高校電梯安全管理信息技術(shù)研究
——以西安理工大學為例

常 姍,李文峰,白 慧

(1.西安理工大學后勤處校園管理科，陜西 西安 710048； 2.西安科技大學通信與信息工程學院，陜西 西安 710054)

電梯作為繼飛機、火車、汽車之后的第四大交通工具，在高校應用越來越廣泛。高校是人員聚集場所，在教室、圖書館、辦公樓和宿舍樓的上、下課高峰期，電梯常常處在高頻、高負荷運轉(zhuǎn)狀態(tài)[1]，電梯夾人、困人以及非平層開門等故障頻發(fā)，全國高校每年發(fā)生的電梯事故率在0.15萬臺～1.56萬臺之間。為了預防電梯事故，目前的電梯安全管理技術(shù)主要有以下方式：①在轎廂內(nèi)部安裝攝像頭，通過視頻監(jiān)控畫面了解轎廂內(nèi)乘客被困及安全情況；②設(shè)置統(tǒng)一的96333或12365報警電話；③建立電梯安全監(jiān)管平臺。其中，第一種方式如果值班室做不到24小時都有人值班的話，設(shè)備形同擺設(shè)；第二種方式屬于被動呼救方式，只有乘客被困撥打報警電話時才能施救；第三種方式主要采取在電梯上加裝傳感器的技術(shù)方案，但存在著成本高、檢測精度差、誤報率高、安裝困難等缺點。由于電梯是電子機械產(chǎn)品，在電梯的日常使用中出現(xiàn)意外在所難免，但是通過先進技術(shù)手段和監(jiān)管水平可以將事故災害損失降到最低[2]。因此，高校電梯安全管理者必須最大程度地保障師生員工人身及財產(chǎn)安全，有效地控制校園內(nèi)部電梯的安全環(huán)境和秩序[3]。為此，本文以西安理工大學為例，主要從信息技術(shù)的角度探討了高校電梯安全管理的技術(shù)措施。

1 基于信息技術(shù)的高校電梯安全管理技術(shù)措施

1. 1 電梯機房標準化建設(shè)

電梯主要由轎廂、曳引機和控制柜三大部分組成，其中曳引機和控制柜均安置在機房，機房環(huán)境直接關(guān)系到電梯能否在最佳工作狀態(tài)下運行[5]。我國2014年1月1日起施行的《中華人民共和國特種設(shè)備安全法》、《電梯制造與安裝安全規(guī)范》(GB 7588—2003)、《電梯安全要求》(GB 24803.1—2009)、《電梯監(jiān)督檢驗和定期檢驗規(guī)則》(TSGT 7001—2009)、《曳引和強制驅(qū)動式電梯型式試驗細則》(TSGT 7002—2005)等標準規(guī)范對電梯機房載荷、溫度、曳引鋼絲繩等做了具體要求，但沒有統(tǒng)一標準，學校為此進行了精細化管理，制定了電梯機房統(tǒng)一標準并進行招標建設(shè)，具體標準化建設(shè)內(nèi)容及措施,見表1。

1.2 電梯曳引機加裝應急電源、轎廂加裝應急照明等裝置

電梯在使用過程中，一旦遇到供電系統(tǒng)(外電網(wǎng))故障(停電、缺相、火警)時，會對被困乘客人身及財產(chǎn)安全構(gòu)成嚴重威脅。通常的處理方法是由電梯維保人員先把外電網(wǎng)切斷，松開電梯曳引機抱閘，進行人工盤車，將電梯轎廂降到就近的層站，并打開轎廂門解救被困乘客。這樣的工作必須由至少兩名以上專業(yè)人員配合完成，而且在救援過程中對救援人員及電梯內(nèi)的乘客都存在著一定的潛在危險和事故隱患，此外轎廂內(nèi)被困乘客由于緊張、煩躁、恐懼等心情也會造成心理傷害[6]。

表1 電梯機房標準化建設(shè)內(nèi)容及措施

電梯曳引機應急電源裝置組成如圖1所示，正常工作時，380 V三相交流電源通過交流連接器給電梯交流負載供電，同時給蓄電池組件充電；緊急停電時，交流連接器斷開，應急電源自動啟動，蓄電池組件通過逆變器給電梯延時供電，使電梯轎廂緩慢運行到就近層站門區(qū)位置，然后自動打開轎門和廳門，讓乘客迅速安全走出電梯[7]。

圖1 電梯曳引機應急電源裝置組成Fig.1 Constitution of the emergency power supply unit of the elevator traction machine

電梯轎廂應急照明裝置組成如圖2所示，當市電正常時，220 V交流電經(jīng)變壓器、整流電路轉(zhuǎn)換成低壓直流電，給LED直流負載供電，同時給鋰電池組件充電；當停電時，變壓器失電，鋰電池組件輸出低壓直流電，點亮LED燈[8]。

圖2 電梯轎廂應急照明裝置組成Fig.2 Constitution of the emergency lighting device of the elevator car

1. 3 電梯轎廂安裝“一鍵式”無線應急通信系統(tǒng)

陜西省2013年1月發(fā)布的《陜西省電梯安全監(jiān)督管理辦法》要求：全省電梯必須保持電梯緊急報警裝置和通話裝置完好，保證聯(lián)絡(luò)暢通。因此，西安地區(qū)高校普遍在電梯轎廂安裝了五方通話系統(tǒng)[9]。所謂“五方通話”指轎廂、機房、轎頂、轎底以及值班室分機之間的通話，是被困乘客與外界取得聯(lián)系的“緊急通道”[10]。但是這種裝置存在的問題是每部電梯不可能都對應一個值班室，往往是全校設(shè)置一個總值班室，而通往總值班室的布線既麻煩又受限制；另外，值班室必須要24小時有人留守，否則會出現(xiàn)無人接聽電話的情況。鑒于此，學校給每部電梯轎廂安裝了“一鍵式”無線應急通信系統(tǒng)，如圖3所示，轎廂分機與手柄分機(機房分機、轎頂分機、底坑分機)之間通過電梯井道內(nèi)與電梯隨行的兩根線纜廣播通訊，轎廂分機與值班電話利用GSM網(wǎng)絡(luò)通過主機無線通訊，這樣值班電話位置可以隨意安置，無需布線[11]。裝置預先設(shè)定四組電話號碼，“一鍵式”撥號，當值班室無人值守時，則自動轉(zhuǎn)接到其他電話號碼，同時具有特定電話回撥和背景安撫音樂播放功能。

圖3 電梯“一鍵式”無線應急通信系統(tǒng)示意圖Fig.3 Diagram of the elevator “one touch” wireless emergency communication system

1. 4 電梯控制柜安裝安全遠程監(jiān)管系統(tǒng)

據(jù)統(tǒng)計，近年來的眾多電梯事故中，沒有按時、按規(guī)范維護保養(yǎng)電梯造成的事故占六成多[12]。如何監(jiān)管電梯維保公司的質(zhì)量？如何從被困乘客被動報警提升到電梯故障主動報警呢？在電梯控制柜安裝安全遠程監(jiān)管系統(tǒng)可較好地解決上述問題。該系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分構(gòu)成：硬件部分安裝在電梯機房，從電梯控制板上實時提取電梯狀態(tài)信號，并利用GPRS網(wǎng)絡(luò)推送到服務器，見圖4；軟件部分通過對電梯的運行數(shù)據(jù)進行分析，實時顯示電梯運行狀態(tài)[13]。當故障發(fā)生時迅速將故障電梯位置、故障現(xiàn)象、人員被困等信息通過短信、互聯(lián)網(wǎng)PC終端以及移動互聯(lián)網(wǎng)終端等方式報告給值班室和維保人員，從而達到縮短救援時間的目的。

圖4 電梯安全遠程監(jiān)管系統(tǒng)示意圖Fig.4 Diagram of the elevator safety remote monitoring system

采用基于電路自動換檔原理的電梯傳感器寬電壓(交直流12～220 V)信號自適應檢測技術(shù)及加裝傳感器方式使得電梯安全遠程監(jiān)管系統(tǒng)適用于不同國別、不同廠家、不同型號電梯，輸入電壓信號先后通過整流單元(D1～D4)、濾波單元(C1)、分檔電路單元(低檔電阻R4、高檔電阻R5、穩(wěn)壓二極管D5、三極管Q1和Q2)、信號隔離單元(D6)，最后通過比較器(U2)將電壓信號穩(wěn)定輸出，見圖5。電梯狀態(tài)信號包括運行/檢修模式、上行、下行、上平層、下平層、門鎖、安全回路、電源八路信號[14]。

圖5 電梯傳感器寬電壓信號自適應檢測原理圖Fig.5 Diagram of adaptive detection principle of the sensor Wide voltage signal of the elevator

根據(jù)電梯故障判定標準和依據(jù)，建立若干數(shù)學模型，通過后臺服務程序，利用故障判據(jù)適用數(shù)學模型標識及判據(jù)約束條件來判定電梯故障。應用軟件包括資料管理、實時監(jiān)控、故障管理、維保管理、違章管理、公告通知、報表管理、系統(tǒng)管理八大模塊。

2 基于數(shù)據(jù)挖掘的電梯安全預警預報平臺構(gòu)建

以電梯安全遠程監(jiān)管系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源進行數(shù)據(jù)挖掘，進而構(gòu)建電梯安全預警預報平臺，其構(gòu)架圖見圖6。其中，數(shù)據(jù)挖掘管理引擎提供對數(shù)據(jù)挖掘的應用程序編程接口(API)，同時負責對整個數(shù)據(jù)挖掘任務的調(diào)度管理，管理同時運行的多個計算任務，并協(xié)調(diào)資源分配；挖掘機獨立運行數(shù)據(jù)挖掘程序，負責對切分好的最小單元任務進行處理;數(shù)據(jù)挖掘算法庫提供常用的基本數(shù)據(jù)挖掘算法[15]。

圖6 基于數(shù)據(jù)挖掘的電梯安全預報預警平臺構(gòu)架圖Fig.6 Schema diagram of the elevator safety forecasting and warning platform based on data mining

數(shù)據(jù)挖掘算法由數(shù)據(jù)規(guī)約、數(shù)據(jù)變換、數(shù)據(jù)分析算法組成，通過數(shù)學模型、經(jīng)驗公式、模糊算法、遺傳算法等方式對來自電梯監(jiān)控終端設(shè)備的海量數(shù)據(jù)信息進行處理，實現(xiàn)從數(shù)據(jù)倉庫獲取有用信息并進行整合，以備預報預警平臺使用。

預警預報分析由HADOOP分析系統(tǒng)、專家預報預警模型、仿真模型組成[16],通過基于HADOOP的MAP/REDUCE算法實現(xiàn)高效的并行數(shù)據(jù)分析，通過仿真模型進一步分析推演可能出現(xiàn)的情況，并對現(xiàn)有的預警預報模板進行自適應的匹配和新增，從而實現(xiàn)自主分析電梯故障事故和自動發(fā)布預警預報結(jié)果。

3 結(jié) 語

西安理工大學教學區(qū)現(xiàn)有直梯26部、家屬區(qū)現(xiàn)有直梯21部，學校后勤處引進了物聯(lián)網(wǎng)、無線通信、云計算、智能專家系統(tǒng)、數(shù)據(jù)挖掘等先進技術(shù)與電梯安全緊密結(jié)合，突破了電梯狀態(tài)實時監(jiān)測、故障報警和發(fā)生事故時乘坐者對外進行緊急呼救的“最后一公里”技術(shù)“瓶頸”，為乘坐者提供了一種及時有效、方便可靠的通信保障；同時對電梯實施24 小時不間斷監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)故障苗頭，以避免重大事故的發(fā)生；此外，可根據(jù)事故類型、等級自動生成應急預案，節(jié)省了救援時間，并在實施過程中，當遇到井道內(nèi)無線信號覆蓋差的情況，可通過加裝信號放大器來提高信號強度。經(jīng)過近三年的實施效果表明：電梯機房標準化建設(shè)、電梯加裝應急電源及應急燈等裝置、電梯安裝無線應急通信系統(tǒng)、電梯安裝安全遠程監(jiān)管系統(tǒng)等技術(shù)措施強化了學校對電梯設(shè)備及維保人員的監(jiān)管能力，提高了電梯故障處理率達60%以上，降低了電梯故障發(fā)生率達80%以上，對保障電梯安全運行、減少電梯事故發(fā)生提供了有力的技術(shù)保障。

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