物聯網技術在機場自動扶梯管理中的應用

馮超　吳杰

摘 要：自動扶梯作為運載乘客的設備，被廣泛應用于現代機場中。自動扶梯安全運行、及時的故障報警及維護關系到乘客的安全使用。文中采用物聯網技術搭建一個自動扶梯運行服務平臺，通過平臺實現前瞻性和可預見性的維護，使維護人員能夠在昂貴的延誤或失敗發生前就采取行動，將事故防范于未然。

關鍵詞：物聯網；傳感器；自動扶梯；安全性

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2018）03-0-03

0 引 言

伴隨著現代化進程，公共交通和基礎建設飛速發展，遍布大中城市的商場、地鐵、機場、高樓大廈無不在使用一種特殊的設備——電梯、自動扶梯和自動人行道，這些設備起著運送人員或貨物的作用，方便了人們出行。然而在這些設備的使用過程中，不可避免地會出現各種故障，其中一些故障會給使用者帶來安全事故。面對這一系列事故，我國頒布了《中華人民共和國特種設備安全法》《特種設備安全監察條例》《自動扶梯和自動人行道的制造與安裝安全規范》等一系列法律法規，從特種設備的生產、安裝、運行、維護及監督檢查等各個環節加以嚴防嚴控，最大限度地保證人民群眾的生命安全。

西安咸陽國際機場以其“承接東西，聯結南北”的區位優勢，成為國內干線重要的航空港和國際定期航班機場，是中國民用航空局規劃建設的八大區域性樞紐機場之一，截止到2016年末，年旅客吞吐量達3 699.4萬人次。面對逐年快速增長的旅客，機場的電梯、自動扶梯設備運行壓力越來越大，不僅要保證旅客的人身安全，更要為旅客出行提供優質便捷的服務，因此電、自動扶梯設備的安全運行管理尤為重要。目前，西安咸陽國際機場共有三座航站樓，有自動扶梯、自動人行道和電梯170余部。隨著新航站的建設，設備數量會成倍增長，這些特種設備存在使用流量大、使用情況復雜、運行時間長以及安裝分布范圍廣等特點。盡管機場配備了一支專業的保養、維修隊伍來保障這些設備安全運行，但設備故障仍時有發生，給旅客出行帶來不便，影響機場的服務品質。因此，如何提前發現故障隱患、快速找到故障點及時處理，以及做好預防性維修、降低故障率的問題就凸顯出來了。采用物聯網技術，建設“電梯安全服務平臺”，實現“故障預警發布、應急快速處置、維保作業核查、狀態遠程監視”輔助電梯安全監察的功能是提高電梯安全管理水平的具體措施[1]。

在國內，將物聯網技術應用到機場電梯、自動扶梯等管理中還處于起步階段，尚有許多問題需要探討。本文針對機場實際情況，提出了搭建基于物聯網技術的自動扶梯、自動人行道和電梯運行狀態的實時監控服務平臺，通過平臺實現前瞻性和可預見性的維護，使維護人員能夠在昂貴的延誤或失敗發生前就采取行動，將事故防范于未然。

1 物聯網技術

物聯網是通過在物理世界的實體中部署具有感知能力、計算能力及執行能力的裝置，使物理實體變為一個智能體，通過網絡實現實體之間、實體與人之間互聯互通，是一種萬物溝通的，具有全面感知、可靠傳輸、智能處理特征連接物理世界的網絡，這種網絡徹底改變了人們的生產和生活方式，達到了一種智慧狀態，提高了資源利用率，改善了人與自然界的關系，從而提高了整個社會的信息化能力[2]。

物聯網是互聯網技術、傳感器技術、射頻識別技術等的深度融合，其技術體系架構包括感知層、網絡層和應用層[3]。感知層處于體系架構的最底層，用于采集實體狀態信息、運行數據，包括各類物理量、標識、音頻、視頻，是物聯網運行的基礎，主要由不同的傳感器、RFID標簽、智能化的感知設備等構成，通過通信技術把實體的狀態信息、運行數據傳輸到互聯網的網關設備。網絡層是連接感知層與應用層的中間層，其作用是把感知到的信息高效、高可靠、無障礙、高安全性地進行傳輸，需要傳感網絡、通信技術、互聯網絡技術的優化融合。應用層把感知層采集、網絡層傳輸的數據信息進行分析處理，進行遠程監視和控制，實現智能化管理[4]。

電梯、自動扶梯物聯網是集計算機技術、電梯控制與維護技術、傳感技術、通信技術、物聯網技術為一體，實現電梯、自動扶梯等檢測、控制、維護，安全報警、應急處理、風險分析與預警、運行狀態評價和質量分析等功能，是一個綜合、高效的電梯管理系統。

2 物聯網電梯遠程控制系統設計

根據電梯遠程報警系統國家標準（GB24475-2009）規定的監控信號及規范[5]，結合機場電梯、自動扶梯和自動人行道的布局，以物聯網技術為核心，構建電梯遠程控制系統，其主要功能為：電梯運行實時數據采集、傳輸記錄查詢功能；維護、保養、質檢記錄查詢功能；預警、報警功能；電梯使用自動分流調度功能；語音、視頻傳輸對講功能；維護保養自動派單功能；遠程控制功能。

2.1 方案

根據系統功能要求，物聯網電梯遠程控制系統由四部分構成：電梯信息數據采集部分；語音、視頻信息采集傳輸部分；網絡服務器部分；應用軟件平臺部分。

電梯信息數據采集部分是整個系統的“感知神經元”，主要由各種傳感器構成，可實時獲取電梯運行的信息和數據，并通過網絡上傳至網絡中心服務器。

音、視頻信號采集、傳輸部分是整個系統的“眼睛”和“嘴巴”，由攝像頭、麥克風等音、視頻采集設備構成，主要采集傳輸乘客乘行電梯時的語音、視頻信息，以實現對話、監控功能。

網絡服務器部分是整個系統的“大腦”和“心臟”，是實現整個系統功能的指揮中心，負責協調、調度系統各模塊間的工作，并通過強大的數據庫管理功能實現電梯智能化管理。

應用軟件平臺由一臺或多臺電腦組成，是人機對話的界面，其功能是將系統采集的電梯實時運行數據以及音、視頻監控數據一一顯示出來，完成人機對話功能。

2.2 電梯信息數據采集

電梯信息數據采集裝置主要由傳感器，電梯、自動扶梯控制器，數據采集與通信等部件構成，其框圖如圖1所示。

傳感器分別負責采集檢測自動扶梯在工作時的梯級振動數據、電動機的速度數據、潤滑統剩余量以及電動機的溫度數據、承載人數以及人的狀態、電梯位置、運行過程火焰等。數據采集與通信模塊負責采集傳感器檢測到的數據，通過通信模塊將其傳輸到網絡層。

在本設計中，傳感器以電梯、自動扶梯、自動人行道為單元，單元內各傳感器以單片機 MSP430F為平臺，包含信號調理電路、接口電路等。傳感器以RS 232接口與CC2530連接，實現以ZigBee為協議的數據傳輸[6]，其連接框圖如圖2所示。

2.2.1 速度傳感器

在自動扶梯運行時，如有非操作性突然逆行、速度有較大變化或扶手帶的速度偏離梯級、踏板速度較大時，對乘行人員的傷害是最大的[7]。速度傳感器對扶梯的運行速度、運行方向、扶手帶運行速度進行實時監控，當發現速度大幅度變化、逆行或扶手帶速度偏離較大時就會立即使扶梯自動停止運行，并且通知維修人員進行故障處理。本設計選用霍爾傳感器，用以檢測電機的運行速度。

2.2.2 振動傳感器

電梯、自動扶梯發生突然抖動時，容易使乘客摔倒[8]。為了及時發現這一安全隱患，在自動扶梯實時監控系統中加入了振動傳感器，對電梯運行過程中的振動參數進行測量。當振動幅度超過一定的閾值時，系統會立即停止自動扶梯運行，結合其他信息進行分析，給出維護指示。本設計選用AXDL345 超低功耗三軸加速度傳感器，可以直接獲得三維空間中各方向上的振動幅度和頻率。

2.2.3 溫度傳感器

自動扶梯運行驅動靠電機完成，電機溫度異常升高會導致自動扶梯運行異常和電機損壞。溫度傳感器用以檢測電機的運行溫度，當溫度超過極限時，系統會停止扶梯的運行，結合其他傳感器分析溫度升高的原因，給出維護信息。本設計選擇K型熱電偶和MAX6675處理芯片，完成電機溫度檢測。

2.2.4 油量傳感器

自動扶梯每天至少運行18 小時，這樣超長的工作時間必然會磨損其系統部件。而自動扶梯中受力最大的拽引鏈往往是磨損最嚴重的。針對這一問題，制造商在拽引鏈中加入了潤滑系統。但如果潤滑系統的油量不足而沒有被及時發現，就會增加拽引鏈的故障率，導致整部扶梯的工作壽命降低。利用油量傳感器對油量進行實時測量，一旦數據處理中心接收到油量不足的信息就會立即通知維護人員及時注入潤滑油。本設計選用電容式HK-DR01插入潤滑油油箱來檢測其油量。

2.2.5 紅外傳感器

自動扶梯在運行時，由于機械碰撞，電氣打火等因素容易引發火災，因此加入紅外傳感器模塊。當紅外傳感器檢測到有打火現象時，系統就會停止自動扶梯運行，并鳴笛報警，疏散自動扶梯上的乘客。本設計選用紅外二極管傳感器。

2.2.6 壓力傳感器

任何電梯、自動扶梯都有額定的承載能力，當超過承載能力時，電梯、自動扶梯容易出現事故。利用壓力傳感器來檢測承載負荷，當負荷超過額定值時，系統會發出報警信息，并終止運行。本設計選擇Scaime壓力傳感器。

2.2.7 語音、視頻傳感器

此傳感器用來監視乘客是否規范乘行。當通過視頻圖像處理后，發現乘客有違規乘行現象時，系統會對乘客發出語音提示告警信息，以糾正乘客乘行，保障乘客安全；通過視頻圖像處理，確定內部電梯、自動扶梯的乘員人數，為分流、調度提供數據信息；當電梯出現故障時，通過語音、視頻來指導乘客正確處理，避免因乘客的錯誤操作造成事故。

2.2.8 數據采集與模塊

每個電梯單元各傳感器以ZigBee協議將數據傳輸給數據采集與通信模塊，數據采集與通信模塊以ADSL形式與網絡連接。所傳輸的數據除上述傳感器數據外還有每部電梯自身的相關數據。

2.3 網絡服務器

網絡服務器是信息接收、分析、處理和控制中心，其系統軟件構成按功能可劃分為設備接入、系統管理和應用軟件三部分。

（1）設備接入軟件：負責電梯實時運行數據的采集、傳送、顯示和控制。

（2）系統管理軟件：采用asp，.net技術開發，配合SQL Server 數據庫，具有數據處理安全與可靠性并重的優點，主要負責用戶注冊模塊、設備注冊模塊、數據查詢統計模塊以及數據處理安全與可靠性等。

（3）應用管理軟件：由六個模塊構成，即維護保養模塊、緊急處理模塊、預警報警模塊、遠程監控模塊、數據庫和人員分流調度模塊，是用戶功能的具體實現。

2.4 應用軟件模塊介紹

2.4.1 維護保養模塊

記錄、查詢每次維護保養的時間，維護保養內容，設備編號，更換零部件，維護保養單位資質、人員等相關信息。

2.4.2 緊急處理模塊

對傳感器傳輸的數據分析判斷，得出故障類型，對故障進行風險分析，根據分析的結果分別進行處理，若故障為緊急等級，則立即發出停止命令，并以短信的形式發出故障扶梯的位置信息、故障類型給維護人員，使維修人員在第一時間獲取準確的故障信息，確保維修在最短時間內完成。

2.4.3 預警報警模塊

根據傳感器的數據和數據庫記錄信息，通過大數據分析和模型預測，對電梯、自動扶梯主要零部件潛在的隱患做出預警提示，做到防患于未然；對已發生的事件做出語音報警、指示報警，同時給出維護保養信息。

2.4.4 人員分流調度模塊

根據對視頻監控信息分析的結果，以語音的形式來引導乘客選擇電梯乘行，以達到快速乘行的目的。

2.4.5 遠程控制模塊

實現對電梯、自動扶梯、自動人行道的控制操作，如上行、下行、停止等。

2.4.6 數據庫

基于SQL Server平臺，用以記錄傳感器傳輸的數據信息、維修、保養信息、電梯設備狀態信息、電梯設備廠、維護單位資質等。具有強大的編輯、查詢、報表輸出、信息上傳等功能。為了數據安全，數據庫設置有嚴格的等級操作限制和關鍵數據備份。

3 結 語

盡管物聯網技術在機場電梯、自動扶梯、自動人行道管理中的應用處于起步階段，但隨著物聯網技術和智慧機場建設的發展，將物聯網技術應用于機場電梯和其他設備的管理是必然的，這將提升設備利用率和運行效率，增強設備的穩定性和安全性，使機場企業實現效益最大化。因此，結合機場的實際情況，應加大研究、推廣應用物聯網技術。

參考文獻

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