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迈向个性化自动化智能家居的一步

开发跟踪占用者并自我适应其偏好的自动化系统是智能家居未来的重要下一步。例如,当您走进房间时,系统可以设置为您的首选温度。或者当您坐在沙发上时,系统可以立即将电视机轻弹到您喜欢的频道。

但是,当家庭系统在房子周围移动时,使家庭系统识别出来是一个更复杂的问题。最近,已经建立了通过测量无线信号离开其身体的反射来定位人类的系统。但这些系统无法识别个人。其他系统可以识别人员,但前提是他们总是携带移动设备。两个系统还依赖于跟踪可能较弱或被各种结构阻挡的信号。

麻省理工学院的研究人员建立了一个系统,通过识别占用者,即使他们没有携带移动设备,也可以迈向全自动智能家居。该系统称为Duet,使用反射的无线信号来定位个人。但它还包含了一些算法,可根据上次使用设备的人员及其预测的移动轨迹,对附近的移动设备进行预测,以预测个人的身份。它还使用逻辑来确定谁是谁,即使在信号被拒绝的区域。

“智能家居仍然基于应用程序的明确输入或告诉Alexa做某事。理想情况下,我们希望家庭对我们的工作更具反应性,以适应我们,“麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)的博士生Deepak Vasisht说道,他是一篇论文的主要作者,描述了所提出的系统在上周的Ubicomp会议上。“如果您为智能家居启用位置感知和识别感知,则可以自动执行此操作。你的家知道你在走路,走路的地方,它可以自我更新。“

在一个有两个人的两居室公寓和一个有九个人的办公室进行的实验,超过两周,显示该系统可以分别识别96%和94%准确度的个人,包括人们没有携带智能手机或在被封锁的地区

但该系统不仅仅是新颖的。Duet可能用于识别入侵者或确保访客不进入您家的私人区域。此外,Vasisht说,该系统可以捕获医疗保健应用的行为分析见解。例如,患有抑郁症的人可能会或多或少地移动,这取决于他们在任何一天的感受。随着时间的推移收集的这些信息对于监测和治疗可能是有价值的。

“在行为研究中,你关心人们如何随着时间的推移以及人们的行为方式,”Vasisht说。“所有这些问题都可以通过获取有关人员位置及其移动方式的信息来解答。”

研究人员设想,他们的系统将在任何将被Duet识别和跟踪的人的明确同意下使用。Vasisht补充说,如果需要,他们还可以开发一个应用程序,供用户随时授予或撤销Duet对其位置信息的访问权限。

该论文的共同作者是:Dina Katabi,Andrew和Erna Viterbi电气工程和计算机科学教授; 前CSAIL研究员Anubhav Jain '16; 和CSAIL博士生Chen-Yu Hsu和Zachary Kabelac。

跟踪和识别

Duet是一个安装在墙上的无线传感器,大约一英尺半。它包含一个带有注释区域的楼层地图,例如卧室,厨房,床和客厅沙发。它还从占用者的电话中收集识别标签。

该系统建立在由Vasisht,Katabi和其他研究人员构建的基于设备的定位系统的基础上,该系统基于来自其设备的无线信号反射来跟踪数十厘米内的个体。它通过使用中心节点来计算信号击中人的设备并返回的时间。在实验中,该系统能够确定人们在两居室公寓和咖啡馆的位置。

然而,该系统依赖于携带移动设备的人。“但在建造[Duet]时,我们意识到,在家里,你并不总是随身携带手机,”Vasisht说。“大多数人把设备放在桌子或桌子上,然后在房子里走来走去。”

研究人员将他们基于设备的定位与由Katabi和其他CSAIL研究人员开发的名为WiTrack的无设备跟踪系统相结合,通过测量人体无线信号的反射来定位人们。

Duet定位智能手机并将其动作与无设备本地化捕获的个人动作相关联。如果两者都在紧密相关的轨迹中移动,则系统将设备与个体配对,因此知道个体的身份。

为了确保Duet在离开他们的设备时知道某人的身份,研究人员设计该系统以捕获在使用时从手机接收的信号的功率分布。该轮廓根据信号的方向而改变,并且该改变被映射到个体的轨迹以识别它们。例如,当使用电话然后放下电话时,系统将捕获初始电源配置文件。然后它将估计如果它仍然被附近移动的个体沿着路径运载,那么功率分布将如何看起来。变化的功率曲线越接近于移动的个体路径,个体拥有电话的可能性越大。

逻辑思维

最后一个问题是浴室瓷砖,电视屏幕,镜子和各种金属设备等结构可能会阻挡信号。

为了弥补这一点,研究人员采用概率算法将逻辑推理应用于本地化。为此,他们设计了系统,以识别家中特定空间的入口和出口边界,例如每个房间的门,床边和沙发的侧面。在任何时候,系统都会识别每个边界中每个人最可能的身份。然后通过消除过程推断出谁是谁。

假设一个公寓有两个住户:Alisha和Betsy。Duet看到Alisha和Betsy走进起居室,将他们的智能手机动作与他们的运动轨迹配对。然后两人都将手机放在附近的咖啡桌上充电 - 贝琪进入卧室小睡; 艾丽莎留在沙发上看电视。Duet推断Betsy已进入床边并且没有退出,因此必须在床上。过了一会儿,Alisha和Betsy搬进了厨房 - 信号下降了。二重奏的原因是两个人在厨房,但它不知道他们的身份。然而,当Betsy回到起居室并拿起她的电话时,系统会自动将个人重新标记为Betsy。通过消除的过程,仍在厨房的另一个人是艾丽莎。

“家庭中有盲点,系统无法运作。但是,因为你有逻辑框架,你可以做出这些推论,“Vasisht说。

“Duet采用智能方法将不同设备的位置结合起来并将其与人类相关联,并利用无设备本地化技术来定位人类,”微软首席研究员Ranveer Chandra表示,他没有参与这项工作。“准确确定所有居民在家中的位置有可能显着增强用户的家庭体验。......家庭助理可以根据所有人的反应个性化回复; 温度可以根据个人喜好自动控制,从而节省能源。如果他们知道家里的人在哪里,那么家中的未来机器人可能会更加聪明。潜力无穷无尽。“

接下来,研究人员的目标是在更多空间内长期部署Duet,并为健康监测和响应式智能家居等应用提供高级分析服务。

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