随着智能家居技术的不断发展,诸如智能恒温器和智能车库门等设备已被广泛应用,表面上为人们的生活带来极大的便利 —— 智能家居似乎是一个现代奇迹。但是,这些高科技产品是否真的像其声称的那样“智能”呢?还是其实很多设备仍然只是起到了遥控器的作用呢?

智能家居包含多种传感器和设备,可以通过多种方式实现自动化。智能手机应用程序可以控制电器、车库门和音响系统。灯光可以通过语音命令进行控制。恒温器可以使用人工智能来确定能量使用和舒适度的组合。

然而,能够监测房屋健康状况的传感器往往被忽视。

结构健康监测(SHM,Structural health monitoring )传感器更进一步,将智能家居转变为更智能的家居。这一系统通过结合人工智能来实时监测房屋的结构安全,从而预防地基问题、墙体和屋顶损害及水损害等潜在问题,实现预防性维护和提高居住安全性。

SHM系统已经用于保护桥梁、大坝和管道等基础设施,是旨在实时监测和评估结构健康状况的先进技术。这些系统包括一系列传感器、仪器设备和自动数据采集系统。他们使用压电、加速度计、超声波、应变仪和光纤连续监测载荷、振动、位移、应变、湿度和其他因素。这些实时数据为结构完整性提供了宝贵的见解,以在潜在问题升级之前识别和解决这些问题。

传感器如何使家庭智能化

SHM系统与人工智能相结合,可以在“智能家居”中的潜在问题升级为重大问题之前进行识别,包括了:

地基问题:SHM系统可以监测地基的稳定性,并识别任何可能出现的裂缝,从而在结构完整性受损之前进行快速修复。

墙壁和天花板问题:这些系统可以检测墙壁和天花板的裂缝,可能表明基础问题、沉降或收缩。早期干预可以防止它们生长并损害结构的完整性。

屋顶问题:SHM传感器可以监测振动和位移,在问题升级并导致坍塌之前,可能会发现下垂或松动的屋顶瓷砖等问题。

水损害问题:水分传感器可以检测隐藏的泄漏或过度的水分积聚,防止水损害和潜在的霉菌生长,这可能会损害结构的完整性并造成健康风险。

“智能家居”的发展方向

SHM系统可以及早发现问题,从而实现:

主动维护:从长远来看,在小问题变成大修之前解决这些问题可以节省房主的钱。

增强安全性:及早发现潜在的结构故障,确保房主及其家人的生活环境更加安全。

财务问题:持续监控有助于降低保险成本,保持较低的维护成本,并在系统崩溃前安排维修时间。

考虑到SHM系统与智能家居网络的集成、无线连接、简化的安装、用户友好的界面、可定制的监测参数、安全和隐私措施的成本效益和可扩展性,SHM系统可以进行定制,以进入智能家居。

优化智能家居中的SHM系统可以通过防止昂贵的维修来积极确保结构的安全性和寿命。SHM系统可以作为智能家居健康的守护者。(作者: IEEE高级会员Nikhil Gupta)

Nikhil Gupta是IEEE高级会员,其研究重点是制造业、增材制造和结构健康监测中的网络安全。Priyanka Nama是IEEE会员,研究重点是传感器和物联网中的网络安全。