在台湾,政府积极发展智能科技,拟订「i236」计划,未来五年投入45亿元,以智能小镇(Smart Town)与智能经贸园区(i-Park)两个地区为推动主轴,整合三种网络系统,推动六种领域的智能科技应用,将感测网络与智能技术提升至国家战略地位。在各大企业争相投入大量资源建构基础建设下,相信不久的将来,我们将拥有无所不在的运算环境、以及物物相连的因特网。
不过,这些基础建设架设好以后,新一代的智能化加值服务才开始要起步,如何加以运用这庞大的信息,发展智能化事件判断系统,将是最重要的课题之一,也惟有如此才能彰显其此基础架构的核心价值所在。
感测网络新浪潮
@內文:不论是云端或是智能地球的概念,都与最近爆红的「物联网」(The Internet of things)概念不谋而合,这并不是一个新名词,早在1999即由MIT提出,没想到在十年之后突然爆红。这概念有两个层面的涵意:第一,所有物品都能上网,可能包含你我的衣服、书本或任何为小装置,为了达到这目的,新的网络必须架构在既有的网络基础之上,是一种因特网的延伸。第二,透过智能化辨识与控制技术,配合强大的数据中心运算群,运用约定的协议,整合网络内的人员、机器、设备与基础设施,达到高效率的管理,改善人与自然界的关系。
生活大小事全包办
在过去,这样的网络被称为「感测网络」,它可以提供一个高密度的时间与空间的监测。在传感器与感测网络的发展过程中可以分为三个阶段(如图一):第一阶段主要是体积的微型化与低价化,藉由这样的发展,现在的传感器已经没有印象中的昂贵;第二阶段,主要为传感器上网与无线化,藉由约定的互连方式,感测信息已经不再是单一来源,各种异质信息将送至后台整合;第三阶段就是数据分析与智能解决问题,其实主动感应分析在一些单一简易的应用下,已经可为用户节省不少资源,例如使用传感器控制公共走道上控制灯光等,让灯光会因为用户不在而自动关闭,但这样阳春的应用却大大地打折感测网络所能发挥强度,如何透过整合异质信息与智能化辨识控制技术,才是未来发展的趋势。
在这样的趋势下,也许哪天空调维修工站在你家门口按门铃,告诉你家的空调坏了;你家的洗衣机甚至会告诉你,在某个时间洗衣服会更便宜,并且早早依据你的需求帮你设定好了,在这样的时代,空调维修工将比你更清楚你家的空调是否在正常工作,洗衣机比你还了解怎么更省钱。毫无疑问地,物联网时代即将来临,它并不是一个全新的网络架构,但靠它所发展新兴的智能化加值服务,整合多元化环境感知与无线感测网络先进技术,将大幅的提升与改善人类的生活质量,建置具有高附加价值的数字生活应用。
《图一 感测网络发展进程(数据源:资策会)》 ![](/art/2010/04/131419127137/p1.jpg) |
居家事件判断
@內文:人会在接受外在环境多元的刺激后,大脑随即可对事件进行判断与反应,感测环境也是如此,如果传感器是人体的神经元,物联网就是人的神经脉络,后端的辨识应用系统就成了整个网络的大脑。而未来感测网络大规模的建置后,各种异质感测信息作为单一基础事件(primitive event),将不断以数据串流方式进入系统,此时更是需要高度智能化的系统来辨识各种复杂事件(如国土安全、小区监控、绿能应用等),藉由分析融合方式将各种单一基础事件加以整合运用,进一步做到监控的目的,并能同时响应来自众多用户的各种需求,依据使用情境快速汇整出用户欲查询的结果。为了达到上述的架构,一个智能化事件判断处理架构就孕育而生(如图二),其所包含两个主要要件:一是多模特征描述(multi-modal description)、二是多模事件处理(multi-modal event processing),以下我们将针对此两大要件进行阐述与举例。
多模特征叙述
任何的智能化技术都需要前制处理,以获取较精确的特征值(feature value),供后端平台进行特征分析比对。这原因有二:第一、过多的数据将可能在某些运算资源较少的平台上执行不易;第二、某些数据是累赘或多余的,这种情况会使有意义的数据更难发现,这点才是最重要的原因。
举例来说,一般人想要记住某个人,通常都由眼睛、鼻子、轮廓等等一些特征开始,很少人会去记住脸上任何一个部位,过多的讯息只会模糊焦点不利于记忆。在物联网的时代,我们可以接收的讯息往往超过我们所需的讯息,有用的讯息流(information stream)通常为数据流(data stream)的十分之一或是更少,感测信息不在像是过去单一传感器产生如影像传感器(camera sensor)、音频传感器(audio sensor)、热释电红外线传感器(PIR sensor,Passive infrared sensor)、加速器(accelerometer sensor)等,所有物联网上的传感器都会不断抛出数据,因此所牵涉的研究领域也不再局限于影像讯号处理、语音频号处理、温湿度感测讯号处理等。如何将这些数据流化繁为简,并且萃取出适当的特征来表示有兴趣的事件,都是亟需面对的问题。
多模事件处理
@內文:如前所述,当信息流进入多模事件处理核心之后,单一事件可藉由各单模事件处理单元单独分析判断。例如同样是判断居家安全事件,我们可以藉由室内的尖叫声来判断了解,也可以藉由影像监测分析居家是否有人入侵等,若是各别判断则事件误判的机率可能还不小,但如果能够经过信息融合分析,则可以大幅提升判断的正确性。
另外,更可结合温度计、CO与CO2侦测计来判断火灾、毒气事件,来强化居家环境安全。因此,在未来的大规模的感测网络下,如何将各个单一事件作综合判断,完成一个智能型的多模事件处理系统,将是感测网络最重要的议题。事件处理的方法通常可以分作规则式(rule-based)与统计式(statistics- based),一般来说统计式方法会比规则式方法的判断率高,但相对地统计式需要较多的参考数据,来获得较可靠的统计参数,所以如何运用套用已知统计模型,作一些模型上调适(Adaptation),减少重新计算的所带来的不便,也是未来所需克服的问题。
智能居家-永续生活
@內文:值得一提的是,目前智能居家事件判断技术可在协助我们做到「节能减碳」。正如前述,物联网是一可将各种信息传输设备与感测装置所结合的巨大网络,因此包括温、湿度、加速感应、声音、影像等,都可以链接至后台,再提供适合之应用。
根据能源局的「集合住宅节能技术手册」提到,若是能够降低空调用电、使用高效率家电、照明、随手关闭不使用家电等就可以有效减少用电,因此若能结合各种传感器了解家中人员的使用电器的行为,则能帮助用户自动关闭非使用中的电器。不过,各个家庭的行为大相庭径,适合这个家庭的行为辨识系统,不一定适合另外一个家庭,但透过大量数据学习方式,可以使系统异中求同,透过不断地累积新信息,创造个人化行为辨识系统。
此外,透过一套简易检测方式,将家中空调的状况透过感测网络传回后端判断中心,经由不断与过去信息比对,了解其衰退状况,一旦发现机器老旧到一定程度,则可通知检修人员前来修理。日前资策会更是开发出「LED照明智能节能全方位解决方案」,整合LED照明灯具、自然光与人工照明融合控制技术、电力线通讯技术(Power Line Communication,PLC)与ZigBee感测网络技术,开发适用于室内、户外,兼具聪明用电、设备监控、维护等功能,达到节能减碳的全民共同目标,其他应用更是不一而足。
《图二 智能化事件判断处理架构(数据源:资策会)》
![](/art/2010/04/131419127137/p2.jpg) |
未来潜在挑战
尽管物联网具有上述多项优势,但这项技术要成功先决条件就是能够使用同一种语言互动与交流。举例来说,感测网络由于应用环境过于广泛,相关产业也极为分散,产业界通常各作各的,传感器之间无共通的沟通方式,就好像人类各器官之间的信号无法互通。要实现共通的沟通方式,就必须要有供一个各器官进行沟通所用的语言,通过约定好的语言,将各种信息流畅地在各器官间相互交换,才能提供更好的服务。
最后谈到智能居家服务乃至于智能建筑的发展,这个部分的发展若能够受到政府加持,并透过修法等配套措施,将可加速智能居家服务推广与实践。所幸智能生活应用一直是多方推动的目标之一,在「爱台湾十二项建设」蓝图中,更明确揭露出智能台湾、智能生活产业与环境的营造,是十二项优先基础建设的规划。在历经2009全球金融海啸冲击后,全球主要经济强国无不卯足全力强化其竞争力,各个产业亟需转型与升级,如何改善传统产业,或是发掘并培育具潜力的新兴产业,作为未来经济成长动力为当务之急,藉以孕育多元创业机会,打造优质生活环境,将有助于提升产业整体竞争力。目前业界尚未开发出完整的商业模式,业者们如何在物联网中互通有无、创造商机,整合产业链的上下游,也成为物联网最终能否成长的重要关键。
本文作者梁敏雄任职于资策会网络多媒体研究所