基于智能可穿戴设备行为感知的智能家庭能源管理方法技术

本发明专利技术公开一种基于智能可穿戴设备行为感知的智能家庭能源管理方法，包括S101)、可穿戴设备的传感器数据和外部环境数据采集；S102)、数据预处理；S103)传感器类型判断；S104)用户运动行为感知；S105)用户身体状态感知；S106)、用户生活环境需求估计；S107)、用户需求更新判断；S108)、事件驱动的电器设备控制策略优化；S109)、将智能家居控制模块的控制策略更新。本发明专利技术通过监测用户可穿戴设备上各类传感器，估计和更新用户对当前和未来生活环境的需求，从而制定智能家居各类电器设备的调度策略，并主动控制家用电器设备，满足用户对家居环境的舒适度要求，同时降低用电成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及智能家居优化控制领域，特别涉及一种基于智能可穿戴设备行为感知的智能家庭能源管理方法。
技术介绍
个性化的智能家居的优化控制依赖于用户的行为和需求感知。精确的用户行为感知结果可以为智能家居的优化控制传入可靠的需求感知输入。可靠的需求感知输入有助于优化控制系统为用户定制更符合用户特性的优化控制策略；最终，可以使得智能家居优化控制系统最大程度上满足用户舒适度，帮助用户节省电费。智能可穿戴设备的位置和运动信息，可用于分析用户的当前活动行为；用户活动行为的分析与处理结果，可用于明确用户需求；用户需求的获取结合用户家庭中环境参数数据可用于智能家居的优化控制，以期最大程度符合用户期望。传统的智能家居控制是统一的、单调的，对于具有不同行为和需求的用户，几乎采取同样的调度控制策略。但是，用户往往是个性化的，有自己独有的生活方式和家庭能源使用方式，统一的调度策略无法最大程度满足用户的舒适度和经济性期望。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于智能可穿戴设备行为感知的智能家庭能源管理方法，以解决上述技术问题。本专利技术实时采集用户智能可穿戴设备的传感器数据；进行用户行为感知；实时采集外部环境参数，进行用户生活环境需求估计；根据用户社交行为感知结果，判断是否需要更新用户需求；若触发了用户需求更新，执行智能家居优化调度算法，生成控制策略；更新智能家居控制模块控制策略。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：基于智能可穿戴设备行为感知的智能家庭能源管理方法，包括如下步骤：S101)、可穿戴设备的传感器数据和外部环境数据采集：采集用户随身携带的智能穿戴设备中运动传感器、生物传感器和环境传感器的数据；同时采集用户当前所在地的天气、交通、电价信息；其中环境传感器采集数据和外部环境数据存储在环境数据库中，用于预测用户对所处环境期望的舒适目标；运动传感器和生物传感器采集的数据转入步骤S102)处理；S102)、可穿戴设备的传感器数据预处理：预处理对数据进行格式化，包括时间同步和数据来源分类，其中时间同步是指根据系统的本地时间，对不同可穿戴设备上获取的传感器数据进行时间同步处理；数据来源分类是根据数据来源的可穿戴设备、采集的传感器和数据结构属性，对数据进行分类和标识；S103)传感器类型判断：根据传感器数据的类型，对于运动传感器采集的数据，转入步骤S104)；对于生物传感器采集的数据，转入步骤S105)；S104)用户运动行为感知：用户运动行为包括行为情景和行为状态；行为情景指用户运动行为发生的环境；结合位置信息库，利用GPS获取的用户位置信息，根据位置信息库，实现对行为情景的估计；行为状态是指用户当前正在进行的运动行为的类型；通过分析加速度传感器、陀螺仪、地磁传感器或电子罗盘传感器获取的数据，利用行为状态分类器，实现对行为状态的感知；S105)用户身体状态感知：根据生物传感器采集的用户当前心率、血压、体表温度、血糖数据，根据不同生物特征的组合，估计用户身体当前状态；S106)、用户生活环境需求估计：用户生活环境需求指用户对当前和未来所处环境中温度、湿度、照度、热水、饮食的期望，及对应的时间；根据步骤S104)和步骤S105)的感知结果以及步骤S101)中获取的环境数据，结合预先构建的用户运动行为-用户身体状态-外部环境与用户生活环境需求的对应表，估计用户生活环境需求，并根据用户后期用户的实际行为，采用反馈的形式动态更新需求对应表；S107)、用户需求更新判断：对比步骤S106)获得最新估计的用户生活环境需求，与上一次的估计结果进行对比，判断需求是否发生变化；如果未发生变化，转入步骤S101)继续采集数据；如果发生变化，转入步骤S108)；S108)、事件驱动的电器设备控制策略优化：采用事件驱动的在线优化方法，结合步骤S101)中采集的环境数据，在满足用户生活环境需求和电器设备的约束下，以节省整个家庭用电费用使其最小为目标，生成各种设备的联合运行控制策略；S109)、将智能家居控制模块的控制策略根据步骤S108)的结果进行更新，并转入步骤S101)继续监测用户的可穿戴设备传感器数据。本专利技术进一步的改进在于：运动传感器包括GPS、加速度传感器、陀螺仪、地磁传感器、电子罗盘传感器；生物传感器包括血糖传感器、血压传感器、心电传感器、肌电传感器、体温传感器、脑电波传感器；环境传感器包括温湿度传感器、大气压传感器、气体传感器、pH传感器、紫外线传感器、环境光传感器、颗粒物传感器、气压传感器、麦克风。本专利技术进一步的改进在于：步骤S102)中对可穿戴设备传感器数据的格式化包括时间同步处理和数据来源分类；时间同步处理具体方法为：将采集的数据统一上传到服务器，丢弃所采集数据的本地时间戳，根据服务器时间，对数据的时间字段打上统一的时间戳；数据来源分类的具体做法为：在所获取数据的属性列表中加入来源字段，并根据数据的来源点，填充数据的来源属性字段。本专利技术进一步的改进在于：步骤S104)中位置信息库具体包含：当地敏感建筑的位置信息，敏感建筑包括办公地点，运动场所，购物场所，餐馆，家庭建筑；行为状态分类器和身体状态分类器的训练方法为：根据历史的多维传感器数据向量，采用Adaboost训练用户行为状态分类器和身体状态分类器。本专利技术进一步的改进在于：步骤S106)中用户运动行为-用户身体状态-外部环境与用户生活环境需求的对应表的构建和更新方法为：根据用户历史行为数据统计，分别得到用户运动行为—生活需求对应表，用户身体状态—生活需求对应表，外部环境—生活需求对应表，根据先验专家知识及统计规律，赋予三个表相等的权值，将三个子表加权结合，即将用户行为得到的生活需求，用户身体状态得到的生活需求和外部环境得到的生活需求线性叠加，得到最终的生活需求，继而得到初始化的用户运动行为—身体状态—外部环境与生活需求对应表；当存在用户的历史操作行为数据时，根据用户过去操作行为、用户身体状态和外部环境的相关系数的大小，调整三个表的权重；在使用过程中，记录用户的手动操作行为以及对家居环境的评价信息，分析用户对家居环境的满意程度，持续调整三个表的权重，不断更新用户生活需求对应表；步骤S106)中用户生活环境需求的估计方法具体为：根据用户的行为情景和行为状态，基于需求规则库进行映射，得到对应于最新用户行为的环境需求；需求时间则根据GPS信息和路况信息进行估计；用户需求规则库根据定义的用户行为经验性的建立。本专利技术进一步的改进在于：步骤S107)中对现有的用户需求的本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于智能可穿戴设备行为感知的智能家庭能源管理方法，其特征在于，包括如下步骤：S101)、可穿戴设备的传感器数据和外部环境数据采集：采集用户随身携带的智能穿戴设备中运动传感器、生物传感器和环境传感器的数据；同时采集用户当前所在地的天气、交通、电价信息；其中环境传感器采集数据和外部环境数据存储在环境数据库中，用于预测用户对所处环境期望的舒适目标；运动传感器和生物传感器采集的数据转入步骤S102)处理；S102)、可穿戴设备的传感器数据预处理：预处理对数据进行格式化，包括时间同步和数据来源分类，其中时间同步是指根据系统的本地时间，对不同可穿戴设备上获取的传感器数据进行时间同步处理；数据来源分类是根据数据来源的可穿戴设备、采集的传感器和数据结构属性，对数据进行分类和标识；S103)传感器类型判断：根据传感器数据的类型，对于运动传感器采集的数据，转入步骤S104)；对于生物传感器采集的数据，转入步骤S105)；S104)用户运动行为感知：用户运动行为包括行为情景和行为状态；行为情景指用户运动行为发生的环境；结合位置信息库，利用GPS获取的用户位置信息，根据位置信息库，实现对行为情景的估计；行为状态是指用户当前正在进行的运动行为的类型；通过分析加速度传感器、陀螺仪、地磁传感器或电子罗盘传感器获取的数据，利用行为状态分类器，实现对行为状态的感知；S105)用户身体状态感知：根据生物传感器采集的用户当前心率、血压、体表温度、血糖数据，根据不同生物特征的组合，估计用户身体当前状态；S106)、用户生活环境需求估计：用户生活环境需求指用户对当前和未来所处环境中温度、湿度、照度、热水、饮食的期望，及对应的时间；根据步骤S104)和步骤S105)的感知结果以及步骤S101)中获取的环境数据，结合预先构建的用户运动行为‑用户身体状态‑外部环境与用户生活环境需求的对应表，估计用户生活环境需求，并根据用户后期用户的实际行为，采用反馈的形式动态更新需求对应表；S107)、用户需求更新判断：对比步骤S106)获得最新估计的用户生活环境需求，与上一次的估计结果进行对比，判断需求是否发生变化；如果未发生变化，转入步骤S101)继续采集数据；如果发生变化，转入步骤S108)；S108)、事件驱动的电器设备控制策略优化：采用事件驱动的在线优化方法，结合步骤S101)中采集的环境数据，在满足用户生活环境需求和电器设备的约束下，以节省整个家庭用电费用使其最小为目标，生成各种设备的联合运行控制策略；S109)、将智能家居控制模块的控制策略根据步骤S108)的结果进行更新，并转入步骤S101)继续监测用户的可穿戴设备传感器数据。...

【技术特征摘要】
1.基于智能可穿戴设备行为感知的智能家庭能源管理方法，其特征在于，包括如下步骤：
S101)、可穿戴设备的传感器数据和外部环境数据采集：采集用户随身携带的智能穿戴设
备中运动传感器、生物传感器和环境传感器的数据；同时采集用户当前所在地的天气、交通、
电价信息；其中环境传感器采集数据和外部环境数据存储在环境数据库中，用于预测用户对所
处环境期望的舒适目标；运动传感器和生物传感器采集的数据转入步骤S102)处理；
S102)、可穿戴设备的传感器数据预处理：预处理对数据进行格式化，包括时间同步和数
据来源分类，其中时间同步是指根据系统的本地时间，对不同可穿戴设备上获取的传感器数据
进行时间同步处理；数据来源分类是根据数据来源的可穿戴设备、采集的传感器和数据结构属
性，对数据进行分类和标识；
S103)传感器类型判断：根据传感器数据的类型，对于运动传感器采集的数据，转入步
骤S104)；对于生物传感器采集的数据，转入步骤S105)；
S104)用户运动行为感知：用户运动行为包括行为情景和行为状态；行为情景指用户运
动行为发生的环境；结合位置信息库，利用GPS获取的用户位置信息，根据位置信息库，实
现对行为情景的估计；行为状态是指用户当前正在进行的运动行为的类型；通过分析加速度传
感器、陀螺仪、地磁传感器或电子罗盘传感器获取的数据，利用行为状态分类器，实现对行为
状态的感知；
S105)用户身体状态感知：根据生物传感器采集的用户当前心率、血压、体表温度、血
糖数据，根据不同生物特征的组合，估计用户身体当前状态；
S106)、用户生活环境需求估计：用户生活环境需求指用户对当前和未来所处环境中温度、
湿度、照度、热水、饮食的期望，及对应的时间；根据步骤S104)和步骤S105)的感知结果
以及步骤S101)中获取的环境数据，结合预先构建的用户运动行为-用户身体状态-外部环境与
用户生活环境需求的对应表，估计用户生活环境需求，并根据用户后期用户的实际行为，采用

\t反馈的形式动态更新需求对应表；
S107)、用户需求更新判断：对比步骤S106)获得最新估计的用户生活环境需求，与上
一次的估计结果进行对比，判断需求是否发生变化；如果未发生变化，转入步骤S101)继续
采集数据；如果发生变化，转入步骤S108)；
S108)、事件驱动的电器设备控制策略优化：采用事件驱动的在线优化方法，结合步骤
S101)中采集的环境数据，在满足用户生活环境需求和电器设备的约束下，以节省整个家庭用
电费用使其最小为目标，生成各种设备的联合运行控制策略；
S109)、将智能家居控制模块的控制策略根据步骤S108)的结果进行更新，并转入步骤
S101)继续监测用户的可穿戴设备传感器数据。
2.根据权利要求1所述的基于智能可穿戴设备行为感知的智能家庭能源管理方法，其特
征在于，运动传感器包括GPS、加速度传感器、陀螺仪、地磁传感器、电子罗盘传感器；生物
传感器包括血糖传感器、血压传感器、心电传感器、肌电传感器、体温传感器、脑电波传感器；
环境传感器包括温湿度传感器、大气压传感器、气体传感器、pH传感器、紫外线传感器、环
境光传感器、颗粒物传感器、气压传感器、麦克风。
3....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘烃，沈超，季建廷，陈思运，车煜林，徐占伯，管晓宏，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61