基本信息
- 项目名称：
- 基于差分小波神经网络的智能家居保姆
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 作品设计一种多网络接入、远程智能监控系统——“智能家居保姆”。其用于解决人们在工作与家庭之间的矛盾，满足多项社会需求：幼儿园宝宝远程监护、远程家居老人照料、家电远程控制及智能视频监控。例如小偷入室盗窃时，家居摄像头会智能地检测到运动目标（小偷），当监测到异常时（欲盗窃）发送视频或图片到户主的手机等终端。作品特点如下： 1）多终端接入：用户可使用手机、PDA和计算机等终端设备，通过3G（2G）网络、互联网及局域网接入系统； 2）智能化监控：在有上述网络覆盖的任何地点，用户可随时利用终端收看远程摄像头采集的视频，并对视频进行智能化处理，包括运动目标检测、跟踪及识别，快速视频检索等。当有异常发生时，用户终端将自动收到系统发来的警报信息（图片或视频）； 3）网络化控制：用户可通过终端控制家用电器和机器人，实现远程家务以及特殊环境下的工作，如代替人类进行救援、勘测和管道作业等； 4）嵌入式化：采用ARM、DSP、Vortex86等嵌入式设备，具备体积小巧、稳定性高、移动性强，适合各种环境应用的优势。 作品适用于智能家居、公共安全、石油化工、道路交通、环境监测、电力、房地产、制造业、军事基地等需要远程视频监控的领域。
- 详细介绍：
- 随着3G的正式运营，基于移动终端的视频业务将成为3G时代最具发展潜力的手机增值业务。但如今的视频监控系统功能有限、安装复杂、代价高昂，无法走进千家万户。同时，与人们日常生活息息相关的需求也得不到满足，如宝宝监视、家居老人照料及智能防盗等等。为此，作品设计了一种多网络接入、远程智能监控系统——“基于差分小波神经网络的智能家居保姆”。其融合了嵌入式技术、机器人技术、图像处理技术、移动通讯技术和互联网技术，具备以下特点： 1）多网络接入：用户可使用PDA、计算机或手机等终端设备，通过3G（2G）网络、互联网（WAN）或局域网（LAN）接入系统； 2）智能监视：在有上述网络覆盖的任何地点，用户可随时利用终端收看远程摄像头采集的视频，并对视频进行智能化处理，包括运动目标检测、跟踪及识别，快速视频检索等。当有异常发生时，用户终端将自动收到系统发来的警报信息（图片或视频）； 3）远程控制：用户可通过终端控制家用电器和机器人，实现远程家务以及特殊环境下的工作，如代替人类进行救援、勘测和管道作业等； 作品创新点： 1）应用模式上的创新。作品实现了多网络接入的实用新型创新，获专利“智能家居保姆系统”（ZL200720190328.X）。其利用到多种移动终端，通以太网、手机网超远程控制带有视频采集功能的机器人，并实现了视频编解码、RF、AD/DA操作； 2）理论研究算法上的创新。作品获专利“智能家居保姆系统和多网络单点接入集成方法”（200710177973.2）。利用二次差分算法、自适应小波神经网络和水印技术，实现了运动目标检测、跟踪、识别、异常分析、自动报警及快速视频检索，提高了视频信息的利用率。作品既发挥了BP网络训练速度快的优点，又克服了网络训练过程中陷入局部极小点的问题，还应用了小波分析的数学显微镜作用，从而突出了训练样本的特点（训练样本的特征区域不定），对特征区域进行放大，对非特征区域适当忽略。作品将智能家居从目前基于自控技术和逻辑判断的第一、二代产品提高到基于网络化和智能化的第三代产品。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1.设计目的 解决人们在繁忙工作与家庭照料之间的矛盾，满足人们在安全与效率方面的多项社会需求：智能视频监控；异常检测、识别及报警；幼儿园宝宝远程监护；远程家居老人照料；远程家务操作。例如当小偷接近汽车时，系统可以智能检测到小偷，实时地发送视频或图像到车主手机；或者当司机长距离驾驶时，系统可以自动进行人脸疲劳检测，提醒司机路上小心；在一些高危险区域，如传染病疫区、自然灾害区等这些特殊场合，利用微型机器人来代替人类进行管道作业；再如出差的用户，可通过因特网为家里老人调空调温度。“智能家居保姆”的目标是让人感觉幸福就在眼前。 2.创新点 1）应用模式上的创新，取得2项专利。实现3G手机网、互联网、专网等多网络接入本系统的实用新型创新。2）理论研究算法上的创新，研究了运动目标检测、跟踪、识别等智能视觉技术。 3.关键技术 使用了七项核心技术：嵌入式技术，图像处理技术，模式识别技术，机器人技术，移动通讯技术，互联网技术和项目管理技术。 4.技术指标 1）智能分析算法：0-9识别，人体检测、跟踪，基于手机的报警方式；2）机器人控制：步长0.1米/次，角度15度/次；3）网络类型：支持3G(2G)手机网、互联网、专用网；4）视频编码效率：1路D1或2路CIF，带宽大于256kb/s；5）终端类型：支持智能手机、PDA、PC;6）传感器指标：输入-10~80度，精度0.1度；7）电压指标：0或220V的开关量控制，0~220V的模拟量控制。
科学性、先进性
- 1．科学性 课题深入调研、总结过去的科学实验成果和理论依据。设计中的理论依据来自国际计算机视觉期刊和IEEE模式分析和机器智能汇刊等权威期刊。相关的科学实验成果系统有：美国国防高级研究项目——视觉监控重大项目VSAM及中国电信全球眼。 2.先进性 1）应用模式上的创新，实现多网络接入的实用新型创新，获专利“智能家居保姆系统”。立足快节奏的生活特点，归纳生活中的种种不便，细分用户需求，开辟新应用领域：利用智能视觉技术进行疲劳驾驶监测，保障生命安全；远程视频宝宝监护，让工作的父母与孩子感觉近在咫尺；远程家居老人照料，让出差的人们尽份孝子之心。 2）理论研究算法上的创新，获专利“智能家居保姆系统和多网络单点接入集成方法”。采用基于人体形态学的目标检测算法检测并区分出人体运动目标及环境引起的干扰运动目标，然后对检测出的目标输入小波神经网络进行模式识别，判断出物体的状态，使系统具有入侵检测、异常检测及目标识别的功能。
获奖情况及鉴定结果
- 1）09年6月在北京获得第五届首都挑战杯特等奖； 2）07年11月得到北京电视台《北京您早》、科技日报、京华时报、北京青年报等新闻媒体报道。 3）2008年11月获中华人民共和国知识产权局申请发明专利“智能家居保姆系统和多网络单点接入集成方法（200710177973.2）”； 4）2008年8月获中华人民共和国知识产权局的实用新型专利证书“智能家居保姆系统（ZL200720190328.X）”； 5）2008年2月获中华人民共和国知识产权局的软件著作权“多功能远程控制机器人系统V1.0 （2008SRBJ0308）”；
作品所处阶段
- 中试阶段。目前正处在试运行阶段，将根据用户反馈及发现的问题进行系统完善。
技术转让方式
- 合同
作品可展示的形式
- 实物（产品）、现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1.技术特点及优势 1）多终端接入（便利性）：用户可以使用手机、PDA和计算机等终端进行控制； 2）网络化控制（普及性）：系统可运行于3G（2G）手机网、互联网和专用网等环境下，利于推广普及； 3）智能化监控（安全性）：运动目标检测、报警、跟踪、识别和视频检索等智能视觉算法提高了生活的安全性； 4）嵌入式化（适用性、经济性）：采用ARM、DSP、x86等嵌入式设备，具备体积小巧、稳定性高、移动性强和价格较低等优势。 2.适用范围 适用于智能家居、公共安全、石油化工、道路交通、环境监测、电力、房地产、制造业、军事基地等需要远程视频监控的领域。 3.经济效益 作品基于《第三届中国国际建筑智能化暨住宅区数字化展览会》的调查问卷数据，利用技术经济学计算得到的投资评价指标如下：投资回收期2.135年；净现值7,234,715元；内涵报酬率为68.10%。由敏感性分析可知，收入敏感系数为3.46，成本敏感系数为-1.5。
同类课题研究水平概述
- 作品涉及的研究领域较多，以下从四个层面进行研究现状论述。 1）3G移动视频业务 全球移动通信市场已进入3G时代，移动视频业务以其鲜明的移动性、实用性、即时性和亲临性已成为众多移动增值业务中的一个亮点。其作为3G时代最具发展潜力的业务，在国外得到了深入研究，根据英国Strategy Analytics公司的研究报告，08年，全球有超过1.5亿的用户使用移动视频业务，市场规模达47亿美元。 2）智能视觉研究 智能视觉监视不仅具有很高的科学研究价值，而且有巨大的潜在经济价值，引起了国际上众多科研机构和研究人员的兴趣。计算机视觉领域的权威期刊：IJCV和IEEE模式分析和机器智能汇刊等都相继出版了视觉监控的专刊，针对不同条件下的视觉监视系统的研究论著陆续发表。最具代表性的研究是美国国防高级研究项目——视觉监控重大项目VSAM，用于战场及普通民用场景进行监控的自动视频理解技术。 我国视频跟踪技术研究起步于 60 年代，先进成像识别与跟踪技术在智能化程度、通用性和复杂图像视频信息处理等方面与国外相比还存在较大差距。所以在这一领域进行深入的研究，对提高我国国防实力，加强民用具有重要意义。 3）智能家居 21世纪以后，国外智能家居技术的发展达到了高潮。例如，04年，美国有近4万户家庭安装了“家庭智能化系统。 由于智能家居的诱人前景和巨大市场，国外企业已开始在此领域展开激烈的研发竞争。例如，德国的Noclus公司及美国的AT&T公司等。 我国的智能家居行业起步较晚，始于上个世纪八十年代末。 1986年国家科委和国家计委将“智能化办公大楼可行性研究”列为国家“七五”重点科技攻关项目。2004年8月，国家经贸委成立了家庭信息网络技术委员会，将信息网络技术体系研究及产品开发作为国家技术创新重点专项计划。 4）服务型机器人 近年来，以日本为首的发达国家机器人技术迅猛发展，新型服务机器人，为人们展示了服务机器人广泛的应用及发展前景。 目前，我国服务机器人的研究没有形成系统，基本上是各个大学、研究院所根据国外的研究状况，或是为了培养学生兴趣，而进行的一些零散的研究，处于相对落后状态。
