CN111045339B

CN111045339B - 基于用户行为描述智能家居环境需求的方法

Info

Publication number: CN111045339B
Application number: CN201911150085.0A
Authority: CN
Inventors: 李晅松; 宋巍
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2019-11-21
Filing date: 2019-11-21
Publication date: 2023-07-18
Anticipated expiration: 2039-11-21
Also published as: CN111045339A

Abstract

本发明公开了一种基于用户行为描述智能家居环境需求的方法，首先定义智能家居需求相关的环境概念以及环境信息持有者的信息，然后基于不同用户的不同行为，定义行为的公共需求和某个用户的特有需求；在此基础上，部署感知行为、环境的设备以及智能家居相关应用设备并投入运行；运行时，系统根据环境数据、用户行为、基于用户行为的需求对于智能家居设备进行控制。本发明能够提高智能家居软件开发和维护的灵活性，方便定义行为相关、个性化的需求。

Description

基于用户行为描述智能家居环境需求的方法

技术领域

本发明涉及智能家居技术，特别是一种基于用户行为描述智能家居环境需求的方法。

背景技术

随着现代环境感知技术、通信技术、控制技术的发展，智能家居新技术及其应用得到了蓬勃发展。这类应用按照用户的需求以及环境的状态，触发智能家居设备执行操作，以满足用户的需求。

从软件角度说，这类应用目前常见的结构是围绕智能家居设备组织，需求部分描述特定设备执行操作的触发条件，系统等待传感设备感知到的信息满足这样的触发条件时对于设备进行触发。

这种传统的需求描述方式有可能带来以下问题：

(1)软件开发的灵活性不佳，当感知设备增减或需求变化时，需要针对设备的触发条件进行较为繁琐的修改；

(2)该方法一般针对整个人群的公共需求，不利于定义特定用户的个性化需求。

导致上述问题的原因主要是由于实际应用中智能家居应用需求应当是围绕用户进行描述，用户进行不同行为时需求不同，不同的用户也可能有不同的特定需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于用户行为描述智能家居环境需求的方法，根据不同用户的不同行为描述特定的需求，再根据这样的需求获取、分析环境信息，触发智能家居设备的操作。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于用户行为描述智能家居环境需求的方法，包括如下步骤：

1)定义智能家居需求相关的环境概念；

2)定义环境信息持有者；

3)基于不同用户的不同行为类型定义环境需求；

4)在物理环境中部署感知行为、环境的设备，以及智能家居相关应用设备；

5)运行时，系统根据环境数据、用户行为、基于用户行为的需求对于智能家居设备进行控制。

上述步骤1)中的环境概念用以描述环境中可被感知的环境信息类型，环境概念描述为EnvConcept:<conceptName,ownerType,sensorType,deviceTypeList>，其中conceptName为概念名；ownerType为环境中环境信息的持有者类型，包括人、位置、计算实体三类；sensorType为感知这类环境信息的传感器类型；deviceTypeList为可以影响这类环境信息的智能家居设备类型列表。

上述步骤2)中需要定义环境信息持有者，具体而言包括以下步骤：21)描述用户Person的实例，给出各个用户在系统中唯一的标识user_id；

22)描述位置Location的实例，给出各个位置在系统中唯一的标识loc_id；

23)描述计算实体Entity的实例，给出每个实体在系统中的唯一标识ent_id。

上述步骤3)中需要定义用户行为的类型BehaviorType，以及基于行为的环境需求，这样的环境需求包括两类：所有用户都存在的公共需求以及某个用户的特有需求，后者的优先级更高。环境需求的定义包括以下步骤：

31)描述环境概念相关的断言Assertion:<envConcept,predicate,[timeProperty]>，其中envConcept是环境概念的实例，predicate是一个用以判断这个概念是否满足特定条件的谓词，timeProperty是时间相关的属性，表示这一断言在何种时间段内有效，这一项如果不定义，则表示该断言总是有效；

32)将需求描述为环境概念相关的断言集合，Request:{as₁,a_s2,...,as_n}；

33a)定义用户行为相关的公共需求<behaviorType,req>，其中behaviorType是行为类型，req是一个需求；

33b)定义用户的特有需求<person,behaviorType,req>，其中person是一个用户，behaviorType是行为类型，req是一个需求。

上述步骤4)中需要部署以下几类设备和服务：

41)感知用户行为的设备和服务，用户行为描述为Behavior:<person,behaviorType,loc,time,entityList>，即针对一个用户的行为，需要感知其行为类型、发生位置、时间和相关计算实体；

42)感知环境状态的设备和服务，描述为Sensor:<sensorType,owner>，其中sensorType为传感器类型，可以确定这类传感器用以感知的环境概念，owner为传感器持有者，其类型与这个环境概念中的ownerType一致；

43)智能家居应用设备，描述为Device:<deviceType,owner>，其中deviceType为设备类型，在相关环境概念的设备类型列表中，owner为设备持有者，其类型与这个设备相关环境概念中的ownerType一致。

上述步骤5)中，系统以如下步骤运行：

51)从行为感知服务获得用户person、行为类型behaviorType、位置loc、时间time和相关计算实体entityList信息；

52)基于behaviorType获得该类型行为的公共需求req1，并基于person、和behaviorType获得该用户对于这个行为类型的特有需求req2；

53)合并req1和req2成为当前req，如遇到某个断言的envConcept一样，则使用req2中的断言；

54)遍历req中的断言，如行为发生时间time满足其时间属性timeProperty或时间属性无定义，则保留该断言，否则删去；

55)遍历req中剩余的断言，对于每个断言，判断其envConcept中的持有者类型ownerType，并执行以下操作之一：

a)如ownerType为人，则查询以发生行为的用户person为持有者的传感器，如存在传感器能感知envConcept，则获取当前的感知结果；

b)如ownerType为位置，则查询以发生行为的位置loc为持有者的传感器，如存在传感器能感知envConcept，则获取当前的感知结果；

c)如ownerType为计算实体，则查询以行为的相关计算实体列表entityList中各个实体为持有者的传感器，如存在传感器能感知envConcept，则获取当前的感知结果；

56)对于每个断言判断当前相应环境概念的感知结果是否满足谓词的要求，如果不满足，则判断entityList是否有可以影响这一环境概念的智能家居设备，如有，则触发该设备进行相应操作，如没有，则给出提示，表示当前需求无法被满足。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)本发明以行为为切入点，提出了一套描述智能家居环境需求的方法，从而更好地指导智能家居的开发与维护；(2)依据应用特点，在开发阶段将设备定义、需求描述分解为轻量级的软件制品，在运行时以可插拔的方式支持增量式开发，开发过程灵活性较好，利于软件制品的复用；(3)在需求描述阶段，将各用户的公共需求与某个用户对于某个行为的特定需求分开描述，在运行时设计了将这两类需求合并的策略，本方法可以较好地支持个性化的需求的描述。

附图说明

图1为支撑系统结构图。

图2为系统开发与维护过程依赖关系图。

图3为运行支撑系统流程图。

具体实施方式

本发明提供一种基于用户行为描述智能家居环境需求的方法，基于行为相关需求获取感知的智能家居环境信息、触发智能家居设备为用户提供服务，该方法包括如下步骤：

1)定义智能家居需求相关的环境概念；

2)定义环境信息持有者；

3)基于不同用户的不同行为类型定义环境需求；

进一步的，步骤1)中的环境概念用以描述环境中可被感知的环境信息类型，环境概念描述为EnvConcept:<conceptName,ownerType,sensorType,deviceTypeList>，其中conceptName为概念名；ownerType为环境中环境信息的持有者类型，包括人、位置、计算实体三类；sensorType为感知这类环境信息的传感器类型；deviceTypeList为可以影响这类环境信息的智能家居设备类型列表。

进一步的，步骤2)中需要定义环境信息持有者，具体而言包括以下步骤：

21)描述用户Person的实例，给出各个用户在系统中唯一的标识user_id；

22)描述位置Location的实例，给出各个位置在系统中唯一的标识loc_id，可进一步地给出位置嵌套关系，如某个卧室嵌套于某个房间之内；

23)描述计算实体Entity的实例，给出每个实体在系统中的唯一标识ent_id，可进一步描述实体和用户、位置之间的关系，即用户持有计算实体或计算实体位于某个位置。下文步骤43)所述智能家居设备皆包括在计算实体中。

进一步的，步骤3)中需要定义用户行为的类型BehaviorType，以及基于行为的环境需求，这样的环境需求包括两类：所有用户都存在的公共需求以及某个用户的特有需求，后者的优先级更高。环境需求的定义包括以下步骤：

进一步的，步骤4)中需要部署以下几类设备和服务：

42)感知环境状态的设备和服务(可称之为传感器)，描述为Sensor:<sensorType,owner>，其中sensorType为传感器类型，可以确定这类传感器用以感知的环境概念，owner为传感器持有者，其类型与这个环境概念中的ownerType一致；

进一步的，步骤5)中，系统以如下步骤运行：

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例

1、硬件环境

1)用以感知环境和识别用户行为类型、位置等信息的感知设备或服务；

2)智能家居应用设备；

3)至少一台服务器管理需求以及感知到的信息，进行融合，触发智能家居设备的操作。

2、应用场景

本发明提出的技术可用于用户行为类型丰富、需求与行为高度相关的智能家居应用系统。典型的场景是：智能家居的用户在智能家居环境中自主地进行日常行为，在执行不同行为时对于环境的需求不同(如睡觉时关心环境的温度，看电视时关心电视是否打开以及电视音量)，不同用户执行同一行为时需求可能不同(如某位老人睡觉时需要的温度要求和其他用户不一样)。智能家居系统根据识别到的用户行为，组织相应的环境数据，判断是否满足需求，如果不满足的话，触发相应的操作。

3、技术描述

以下结合附图对本发明作进一步详述。

支持本发明提出的基于用户行为描述智能家居环境需求的方法进行开发和运行的软件支撑平台的框架如图1所示。这样的平台分为两个部分，分别是开发与维护支撑、运行支撑。

1)开发与维护支撑：在开发和维护过程中，需要完成的工作如图2所示，包括以下几项：

定义环境概念，并给出这个概念相关的环境信息持有者类型、传感器类型、相关智能设备类型；

定义行为类型，给出可识别行为类型的列表，并部署行为识别服务；

描述用户，给出用户列表，作为一部分持有者；

描述位置，给出位置列表，作为一部分持有者；

部署并描述智能家居设备，给出设备列表，作为一部分持有者，设备需要和环境概念关联，可被智能家居应用驱动；

部署环境感知传感器与服务。

定义需求，包括基于行为类型定义行为的公共需求，以及基于行为类型和用户定义用户的特有需求；

部署行为识别服务。

2)运行支撑：在系统投入运行时，运行支撑系统以图3所示的流程支持智能家居系统的运行：

数据接入，支持行为类型识别、用户位置识别、环境信息感知等信息的获取；

数据融合，基于行为的公共需求和特有需求以及当前时间得到当前行为的需求，再获取当前需求相关的环境信息，判断是否满足需求

应用驱动，在当前环境信息不满足行为相关需求时，驱动相应的智能家居设备或者提醒用户的服务。

需要指出，以上所述的是本发明应用途径的建议实施方案，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

4、应用实例

以下用一个描述智能家居的环境需求实例对于本发明进行进一步说明。

采用本发明的步骤，可开发一个智能家居应用如下：

定义环境概念：光线强度、温度、心跳、电视打开

<LightIntensity,Location,LightSensor,{Lamp,Curtain}>

<Temperature,Location,TempSensor,{Air-Conditioner}>

<HeartRate,Person,HeartRateSensor,{}>

<TVOn,Device,TVService,{TV}>

定义行为类型，并部署识别这些行为的服务：阅读、睡觉、看电视

{Reading,Sleeping,WatchingTV}

描述用户：定义系统中的几个用户

{person1,person2}

描述位置：卧室、书房

{bedroom,study}

部署并描述智能家居设备：给出一系列可被控制的设备

{<Lamp,bedroom>,<Lamp,study>,

<Curtain,bedroom>,<Air-Conditioner,bedroom>,<TV,bedroom>}

部署环境感知传感器与服务

{<LightSensor,bedroom>,<TempSensor,bedroom>,

<LightSensor,study>,<HeartRateSensor,Alice>,

<TVService,bedroom>}

基于用户行为定义需求，包括阅读、睡觉、看电视这三个行为的公共需求和person1用户阅读、person2用户睡觉的特有需求

{<Reading,{<LightIntensity,greaterThan(200)>}>,

<Sleeping,{<LightIntensity,lessThan(40)>,

<Temperature,inRange[20,28]>}>,

<WatchingTV,{<TVOn,true>}>,

<person1,Reading,{<LightIntensity,greaterThan(250)>}>,

<person2,Sleeping,{<HeartRate,lessThan(100)>}>

}

在运行时，如系统识别到person1在书房阅读这一行为，且书房光线强度不足250，则触发打开书房灯的操作；如系统识别到person2在卧室睡觉这一行为，且卧室光线强度大于40，则触发关闭卧室灯、关闭窗帘的操作，如果温度不在要求范围内则打开空调，同时，person2的心跳速率在睡觉时被监控，如果心跳过快则发出提醒；如果系统识别到看电视这一行为，则需要保证电视处于打开状态。

Claims

1.一种基于用户行为描述智能家居环境需求的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)定义智能家居需求相关的环境概念；环境概念用以描述环境中可被感知的环境信息类型，环境概念描述为EnvConcept:<conceptName,ownerType,sensorType,deviceTypeList>，其中conceptName为概念名；ownerType为环境中环境信息的持有者类型，包括人、位置、计算实体三类；sensorType为感知这类环境信息的传感器类型；deviceTypeList为可以影响这类环境信息的智能家居设备类型列表；

2)定义环境信息持有者，包括以下步骤：

23)描述计算实体Entity的实例，给出每个实体在系统中的唯一标识ent_id；

3)基于不同用户的不同行为类型定义环境需求；

定义用户行为的类型BehaviorType，以及基于行为的环境需求，环境需求包括两类：所有用户都存在的公共需求以及某个用户的特有需求，后者的优先级更高；环境需求的定义包括以下步骤：

33b)定义用户的特有需求<person,behaviorType,req>，其中person是一个用户，behaviorType是行为类型，req是一个需求；

部署以下几类设备和服务：

43)智能家居应用设备，描述为Device:<deviceType,owner>，其中deviceType为设备类型，在相关环境概念的设备类型列表中，owner为设备持有者，其类型与这个设备相关环境概念中的ownerType一致；

5)运行时，系统根据环境数据、用户行为、基于用户行为的需求对于智能家居设备进行控制；

系统以如下步骤运行：

2.根据权利要求1所述的基于用户行为描述智能家居环境需求的方法，其特征在于，描述位置Location的实例时，给出位置嵌套关系。

3.根据权利要求1所述的基于用户行为描述智能家居环境需求的方法，其特征在于，描述计算实体Entity的实例时，描述实体和用户、位置之间的关系，即用户持有计算实体或计算实体位于某个位置。