基于电梯智能梯控系统的研究

基于电梯智能梯控系统的研究

秦性臻

杭州优迈科技有限公司

摘要：当前，电梯制造的难度系数较高，为提高电梯制造的整体水平，需强化电梯制造中的技术创新。本文主要对电梯智能梯控系统进行研究。

关键词：电梯智能梯控；应用

引言

电梯作为数量比例最高和使用人群密集的特种设备，其安全性直接关系到民生福祉和社会安全问题。随着经济发展和城市规模的不断扩大，高层住宅不断增加，电梯的使用日益广泛。

1智慧电梯系统的组成

智慧电梯系统一般包含硬件和软件两部分。硬件指监测终端，以及构建智慧电梯系统的硬件设施。监测终端一般包含协议转换装置、外加的传感器、采集传输装置。软件指服务于智慧电梯系统的应用程序，一般包括企业应用软件、设备运行安全监管系统、“96333”电梯应急处置系统，相关应用程序(APP)等。智慧电梯系统可分为3层：传感器数据采集层、网络传输层和应用层。(1)传感器数据采集层通过现场的控制器快速采集速度、负载、层数、门状态、冲顶故障、蹾底故障等设备的实时数据。(2)网络传输层由各种网络，包括互联网、广电网、网络管理系统和云计算平台等组成，负责传递和处理感知层获取的信息。数据加密后远传到云端数据服务器中，具有断点续传的特点，确保系统的数据完整性。(3)应用层是物联网和用户的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。实时数据动态显示，异常状态自动报警，并将报警信息推送到手机短信或者手机APP。

2基于电梯智能梯控系统的研究

2.1无接触智能呼梯系统的设计

非接触式IC卡又称射频卡，成功地解决了无源（卡中无电源）和免接触这一难题，基本原理是：射频读写器向IC卡发一组固定频率的电磁波，卡片内有一个IC串联协振电路，其频率与读写器发射的频率相同，这样在电磁波激励下，LC谐振电路产生共振，从而使电容内有了电荷；在这个电荷的另一端，接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内存储，当所积累的电荷达到2V时，此电容可作为电源为其他电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接受读写器的数据。人脸识别技术是基于人的脸部特征，对输入的人脸图像或者视频流,首先判断其是否存在人脸.果存在人脸，则进一步的给出每个脸的位置、大小和各个主要面部器官的位置信息。并依据这些信息，进一步提取每个人脸中所蕴涵的身份特征，并将其与已知的人脸进行对比，从而识别每个人脸的身份。（1）目的层无感通行，体现私密关注。电梯无感通行方案通过人脸识别、手机蓝牙、微信扫码、二维码等识别技术，快速识别用户身份并调度就近电梯前往用户所在楼层，通过物联网平台将门禁、通道闸、访客机等设备统一接入管理，并实现多个系统与电梯系统的联动融合。当用户乘坐的电梯到位，电梯自动点亮并将用户送达目的楼层，用户全程无需手动操作，从而实现无感通行。（2）零接触呼梯，保障安全。用户可通过手机App或者微信小程序，实现室内可视化预约呼梯，还可以通过手机蓝牙方式呼梯，将电梯呼到用户所在楼层，用户进入电梯后，自动点亮目的楼层，响应目的层信号，完成乘客要求。（3）授权使用，实现远程控制。实时监测电梯状态，基于云端进行电梯管控，避免非授权使用或进入非授权楼层。

2.2智慧电梯应用

智慧电梯的研发与应用是通过集成系统、传感器装置等，针对电梯内部环境进行数据采集，分析出不同运行模式下空间环境所产生的各类数据信息，以满足实际乘坐诉求。从实际运行模式来讲，电梯智能化的实现更多的是以数字化服务为主，以技术为驱动，逐步取代相对应的人工操作，以提高电梯装置运行的可靠性。智慧电梯监测的核心环节主要有以下几个方面。(1)数据采集。通过传感器、摄像头采集3类数据：①电梯数据，如运行速度、门开关、振动等；②使用数据，即乘客的行为；③环境数据，如外界天气、交通等。(2)数据处理。主要是指数据的接入、清洗、存储、检索及建模。融合门状态、轿内人数、电梯运动状态等传感信息，通过深度神经网络，构建精准困人检测算法模型。(3)数据应用。基于预警模型，对可能发生的故障进行预判，排除安全隐患。①困人救援，基于困人模型，实时发现困人事故，并自动安抚、告警，提高救援效率，实现从被动接警到主动救援的转变；②识别不安全、不文明乘梯行为，如跑跳、抽烟、遮挡门等，协助物业监督管理；③为物业公司提供第三方的电梯状态监测服务，帮助其评估维保公司的维保质量。虽然外观上智慧电梯与普通的电梯没什么不同，但是搭载了物联网的智慧电梯摆脱了时间、空间的束缚，实现了用“技防”“物防”代替传统“人防”，具有以下许多功能。(1)实时监测。通过采集电梯运行状态、运行方向、运行时间、开关门次数等信息，为判断电梯运行状态、发现故障苗头和排查隐患提供帮助，为保障电梯安全运行提供技术和数据支撑，大大降低电梯相关事故的发生几率。(2)自动报警。一旦发生电梯故障将自动报警，并实时上传到电梯应急处置平台。当发生困人时，还可与轿厢被困人员进行音视频对讲，确认实际情况，安抚被困人员。(3)实时自动识别、记录不文明乘梯行为。例如电动自行车进入电梯后，系统会发出声光报警，播放禁止电动自行车进入的语音提示，并控制电梯门保持常开，阻止电梯运行。

2.3电梯AI技术应用

以云、边、端协调的技术架构搭建系统平台。数据中台在云端的数据中心，以容器、虚拟机等云原生技术实现，边缘设备在电梯轿厢进行实时视频AI推理分析和传感器数据获取；以5G移动互联网技术联系不同节点的数据汇聚到数据平台和发送告警图文到使用者的5G移动设备。以社会生活密切相关的电梯运行安全场景、综合验证AI人工智能技术在国产边缘设备实现电梯视频数据采集、AI模型快速开发、AI系统能力中台技术。项目主要内容有４个方面。（1）5G技术下的电梯运行数据（传感器和视频）传输的经济效益和用户体验。据预测5G时代约８５％的业务流量将发生在室内场景，室内覆盖的好坏直接关系到5G室内应用的体验。电梯广泛地安装在商业楼宇、居民楼宇。以电梯运行数据传输效率和用户体验作为评估对象，能够验证5G技术在楼宇公共空间的覆盖效能；以及承载AI智能应用、连接边缘计算设备的效果。（2）电梯安全AI模型开发（火焰、烟雾、电动车检测）。面向特定场景的AI模型开发具有更高的准确性、也能实现更好的社会和经济价值。电梯的背景环境相对单一，因此开发出的AI检测模型所需的训练素材较少、训练的模型具有较好的广泛部署能力。（3）基于国产芯片的边缘处理设备。当前半导体全球缺芯的背景下，使用国产瑞芯ｒｋ3399系列高性能arm芯片进行电梯运行数据、AI模型推理的即时结果输出。（4）面向多类型用户的电梯运行数据中台。面向不同用户（政府监管、物业维保、住户业主）提供电梯安全运行数据的中台能力是云计算技术、AI技术实现社会价值、规模经营和经济效益的可持续发展之路。通过数据中台，在确保数据安全、尊重个人隐私的同时，不同类型的用户能够有效地使用电梯运行数据进行相应的工作、业务开展。比如，电梯维保公司获得电梯每天搭载人数信息，以评估电梯元件寿命；物业、消防部门及时处置消防事故。基于电梯设备的广泛安装产生的巨量维保需求，从开始的电梯合理维保、电梯故障告警以致电动车进梯告警。以当前国内可用的领先技术元素：5G无线传输、瑞芯rk3399系列国产高性能芯片、百度飞浆深度学习平台并融合多个技术领域最新科研成果解决现实广泛存在的电梯安全监管需求。以5G高速无线互联网和边缘大数据处理能力为底座，打造针对特定场景的、开放式行业应用平台。此方向良好地契合5G技术部署稳步推进、国产芯片以及人工智能研发能力面向生活场景落地、产生社会价值和经济效益的大趋势。可预见，一个国产自主、技术创新为基础的电梯智慧运营系统将有广阔的市场机遇。

2.4基于蓝牙技术的自动导引车与电梯交互系统的应用

蓝牙(Bluetooth)技术是一种短距离无线电通信技术。对于近距离的无线通信，由于蓝牙技术采用分散式网络结构以及快速跳频和短包技术，确保了通信链路的稳定，大大增强了通信过程的抗干扰度，适用于现场工况复杂多变的电梯工作环境中。AGV与电梯交互系统首先需要建立的是AGV与电梯之间的数据通信链路。由于AGV在工作模式下处于移动状态，所以有线通信方式不适合该系统的应用场景。AGV与电梯之间的无线通信可采用局域网无线通信，也可采用广域网无线通信。而广域网无线通信的前提条件是移动运营商无线网络覆盖较完整且信号比较强，因此局限性较大。考虑到实际应用工况，AGV与电梯之间的通信距离较短，特别是与载货电梯之间往往通信距离不超过30m，因此蓝牙技术能够满足AGV与电梯之间的数据传输需求。蓝牙技术遵循基本速率和增强速率(BR/EDR)经典蓝牙标准和低能耗(LE)标准。BR/EDR用于建立相对短距离的连续的连接，适合连接音视频设备等使用场景；LE提供的是长距离的瞬间的数据传输，不建立长连接，功耗低，适合对连续性没有要求且有低功耗需求的情景，如电梯物联网。AGV与电梯的交互系统采用基于LE标准的蓝牙技术。蓝牙在基本速率(BR)模式下(DHx数据包类型)最大数据传输速率为723.2kb/s，由于AGV与电梯之间的交互数据量不到50b/s，因此蓝牙技术数据传输速率能满足不同工况下AGV与电梯之间数据交互的需求。

2.5基于嵌入式操作系统人脸识别电梯控制

人脸识别系统早在20世纪60年代已经有人开始研究，发展到今天技术水平以及行业已经相对成熟。就电梯梯控系统来说，人脸识别电梯控制系统显得更加智能，只要能站在电梯里，就能通过相机采集到的视频信息分析出人脸大小、面部特征的位置和形状与存储信息库中的人脸进行对比，以此检验来人的身份，并判断出其人有没有使用电梯的权限，将陌生人挡在门外面。并且比起虹膜识别系统，人脸识别系统的识别效率更高更快，只要通过摄像头快速采集成像就可以，不用像虹膜识别系统那样刻意的进行比对，电梯控制系统不仅能够联网进行实时监控，还能够独立运行，通过电梯专用数据采集器，能够实现电梯主控板位于电脑的通讯。以嵌入式操作系统，linux开源系统为主要的研究框架，使用的是亿智的核心板以及人脸识别算法实现。实现了通过人脸机来直接控制电梯的功能，突破了传统意义上的电梯系统，打破了对人脸机传统的认识，是一种技术上以及观念上的突破。

2.6二维码/卡片应用流程

首先是业主应用流程。（1）用户刷卡/扫码后，MCU通过RS485直接传卡号给电梯控制器，电梯控制器返回结果；（2）MCU将电梯控制器返回结果，传给人脸模组，人脸模组显示反馈结果。其次是访客应用流程。（1）访客刷卡/扫码后，MCU解析二维码内容或卡片扇区，通过RS485直接传卡号+楼层号给电梯控制器，电梯控制器返回结果；（2）MCU将电梯控制器返回结果，传给人脸模组，人脸模组显示反馈结果。

结语

从人工智能角度出发，提出电梯智慧系统设计的改进方案，实现对电梯运行环境智能监测、对电梯轿厢里异常行为在线分析，进行故障预警或事故报警，对维保人员进行优化调度和救援路径规划，能够有效保障电梯使用的安全性和故障的快速救援，具有一定的实际工程应用价值。

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