基于云端和CPS技術(shù)的電梯聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

任詩波++丁樹慶++王會方

摘 要電梯云聯(lián)網(wǎng)主要研究“云+端”的電梯聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，融合傳感、通訊、視頻傳輸、語音通訊、GIS等技術(shù)，服務(wù)電梯安全運行應(yīng)急處置和動態(tài)監(jiān)管。實現(xiàn)電梯、政府、維保單位、使用單位四位一體的電梯監(jiān)控、應(yīng)急處置和故障預(yù)警。通過建立全市統(tǒng)一的應(yīng)急處置呼叫中心實現(xiàn)困人報警和語音安撫，調(diào)動全市三級應(yīng)急救援體系快速實施救援；通過決策分析系統(tǒng)，建立完善的故障預(yù)警系統(tǒng)，對海量的數(shù)據(jù)進行分析，為電梯安全提供決策依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】云端 電梯監(jiān)控 應(yīng)急處置 電梯云聯(lián)網(wǎng) CPS

隨著城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴大，電梯數(shù)量日益增多，電梯困人事件時有發(fā)生，城市道路交通壓力、30分鐘救人的時間要求給電梯救援帶來的了前所未有的壓力。解決電梯救援問題需要整合全社會專業(yè)救援資源，建立三級應(yīng)急救援體系，綜合利用各維保單位救援力量建立第二級應(yīng)急救援網(wǎng)絡(luò)，組建專業(yè)應(yīng)急救援隊伍作為第三級，實行救援資源統(tǒng)一調(diào)配，優(yōu)先發(fā)揮第一級救援力量，可以大大提高電梯救援速度，減少電梯困人時間。

1 電梯云聯(lián)網(wǎng)概念

圍繞電梯救援和電梯故障預(yù)防，亟待建立以電梯為節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)——電梯云聯(lián)網(wǎng)。電梯云聯(lián)網(wǎng)是指在電梯上裝載傳感裝置，感知電梯運行信號，識別電梯故障，實現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)平臺上對所有電梯的屬性及靜、動態(tài)信息進行整合提取和有效利用，為電梯應(yīng)急救援及故障排除提供有效服務(wù)，實現(xiàn)數(shù)字化、智能化的管理和應(yīng)用。

目前，電梯云聯(lián)網(wǎng)尚處于起步階段，還沒有形成完整的體系框架。本文針對城市大規(guī)模電梯管理提出基于“云+端”，即“云計算中心+ CPS（傳感、計算終端、通訊）”模式構(gòu)建電梯云聯(lián)網(wǎng)體系。該電梯聯(lián)網(wǎng)體系將以構(gòu)建電梯云中心，利用GIS電子地圖服務(wù)，構(gòu)建電梯救援網(wǎng)絡(luò)。通過云端傳感裝置對電梯運行狀態(tài)信息進行實時采集，通過云端內(nèi)嵌的專家系統(tǒng)對電梯運行狀態(tài)信息進行診斷，及時對故障信息進行分析。如果電梯發(fā)生困人等故障，云端將電梯困人信息、電梯故障連同電梯運行狀態(tài)信息發(fā)送至電梯云計算中心，云計算中心及時通知電梯救援人員實施救援。利用電梯云聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不僅能夠提高電梯應(yīng)急救援的效率，眾多基于電梯云聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用和衍生服務(wù)應(yīng)運而生，對電梯行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響。

2 電梯聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)

作為物聯(lián)網(wǎng)在電梯領(lǐng)域中的全新應(yīng)用，本文結(jié)合政府服務(wù)社會安全的需求，針對城市規(guī)模電梯的應(yīng)用對象，結(jié)合電梯應(yīng)急處置需求，建立“‘云+端電梯聯(lián)網(wǎng)”系統(tǒng)，將“電梯聯(lián)網(wǎng)”和“電梯三級應(yīng)急救援”有機結(jié)合， 提出一種適用于電梯安全運行應(yīng)急處置的云聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。

2.1 電梯聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)類型

從網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的角度來看， 電梯云聯(lián)網(wǎng)應(yīng)該能夠提供的服務(wù)如表1 所示。服務(wù)類型是設(shè)計電梯云聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的主要依據(jù)。

2.2 電梯聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)結(jié)構(gòu)

電梯安全運行應(yīng)急處置云計算平臺以傳感技術(shù)、音視頻技術(shù)作為數(shù)據(jù)采集手段，以互聯(lián)網(wǎng)CPS節(jié)點，采用有線或無線網(wǎng)絡(luò)為數(shù)據(jù)傳輸通道，服務(wù)于電梯實時監(jiān)控、應(yīng)急處置、救援調(diào)度、呼叫中心、視頻監(jiān)控和決策分析等功能。平臺基于三層/多層方式分布式應(yīng)用開發(fā)，采用瀏覽器/中間件業(yè)務(wù)邏輯/數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三層體系結(jié)構(gòu)（應(yīng)用服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)）。如圖1所示。

感知層：感知電梯運行狀態(tài)，在感知層采用紅外傳感器、視頻識別或差動變壓器識別轎廂乘客，感知困人；采用光電感應(yīng)傳感器、光電傳感器、GNSS傳感器采集電梯運行狀態(tài)，采用音頻傳感器采集語音信號，采用RFID標簽標識電梯；

傳輸層：采用基于TCP/IP協(xié)議的有線網(wǎng)絡(luò)或通過2G、3G、LTE等移動通訊網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)“云”和“端”之間的數(shù)據(jù)通訊；

服務(wù)層：通過信息融合、網(wǎng)絡(luò)管理、WEB服務(wù)等技術(shù)，向應(yīng)用層提供服務(wù)，包括組織身份服務(wù)、單點登錄服務(wù)、訪問控制服務(wù)、電子表單服務(wù)、業(yè)務(wù)流程服務(wù)、統(tǒng)一消息服務(wù)、GIS引擎服務(wù)、數(shù)據(jù)分析服務(wù)等；

應(yīng)用層：電梯安全運行應(yīng)急處置云計算平臺，劃分為兩個子層，下子層是應(yīng)用程序?qū)樱饕沁M行數(shù)據(jù)處理，電梯聯(lián)網(wǎng)的各種應(yīng)急處置服務(wù)；上子層是人機交互界面，定義與各類用戶交互的方式和內(nèi)容，通過身份認證管理登錄訪問。

3 電梯互聯(lián)網(wǎng)CPS結(jié)點設(shè)計

CPS，利用計算技術(shù)監(jiān)測和控制物理設(shè)備行為的嵌入式系統(tǒng)稱為網(wǎng)絡(luò)化物理系統(tǒng)（cyber-physical systems， CPS），簡單的說，就是開放的嵌入式系統(tǒng)加上網(wǎng)絡(luò)和控制功能。物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)所擅長的是基于連接的感知，CPS能夠?qū)崿F(xiàn)感控，不僅僅實現(xiàn)感知，還可以實現(xiàn)控制，其計算能力遠遠超越物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)。

電梯是一個復(fù)雜的機電系統(tǒng)工程，使用場所是固定的，其設(shè)計必須符合GB7588-2003，結(jié)合安全和應(yīng)急救援的要求，需要感知電梯的運行狀態(tài)、乘客狀態(tài)、視頻、音頻等數(shù)據(jù)，具體感知數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)表2所示。

結(jié)合電梯的實際情況，由于城市中電梯分布的不確定性和數(shù)據(jù)遠距離傳輸?shù)奶攸c，電梯CPS結(jié)點設(shè)計必須具備聯(lián)網(wǎng)能力。由于電梯云聯(lián)網(wǎng)采用了“云+端”技術(shù)，“端”必須具有感知能力，處理數(shù)據(jù)采集；具備計算能力，在CPS內(nèi)部建立故障專家系統(tǒng)，診斷電梯故障，在需要時（如電梯發(fā)生困人故障，或云計算中心喚醒時）與“電梯云計算中心”保持鏈接傳輸數(shù)據(jù)，減少大規(guī)模電梯聯(lián)網(wǎng)在線產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)傳輸，節(jié)約有限的網(wǎng)絡(luò)資源，減少網(wǎng)絡(luò)負擔(dān)。此外，CPS必須具有后備電源，確保電梯在斷電情況下，CPS依然能夠聯(lián)網(wǎng)正常工作；為實現(xiàn)電梯故障的查閱和狀態(tài)復(fù)現(xiàn)，CPS需具有數(shù)據(jù)存儲能力。

綜上所述，電梯云聯(lián)網(wǎng)結(jié)點應(yīng)采用互聯(lián)網(wǎng)CPS結(jié)點設(shè)計，作為電梯聯(lián)網(wǎng)的主要設(shè)備，結(jié)點設(shè)計如圖2所示。

4 電梯云聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

電梯云聯(lián)網(wǎng)主要基于云計算服務(wù)、傳感網(wǎng)、GIS系統(tǒng)、音視頻系統(tǒng)、呼叫中心等技術(shù)，創(chuàng)新智能化動態(tài)監(jiān)管。根據(jù)電梯應(yīng)急處置業(yè)務(wù)流程要求，圖3所示，電梯云平臺由實時監(jiān)控、應(yīng)急處置、呼叫中心、視頻監(jiān)控和決策分析等子系統(tǒng)組成，融合電梯應(yīng)急處置和動態(tài)監(jiān)管等各環(huán)節(jié)，存儲電梯故障案例信息，將應(yīng)急救援與決策分析融入應(yīng)用。實現(xiàn)電梯、政府、維保單位、使用單位四位一體的重點監(jiān)控、應(yīng)急處置和故障預(yù)警等。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)需求，通過呼叫中心實現(xiàn)電梯電話統(tǒng)一接警和科學(xué)調(diào)度，調(diào)動三級救援體系，及時處理電梯困人事故。

5 結(jié)束語

電梯云聯(lián)網(wǎng)是一種全新的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，是云計算、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在公共安全領(lǐng)域中的具體應(yīng)用，是全新的電梯應(yīng)急處置模型。本文研究了電梯云聯(lián)網(wǎng)的概念、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、電梯互聯(lián)網(wǎng)CPS以及電梯云聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等方面的內(nèi)容。文章所述體系架構(gòu)在“南京市電梯安全運行應(yīng)急處置中心”得到了良好的應(yīng)用，結(jié)合南京市“96333”電梯呼叫中心、電梯三級應(yīng)急救援體系建設(shè)，電梯“云+端”技術(shù)得到了有效的實證。系統(tǒng)投入使用一年多來，實現(xiàn)了南京市主城區(qū)電梯的有效應(yīng)急處置，將電梯困人救援時間由法律要求的30分鐘，控制到了20分鐘以內(nèi)，有效的提升了電梯應(yīng)急救援效率，縮短了應(yīng)急救援時間。此外，通過電梯云聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可有效監(jiān)控全市電梯的故障情況，為電梯故障決策分析和故障預(yù)警積累了豐富的數(shù)據(jù)。

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作者簡介

任詩波（1981-），男，安徽省肥東縣人，高級工程師。碩士研究生。主要研究方向為電梯檢驗技術(shù)。

作者單位

南京市特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院 江蘇省南京市 210019