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计算机学报 2019年第6期42卷 1190-1204页

作者：肖丁王乾宇蔡铭李秀浙江大学计算机科学与技术学院

智能家居场景联动是智能家居系统提供的一种自动化服务,它通过各类智能设备的互联、互通和互动,从而为住户提供更为舒适、安全和节能的家居环境.然而,由于各个智能场景的侧重点不同、管理策略各异,当多个智能场景联动和叠加时,会引起作... 详细信息

智能家居场景联动是智能家居系统提供的一种自动化服务,它通过各类智能设备的互联、互通和互动,从而为住户提供更为舒适、安全和节能的家居环境.然而,由于各个智能场景的侧重点不同、管理策略各异,当多个智能场景联动和叠加时,会引起作动器设备之间的竞争、干扰和矛盾等控制冲突现象,降低智能场景用户体验,缩短智能设备使用寿命,甚至危及住户的人身财产安全.因此,智能家居场景联动中的控制冲突问题亟需大量实验研究并找到解决方案.本文中,我们将控制冲突分为两大类,一类是同一作动器上执行明显相反动作的显式冲突,一类是不同作动器之间产生相互干扰动作的隐式冲突.现有的控制冲突检测技术对于显式冲突检测的研究较为成熟,而在隐式冲突检测方面性能相对较弱,其原因可归结为自动化程度低与漏判率高两大缺点.本文提出了一种基于知识图谱语义分析的作动器隐式冲突检测方法,可以充分整合并有效挖掘各类作动器功能描述的常识性知识,进而实现对作动器隐式冲突的自动化检测.该方法有两个主要环节,分别是作动器设备注册环节与规则制定环节.我们在作动器设备注册环节提取知识图谱中的常识性知识,对作动器功能之间的效果冲突进行识别判断,并以隐式冲突矩阵的形式将判断结果在边缘设备上进行存储,实现存在于不同类型作动器之间的干扰检测;在规则制定环节,借助隐式冲突矩阵的冲突信息进行字典式查询与匹配,以判断规则之间的隐式冲突.此外,基于知识图谱中设备功能短语自身特点,设计了基于语义贡献度的权重分配策略,完成词向量到短语向量的转化.为解决聚类后相同簇中近反义功能短语混合杂糅的问题,本文提出了相对极性指标和近反义关系一步扩展方法,并借由图模型染色算法将反义关系的短语拆分到不同子类,优化了聚类效果.通过利用IFTTT数据集对10个典型户型的测试,我们的方法对隐式冲突的查全率达到0.8301,查准率达到0.9681,F-score值为0.8938.实验结果表明,我们的方法相比于当前检测技术,查全率至少高出61.93%,F-score值至少高出54.56%.并且与已有的方法相比,我们的方法不需要人工标注,可以自动化地进行隐式冲突检测,显著提高了检测效率,同时极大降低了冲突的漏判率.

关键词：智能家居场景联动控制冲突隐式冲突知识图谱权重分配极性分析智能家居

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基于知识图谱的智能家居设备控制冲突检测技术研究

基于知识图谱的智能家居设备控制冲突检测技术研究

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作者：李秀浙江大学

学位级别：硕士

随着物联网技术的快速发展,智能家居逐渐地得到了普通家庭的认可,成为了物联网的重要领域之一。在智能家居中,作动器设备多种多样,出自不同厂商,而Trigger-Action编程形式的控制规则可以屏蔽底层硬件细节,从而有助于实现异构设备的有效... 详细信息

随着物联网技术的快速发展,智能家居逐渐地得到了普通家庭的认可,成为了物联网的重要领域之一。在智能家居中,作动器设备多种多样,出自不同厂商,而Trigger-Action编程形式的控制规则可以屏蔽底层硬件细节,从而有助于实现异构设备的有效集成与智能化管理。设备的多样性和规则的个性化,导致规则之间的关系非常复杂,容易产生各式各样的设备控制冲突。这些冲突可能会对人身财产安全造成危害,所以,有必要对设备控制冲突进行检测。在智能家居领域内,当前的控制冲突检测技术都是针对同类型的作动器且有明显状态切换的操作进行显式冲突检测,如同时开灯和关灯、在指定亮灯的时间段内关灯等。但这些冲突检测技术无法检测出不同设备之间具有隐含性常识的控制冲突,如同时开窗和开空调将导致室内外温度趋于一致,从而影响空调的运行效果。本文通过引入表达常识性知识的知识图谱,对智能家居领域内作动器功能进行自动分类与作用效果极性判断,以期实现存在于不同类型作动器之间的隐式冲突的检测。本文的研究工作如下:1)研究了现有的智能家居领域内的设备控制冲突的检测方法,发现了这些检测方法大多局限于检测同类作动器之间的具有明显状态切换的显式冲突,针对此问题研究了不限类型的隐式冲突的检测技术;2)研究了常见的知识图谱和词向量技术,针对设备功能知识的特点,设计了相应的语法分析方法并提出了基于含义贡献度的权重分配策略,通过对功能列表进行聚类和更新,得到作动器的功能列表;3)针对自然语言文本中词语分布特点导致的语义相关性问题,引入相对极性概念并提出了相对极性分析策略,将子类划分问题转化为图模型染色问题,识别相关性冲突中的真冲突和相同效果功能,有效降低了误判率;4)分析IFTTT规则集,设计相关实验和规则生效模拟系统,对上述研究进行了系统评测,验证了本文工作的有效性。

关键词：智能家居隐式冲突相关功能知识图谱权重分配极性分析

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