人工智能物聯(lián)網(wǎng) (AIoT) 結合了人工智能和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢，近年來(lái)廣受歡迎。與典型的物聯(lián)網(wǎng)設置（其中設備收集并傳輸數據以在其他位置進(jìn)行處理）不同，AIoT 設備在本地實(shí)時(shí)獲取數據，從而能夠做出更加明智的決策。因此，AIoT技術(shù)已在智能制造、智能家居安全和醫療監控領(lǐng)域得到廣泛應用。
在智能家居AIoT技術(shù)中，準確的人體活動(dòng)識別至關(guān)重要。它可以幫助智能設備識別各種任務(wù)，例如烹飪和鍛煉�；谶@些信息，AIoT系統可以自動(dòng)調整燈光或切換音樂(lè )，從而在確保能源效率的同時(shí)改善用戶(hù)體驗。在這種情況下，基于 WiFi 的運動(dòng)識別非常有前景：WiFi 設備無(wú)處不在，確保隱私，并且往往具有成本效益。
隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)的迅速發(fā)展，智能家居系統已經(jīng)逐漸成為日常生活的重要組成部分。這些系統通過(guò)無(wú)線(xiàn)設備互聯(lián)，實(shí)現了家居環(huán)境的自動(dòng)化控制，極大地提升了居住體驗。然而，伴隨物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，智能家居的安全性與隱私問(wèn)題也愈加受到關(guān)注。傳統的安全監控手段，如攝像頭和運動(dòng)傳感器，存在隱私泄露、誤報率高和響應速度慢等問(wèn)題。為了提升智能家居系統的安全性和智能化水平，人工智能物聯(lián)網(wǎng)（AIoT）作為AI和IoT的融合技術(shù)，正日益成為智能家居安全的關(guān)鍵技術(shù)。
近期，在一篇新穎的研究文章中，由韓國仁川國立大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院的 Gwanggil Jeon 教授領(lǐng)導的研究團隊提出了一種稱(chēng)為多頻譜圖融合網(wǎng)絡(luò ) （MSF-Net） 的新AIoT框架，用于基于WiFi的人類(lèi)活動(dòng)識別。 研究表明，MSF-Net通過(guò)優(yōu)化WiFi信號處理技術(shù)，顯著(zhù)提升了活動(dòng)識別的精度和魯棒性，為智能家居系統的安全性、便捷性和能源效率提供了新的技術(shù)支持。
Jeon教授解釋了他們研究背后的動(dòng)機�！白鳛榈湫偷� AIoT 應用，基于 WiFi 的人體活動(dòng)識別在智能家居中越來(lái)越受歡迎。然而，由于環(huán)境干擾，基于 WiFi 的識別通常性能不穩定。我們的目標是克服這個(gè)問(wèn)題�！蹦壳�，這項研究結果發(fā)表在 IEEE Internet of Things Journal 上。
接下，我們來(lái)探討Jeon教授團隊提出的多頻譜圖融合網(wǎng)絡(luò )（MSF-Net）框架，探討了AIoT技術(shù)在智能家居安全領(lǐng)域中的創(chuàng )新應用，特別是在活動(dòng)識別和隱私保護方面的優(yōu)勢。
AIoT在智能家居安全中的作用
AIoT的核心目標是使智能設備具備實(shí)時(shí)感知和智能決策的能力。與傳統的設備不同，AIoT設備不僅能夠收集數據，還能通過(guò)內置的智能算法進(jìn)行數據分析，做出即時(shí)決策。AIoT的應用可以顯著(zhù)提高智能家居的安全性，具體體現在以下幾個(gè)方面：
人類(lèi)活動(dòng)識別
在人類(lèi)活動(dòng)識別（HAR）中，AIoT系統能夠識別并分析居住者的日常行為，提升智能家居的響應能力。例如，當系統檢測到不尋常的行為，如跌倒或陌生人進(jìn)入，能夠自動(dòng)觸發(fā)警報或采取其他安全措施。這種智能響應不僅提高了家居安全性，也改善了用戶(hù)的居住體驗。
提高安全性和降低誤報率
與傳統的基于運動(dòng)傳感器的安全系統不同，AIoT系統通過(guò)結合圖像識別、聲音識別和活動(dòng)識別等多模態(tài)數據，能夠更加精確地判斷是否存在安全威脅。這種精確識別有效減少了誤報，并提高了響應的速度和效率。
增強隱私保護
WiFi基礎的活動(dòng)識別技術(shù)相比傳統攝像頭監控系統具有顯著(zhù)的隱私優(yōu)勢。WiFi信號通過(guò)分析信道狀態(tài)信息（CSI），能夠在不侵犯用戶(hù)隱私的情況下，識別出居住者的活動(dòng)。這種方法無(wú)需用戶(hù)佩戴額外設備或在私人區域安裝攝像頭，從而減少了隱私泄露的風(fēng)險。
基于WiFi的活動(dòng)識別技術(shù)
WiFi基礎的人類(lèi)活動(dòng)識別技術(shù)作為AIoT應用的重要組成部分，通過(guò)分析WiFi信號來(lái)推測家庭成員的行為。與傳統的傳感器和攝像頭技術(shù)相比，WiFi信號不僅能更好地保護隱私，還具備較低的成本和較高的適用性。大多數家庭已經(jīng)配備了WiFi路由器，因此，可以無(wú)縫地將WiFi信號集成進(jìn)現有的智能家居系統進(jìn)行活動(dòng)監測。
該技術(shù)的核心在于信道狀態(tài)信息（CSI），即WiFi信號傳播過(guò)程中，由人體運動(dòng)及環(huán)境變化引起的信號波動(dòng)。通過(guò)對CSI數據的分析，AIoT系統能夠識別出各種活動(dòng)，如走動(dòng)、坐下、做飯甚至跌倒等。這一過(guò)程不需要額外的硬件設備，提升了使用的便捷性與隱私保護。
然而，WiFi信號受環(huán)境因素（如墻壁、家具等障礙物）和其他設備的干擾，這些因素可能影響活動(dòng)識別的準確性。因此，開(kāi)發(fā)一種魯棒的系統以克服這些干擾，提供穩定、準確的識別結果，成為當前技術(shù)研究的重點(diǎn)。
MSF-Net框架的創(chuàng )新與優(yōu)勢
為了克服WiFi基礎活動(dòng)識別中的挑戰，Jeon教授及其團隊提出了多頻譜圖融合網(wǎng)絡(luò )（MSF-Net）框架，旨在提高WiFi基礎活動(dòng)識別的精度和魯棒性。MSF-Net結合了先進(jìn)的信號處理技術(shù)和深度學(xué)習模型，尤其是通過(guò)融合短時(shí)傅里葉變換（STFT）和離散小波變換（DWT）等多種信號處理方法，以增強對環(huán)境干擾的適應性。
MSF-Net的組成
MSF-Net框架由以下三個(gè)主要組成部分構成：
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雙流結構（短時(shí)傅里葉變換和離散小波變換）
雙流結構將短時(shí)傅里葉變換（STFT）和離散小波變換（DWT）結合使用，分別提取頻域和時(shí)域的特征。STFT擅長(cháng)捕捉頻域信息，DWT則可以處理不同時(shí)間尺度上的特征。通過(guò)這種方式，MSF-Net能夠同時(shí)識別高層次的活動(dòng)模式和細微的運動(dòng)變化。
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Transformer架構
Transformer 作為深度學(xué)習模型，在自然語(yǔ)言處理等領(lǐng)域取得了顯著(zhù)成功，并被成功應用于活動(dòng)識別中。MSF-Net中的 Transformer 通過(guò)自注意力機制高效地提取高層次特征，從而提高了識別的精度和效率。
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基于注意力的融合分支
融合分支通過(guò)注意力機制，將不同流（頻域和時(shí)域）提取的特征進(jìn)行融合，增強了最終識別的效果。系統可以集中關(guān)注最具代表性的特征，從而提升活動(dòng)識別的準確性。
MSF-Net的性能評估
為驗證MSF-Net的性能，研究團隊在多個(gè)公開(kāi)數據集（如SignFi、Widar3.0、UT-HAR和NTU-HAR）上進(jìn)行了測試。實(shí)驗結果表明，MSF-Net在這些數據集上的表現十分出色，Cohen's Kappa得分分別為91.82%、69.76%、85.91%和75.66%。這些得分表明，MSF-Net在WiFi基礎的粗粒度和細粒度活動(dòng)識別中，尤其在復雜環(huán)境干擾下，依然保持較高的準確度。
MSF-Net在智能家居安全中的應用
MSF-Net框架和WiFi基礎的活動(dòng)識別技術(shù)在智能家居安全領(lǐng)域的應用前景非常廣泛，主要表現在以下幾個(gè)方面：
增強入侵檢測
通過(guò)實(shí)時(shí)監測不尋常的活動(dòng)，WiFi基礎的活動(dòng)識別系統能夠及時(shí)發(fā)現潛在的入侵行為。例如，系統可以檢測到家中有陌生人進(jìn)入并觸發(fā)警報，提前通知住戶(hù)或安全人員。
跌倒檢測與緊急響應
WiFi基礎的活動(dòng)識別技術(shù)尤其適用于老年人護理。當系統監測到老年人發(fā)生跌倒等緊急情況時(shí)，能夠第一時(shí)間觸發(fā)警報并通知護理人員或緊急服務(wù)，提高老年人的居家安全。
非侵入式監測與隱私保護
WiFi基礎活動(dòng)識別系統不依賴(lài)傳統攝像頭，避免了對用戶(hù)隱私的侵害。通過(guò)現有的WiFi網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行活動(dòng)監測，不僅確保了安全性，還能有效保護用戶(hù)隱私。
能源效率與自動(dòng)化
AIoT系統能夠根據居住者的活動(dòng)自動(dòng)調節家居環(huán)境，例如在家中無(wú)人時(shí)自動(dòng)關(guān)閉燈光、調節空調等，從而提升安全性并節約能源。
總結
AIoT技術(shù)正在深刻改變智能家居安全系統的設計與應用。通過(guò)將人工智能與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結合，智能家居不僅變得更加智能化和自動(dòng)化，還顯著(zhù)提高了安全性。 Jeon教授團隊提出的MSF-Net框架，通過(guò)多頻譜融合技術(shù)在WiFi基礎的活動(dòng)識別領(lǐng)域取得了顯著(zhù)進(jìn)展，為智能家居安全提供了新的技術(shù)支持。隨著(zhù)技術(shù)的不斷發(fā)展，未來(lái)的AIoT系統有望為我們的生活帶來(lái)更多便捷、安全和智能的解決方案。
（素材來(lái)源：千家智能家居網(wǎng)）
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