物联网工程应用-基于人工智能经典案例 课件 第四章 AI赋能的智慧生活与健康管理

物联网工程应用信息科学与工程学院电子与通信系黄如副教授4引言AI赋能的智慧生活与健康管理随着科技的飞速发展，人工智能已经渗透到我们生活的方方面面，为传统领域注入了新的活力。在这个万物互联的时代，AI赋能的智慧生活与健康管理正成为人们追求高质量生活的重要途径。本章将基于案例深入介绍AI如何在安防、医疗和家居领域发挥其独特优势，实现资源的优化配置，提升生活品质，以及如何通过智能化的手段，为我们的健康管理提供更加精准和个性化的服务。让我们一起走进这个充满创新与变革的世界，感受AI带来的无限可能。34AI赋能的智慧生活与健康管理智能家居简介智能家居的定义定义：智能家居是指通过物联网技术，将家居设备连接起来，实现智能化控制和管理，提升家庭生活的舒适性、安全性和便利性。核心目标：通过自动化、智能化的手段，优化家庭资源的配置，提升生活质量。2.物联网在智能家居中的应用设备互联：通过物联网技术，家居设备（如灯光、空调、安防系统等）可以实现互联互通。远程控制：用户可以通过手机、平板等设备远程控制家中的设备。智能场景：根据用户的生活习惯，自动调整家居设备的状态（如回家自动开灯、离家自动关闭电器等）。3.智能家居的发展阶段单品连接：单个设备实现智能化，如智能灯泡、智能插座等。物物联动：多个设备之间实现联动，如灯光与窗帘的联动。平台集成：通过统一的智能家居平台，实现所有设备的集中管理和控制。44AI赋能的智慧生活与健康管理智能家居的挑战1.行业内没有统一的技术协议问题描述：不同厂商采用不同的技术标准，导致设备之间难以兼容。影响：用户在选择智能家居产品时面临兼容性问题，限制了智能家居的普及。解决方案：推动行业标准化，制定统一的技术协议。2.智能家居技术未成熟问题描述：部分智能家居功能（如信息处理、环境调节等）尚未完全成熟。影响：用户体验不佳，功能不稳定，难以满足用户需求。解决方案：加大研发投入，提升技术成熟度。3.市场接受程度低问题描述：智能家居产品价格较高，用户对其功能了解不足，导致市场接受度低。影响：智能家居的普及速度缓慢，难以进入普通家庭。解决方案：降低产品成本，加强市场教育，提升用户认知。54AI赋能的智慧生活与健康管理智能家居系统分类1.智能家居控制系统功能：集中控制家中的各类设备，如灯光、窗帘、空调、家电等。特点：通过智能终端（如手机、平板）实现远程控制和场景设置。示例：智能灯光控制、智能窗帘控制。2.安防系统功能：提供家庭安全保障，包括入侵报警、视频监控、门禁系统等。特点：实时监控家庭安全状态，异常情况自动报警。示例：智能门锁、监控摄像头、烟雾报警器。3.媒体娱乐系统功能：提供家庭娱乐功能，如家庭影院、背景音乐、视频聊天等。特点：支持多房间媒体播放，个性化娱乐体验。示例：智能音响、家庭影院系统。4.环境监测系统功能：监测家庭环境参数，如温度、湿度、空气质量等。特点：实时反馈环境数据，自动调节家居设备以优化环境。示例：温湿度传感器、空气质量监测仪。64AI赋能的智慧生活与健康管理智能家居应用实例-智能别墅解决方案1.灯光控制功能：用户可以通过智能终端（如手机、平板）控制别墅内的灯光。特点：支持多种场景模式（如会客、用餐、派对等），灯光组合和亮度可自由调节。示例：通过语音指令或手机App切换灯光模式。2.入户门及房间门控制功能：采用智能门锁，支持远程开门、自动放行、推送通知等功能。特点：无需手动开门，支持身份识别和记录。示例：当有人进入时，智能App会发送推送通知，记录来访者信息。3.电器控制功能：用户可以通过智能手机一键启动别墅内的各类电器。特点：支持电器组合模式，根据用户喜好自动调节电器状态。示例：启动影院模式时，自动打开环绕音响、关闭窗帘、调节灯光。4.安防监控控制功能：提供全方位的家庭安全保障，包括入侵报警、视频监控等。特点：异常情况自动报警，支持远程监控和模拟住家功能。示例：当检测到入侵时，全屋灯光亮起，音响系统发出警告音。74AI赋能的智慧生活与健康管理智能家居应用实例-宠物智能家居1.数据采集模块功能：负责采集宠物家居环境的数据，如喂食、喂水数量、温湿度、宠物身体状态等。特点：通过压力传感器、水位传感器、温湿度传感器、可穿戴设备等实现数据采集。示例：监测宠物的饮食和活动情况。2.远程控制模块功能：用户可以通过手机App远程控制宠物家居设备。特点：支持定时投食、喂水、实时语音视频等功能。示例：用户在外出时通过手机App远程查看宠物状态并控制设备。3.中央处理模块功能：负责管理其他模块，处理采集的数据并与云数据库进行对比。特点：根据预设模型判断宠物状态，触发相应的控制指令。示例：当检测到宠物状态异常时，自动发送报警信息。4.报警模块功能：当检测到宠物状态异常或环境参数超标时，向用户发送报警信息。特点：支持多种报警方式，如手机推送、短信通知等。示例：当宠物长时间未进食或环境温度过高时，系统自动报警。84AI赋能的智慧生活与健康管理智能家居应用实例-老人跌倒检测1.应用背景背景：随着人口老龄化加剧，老年人跌倒问题日益严重，亟需智能化的跌倒检测系统。需求：实时监测老年人的身体状态，及时发现跌倒并报警。目标：通过智能家居技术，为老年人提供安全保障。2.传感器技术加速度传感器：测量老人在三个方向上的加速度变化，检测身体的突然加速或减速。陀螺仪：测量老人的角速度变化，分析身体的运动姿态。磁力计：与其他传感器结合使用，提供更全面的运动信息。3.数据融合与阈值设置数据融合：将来自不同传感器的数据进行融合，提高跌倒检测的准确性和可靠性。阈值设置：通过分析历史数据，设定合适的阈值，当传感器数据超过阈值时，系统认为发生了跌倒事件。示例：当检测到老人身体姿态突然变化且加速度超过阈值时，系统自动报警。94AI赋能的智慧生活与健康管理智能安防系统总体结构1.环境感知系统功能：通过各类传感器（如红外传感器、超声波传感器、温湿度传感器等）采集安防区域内的环境信息。特点：实时监测人员和动物的非法入侵、环境变化及设备运行状况。示例：红外传感器检测入侵者，温湿度传感器监测环境变化。2.多态通信系统功能：融合有线通信和无线通信技术，确保信息的可靠、快速传输。特点：支持多种通信模式（如Wi-Fi、3G、4G等），实现全覆盖的通信网络。示例：通过Wi-Fi和4G网络实现远程报警和数据传输。3.智能分析系统功能：通过建立感知数据模型、智能分析数据模型等，对安防区域内的数据进行智能分析。特点：当系统认为环境数据异常时，自动触发报警系统。示例：通过智能分析系统识别入侵行为并发出警报。4.云平台功能：处理安防区域内收集的数据，进行规范化、规格化清洗，剔除垃圾数据。特点：支持海量数据的存储和分析，提供数据可视化和管理功能。示例：通过云平台实时监控安防区域的状态，生成数据分析报告。104AI赋能的智慧生活与健康管理物联网在智能安防中的应用1.视频监控功能：通过智能识别技术对关键区域进行监测，分析目标人物或物体是否违反规定。特点：相较于传统视频监控，智能视频监控具有更高的可靠性和智能化。示例：当检测到异常行为时，系统自动触发报警。2.拓宽监测手段功能：通过物联网中的各类传感器，拓宽安防系统的监测手段。特点：克服传统安防系统监测手段单一的缺点，提高安防区域的安全性。示例：通过红外传感器、超声波传感器等实现全方位的环境监测。3.提供定位功能功能：通过物联网技术，实现安防区域内的实时定位。特点：在非法行为发生时，能够迅速定位事件发生的位置，减小损失。示例：当发生火灾或非法入侵时，系统自动定位事件发生的位置并发出警报。114AI赋能的智慧生活与健康管理物联网在智能安防中的应用1.智能视频监控功能：通过智能分析技术对视频流进行智能化处理，实时监控安防区域。特点：支持运动物体、火苗、烟雾、温湿度等多种因素的监测，异常情况自动报警。示例：当检测到火苗或烟雾时，系统自动触发火灾报警。2.周界安防功能：通过电子围栏技术和深度卷积神经网络，提高周界安防的检测精度和实时性。特点：降低漏报率和误报率，提高对入侵技术的检测和防御能力。示例：通过三层防御系统（电子围栏、视频监控、智能分析）实现周界安防。3.联动报警功能：通过传感器技术、通信技术、计算技术等，评估进入安防区域内的行为性质，对违反规定的行为进行识别与告警。特点：支持多种报警方式（如手机应用报警、短信报警、警铃报警等），具备定位功能。示例：当检测到非法入侵时，系统自动向用户发送报警信息并定位事件发生的位置。4.门禁系统功能：对出入口通道进行管制，记录人员出入情况，实现实时监控、防盗报警、远程控制等功能。特点：支持多种门禁方式（如感应卡式、指纹、虹膜、面部识别等），提高安全性。示例：通过面部识别门禁系统，确保只有授权人员可以进入特定区域。124AI赋能的智慧生活与健康管理智能安防应用实例-看守所解决方案1.视频监控子系统功能：对看守所内的各个区域进行24小时实时监控，记录视频数据。特点：支持高清视频录制、远程监控和视频回放，异常情况自动报警。示例：当检测到异常行为时，系统自动触发报警并保存相关视频片段。2.报警控制子系统功能：通过传感器技术，检测看守所内的非法闯入、火灾等异常事件，并触发报警。特点：支持多种报警方式（如声光报警、短信报警等），具备实时响应能力。示例：当检测到非法闯入时，系统自动触发声光报警并通知安保人员。3.门禁及巡更子系统功能：对看守所的出入口进行管制，记录人员出入情况，并支持电子巡更功能。特点：支持多种门禁方式（如感应卡式、指纹识别等），确保只有授权人员可以进入。示例：通过电子巡更系统，确保安保人员按时巡查各个区域。4.智能分析子系统功能：通过智能分析技术，对看守所内的视频数据、环境数据等进行实时分析，识别异常行为。特点：支持人脸识别、行为分析等功能，提高安防系统的智能化水平。示例：通过人脸识别技术，自动识别非法闯入者并触发报警。134AI赋能的智慧生活与健康管理智能安防应用实例-儿童智能安防系统1.控制处理器功能：作为系统的核心，负责接收和处理来自各个模块的数据，并发出控制指令。特点：支持多任务处理，具备高效的数据处理能力和稳定的运行性能。示例：通过控制处理器，实现对摄像头、传感器等设备的集中管理。2.摄像头模块功能：实时监控儿童的活动情况，记录视频数据，并支持远程查看。特点：支持自动聚焦、高清视频录制和实时传输，具备夜视功能。示例：当检测到儿童做出危险动作时，系统自动记录并保存相关视频片段。3.温湿度传感器模块功能：监测儿童所处环境的温度和湿度，确保环境舒适。特点：支持实时数据采集和传输，异常情况自动报警。示例：当环境温度过高或过低时，系统自动触发报警并通知家长。4.报警模块功能：当检测到儿童做出危险动作或环境参数超标时，向家长发送报警信息。特点：支持多种报警方式（如手机推送、短信通知等），具备实时响应能力。示例：当儿童靠近危险物品或环境温度异常时，系统自动触发报警并通知家长。144AI赋能的智慧生活与健康管理智能医疗系统体系结构1.感知层：医疗专用传感器功能：采集患者的生理数据，如心率、血压、血糖、体温等。特点：高精度、实时监测，支持无线传输。示例：心电监测传感器、呼吸传感器、血压传感器、血糖传感器。2.网络层：通信方式功能：将感知层采集的数据传输到应用层，支持多种通信方式。特点：高速、稳定、低延迟，支持远程传输。示例：Wi-Fi、蓝牙、4G/5G、ZigBee等无线通信技术。3.应用层：业务管理系统、电子病历系统等功能：对采集的数据进行处理和分析，提供医疗服务和决策支持。特点：支持数据存储、分析和可视化，提供多种医疗应用。示例：业务管理系统、电子病历系统、临床应用系统、慢性疾病管理系统。154AI赋能的智慧生活与健康管理物联网在智能医疗中的应用1.人员管理功能：通过物联网技术，实时监控医生、护士和患者的位置和状态。特点：提高人员管理效率，确保医疗资源的合理分配。示例：婴儿室的身份确认系统，防止误抱或偷抱婴儿。2.医疗过程管理功能：通过物联网技术，优化医疗流程，提供智能化的医疗服务。特点：提高医疗效率，减少人为错误。示例：智能挂号、智能诊疗、智能查验、智能住院等。3.供应链管理功能：通过RFID技术，实现对医疗设备和药品的全程跟踪和管理。特点：提高供应链效率，确保医疗设备和药品的安全。示例：医疗设备和药品的入库、出库、盘点等。4.健康管理功能：通过物联网技术，实时监测患者的健康状况，提供远程医疗服务。特点：降低医疗成本，提高健康管理水平。示例：远程监控患者的血压、血糖等生理指标，提供健康建议。164AI赋能的智慧生活与健康管理智能医疗应用实例-实时人体健康监测1.智能终端信息采集功能：通过智能终端设备，采集患者的生理数据，如心率、血压、血糖等。特点：支持多种传感器，实时监测，数据无线传输。示例：移动呼吸气体流量传感器、人体生理传感器、智能手机终端。2.云计算框架下的海量信息智能分析功能：对采集的海量数据进行智能分析，提取病生理特征，建立病生理模型。特点：支持分布式数据处理，高效、准确。示例：通过机器学习算法，分析患者的病情发展趋势。3.信息交互与在线医疗功能：将处理结果通过可视化技术输出，提供在线医疗服务。特点：支持实时报警、远程诊断和在线咨询。示例：通过大屏幕或客户端，实时显示患者的健康状况，提供在线诊断和建议。174AI赋能的智慧生活与健康管理智能医疗应用实例-数字化医院智能系统1.网络通信系统功能：提供可靠的通信传输通道和网络平台，支持医院内外的数据传输。特点：支持高速、大容量的数据传输，具备良好的扩展性和安全性。示例：综合布线子系统、计算机网络子系统、无线网络覆盖子系统。2.安全防护系统功能：保障医院工作人员和患者的人身、财产和信息安全。特点：支持24小时监控、入侵报警、门禁管理等功能。示例：视频监控子系统、入侵防盗报警子系统、门禁子系统、巡更子系统。3.多媒体音频系统功能：提供医院内的音频服务，如广播、信息发布、会议等。特点：支持多房间音频播放，具备紧急广播功能。示例：广播子系统、有线电视子系统、信息发布子系统、智能会议子系统。4.医院专用系统功能：提供与医院业务和流程紧密相关的智能化服务。特点：支持排队叫号、线上预约、病床呼叫对讲、手术示教等功能。示例：排队叫号子系统、线上预约子系统、病床呼叫对讲子系统、手术示教子系统。184AI赋能的智慧生活与健康管理智能医疗应用实例-智能口罩1.引流设计功能：通过静音风机和空气滤芯设备，提供经过过滤的纯净空气，改善口罩内的空气流通。特点：符合空气动力学设计，减小进风孔洞，增大排气孔洞，加快空气循环。示例：用户佩戴智能口罩时，静音风机持续提供新鲜空气，减少呼吸不畅的问题。2.口罩智能化功能：通过传感器和通信设备，实现口罩内各类信息的采集和自动调节。特点：支持自动调节风速、滤芯状态提醒等功能，数据可上传至云端。示例：当空气质量不达标时，系统自动提醒用户更换滤芯。3.口罩样式功能：根据用户的面部结构，设计更贴合面部的口罩样式。特点：支持个性化定制，提高佩戴舒适度和密封性。示例：智能口罩采用可调节的固定带，适应不同用户的面部尺寸。194AI赋能的智慧生活与健康管理智能医疗应用实例-智能便携式杀菌消毒装置1.等离子杀菌消毒法功能：通过超能离子发生器释放正负电子，利用正负离子湮灭产生的能量破坏细菌包膜、杀死细胞核。特点：高效、环保、无二次污染，支持高效降解有毒气体。示例：在室内使用等离子杀菌消毒装置，快速净化空气，去除有害气体。2.系统组成控制模块：负责整个系统的运行和控制，支持远程调节杀菌效率。数据采集模块：监测装置状态和外界空气质量，实时上传数据。中央处理模块：处理采集的数据，根据预设模型调整控制模块的工作状态。示例：用户通过手机App实时查看空气质量数据，并远程调节杀菌效率。204AI赋能的智慧生活与健康管理智能医疗应用实例-基于RFID的档案管理系统1.RFID技术功能：通过RFID标签，实现对档案位置、数量、状态等信息的实时监控和记录。特点：非接触式识别、数据容量大、读取速度快、保密性高。示例：在档案盒上贴有RFID标签，通过RFID读写器快速识别档案信息。2.档案管理信息系统功能：提供档案的录入、查询、统计、打印等功能，支持自动化管理。特点：支持储位管理、查询管理、销毁管理、安全管理等功能。示例：通过储位管理子系统，自动匹配档案盒编号与储位编号，提高档案出入库效率。3.业务流程设计入库：新档案入库时，系统自动分配储位并记录档案信息。盘点：通过RFID技术，快速盘点档案信息，确保档案数量准确。查阅：用户通过查询管理子系统输入档案编目号，系统自动定位档案位置并发出出库指令。示例：当用户需要查阅档案时，系统自动指示档案存放位置，并通过