基于大数据的未来智慧家庭系统

张磊　顾景民

【摘 要】随着科技的不断发展，人们期望更高品质的生活质量，越来越注重智慧家庭健康生活。大数据的飞速发展，并运用到各个领域，其中与云计算技术相结合的智慧家庭系统架构，使人们生活更智慧、更智能，不但能满足基本的家庭状况监控，而且还能使生活更舒适、更方便、更安全，建立一个智慧的家庭生态圈，迎接未来家庭的新时代。

【关键词】大数据；云计算；智慧家庭；智能；数据分析

0 引言

随着生活水平的不断提高及科技的飞速发展，人们对于高品质生活的追求也逐渐升温，但是近些年来由于装修污染和快节奏的生活，使得亚健康人群的数量逐年增多，许多慢性疾病（如冠心病、高血压和糖尿病）的发病年龄逐年降低，降低了生活质量，同时导致医疗费用急剧增大，增大了政府公共卫生开支。

良好的生活习惯有助于降低慢性疾病的发病率，如果对人们的日常生活进行监测，时刻提醒和纠正人们生活中的陋习，可以减少患病的概率。在这种模式下，家庭成员的生理参数及居住环境的数据可以连续的采集并传输到云中心进行储存，可以有效地的预防疾病，如果患病也可以作为医生治疗的参考依据，能有效地减少整个社会的公共卫生开支。

大数据、云计算技术的发展，海量家庭数据的分析、挖掘使数据发挥前所未有的价值。未来智慧家庭是数据深度分析的时代。

1 总体设计架构

1.1 系统总体设计

整个智慧家庭系统根据功能可以划分为两层：云管理中心层和家庭数据采集传输层。系统结构如图1所示。

1.1.1 云管理中心层

该层负责对数据进分析和挖掘，并给出健康状况评价、环境数据分析报告和用户数据报表生成等功能，并且提供客户的远程查询服务，并提供智能分析模型方案。

1.1.2 家庭数据采集传输层

采集传输层主要完成数据的采集和传输，由智能网关、家庭环境监测节点和人体生理参数监测设备组成。其中智能网关主要是将采集的数据发送到云管理中心层，并与用户互动；家庭环境监测节点采集室内温湿度、光照和粉尘等环境信息；人体生理参数监测设备主要完成心率等人体数据的采集。数据采集设备大部分是移动设备，可以随时移动位置。

2 未来智慧家庭

智慧家庭系统不但满足基本的监测系统功能，还是真正的智慧系统和数据分析系统。室内监测系统都基本成熟，但只是提供一些数据监测和简单的分析，智能性较差，缺乏对数据内部的联系和特征进行分析，无法综合所有的信息给出人体的状态和反馈意见，更别提大数据分析与未来智慧家庭。未来智慧家庭主要包括基本监测系统、智能简报、智能提醒、智能分析与人工智能。

2.1 监测系统

温湿度监测。监测家庭的各个房间的温度，湿度，水侵等，主要有温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器和水侵传感器等组成。当烟雾传感器报警则家里可能出现火灾，水侵传感器报警说明家里出现漏水情况。还可以监测室外天气变化情况。

空气质量监测。主要是监测室内的甲醛、一氧化碳、PM2.5等指标。用于实时监控家庭环境，当然也可以监测室外环境。

人体基本情况监测。主要是穿戴设备，包括手环、外贴配件等，主要功能时间监测人体体温、脉搏、血压等，通过他们的变化情况来判断人体活动情况，比如老人在家跌倒，可以立即判断预警。

2.2 智能简报

可以设定中央机器人每天给你发布智慧家庭简报。简报内容如下：

天气情况。今天天气情况比如室外空气质量、风向、温湿度、光照情况等。室内情况。室内温度、空气质量等情况。家庭成员身体状况。家庭成员身体基本参数是否正常。简报简洁明了，对整个家庭信息进行汇总说明。

2.3 智能提醒

可以设置不同类型和功能的提醒设置，提高生活质量。提醒功能内容如下：

2.3.1 商品过期提醒

通过对进入家门的商品，进行二维码等扫描或者识别，记录查看买的商品的生产日期，当商品快过期了，进行温馨提醒功能，防止用户吃到不新鲜的食品及浪费食品，勤俭持家之道。

2.3.2 智能家居提醒功能

现在智能家用电器都可以通过接口或者远程进行数据采集，能获取智能家居的设备参数，并根据阀值进行提醒。比如：当某些智能电气长时间没有关闭，提醒用户需要关闭；当空气净化器开的时间过长，房间里空气质量很好，则提醒可以关闭。

2.3.3 计划提醒

如家里需要定时吃药、节日提醒、计划安排等定时提醒计划。

2.4 智能分析

运用大数据技术采集数据、分析数据和挖掘数据。智慧家庭大数据分析使智慧家庭真正落地，使居家生活提高更高档次。通过智能分析可以把许多专家搬回家。

2.4.1 花草专家

通过湿度传感器、光照传感器等数据采集，通过对历史数据的分析，湿度和光照数据的结合，可以知道家里的花草等有多少天没有浇水了，需不需要移到阳光更充足的地方等等。

2.4.2 环境治理师

通过对室内、室外环境数据（如甲醛、一氧化碳、PM2.5等）的历史信息进行分析，可以分析出什么季节家具等对室内环境影响较大，哪个房间甲醛的释放量比较多，哪些房间应该加强通风，进而给出空气净化和通风方案。

2.4.3 健康护理

通过对家庭成员的身体状况数据进行收集，并对这些数据进行分析，对家庭成员进行就医，提供基础人体体征数据，使医生快速的对病人进行病理诊断，得出全面的身体治疗方案。

智能分析拉近数据与用户之间的距离，使数据更好的为用户服务。智能分析架起数据与用户沟通的桥梁。

2.5 人工智能

人工智能技术的发展，使智慧家庭如虎添翼，使用户体验度更好，更融入生活。通过对家庭海量历史数据和实时数据进行分析、挖掘，并通过相应的模型计算，得出最有效方案供用户选用，通过选用相应的方案对室内智能家居设备进行控制，达到低碳节能、安全环保。

2.5.1 空气质量大师

对环境历史数据和实时数据进行分析，并得出相应的最优空气调整方案，根据室内有无人员及空气中甲醛、一氧化碳和PM2.5等进行分析，控制空气净化器的开停、开停时长多少比较合适，让室内环境更适宜家庭成员居住。

2.5.2 居家好帮手

系统对整个家庭情况进行智能分析，可以分析出主人有很多天没有进行地面清洁了，扫地机器人可以出动进行地面清洁。当花草很多天没有浇水了，智慧系统自动为花草浇水，这样可以解决家里人员外出等原因，没有时间照料花草，避免使花草枯萎。

人工智能主要是通过大量数据的数据分析，将这些数据输入各个模型，通过各模型得出相应的解决方案，并计时反馈给用户，使用户能得到更好的家庭生活体验。

3 发展前景

云计算技术和大数据技术的飞速发展，为智慧家庭系统提供可靠的数据分析保障，现今在人体健康监测系统方面有重大的突破，生产出手环、穿戴设备等先进的设备。环境监测设备也非常成熟，变得越来越小，越来越高效，智能家居设备也逐渐走入千家万户，智能网关的功能越来越先进，这些给智慧家庭提供坚实的技术支持。

随着整体智能家居产业的不断成熟，市场也将不断扩大，智慧家庭逐渐壮大。《智能家居普及情况分析报告》中，到2015年，全球智能家居市场规模将达1240亿美元。该预测指出，2016-2017年将是国内智能家居行业高速发展期的开始，2017年中国智能家居行业的市场规模将达到80亿元。目前安装智能家居的家庭不足5%，所以未来智慧家庭将有市场前景，并且普及率将非常快。

【参考文献】

[1]杨业令.基于物联网的智慧家庭系统设计与实现[D].电子科技大学，2013.

[2]陈东伟，吴延超，李伟杰，严伟杰.基于物联网的智能家居系统设计与实现[J]. 信息技术，2014（5）.

[3]孔博.智慧家庭产业亟待打破“瓶颈”[J].中外企业文化，2012（3）.

[4]王露，邓豪.基于STM32的中老年人跌倒监测装置的研究[J].中国高新技术企业，2015（3）.

[5]中国智能家居市场前景调查分析报告[J].2015.

[责任编辑：田吉捷]