（二）智能家居的应用前景

我心永恒760

说到智能家居，大家首先想到的可能就是小米打造的智能家居生态了。小米的智能家居应该是目前中国做的最完善最成体系的家用智能产品了。
小米智能家居大致的体验是，开门进入，传感器识别到你，灯光按照预设的习惯自动打开，同时按照你的预设习惯，电视机和空调也可以自动打开，还有窗帘也自动打开，冰箱洗衣机等这些常用的家电设备也是可以加入智能家居体系里面统一管理自动工作的，如果你有更多需要，还可以加入家用安防系统和一些常用的电子产品，等这些非家用电器类的产品，进一步扩充你的智能家居生态链体系。
以上这些智能家居产品都可以通过语音识别和手机APP两种控制方式去管理，相对于那些未安装智能家居产品的住户，体验感的提升还是非常明显的，在某些场景或者情况下，这套智能家居产品确实能给生活带来一定的便利性和舒适感，所以实用性还是有的。
以上这套智能家居体系的大致结构是由服务器、网关、手机APP和终端设备构成，其中还要加入一个通信链路做到用于设备之间传输数据流。
终端设备采集到数据后，将信息通过网关发送给服务器，服务器将处理结果发送给网关，网关又控制其它终端设备动作，完成一个完整的作业流程。
例如红外感应装置识别到人进入，将信息通过网关发送给服务器，服务器将处理结果发送给网关，网关控制家里的灯光开启，窗帘打开。同理，当你在唤醒小爱同学时，告诉它打开空调和电视机，麦克风这样的终端设备采集到你的语音信息，通过网关或者手机传送给服务器进行识别和处理，处理结果交给网关，网关发送操作指令控制空调和电视启动相应程序，完成一个完整的作业流程。
以上，是目前在工程上已经实现了的技术，且已经面向市场进入商品销售阶段，这就是我们目前能得到的智能家居产品和体验，而我们关心的标准最终还是得参考工程技术上已经达到的水平，而不能把实物产品和PPT概念混为一谈，从这个角度来说，小米的智能家居产品说是国内的领先水平应该不过分。
诚然，智能家居产品不可能永远停留在这样的初级阶段，之所以称其为初级阶段是因为按照之前关于智能设备的描述，这样的物联网只能叫弱物联网，而我们最终肯定是要追求实现强物联网的，如果不实现质的提升，先不说在未来这套智能家居产品在推广和普及的过程当中有多少人愿意为此买单，只怕是还会被越来越多的人吐槽这智能家居存在的鸡肋情况，如果用户多次碰上智能家居给他添乱的情况，且还是个无法解决的bug时，这时候的客户大概会觉得买了个智障家居，那么对于智能家居我们想要有怎样的提升呢？
智能家居作为物联网的一个子网，首先要满足物联网的基础，物联网的基础就是由大量的智能设备构成，且智能程度越高越好，然后才是设备互联构建局域网，最终加入广域网融入到物联网去。
在步入正题之前，先谈一下小米和华为各自的特点，小米和华为都是国内了不起的科技公司，小米是十年前开始快速成长起来的新兴科技明星，拥有许多以年轻人为代表的米粉。而华为则是几十年前开始一步一个脚印慢慢成长起来的科技巨头，其深厚的工业底蕴和厚积薄发的产品有望成为改变世界的力量。
小米热衷于整合现有的工程技术和实验室技术去开发符合市场需求的消费级实用产品，而华为更倾向于在基础工业上发力，去做大量的基础研发投入。两者最终都是以产品的形式进入市场，但是它们的产品是存在明显差异的，小米的产品是名副其实的产品，而华为的产品则更像是基础设施，小米的产品你基本能在国外找到类似的版本，而华为的产品则是前所未有的开创。
以5G和鸿蒙系统为例，它是一种前所未有的发明，它代表着人类文明在某个领域的最高水平，5G将成为全球的新一代通信基础设施，鸿蒙系统则将成为许多智能设备的基础设施，以智能手机、PC机、平板电脑、电视机、耳机、音箱、以及汽车这些未来的智能设备为例，它们可能都会搭载鸿蒙系统，在鸿蒙系统这个操作平台上实现互联互通，所以鸿蒙系统如果开发成功且进一步升级，在未来将是超过Windows操作系统和Android操作系统的新一代操作系统，覆盖的领域可能远远超过美国的这两款产品，成为一种基础设施的存在。
5G和鸿蒙系统它不是一个单纯的应用产品，它应该是作为基础工业的一种产品存在，在这个基础工业之上，可以发展出更多的工业体系，就连特朗普先生都亲口承认这是一个重要的工业领域，你要知道，美国可是有着深厚的工业底蕴，第二次工业革命和第三次工业革命都是由美国发起的，美国的精英阶层非常清楚这个工业领域是多么的重要，重要到可能成为第四次工业革命的主角之一，工业革命的分量不需要我再强调了吧，历史上率先掌握新一轮工业革命的国家后来都成为了超级大国。
说到这个份上，小米越来越没存在感了，其实小米不弱的，中国的科技公司本来就不多，小米也算是叫得上名号的，只是和华为放在一起就成了衬托，那是因为华为太强了，华为拥有超过万名以上的博士生，8万名以上的研究生，其中华为已经拥有至少700多名数学家，800多名物理学家，120多名化学家，6000多名基础研究人员以及6万多名工程师。
就这还是截止到2018年的数据，不曾听说过小米公司养这么多研究人员的，小米公司的研发主力是工程师，而且还是应用型工程师，华为也要养应用型工程师，数量远远超过小米，这不是最关键的，最关键的是华为还养着具有一定规模的从事基础工业研究的工程师，基础工业研究和应用工程研究是两回事，这还没完，华为甚至于还养着一定数量的从事基础科学研究的各种学家，基础科学和基础工业又完全是两个概念了，对应的研究人员一个叫科学家，一个叫工程师。而这里的从事基础工业研究的工程师通常也被中国人误称为科学家，那是因为其通常从事的是尖端技术研发，和你在工地上或者工厂里看到的工程师完全是两个概念，后者不会创造新事物，只能学书本上前者发明的技术去指导工人干活。
任正非亲自给Polar码之父Erdal Arikan教授颁奖，且华为高层原地站立十分钟迎接这位教授，可以看出华为对从事基础科学研究的人员是抱有多么崇高的敬意，为什么基础科学研究这么重要？搞工程研发的人员应该都知道，如果没有基础科学，就不会有后面的基础工业，没有牛顿力学，就没有火箭技术和航天工程和基建狂魔的各种超级工程，没有量子力学，就没有核弹、核电站以及核动力航母技术，另外计算机也造不出来，千万不要质疑，这些尖端的科技一定是理论研究走在前面的。
而Erdal Arikan教授的Polar码，正是5G采用的极化码，极化码是在2008年，由阿里坎教授首先发现，这是一种无限逼近香浓信道容量的编码方案，解决了困扰人类60年的通信难题。说到这里，可以看见华为已经把小米甩开了多少条街。
再次强调，不是小米弱，而是华为太强，和小米平级的还有大疆这些领先的科技公司，其实也不多啦，而华为这样级别的科技巨头，中国目前只有一家，这两种级别的公司都有巨大的社会价值，这两种级别的公司我们中国都急缺，只是华为这种级别的公司带来的影响力是可以改变人类文明发展的进程的，是和马斯克的SpaceX太空探索技术公司一样的级别，都是可以被写进未来的教科书里面的。我期望未来几十年，中国能拥有小米和大疆这样级别的公司一百多家，华为这样级别的公司，中国最好能拥有超过十家。
言归正传，有了5G和鸿蒙系统这两种基础设施的存在，基本上就是给物联网铺垫了一个很好的基础，如果没有这些基础，很多想法永远都只能停留在纸上。
接下来，首先说一下如何改造现有设备，现有的家电设备和电子设备普遍已经具备了电源、微处理器、效应器、以及感应器，主要缺的是通信模块，有的家电产品甚至简单到只有效应器，例如电灯泡。
智能设备允许在空间上处于分布式状态，但功能结构必须保持完整性，也就是将处于不同物理空间中的感应器、效应器以及处理器合成为一台智能设备，合成的方式就是建立通信，每一个分布式存在的设备单元都必须安装上通信模块，除此之外电源也是不可或缺的。
例如，客厅和卧室里的灯具配备电源和通信模块，入门口安装红外感应或踏板感应装置，配备电源和通信模块，PC机也配备电源和通信模块，强调一下，为了保持长时间稳定运行，PC机最好换成家用服务器。然后把入门口的红外感应装置和客厅卧室的灯具以及家用服务器连接起来构成一台完整的智能设备，当入门口的红外感应装置接受到环境变量时，将信号传输给家用服务器，家用服务器按照程序设定执行逻辑运算生成操作指令发送给客厅和卧室的灯具，让灯具点亮，至于具体如何自动化反应可以让用户自定义设置。
理论上，也可以使用手机的算力作为处理器，承担家用服务器的职能，前提是手机也要植入一个同等的通信模块，不过手机不可能像服务器那样长时间运行，且手机也不太会总是留在家里，并且手机的算力是无法和服务器比的，最关键的是，手机的电池无法让手机持续运行，只能一直充电去维持，然而手机难以驾驭这样的持续性损耗，使用周期会大大缩短，所以还是服务器靠谱一点，手机的处理器可以用于临时性的算力支援。
有了家用服务器，一切的算力需求都可以交给服务器的处理器，电脑只需要显示器、鼠标、键盘和音响，主机不需要了，电视机也只需要一个显示器，CPU和GPU不需要了，机顶盒也不需要了，因为通信中继站和处理任务都被家用服务器给取代了，甚至连路由器都不需要了，因为家用服务器本身就是通信中继站的存在了，除非，这个通信模块的设计不符合要求，无法做到通信模块之间的直接通信，非得要一个中继传输设备才能建立正常通信，但即便这样，这个中继传输设备也可以集成到家用服务器中去，何必再占一个山头显示存在感呢？
接下来，我们需要把更多的家电产品合成为一台智能设备，家里面所有的灯具都加上通信模块与服务器建立通信，受控于服务器。空调、冰箱、洗衣机、电饭煲、电磁炉、微波炉、电烤箱、抽烟机、热水器、豆浆机、热水壶、电风扇、小太阳、打印机等等都加上通信模块与服务器建立通信。让这些家电设备上的效应器都受控于服务器的统一控制。
值得注意的是，这些家用电器上不仅存在大量的效应器，还存在一定数量的感应器，这些感应器的传感数据也可以收集到服务器中便于某种用途，例如通过同样是效应器的手机显示屏或电脑显示屏查看动态与变化趋势，或者通过同样是感应器的手机触摸屏或键盘鼠标去输入操控指令，进行数据分析，让其作为效应器响应的参考数据等等。
不过，实际情况是，感应器的数量和种类明显少于效应器的数量和种类，这是因为，这些家用电器的设计初衷就是用于产生各种效应的，空调的目的就是制冷制热，冰箱的目的就是制冷，洗衣机的目的就是滚转洗衣和脱水，电饭煲的目的就是加热煮饭，电磁炉，微波炉、电烤箱、小太阳、热水器、热水壶的目的都是加热，抽烟机和电风扇的目的都是产生气流运动，豆浆机的目的是输出机械动力，打印机的目的是完成粉末转移，显示器的目的是输出图象光，音响的目的是输出音波，它们的共同特点是会对环境产生相互作用，在计算机科学中，这类设备叫做输出设备。
与之相对应的是输入设备，在智能设备中，称之为感应器，由大量的传感器构成。为了让智能家居的自动化程度提高，需要额外加入大量的传感器才行，例如全屋的所有房间里都安装上麦克风，用于采集语音操控指令，全屋各房间安装上温湿度采集器，用于自动化控制空调的工作，还可以在客厅安装上红外感应装置，探测人体的红外特征，用于电风扇和小太阳指向性地对最热区域散热或对最冷区域加热。
另外还可引入一些压力传感器内嵌于不同的区域，例如内嵌于电脑桌面前的椅子上，当你坐上去的时候，自动开启电脑使用模式，在这个模式下，你可以自定义设置自动开启电脑，音响，桌灯，打开空调，关闭门窗和窗帘等。或者内嵌于客厅的座椅上，当你坐上去的时候，自动开启观影模式。或者内嵌于餐厅的座椅上，当你坐上去的时候，自动开启用餐模式。或者内嵌于床板上，当你躺上去的时候，自动开启睡眠模式。或者内嵌于窗户前的地板上，当你站在这里的时候，自动开启观景模式。以上这些自动模式都可以通过软件设置是否开启自动响应。
为了实现这台合成的智能设备的自动化控制与智能响应，仅仅有硬件是不够的，还得开发出相应的软件，首先让这台智能设备装上适合于自己的操作系统，这个操作系统可以兼容该智能设备下的所有硬件，有相应的驱动器去控制这些家电设备的工作，有相应的应用软件和插件去管理这些家电，让这些家电具备更多的功能和给人更佳的体验。
关于语音识别与控制
语音识别就是靠声音的波形特征去判断一句话所承载的信息，机器本身不能听懂你在说什么，但机器可以把这段声音的波形特征输入到处理器，与数据库中预存的声音波形特征对比，在数据库中找到最相似的声音，然后提取数据库中的这个声音进入下一步逻辑处理，也就是将这个声音所预设绑定的文字信息提取出来再进入下一步逻辑处理，也就是软件工程师预设的程序告诉机器该如何回馈和反应，最终机器给我们发送一段数据库里预存的文字，将其转化为机器语音播报作为回复，同时让设备按照程序设定启动运行作为回馈，这就是语音智能的逻辑。
所以，当你喊小爱同学的时候，并不存在小爱同学，让你喊小爱同学的逻辑是排除你平时说话的干扰，防止被机器错误响应。
例如，当你和你女朋友聊天，说当我打开电视机的时候，我忘了关空调，因为我急着去开灯。显然这是一段聊天记录，它不是操控指令，但麦克风一直在收取你们的谈话，并从中提取关键词"打开电视""关空调""开灯"，并让相关设备执行这些操作，显然你会被这样的行为烦到，感觉在添乱，傻逼啊。
为了从技术上避免出现这样的错误响应，机器需要判断你是否在发出操作指令，也就是只有当你主动呼叫到"小爱同学"这个关键词时，机器才会认为你要发出操作指令了，才会对你接下来的语音提取关键词，如果你让机器等得过久才发出操作指令，机器出于避免错误响应，已经关闭了接受指令的程序，因为机器需要防止你后面的无关谈话让机器错误响应，所以限定了一个比较狭窄的交流时间窗口，以便确认你的真实意图。
所以，你每次发出操作指令之前都得呼叫小爱同学，至于为什么一定要称呼小爱同学这不重要，这是出于仪式感和温馨感的设计，就单纯从技术上来说，完全可以自定义唤醒关键词，所以，你要是嫌麻烦的话，可以把小爱同学替换为"嘿"，或者替换为"喂"，如果你不嫌麻烦的话，可以把小爱同学替换为"玛尼玛尼哄"，或者替换为"持续性混吃等死，间歇性踌躇满志"，都可以，想要有仪式感的话，也可以把小爱同学替换为"老婆"或者"小可爱"那也是可以的，不过这个唤醒关键词有个基本原则，那就是尽量避免日常谈话中出现，否则你可能频繁性地把机器唤醒，机器能把你烦到怀疑人生。
所以，比如取一个术语，平时不可能说到的，比如"杂化轨道"，或者"开常口笑"，我不信谁平时没事会倒着说成语，那这个唤醒关键词就基本不会误激活机器了。
至于激活机器后的操作指令，你可不能按照你平时的说话习惯那么随意，因为这样机器很难有效提取关键词，所以你得按照机器可理解的方式，慢慢地，一字一句的，简单明了的，分阶段地告诉机器，否则，机器不帮你，或者帮倒忙，要么干脆气死你，谁叫你不配合。
没办法，现在的语音智能并不智能，原理上，还是机械反应的那套逻辑，即，对应关系与触发机制和联动反应，都是冷冰冰的机械原理的那套理念照搬到程序设计上。而教人类语言的老师都知道，人类语言它不是数学逻辑，它是个人情绪，意图，以及思想的表达，它是有灵魂的，机器是无法做到这种对外表达的，也是无法真正听懂人类语言的，故而机器无法和人类畅通无阻的直接交流，人机交互都是人类语言与机器语言妥协的结果，即关键词。
这个情况目前是无解的，至少基于半导体和集成电路搭建起来的硬件设施，和二进制代码为基础构建起的程序是无法避免这个情况的，大数据技术和机器深度学习通过足够海量的样本容量能让机器的表现更自然一点，识别更精准一点，体验也更佳一点，但本质上依然绕不开这个逻辑原理，然而未来的语音智能也只能朝这个方向去改进了，别无它法。
例如，通过大数据技术和机器深度学习让机器获取足够多的样本容量，大量学习人类是如何具体回答相关问题的，以及面对同样的发话，人类是如何做到每次回复都不太一样的，而不是像目前这样，只有几条固定句式回复，显然这样的固定句式回复在大多数场合下是无意义的，因为人类是很容易掌握你的固定句式回复的，也就是说，你别说话了，我知道你接下来要说什么，别再做复读机了。
除了自然回话，另一个就是精准识别，机器是很难识别人类说出的复杂语句的，但这样的问题可以通过大数据技术和机器深度学习去尽量完善，识别的逻辑还是一样的，只不过样本容量的显著增加，让量变引起了质变，机器可以接收大量人类的复杂语句，语言学家和计算机工程师合作帮助机器去归纳这些复杂语句，告诉机器这些复杂语句的意思，并保存在其数据库里，让其随时调用，这样，就可以，尽可能地识别出人类复杂语句的意思。
进一步，机器还可以通过大数据技术和机器深度学习大量录入你个人的复杂语句，掌握你说话的习惯，并让你本人去检查机器识别出的文字信息是否是你要表达的意思，然后你再去修改那些错误的识别，然后提交，机器再把这些数据样本存入数据库，最终实现机器比起以前，能够明显精准识别出你的很多复杂语句。
在操控指令上，就目前而言，能实现大量复杂而精准的操控指令输入，只有手机触摸屏和PC机的键盘和鼠标能做到。语音控制通常只用于实现一些简单的操控指令输入。
在基本情况无法得到质的提升下，就只能去做一些改进，例如，将一堆连续性的操控指令输入，打包成一个代码，完成一句话就让机器实现系列动作，省去和机器再反复对话的鸡肋情况。例如，将小爱同学，请打开空调，开启制冷，温度26，风力强劲，上下扫风，这一系列操控指令打包成一个代码，例如命名为，空调265，这个代码对应这一系列操控指令，让机器直接去执行这一系列操作响应。
同理，打开次卧窗帘，开启60%，打包成代码窗帘60。把开启客厅第一组射灯和第二组射灯+打开电视机+关闭客厅窗帘+开启客厅空调辅热28度，打包成代码客厅08，代表启动客厅第八号模式。需要说明的是，代码的命名是可以自定义的，代码执行的具体系列操控指令也是可以自定义的，且后期，可以直接在该模式下去临时叠加操控指令。比如，在客厅08号模式下，吹了一会儿空调觉得不舒服，就直接发出操控指令，小爱同学，请关闭客厅空调，这样，客厅08号模式其它的设备运作保持不变，只是在这个基础上暂时把空调给关闭了，这个临时叠加的操控指令也不会更改客厅08号模式的预设，下次启动客厅08号模式时依然还是原先预设的系列动作响应。
需要强调的是，把系列操控指令打包成自定义代码，是为了方便用户省去套路，直接让机器执行我们想要的系列动作，这个代码的预设操控指令内容应该是用户平时可以经常使用得到的模式。同理，我们将这套简化逻辑推广，就可以自定义出代码次卧1主人模式、次卧2待客模式，客厅儿童模式，全屋主人模式、全屋待客模式、全屋儿童模式等等。
另外，还可以对代码进行布尔运算，搞出新的玩法，进行加、减、或的运算。例如客厅03模式和客厅07模式下存在不同的操控指令集合，其中客厅03模式下存在灯光开，客厅07模式下存在灯光关，则输入语音指令：小爱同学，客厅03加客厅07，则给出的执行结果就是客厅03模式下的灯光开+客厅07模式下的灯光关=灯光关。
这里来定义一下代码的布尔运算：
关灯+关灯=关灯，开灯+开灯=开灯，开灯+关灯=关灯，关灯+开灯=开灯
关灯-关灯=开灯，开灯-开灯=关灯，开灯-关灯=开灯，关灯-开灯=关灯
关灯or关灯=关灯，开灯or开灯=开灯，开灯or关灯=开灯，关灯or开灯=开灯
值得注意的是，代码的布尔运算实际用途并不大，主要是用来尝试不同的结合体验，只有在少数情况下具备一定的实用性。