通過非接觸式傳感器搜集環(huán)境數(shù)據(jù)，結合人工智能判斷個人行為，環(huán)境智能可應用于老人護理、重癥監(jiān)測、無人販售等多個場景……
利用攝像頭對手術過程進行高清視頻采集、對獨居老人日常生活行為進行監(jiān)測、為心理疾病提供連續(xù)且經(jīng)濟的癥狀篩查方法……人工智能正在以另一種全新的方式深入我們的生活，不是人們熟悉的機器人，而是與我們身邊的整體空間、設備融合建立的環(huán)境智能。
美國斯坦福大學計算機系教授李飛飛聯(lián)合斯坦福醫(yī)學院教授阿諾·米爾斯坦等科研人員，在國際頂尖學術期刊《自然》上發(fā)表的題為《利用環(huán)境智能照亮醫(yī)療的黑暗空間》的論文顯示，通過人工智能與非接觸式傳感器結合來實現(xiàn)環(huán)境智能，可以潛在地改善醫(yī)療保健服務情況。
“環(huán)境智能的市場化應用前景十分廣闊，它對于醫(yī)院和日常的生活空間都有著極大的應用價值。凡是需要長時間耗費大量人力的重復性監(jiān)控場景，都可能利用環(huán)境智能技術，替代其中的大量人力。”華東師范大學、上海市多維度信息處理重點實驗室孫力副教授9月27日在接受科技日報記者采訪時如是說。
環(huán)境智能不是一項獨立的技術
什么是環(huán)境智能?涉及哪些人工智能技術?其實環(huán)境智能最早是在1999年由歐洲的一個信息社會技術研究團隊提出的，其主要強調計算資源應普遍存在于環(huán)境中，人們可以隨時隨地獲得需要的信息和服務。
不過，隨著傳感器、通信、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、機器學習及人工智能等技術的迅速發(fā)展，環(huán)境智能的含義也產(chǎn)生了一些演化，當時的環(huán)境智能技術以普適計算為主，發(fā)展到今天，環(huán)境智能已經(jīng)發(fā)展成通過嵌入到環(huán)境中各類非接觸傳感器，并結合人工智能技術去高精度感知人類活動，從而將獲得的人類活動信息反饋到信息空間的一種技術。
孫力解釋說，環(huán)境智能就是通過在環(huán)境中放置大量被動的、無接觸式傳感器，采集人在某一特定場景下，如聲音、普通圖像、紅外圖像、運動等數(shù)據(jù)，并利用機器學習算法對數(shù)據(jù)進行融合挖掘，自動識別這一場景下人的行為。
“環(huán)境智能不是一項獨立的技術。”復旦大學大數(shù)據(jù)學院副院長、計算機科學技術學院薛向陽教授指出，目前，在環(huán)境智能中廣泛使用的非接觸式傳感器有深度相機、紅外相機(測量物體表面溫度)、激光雷達(距離測量)、微波雷達、麥克風等。涉及的人工智能技術包括各類傳感器信號的智能檢測、處理、識別和融合等，機器學習特別是深度學習等人工智能技術，將在環(huán)境智能中發(fā)揮巨大作用。
“實現(xiàn)環(huán)境智能的技術手段有很多，主要是通過硬件模塊+AI算法來實現(xiàn)。”深圳德諾邁斯集團運營中心總監(jiān)、漳州高新區(qū)物聯(lián)網(wǎng)示范園運營負責人呂明軒舉例說，如布置AI攝像頭，該攝像頭基于常規(guī)的圖像傳輸功能，可集成紅外光學模塊傳感器提供夜視與溫度檢測功能;集成運動檢測傳感器提供物體動態(tài)追蹤、行為判斷等功能;集成人臉識別模塊提供身份識別功能等。
此外，還可以通過在智能穿戴設備中集成心率傳感器、血氧傳感器、重力加速度儀、陀螺儀、溫度監(jiān)測計、5G通訊模塊等傳感設備，并結合實際用途開發(fā)算法，這種環(huán)境智能可實現(xiàn)對獨居老人或對病人健康狀態(tài)與行動軌跡數(shù)據(jù)的實施傳輸，以便看護者或兒女了解老人、病人的情況。
滲透醫(yī)療空間中將救人于“無形”
本次李飛飛團隊發(fā)布的論文，描述了醫(yī)院和日常生活兩大環(huán)境智能的應用場景，論文指出，環(huán)境智能可以在緩解臨床服務壓力，提高醫(yī)療服務質量和效果方面發(fā)揮重要作用，可應用于多個醫(yī)療空間中，實現(xiàn)救人于“無形”。
從論文中給出的數(shù)據(jù)可以看到，2018年約有7.4%的美國人需要醫(yī)護人員過夜陪護。同年，英國國家衛(wèi)生服務局報告了1700萬入院病例，報告顯示醫(yī)護人員超負荷工作，人手不足，資源有限的問題已經(jīng)相當嚴峻。在醫(yī)院重癥監(jiān)護室場景中引入深度傳感器，可以辨識病人身體的移動性等情況，減少因醫(yī)護人員因工作低效、成本高、人手不足等原因而帶給病人的安全威脅。
“在手術室，利用環(huán)境攝像機及內窺鏡影像等，可有效降低醫(yī)生的手術事故，還可以對手術器械進行自動計數(shù)，以避免留在病人身體中。”薛向陽說。如論文中舉出的案例，在一項前列腺切除術中，研究人員通過視頻數(shù)據(jù)訓練卷積神經(jīng)網(wǎng)絡來跟蹤手術中的針頭驅動器，結果與12位外科醫(yī)生的手術相比，其準確度達到了92%。
門診患者數(shù)量多，病歷錄入占用醫(yī)生大量時間，且效率低易出錯;病歷質控工作量大、專業(yè)性強，醫(yī)院人員配置不足效率低……這些問題在傳統(tǒng)醫(yī)院中普遍存在。據(jù)美國醫(yī)學會的統(tǒng)計，醫(yī)生職業(yè)生涯中大約35%—40%的時間用在病歷書寫及相關文案工作上。
“應對這一問題，環(huán)境麥克風是一種有效的解決方案。”呂明軒說，2018年美國醫(yī)療信息與管理系統(tǒng)學會《醫(yī)療行業(yè)的發(fā)展新趨勢》報告指出，語音識別應用可以提高醫(yī)生錄入工作20%—40%的效率，尤其在工作量大、時間壓力大的科室，越復雜的報告，就越能體現(xiàn)語音錄入的價值。
“環(huán)境智能是一個大的概念，它的應用不單局限于醫(yī)療，在日常生活中也有廣泛應用。”薛向陽舉例說，可通過監(jiān)測日常行為改善慢性病患者管理，協(xié)助老年人提高日常生活自理能力，還可能對老人摔倒這一特殊事件監(jiān)控;在機場或高鐵站用上人臉識別系統(tǒng);在無人零食商店，利用攝像頭、電子標簽等，可以實現(xiàn)無人全自動銷售。
隱私保護問題是應用普及的“絆腳石”
智慧養(yǎng)老與智慧醫(yī)療領域已逐步對環(huán)境智能開放市場，部分產(chǎn)品已開始投入使用，但大多數(shù)潛在應用場景還受限于技術、成本與市場認知等因素，目前還沒有看到可大規(guī)模商業(yè)推廣的解決方案和應用案例。其中一個原因，便是環(huán)境智能帶來的數(shù)據(jù)隱私問題。用隱私去交換某些便利，人們顯然是不愿意的。
在許多環(huán)境智能應用中，例如獨居老人居家看護等應用，個人信息隱私保護是這類應用推廣的關鍵門檻，此時必須保證環(huán)境傳感器獲取的各類數(shù)據(jù)的安全，不能泄露用戶任何隱私信息。“如在衛(wèi)生間或者浴室安裝智能傳感器時，應該考慮這個場景并不適合安裝普通攝像頭，所以可以考慮能否用聲音采集設備完成任務，或用深度攝像機完成任務。”孫力說。
總之，數(shù)據(jù)的隱私問題，不僅僅可以從技術角度解決，更可以從應用場景對數(shù)據(jù)的需求本身解決。
“目前，既能在一定程度上保護用戶隱私又能實現(xiàn)環(huán)境智能的技術是聯(lián)邦學習，利用聯(lián)邦學習實現(xiàn)隱私保護下的環(huán)境智能應用是值得深入研究的。”薛向陽指出，其他保護隱私的相關技術，還有降低圖像中人的分辨率，或對圖像中出現(xiàn)人的區(qū)域進行替換等，使其不能被他人辨認出身份等。
薛向陽表示，在復雜開放場景下，基于多種環(huán)境傳感器的環(huán)境智能應用尚處于起步階段，除了數(shù)據(jù)隱私外，環(huán)境智能技術還面臨不少挑戰(zhàn)，人工智能研究中面臨的各種挑戰(zhàn)和問題，在環(huán)境智能中都是存在的。這類應用涉及傳感器技術、網(wǎng)絡通信技術、云邊端協(xié)同計算技術、隱私保護技術、網(wǎng)絡信息安全技術以及人工智能算法等，都需要開展廣泛深入研究，并且應構建完整的技術體系及標準。
孫力認為，技術上值得完善的地方有多模態(tài)數(shù)據(jù)的融合，這方面學術界后續(xù)或許會有所貢獻。另外，目前大量數(shù)據(jù)都需要標注，數(shù)據(jù)獲取的成本過高，因此學術界也一直在關注自監(jiān)督、弱監(jiān)督、半監(jiān)督甚至無監(jiān)督方面研究，這些研究可以大大降低標注數(shù)據(jù)的成本，降低環(huán)境智能對高質量標注數(shù)據(jù)的依賴。
