明家园。本节提供了两个关于RFID标签和标签的例子读者和标签已嵌入到对象和环境中检测用户 - 对象交互。 Gator Tech Smart House开发了基于SmartPlug系统和SmartWave系统RFID技术。在SmartPlug系统中,每个电源插座都在房子里装有RFID阅读器和电器插头灯具或收音机等设备附有RFID标签。每当设备插入插座时,RFID读卡器就会插入插座读取标签并将数据发送到主计算机。该计算机可以直接识别每个设备及其位置,如以及控制设备[26]。监控电气的使用家中的设备可以提供有关乘客的有价值的信息生活方式和帮助检测日常生活中的偏差可能与功能衰退有关。 SmartWave系统是一种普遍的微波炉烹饪系统,其中RFID放在台面下的读卡器用于确定哪个正在扫描食品包以获得烹饪说明从数据库,并自动编程基于微波在说明书上[27]。

3.1.4其他传感器

智能家居中可以部署各种其他传感器帮助推断活动以及触发自动服[8,22,28-30]。这些传感器通常提供更具体的信息比简单的二进制传感器,但提供的细节少于视频相机。 PlaceLab使用了34个温度传感器,10个湿度传感器,5个光传感器和一个气压传感器进行捕获并调整他们公寓的内部条件[8]。 TigerPlace使用床传感器,安装在床单下的气动条检测存在,呼吸(正常/异常),脉搏(低,正常,或高)和床上的运动,并报告四个级别对远程护理人员产生不安。他们报告了一个案例研究一个96岁的女人独自一人住在她的公寓里重大心脏事件。在查看她的床传感器数据时在事件发生前收集,心动过速显着增加(检测到1-30次/分钟的慢脉冲率)和。在这期间,人们还注意到各级卧床不安的减少同一时期[22]。陈等人。使用单一的微型全向水槽附近的麦克风检测和分类主要浴室内的活动包括淋浴,刷牙牙齿,洗手,潮红和排尿。初步结果是令人鼓舞的准确率formost声音类别高于84%。他们的目标是自动生成为照顾者和照顾者定制个人卫生行为报告老年临床医生。显然在浴室等空间视频传感器的使用在社会上是不可接受的,声音可以提供另一种信息来源[28]。

3.2基础架构调解系统

基础设施介导的系统最近产生了相当作为一种不引人注目,低成本和实用的方法的兴趣智能家居活动分类[31]。相比在整个房屋,基础设施中安装简单的二进制传感器中介系统需要安装一个或一个沿着现有基础设施的传感器很少,这显着降低了部署和维护的成本和复杂性[18]。但是,它可能无法提供足够的活动细节和他们的背景[32]。 Patel等人。利用现有的管道系统中央供暖,通风和空调的基础设施(HVAC)系统用于检测整个房屋的总体运动和房间过渡。他们为HVAC的空气过滤器配备了五个压力传感器,每个都在两个方向感应。幅度所有传感器的压力变化用于识别人体引起的物理空间气流的独特变化室内运动,例如一个人走过一个特定的人门口或特定门的打开和关闭。初步结果显示他们可以对独特的过渡进行分类事件的准确率高达75-80%[18]。 Froehlich等人。发达HydoSense,可安装的定制压力传感器在家庭现有水基础设施内的任何可访问位置。例如外部软管围兜和实用水槽龙头活动感知。压力的连续分析允许他们确定使用水的个别固定装置以及对所用水量的估计。初步结果显示他们可以识别97.9%的夹具事件

总体准确度和估算用水量与错误率相当公用事业供水表[33]。 Patel等人。发达

电力线噪声分析仪,可以插入普通的墙壁插座可以检测到各种各样的电气事件

家。分析仪可以检测住宅的电噪声电气设备突然切换产生的电力线以及某些设备在运行时产生的噪音。系统在一个家中进行了数周和五个家庭的测试每个星期一个星期,结果显示他们可以学习和分类各种电气事件,精度范围从85到

90%[34]。

4讨论

尽管智能家居领域的举措越来越多,在临床,技术和道德方面仍然存在挑战

智能家居的传感器技术。

4.1临床考虑

大多数已确定的智能传感器技术研究家庭只展示技术的潜力或可行性解决方案。初步评估也倾向于关注关于这些传感器在实验室的技术性能设置或基于社区的有限设置[24]。有技术继续推进先进的家庭为基础的进步监控解决方案,重要的是要确保设计和智能家居中传感技术的实施并非如此仅靠技术进步而非实际决定利益相关者的需求,包括最终用户,护理人员和临床专业人士。该领域目前缺乏广泛的领域关于适当性,有用性和有效性的证据智能家居传感技术的成本效益[2,24,35]。TigerPlace在某种程度上证明了居民的实际情况,他们的家庭成员和医疗保健提供者可以参与进来在智能家居开发的所有阶段,包括设计,实施和测试。他们的评估模型包括观察,焦点小组和与代表的访谈利益相关者。与居民的焦点小组会议许多问题,例如居民对其传感器系统的操作特别是易于使用,适应不断变化的需求,和维护;信息对生活方式的影响;心理因素;系统的可靠性;相信它的准确性和性能;和侵犯隐私的控制和关注。他们还观察了居民如何准备一顿饭仪表化家庭并确定传感器是否安装在厨房干扰日常活动或被视为突兀[24]。 Lee和Dey使用概念验证方法确定嵌入式评估的潜在影响和有用性对老年人。他们介绍了传感系统的方案能够监测老年人的表现日常活动,如服用药物,准备一餐,并使用电话给包括老年人在内的利益相关者,他们的照顾者,他们的医生和治疗师。他们还介绍了利益相关者可以获得这些系统可能具有的假设数据在一年的过中收集并询问这些数据将如何帮助各利益相关方实现各自的目标目标,例如,获得改变能力,诊断的意识医疗条件,或应用解决方案来解决问题[36]。根据收到的反馈,他们开发了三种传感器跟踪药物消耗,电话使用和咖啡的系统制造商使用,他们将系统部署到两个家庭老年人四个月[37]。本评论文章的作者目前正参与伤员概念之家的设计战士。大量的实地工作,包括焦点小组和采访受伤的战士,他们的家人和他们与受伤战士一起工作的临床专业人员是进行了解他们的需求和偏好[38]。该收集的信息用于指导技术设计选择和测试传感器的概念之家。

4.2技术考虑

从技术角度来看,大多数已确定的研究专注于监测家庭内发生的活动或检测日常生活中的变化。努力理解日常任务的执行情况如时间滞后,缺失步骤,可恢复或不可恢复的错误是有限的[36,39]。该评估通常依赖于临床医生的观察

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