完成人：廣州杰賽科技股份有限公司科技質量部周善明　指導教師：孫建廣

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廣東省創(chuàng)新工程師培訓班企業(yè)工程課題破題案例 廣州杰賽科技股份有限公司：解決如何降低智能家居操作難度的問題

完成人：廣州杰賽科技股份有限公司科技質量部周善明指導教師：孫建廣

1　課題摘要

本課題涉及智能家居領域中人機交互控制的問題。當前智能家居難以推廣，一方面，成本居高不下，另一方面，由于控制不夠人性化，當聯(lián)網(wǎng)設備越多，功能越復雜，控制也就越難。目前，智能家居普遍的控制方案是通過指令控制器的軟件集成控制，這就更加突出了人機交互控制的問題，其根本原因在于，傳統(tǒng)的控制思路和模式已經(jīng)不適合在智能家居這樣高度一體化、專業(yè)化、平民化的應用。本課題通過利用TRIZ創(chuàng)新方法的求解，利用位置、時間、習慣等可控參數(shù)，建立了新的控制模型——基于位置、時間、習慣等的自識別控制，從而大大降低了人在控制中需要掌握的技能。在具體的解決方案中，利用手機的定位功能獲取用戶的實時位置，并通過關聯(lián)用戶處獲得關聯(lián)用戶的位置和指令控制情況，確定是否根據(jù)規(guī)則庫的位置索引操作指令，并自動發(fā)送操作指令。優(yōu)選的規(guī)則庫中還包含用戶的習慣設置。

圖1　智能家居物聯(lián)化

2　問題背景和描述

2.1問題背景

智能家居是在互聯(lián)網(wǎng)影響之下的物聯(lián)化體現(xiàn)。如圖1所示，智能家居通過物聯(lián)網(wǎng)技術將家中的各種設備（如音視頻設備、照明系統(tǒng)、窗簾控制、空調控制、安防系統(tǒng)、數(shù)字影院系統(tǒng)、網(wǎng)絡家電以及三表抄送等）連接到一起，提供家電控制、照明控制、窗簾控制、電話遠程控制、室內外遙控、防盜報警、環(huán)境監(jiān)測、暖通控制、紅外轉發(fā)以及可編程定時控制等多種功能和手段。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，還兼?zhèn)浣ㄖ?、網(wǎng)絡通信、信息家電、設備自動化，集系統(tǒng)、結構、服務、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境，提供全方位的信息交互功能，幫助家庭與外部保持信息交流暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時間，增強家居生活的安全性，甚至為各種能源費用節(jié)約資金。

智能家居的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)的家用設備控制方法，目前出現(xiàn)了不同控制入口的控制方法，如圖2所示，可通過智能手機作為控制入口，例如，在智能手機上安裝APP軟件，然后智能手機通過無線局域網(wǎng)來控制在網(wǎng)家電；通過家電本身作為控制入口，例如電視機作為控制入口；通過無線路由器作為控制入口。無論通過哪一種方式來實現(xiàn)控制，都是通過在網(wǎng)（局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)）的設備端口，通過預設好的應用程序，例如燈光、家電、探測、門窗、安防、監(jiān)控、醫(yī)療等等針對家居中固有設備的功能應用。

在現(xiàn)有的智能家居控制方案中，無一例外是人通過集約式的控制入口，通過網(wǎng)絡對智能家電設備進行控制。在其中，人扮演了絕對的角色——人必須參與到具體的控制指令交互中，但問題是，控制經(jīng)常是繁瑣、枯燥的，而且對老人、小孩來說，他們還必須要學習控制方法，這給智能家居的使用和用戶體驗帶來極大的制約。

圖2　智能手機通過無線局域網(wǎng)控制在網(wǎng)家電

2.2問題描述

智能家居功能越多，聯(lián)網(wǎng)或在網(wǎng)設備越多，提供控制就越多，意味著操作就越復雜、繁瑣、枯燥。智能家居的重點應該在智能，即具備學習和自動判斷、自動控制的能力。但現(xiàn)有的智能家居系統(tǒng)都是通過集約化的方式和統(tǒng)一的控制端對分布的家居設備進行控制操作，人們必須重新適應這種集約化控制帶來的復雜性問題，即當人們需要通過智能家居控制器實現(xiàn)某種家居設備的控制時，需要找到控制器，打開控制器，進入到相關程序，打開相關頁面，找到相關控制，然后才能實現(xiàn)相關控制，且前提是，該相關控制說明比較簡單，否則還需要學習如何控制。

由于當前智能家居系統(tǒng)基本都采用這種方式實現(xiàn)控制，因此普遍存在上述控制困難的問題，從而也帶來了智能家居產(chǎn)品難以普及和推廣的問題。所以，新系統(tǒng)應當需要最大程度地簡化這種集約化控制帶來的操作難的問題，盡可能少操作甚至是不操作，即可實現(xiàn)用戶想要的功能。

3　問題分析

智能家居是以住宅為平臺，利用綜合布線技術、網(wǎng)絡通信技術、安全防范技術、自動控制技術、音視頻技術將家居生活有關的設施集成，然后選擇一個控制入口，例如智能手機或智能家電，通過無線局域網(wǎng)（無線路由器）作為關口進行并網(wǎng)控制。因此，智能家居的智能僅僅在其控制手段上做了改進，例如開燈、關燈，過去使用手動的方式，現(xiàn)在可以通過手機遠程控制開關，但是其控制核心還是來源于人的操作，如果沒有人去控制，則家電并不會自動進行運作。例如人們早上出門去上班，但是家里的空調忘記關閉了，而且人們本身并沒有意識到空調仍在運行，就不可能會發(fā)出關閉的操作指令，換而言之，空調還是在無人的房間里繼續(xù)運轉。

針對智能家居產(chǎn)品進行問題分析如下（見表1）：

表1　系統(tǒng)分析表

3.1系統(tǒng)分析

通過系統(tǒng)分析明確系統(tǒng)功能元。

3.2 DFMEA分析

通過DFMEA（失效模式與后果）分析，確定智能家居產(chǎn)品當前最急迫需解決的技術問題（見表2）：

表2　失效模式與后果分析表

功能模塊　潛在失效模式　潛在失效影響　嚴重程度　潛在原因　發(fā)生可能性　發(fā)現(xiàn)可能性　風險系數(shù)設備本體　不能用　功能用不了　6　設備故障　2　1　12設備控制器　不能控制　控制不了設備　6　設備故障　2　1　12指令管理器（手機硬件）指令管理器（手機軟件）丟失　暫時無法控制　4　使用人大意　9　10　360操作難　操作失誤　7　功能越多，操作越復雜，越容易出錯9 8 504指令發(fā)起人　不懂操作　操作錯誤或無法操作8　人的理解水平低或操作太復雜9 9 648

通過對智能家居產(chǎn)品的失效模式與后果分析，發(fā)現(xiàn)指令管理器（手機硬件）、指令管理器（手機軟件）和指令發(fā)起人三個功能模塊中風險系數(shù)最高的，分別為360、504和648，說明這三個模塊存在的風險是急需改進的，通過對三個模塊失效風險的歸納，確定要解決的技術問題為：如何降低智能家居系統(tǒng)操作復雜的問題。

3.3理想解分析

針對需要解決的技術問題，利用理想解分析，確定最終理想解和方案。（1）設計的最終目的是什么？

人可以輕松地控制智能家居里面的設備。（2）IFR是什么？

智能家居系統(tǒng)能自動完成人想要的操作。（3）達到IFR的障礙是什么？系統(tǒng)無法懂得人想要做什么。

（4）出現(xiàn)這種障礙的結果是什么？

系統(tǒng)控制只能由人通過控制器發(fā)出控制指令來實現(xiàn)控制和操作。（5）不出現(xiàn)這種障礙的條件是什么？

控制器自己能根據(jù)人的需求發(fā)出相應的操作指令。

（6）創(chuàng)造這些條件的可用資源是什么？

人、控制器、智能家居系統(tǒng)。

解決方案：控制器能預測人的各種需求，自動生成控制指令并發(fā)送到智能家居系統(tǒng)的相應設備中，完成控制操作。

3.4功能分析和確定沖突區(qū)域

3.4.1功能分析

圖3　功能分析圖

3.4.2確定沖突區(qū)域

根據(jù)功能分析，確定沖突區(qū)域為：

圖4　沖突區(qū)域

3.4.3沖突描述：

(1)技術沖突：“操作要簡單”與“指令管理器軟件控制功能豐富”兩個參數(shù)之間的沖突。

(2)物理沖突：指令管理器軟件的操作既要簡單又要復雜。

3.4.4多屏幕及資源分析

(1)多屏幕分析：

圖5　多屏幕分析

(2)資源分析：

表3　資源分析

根據(jù)資源分析，發(fā)現(xiàn)超系統(tǒng)的過去、現(xiàn)在和未來均涉及信息資源——位置和習慣，且系統(tǒng)、子系統(tǒng)中涉及的物質資源多數(shù)為手機，手機對應的功能資源具有定位等，引申出可以考慮的包括位置信息、人的習慣、手機定位等資源。

3.4.5發(fā)明問題確定

問題確定:如何實現(xiàn)指令管理器軟件（手機APP）根據(jù)人的需求自動完成智能家居系統(tǒng)的操作控制的問題。

4　擬采取的解決方法和解決方案

4.1擬選用的技術創(chuàng)新方法

擬采用沖突矩陣和分離原理解決發(fā)明問題。

4.2技術創(chuàng)新方法應用過程

4.2.1運用沖突矩陣

（1）技術沖突為：操作要簡單與指令管理器軟件控制功能豐富。表現(xiàn)為：需要優(yōu)化的是操作變得簡單，惡化的是指令管理器軟件的控制功能必然要變少。

（2）沖突標準參數(shù)：改善的通用工程參數(shù)為33-操作流程的方便性；惡化的通用工程參數(shù)為31-物體產(chǎn)生的有害因素，38-自動化程度。

（3）可用的發(fā)明原理對應如下。

①33與31：無發(fā)明原理；

②33與38：

A.1-分割原理：將所有需要的操作分割成需要人參與和不需要人參與，將不需要人參與的部分從指令管理器軟件中剔除掉，使之操作簡單。

B.34-拋棄或再生原理：針對不同的使用人，或不同的使用時間段，將不用的功能去除，在針對的人或時間段，功能再生，使不同的人或時間操作簡單。

C.12-等勢原理：不應用。

D.3-局部質量原理：改變場景可用性結構分布，即當人在家的時候，控制可用性高；人不在家的時候，控制可用性低，包括停止所有非必要運行控制，從而讓控制的可用性在空間位置上形成梯度。

4.2.2運用分離原理

（1）物理沖突為：操作既要簡單，又要復雜。

（2）分離方法如下。

①空間分離：在家和在外面，將操作進行分離，將在家的一部分操作轉移到在外面。

②時間分離：將一個操作動作進行時間分離，將操作的一部分提前進行，降低一次操作的復雜度。

③條件分離：根據(jù)人的當前需求，提供相應的操作，降低整體操作的復雜度。

④系統(tǒng)級別分離：將每一個復雜的操作細分成若干個簡單的操作，并將這些簡單操作交由后臺根據(jù)預判模型完成，降低操作復雜度。

4.3形成的初步解決方案

根據(jù)34-拋棄或再生（條件分離）原理，得到方案一——基于用戶的類別提供控制服務：例如為老人、小孩設置用戶角色，設定用戶模式，當該老人、小孩操作的時候，自動完成模式設置。

根據(jù)1-分割（空間分離、時間分離）原理，得到方案二——基于時間和用戶習慣的操作估計與實現(xiàn)：設定上班、到家時間，根據(jù)時間設定功能模式，開啟相應操作。

根據(jù)34-拋棄或再生（條件分離）原理，得到方案三——基于學習模式的操作和實現(xiàn)：設定用戶角色并記錄用戶角色的操作習慣，包括操作對象、操作參數(shù)等，形成該用戶角色的操作模式，當識別到用戶進行操作時，自動調取該操作模式提示操作。

根據(jù)1-分割（空間分離、時間分離、條件分離）原理，得到方案四——基于位置信息的用戶操作估計和實現(xiàn)：利用指令管理器（手機）的定位功能資源，獲取用戶的位置信息，判斷用戶的需求和不需求，提供相應的自動操作或操作呈現(xiàn)。

5　最終問題解決方案

5.1方案評價和選擇

方案一：基于用戶的類別提供控制服務。根據(jù)用戶類別提供服務是一種常用的技術手段，例如在自動化控制中設置的權限控制，因此，盡管本方案可在一定程度上解決技術問題，但屬于較為傳統(tǒng)的解決方案，不符合創(chuàng)新和申請專利的要求，本方案暫時不作為繼續(xù)完善方案。

方案二：基于時間和用戶習慣的操作估計與實現(xiàn)。根據(jù)時間和習慣來估計操作是具有一定新穎性的，但如果純粹是時間—習慣建立規(guī)則庫，則只能以時間作為規(guī)則庫的索引才具有一定意義，但實用性就較差，畢竟人的規(guī)律不是用時間絕對約束的，因此就有可能造成規(guī)則庫的不適用，本方案需要完善規(guī)則的適用性才具有更高的價值，可作為待完善方案。

方案三：基于學習模式的操作和實現(xiàn)。學習模式是家電設備中常常具有的一種功能，如果建立符合本技術問題的學習模式，對軟件開發(fā)的要求較高，目前公司在此方面積累不足，暫時不考慮本方案。

方案四：基于位置信息的用戶操作估計和實現(xiàn)。本方案可利用智能手機GPS、Wifi、基站信號等多種現(xiàn)有資源實現(xiàn)定位功能，獲取位置信息，通過軟件規(guī)則庫可實現(xiàn)根據(jù)位置信息推算需求，手機在后臺可根據(jù)權限發(fā)送控制指令，實現(xiàn)完全自動的智能家居控制。該方案可較大限度利用目前智能家居已有資源，具有一定的新穎性。

經(jīng)專利檢索發(fā)現(xiàn)，蘋果公司在2013年6月9日在美國申請了一篇“基于估計的用戶位置來控制裝置”的專利（US13495497），并在2014年1月1日進入到中國申請（CN103491498）。該專利所披露的技術方案與本方案的思路接近，發(fā)明點也是基于用戶位置（即手機定位信息）來作為家庭電器控制指令的基本依據(jù)。因此，當前方案四可能會落入到蘋果公司該項專利的保護范圍（權利要求書），并且，如果直接基于方案四完善該技術方案，申請專利也將受到蘋果公司該項專利的影響，極有可能失去專利性，無法獲得專利授權和保護，因此，十分有必要針對蘋果的專利，利用TRIZ進行規(guī)避設計。

5.2專利功能分析

該專利權利要求書共計兩個獨立權利要求，分別涉及方法和裝置，具體如下。

5.2.1方法獨立權利要求

一種用于中繼位置信息的方法。所述方法包括：

（1）在服務器處接收通過多個第一裝置收集的第一數(shù)據(jù)，來自各裝置的第一數(shù)據(jù)指示與所述多個第一裝置相關聯(lián)的人的位置，其中，對于所述第一裝置中的至少一個，所述第一數(shù)據(jù)指示實時用戶輸入活動；

（2）通過所述服務器跨著所述第一裝置聚集接收的第一數(shù)據(jù)；

（3）通過所述服務器至少部分地基于聚集的數(shù)據(jù)來估計人的位置；

（4）通過所述服務器至少部分地基于人的估計的位置產(chǎn)生一個或更多個信號，所述一個或更多個信號包含第二數(shù)據(jù)；

（5）識別多個第二裝置；

（6）通過所述服務器向所述多個第二裝置傳播產(chǎn)生的一個或更多個信號。

5.2.2裝置獨立權利要求

一種用于中繼位置信息的裝置。所述裝置包括：

（1）接收器：其從與人相關聯(lián)的多個第一裝置接收第一信號，第一信號中的每一個包含第一數(shù)據(jù)，所述第一數(shù)據(jù)指示人的估計的位置，其中，對于所述第一裝置中的至少一個，所述第一數(shù)據(jù)指示實時用戶輸入活動；

（2）位置估計器：其估計與所述多個第一裝置相關聯(lián)的人的位置，所述位置估計器包含：聚集所述第一信號中的第一數(shù)據(jù)中的一些數(shù)據(jù)聚集器；和向所述第一信號中的第一數(shù)據(jù)分配一個或更多個權重的權重分配器，其中，人的估計的位置至少部分地基于分配的權重；用于基于人的估計的位置產(chǎn)生一個或更多個第二信號的信號產(chǎn)生器，一個或更多個第二信號中的每一個包含第二數(shù)據(jù)；向多個第二裝置傳送所述一個或更多個第二信號的發(fā)射器。

綜合分析，該專利方法權利要求和裝置權利要求保護的范圍都明確包含了中繼服務器，也就是，中繼服務器是該專利保護范圍中的重要特征。

5.3規(guī)避設計分析

指導思想：去掉、替換某個組件而將其功能轉移到系統(tǒng)中其他組件上，使得系統(tǒng)仍可正常工作。

圖6　專利方案

利用智能手機結合APP的方式，即可完成定位、存儲、計算、發(fā)送等第一裝置和中繼服務器的相應功能，現(xiàn)有技術中，第二裝置往往處于固定位置，例如家庭、樓宇中，并配有局域網(wǎng)，實現(xiàn)新第一裝置與多個第二裝置之間的聯(lián)網(wǎng)通信。

規(guī)避方案的問題：

圖7　專利規(guī)避方案

專利方案中的中繼服務器收集過第一裝置的位置信息后，經(jīng)過合規(guī)算法得出第二信息（指令）發(fā)送到第二裝置，而在專利規(guī)避方案中，存在多個新第一裝置同時或先后向第二裝置發(fā)送第二信息（指令）。

5.4完善專利規(guī)避方案

建立物場模型：

圖8　物場模型

第一裝置S2對第二裝置S1通過無線電波R場的作用為，第一裝置S2向第二裝置S1發(fā)出控制指令，但當多個第一裝置S2對同一個第二裝置S1發(fā)出控制指令時，就產(chǎn)生過度作用，導致了第二裝置S1無法實現(xiàn)需要的功能。

根據(jù)所建立的物場模型類型，確定為模型不完整（缺少原中繼服務器的部分功能），運用標準解第1.1子級求解：

（1）S1.1.2在S2中引入內部添加物S3，將S2對S1的過度相互作用率除掉。第一裝置中包含一個關聯(lián)模塊，在發(fā)出指令之前，關聯(lián)模塊關聯(lián)其他第一裝置位置信息和控制信息，確定是否需要對第二裝置進行控制。（只需要實現(xiàn)關聯(lián)第一裝置之間通信，無需額外成本）

（2）S1.1.4利用環(huán)境中已有資源實現(xiàn)需要的變化，S1的控制狀態(tài)通過R場（通信網(wǎng)絡）周期性返回到S2，S2的控制指令參考S1的當前狀態(tài)決定是否要控制，從而過濾掉S2對S1的過度相互作用。第一裝置獲得第二裝置的控制狀態(tài)信息，確定是否需要對第二裝置進行控制。（對第二裝置要求具備控制狀態(tài)監(jiān)控和反饋，難度和成本更高，不采用）

6　方案的完善與應用

經(jīng)過分析，將對利用沖突獲得的方案二、方案四結合專利規(guī)避、物場模型和標準解進行完善，具體如下。

6.1方案四的改進

6.1.1現(xiàn)有系統(tǒng)的不足

一方面，當前的智能家居系統(tǒng)，通過統(tǒng)一的家居控制器實現(xiàn)對家庭中入網(wǎng)設備或系統(tǒng)的控制，例如以手機作為家居控制器，通過在手機上安裝控制APP，以及手機接入互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)中，便可以通過手機控制或遙控智能家居中的設備或系統(tǒng)，這也是當前智能家居采用的普遍控制方式。但是，隨著智能家居容納的功能越多，集中控制的方式就會變得越復雜，要求控制人的操作水平就越高，對于家庭有老人、小孩等不熟悉操作的角色而言，控制變得更加困難。并且，集中控制的方式和手動控制的方式都要求用戶重復的手動操作，而重復的手動操作不僅單調，而且人們往往會忘記適合自身的控制方式。例如有的人喜歡空調溫度設定在26℃，低于該溫度就覺得冷，因此，對該用戶角色而言，應當在打開空調后將溫度設定在最適合的26℃；又或者，有些用戶離開家去上班的時候習慣性忘記關空調或打開安全控制系統(tǒng)等，都是手動控制或者當前集中控制模式所難以解決的。

另一方面，如專利US13495497所披露的方案通過利用位置信息配合時間信息等在一定程度上解決了操作復雜的問題，但是同時又帶來了一個新的難題：一家人中，以誰的位置信息作為判斷的依據(jù)呢？例如，丈夫在回家的路上，但是妻子已經(jīng)在家并打開了烤爐，那丈夫的控制器如果還需要根據(jù)位置信息發(fā)送打開烤爐的控制指令，顯然是不合理的。

圖9　方案四改進方案

6.1.2改進方案

設置多臺指令控制器之間的狀態(tài)信息進行交互，即指令控制器除了基于本機位置外，還需要基于關聯(lián)指令控制器位置、指令發(fā)送狀態(tài)和設備運行狀態(tài)等信息，才能作出指令進行自動控制，具體如圖9所示。

圖9中的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)包括控制裝置100、物聯(lián)網(wǎng)控制中心300和設備200，所述控制裝置100具有包括地理信息模塊101、關聯(lián)用戶信息模塊102和指令模塊103。所述地理信息模塊101用于獲取與控制裝置100相關的地理信息，并將所述地理信息傳送到關聯(lián)用戶信息模塊102中；所述關聯(lián)用戶信息模塊102用于接收其他控制裝置100中所述關聯(lián)用戶信息模塊102中存儲的地理信息、指令模塊103發(fā)出過的指令信息，以及當前控制情況信息；所述指令模塊103根據(jù)所述關聯(lián)用戶信息模塊102提供的包括當前控制裝置100的地理信息，其他關聯(lián)控制裝置100的地理信息、指令信息和當前控制情況信息，生成和發(fā)送控制指令到需要控制的物聯(lián)網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)控制中心300，物聯(lián)網(wǎng)控制中心300根據(jù)控制指令控制相應的設備200。

所述控制裝置100為便攜式計算裝置，例如手機、平板電腦、PAD等的一種或多種。

所述地理信息模塊101，包括全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、通信基站定位、WIFI定位、IP定位等一種或多種定位手段，以及包括地理信息系統(tǒng)、本地電子地圖、網(wǎng)絡電子地圖等一種或多種的地理空間和屬性信息數(shù)據(jù)庫，提供與控制裝置100相關的地理信息，包括WGS84、北京54、西安80等一種或多種空間坐標系下的空間數(shù)據(jù)和街道名、門牌號、交通燈狀況、移動速度、到目的地距離和最佳路徑、最近超市名稱以及打折商品等一種或多種屬性數(shù)據(jù)，還可以包含基于地理信息的估計信息，包括到達目的地的時間、饑餓信息、疲勞信息、天氣預測信息、最佳購物清單信息等一種或多種。

所述關聯(lián)用戶信息模塊102，包括信息發(fā)送、信息接收、信息存儲，所述信息包括自身和關聯(lián)用戶的信息。例如自身控制裝置100的所述地理信息，包括WGS84、北京54、西安80等一種或多種空間坐標系下的空間數(shù)據(jù)和街道名、門牌號、交通燈狀況、移動速度、到目的地距離和最佳路徑、最近超市名稱以及打折商品等一種或多種屬性數(shù)據(jù)，還可以包含基于地理信息的估計信息，包括到達目的地的時間、饑餓信息、疲勞信息、天氣預測信息、最佳購物清單信息等一種或多種。自身控制裝置100的控制信息，包括歷史發(fā)送控制指令，上一次發(fā)送控制指令，控制對象設備、控制參數(shù)、控制結果等一種或多種信息。自身控制裝置100當前控制情況信息，包括當前是否存在控制、當前控制對象設備、控制指令、控制參數(shù)、控制結果等一種或多種信息。關聯(lián)用戶信息包括其他關聯(lián)控制裝置100的地理信息，所述信息包括自身和關聯(lián)用戶的信息，例如自身控制裝置100的所述地理信息，包括WGS84、北京54、西安80等一種或多種空間坐標系下的空間數(shù)據(jù)和街道名、門牌號、交通燈狀況、移動速度、到目的地距離和最佳路徑、最近超市名稱以及打折商品等一種或多種屬性數(shù)據(jù)，還可以包含基于地理信息的估計信息，包括到達目的地的時間、饑餓信息、疲勞信息、天氣預測信息、最佳購物清單信息等一種或多種。其他關聯(lián)控制裝置100的控制信息，包括歷史發(fā)送控制指令，上一次發(fā)送控制指令，控制對象設備、控制參數(shù)、控制結果等一種或多種信息。其他關聯(lián)控制裝置100當前控制情況信息，包括當前是否存在控制、當前控制對象設備、控制指令、控制參數(shù)、控制結果等一種或多種信息。還有其他關聯(lián)控制裝置100的用戶角色和標示符信息，包括用戶名、用戶關聯(lián)關系、用戶角色、用戶權限等的一種或多種信息。

指令模塊103生成控制指令，包括控制對象設備、控制參數(shù)、控制開始時間、控制結束時間的一種或多種。指令模塊103生成控制指令，基于自身控制裝置100所提供的地理信息，包括WGS84、北京54、西安80等一種或多種空間坐標系下的空間數(shù)據(jù)和街道名、門牌號、交通燈狀況、移動速度、到目的地距離和最佳路徑、最近超市名稱以及打折商品等一種或多種屬性數(shù)據(jù)，還可以包含基于地理信息的估計信息，包括到達目的地的時間、饑餓信息、疲勞信息、天氣預測信息、最佳購物清單信息等一種或多種。其他關聯(lián)控制裝置所提供的地理信息，包括WGS84、北京54、西安80等一種或多種空間坐標系下的空間數(shù)據(jù)和街道名、門牌號、交通燈狀況、移動速度、到目的地距離和最佳路徑、最近超市名稱以及打折商品等一種或多種屬性數(shù)據(jù)，還可以包含基于地理信息的估計信息，包括到達目的地的時間、饑餓信息、疲勞信息、天氣預測信息、最佳購物清單信息等一種或多種。其他關聯(lián)控制裝置100的控制信息，包括歷史發(fā)送控制指令，上一次發(fā)送控制指令，控制對象設備、控制參數(shù)、控制結果等一種或多種信息。其他關聯(lián)控制裝置100當前控制情況信息，包括當前是否存在控制、當前控制對象設備、控制指令、控制參數(shù)、控制結果等一種或多種信息。還有其他關聯(lián)控制裝置100的用戶角色和標示符信息，包括用戶名、用戶關聯(lián)關系、用戶角色、用戶權限等一種或多種信息。指令控制模塊103結合自身控制裝置100所提供所述信息以及其他關聯(lián)控制裝置100所提供的所述信息，生成控制指令。

所述指令控制模塊103生成控制指令，首先檢測是否開啟控制授權，當開啟了控制授權后，再從地理信息模塊101、關聯(lián)用戶信息模塊中獲取信息，根據(jù)信息決定是否滿足生成控制指令條件，生成控制指令。

生成控制指令的條件是，當?shù)乩硇畔⒛K101提供的地理信息為“離開家范圍10米以外”，且推斷信息為“持續(xù)離開”。例如當前時間為星期一上午8點，推斷為“離開家去上班”；其他關聯(lián)用戶模塊102提供其他關聯(lián)控制裝置100的用戶角色為“家人”，例如妻子；提供的地理信息為“離開家范圍10米以外”，且推斷信息為“持續(xù)離開”。假設當前時間為星期一上午8點，推斷為“離開家去上班”，進一步推斷家庭中已無管理用戶存在，并且其他關聯(lián)用戶模塊102提供其他關聯(lián)控制裝置100的上一次發(fā)出的控制指令時間為昨天晚上8:00，推斷今天沒有發(fā)出控制指令。其他關聯(lián)用戶模塊102提供設備200當前的控制情況，包括設備的運行或開啟情況，例如空調處于運行狀態(tài)，安防系統(tǒng)處于關閉狀態(tài)。根據(jù)指令控制模塊103存儲的控制規(guī)則，上述條件符合生成控制指令“關閉空調，直到下一次控制指令開啟為止；打開安防監(jiān)測系統(tǒng)，直到下一次控制指令關閉為止”。

6.2方案二的完善

將方案四引入到方案二進行完善，將位置信息作為規(guī)則庫的索引條件，從而加強規(guī)則庫的適應性。如圖10所示：

圖10中，基于地理信息的物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)，包括控制裝置100、物聯(lián)網(wǎng)控制中心300和設備200，所述控制裝置100具有地理信息模塊101、關聯(lián)用戶信息模塊102、指令模塊103和用戶標識與習慣模塊104。所述地理信息模塊101用于獲取與控制裝置100相關的地理信息，并將所述地理信息傳送到關聯(lián)用戶信息模塊102中；所述關聯(lián)用戶信息模塊102用于接收其他控制裝置100中所述關聯(lián)用戶信息模塊102中存儲的地理信息和指令模塊103發(fā)出過的指令信息和當前控制情況信息；所述指令模塊103根據(jù)所述關聯(lián)用戶信息模塊102提供的包括當前控制裝置100的地理信息、其他關聯(lián)控制裝置100的地理信息、指令信息和當前控制情況信息，并調用用戶標識與習慣模塊104中存儲的用戶以及對應的習慣信息，生成和發(fā)送控制指令到物聯(lián)網(wǎng)控制中心300，物聯(lián)網(wǎng)控制中心300根據(jù)控制指令控制相應的設備200。

所述控制裝置100為便攜式計算裝置，例如手機、平板電腦、PAD等一種或多種裝置。

所述地理信息模塊101，包括全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、通信基站定位、WIFI定位、IP定位等一種或多種定位手段和包括地理信息系統(tǒng)、本地電子地圖、網(wǎng)絡電子地圖等的一種或多種地理空間和屬性信息數(shù)據(jù)庫，提供與控制裝置100相關的地理信息，包括WGS84、北京54、西安80等一種或多種空間坐標系下的空間數(shù)據(jù)和街道名、門牌號、交通燈狀況、移動速度、到目的地距離和最佳路徑、最近超市名稱以及打折商品等一種或多種屬性數(shù)據(jù)，還可以包含基于地理信息的估計信息，包括到達目的地的時間、饑餓信息、疲勞信息、天氣預測信息、最佳購物清單信息等一種或多種。

圖10　導入方案四進行改進后的方案二

所述關聯(lián)用戶信息模塊102，包括信息發(fā)送、信息接收、信息存儲，所述信息包括自身和關聯(lián)用戶的信息。例如自身控制裝置100的所述地理信息，包括WGS84、北京54、西安80等一種或多種空間坐標系下的空間數(shù)據(jù)和街道名、門牌號、交通燈狀況、移動速度、到目的地距離和最佳路徑、最近超市名稱以及打折商品等一種或多種屬性數(shù)據(jù)，以及還可以包含基于地理信息的估計信息，包括到達目的地的時間、饑餓信息、疲勞信息、天氣預測信息、最佳購物清單信息等一種或多種。自身控制裝置100的控制信息，包括歷史發(fā)送控制指令，控制對象設備、控制參數(shù)、控制結果等一種或多種信息。自身控制裝置100當前控制情況信息，包括當前是否存在控制、當前控制對象設備、控制指令、控制參數(shù)、控制結果等一種或多種信息。關聯(lián)用戶信息包括其他關聯(lián)控制裝置100的地理信息，所述信息包括自身和關聯(lián)用戶的信息。例如自身控制裝置100的所述地理信息，包括WGS84、北京54、西安80等一種或多種空間坐標系下的空間數(shù)據(jù)和街道名、門牌號、交通燈狀況、移動速度、到目的地距離和最佳路徑、最近超市名稱以及打折商品等一種或多種屬性數(shù)據(jù)，以及包含基于地理信息的估計信息，包括到達目的地的時間、饑餓信息、疲勞信息、天氣預測信息、最佳購物清單信息等一種或多種。其他關聯(lián)控制裝置100的控制信息，包括歷史發(fā)送控制指令，上一次發(fā)送控制指令，控制對象設備、控制參數(shù)、控制結果等一種或多種信息。其他關聯(lián)控制裝置100當前控制情況信息，包括當前是否存在控制、當前控制對象設備、控制指令、控制參數(shù)、控制結果等一種或多種信息。還有其他關聯(lián)控制裝置100的用戶角色和標示符信息，包括用戶名、用戶關聯(lián)關系、用戶角色、用戶權限等的一種或多種信息。

用戶標識與習慣模塊104存儲了用戶標識，以及與用戶標識相對應的習慣規(guī)則。用戶標識包括了用戶名、用戶權限、用戶角色、用戶編碼的一種或多種；與用戶標識對應的習慣規(guī)則包括：控制設備類型、名稱、編碼、權限、控制設備常設參數(shù)、時間、時長等的一種或多種，還可以包括根據(jù)控制設備類型、名稱、編碼、權限、控制設備常設參數(shù)、時間、時長等信息進行推斷的規(guī)則模型，如最常用設備、最常用設備的參數(shù)模型、最常用設備時間、時長以及最佳控制模式的一種或多種。

指令模塊103生成控制指令，包括控制對象設備、控制參數(shù)、控制開始時間、控制結束時間的一種或多種。指令模塊103生成控制指令，基于自身控制裝置100所提供的地理信息，包括WGS84、北京54、西安80等一種或多種空間坐標系下的空間數(shù)據(jù)和街道名、門牌號、交通燈狀況、移動速度、到目的地距離和最佳路徑、最近超市名稱以及打折商品等一種或多種屬性數(shù)據(jù)，還可以包含基于地理信息的估計信息，包括到達目的地的時間、饑餓信息、疲勞信息、天氣預測信息、最佳購物清單信息等一種或多種信息。其他關聯(lián)控制裝置所提供的地理信息，包括WGS84、北京54、西安80等一種或多種空間坐標系下的空間數(shù)據(jù)和街道名、門牌號、交通燈狀況、移動速度、到目的地距離和最佳路徑、最近超市名稱以及打折商品等一種或多種屬性數(shù)據(jù)，還可以包含基于地理信息的估計信息，包括到達目的地的時間、饑餓信息、疲勞信息、天氣預測信息、最佳購物清單信息等一種或多種信息。其他關聯(lián)控制裝置100的控制信息，包括歷史發(fā)送控制指令，控制對象設備、控制參數(shù)、控制結果等一種或多種信息。其他關聯(lián)控制裝置100當前控制情況信息，包括當前是否存在控制、當前控制對象設備、控制指令、控制參數(shù)、控制結果等一種或多種信息。還有其他關聯(lián)控制裝置100的用戶角色和標示符信息，包括用戶名、用戶關聯(lián)關系、用戶角色、用戶權限等一種或多種信息。指令控制模塊103結合自身控制裝置100所提供的所述信息、其他關聯(lián)控制裝置100所提供的所述信息，以及用戶標識與習慣模塊104所提供的用戶標識，以及與用戶標識相對應的習慣規(guī)則，生成控制指令。

所述指令控制模塊103生成控制指令，首先檢測是否開啟控制授權，當開啟了控制授權后，再從地理信息模塊101、關聯(lián)用戶信息模塊中獲取信息，根據(jù)信息決定是否滿足生成控制指令條件，生成控制指令。

生成控制指令的條件是，當?shù)乩硇畔⒛K101提供的地理信息為“離開家范圍10米以外”，且推斷信息為“持續(xù)離開”。例如，當前時間為星期一上午8點，推斷家人為“離開家去上班”；其他關聯(lián)用戶模塊102提供其他關聯(lián)控制裝置100的用戶角色為“家人”，例如妻子；提供的地理信息為“離開家范圍10米以外”，且推斷信息為“持續(xù)離開”。假設當前時間為星期一上午8點，則推斷家人為“離開家去上班”，進一步推斷家庭中已無管理用戶存在，并且其他關聯(lián)用戶模塊102提供其他關聯(lián)控制裝置100的上一次發(fā)出的控制指令時間為昨天晚上8:00，推斷今天沒有發(fā)出控制指令。其他關聯(lián)用戶模塊102提供設備200當前的控制情況，包括設備的運行或開啟情況，例如空調處于運行狀態(tài)，安防系統(tǒng)處于關閉狀態(tài)。根據(jù)指令控制模塊103存儲的控制規(guī)則，上述條件符合生成控制指令，從用戶標識與習慣模塊104中讀取用戶標識為“丈夫”，權限為“最高等級”；習慣規(guī)則為“離開家檢查家電設備的斷電情況，并打開安防系統(tǒng)的紅外報警和監(jiān)視攝像頭功能”。最終生成的控制指令為“關閉空調，直到下一次控制指令開啟為止；打開安防監(jiān)測系統(tǒng)中的紅外報警和監(jiān)視攝像頭，直到下一次控制指令關閉為止”。

7　成果情況

由于智能家居在領域內上屬于概念產(chǎn)品，盡管有些公司也推出了一些智能家居的產(chǎn)品，但市場總體應用仍然較少，市場尚不成熟，且基于成本的考慮，本課題研究成果沒有進一步實物化的必要，但本課題研究獲得的技術方案，已經(jīng)向國家知識產(chǎn)權局提交了4項中國發(fā)明專利申請，分別通過系統(tǒng)結構、運行方法、優(yōu)化運行和效果等方面進行了布局型申請，通過專利申請確立了研究成果的先占權和保護。所申請的專利列表如下。

表4　專利申請列表

（本文根據(jù)2014年廣東創(chuàng)新工程師培訓班相關材料整理而成；編輯：潘慧、梁文）