基于物聯網的智慧電梯大數據分析系統開發

鄭祥盤，伏喜斌，鐘舜聰，陳瑞品

（1.閩江學院，福建福州，350108；2.廈門市特種設備檢驗檢測院，福建廈門，361004；3.福州大學，福建福州，350108；4.東南和創（廈門）電梯安全科技有限公司，福建廈門，361000）

0 前言

電梯是涉及生命安全、危險性較大的特種設備，是高層建筑廣泛使用的垂直公共交通工具。電梯啟動、停車頻繁，零部件和安全裝置的磨損、老化、變形、松動，以及控制系統故障、人為損壞等，都容易產生關人、“溜梯”，甚至沖頂、墜落事故[1—2]。

近幾年來，各級政府對電梯安全給予高度重視，并制定一系列的政策給電梯行業的研究創新給予支持。為進一步加強電梯質量管理，保障用戶乘梯安全和出行便利，國務院辦公廳于2018年4月印發了《關于加強電梯質量安全工作的意見》，從國家頂層設計層面重視電梯質量安全管理工作，國家對電梯的日常保養、維護以至故障的前期發現與故障時電梯困人的解救有更深度的強調。本文目前電梯安全監測技術的現狀進行分析，并根據存在的問題建立基于物聯網的電梯安全監測管理和大數據分析系統，實現電梯制造與安裝工藝優化、維修成本降低、應急救援和維修時間縮短，電梯故障率和事故率大幅降低。

1 電梯安全監測技術的現狀分析

由于電梯頻繁啟停，許多維保不到位，再加上電梯逐年“老齡化”，造成可靠性下降，進入故障多發期，屢屢有電梯故障停梯和關人困人事故發生。且故障發生時，因故障信息不能有效傳達，出現電梯維修延誤、電梯故障加重，導致被困人員不能得到及時解救甚至在不當自救過程中出現更大的傷害等問題。目前，電梯在安全隱患和安全監測技術上存在較多不足，主要體現在[3—4]：

（1）獲取電梯故障信息的手段少。目前，電梯故障監測主要是采取現場人工旁站守候監視，需要大量的人工勞動力。在電梯發生故障后，依靠電梯被困人員和保安等故障現場人員發現情況，幾乎沒有信息化手段。如果遇到停電，還需要工人來現場確認，導致很多故障不能做到及時修復，被困人員不能急時解救。

（2）對電梯故障的管理過于依賴人力。當電梯發生重大事故時，由物業、維修保養單位層層上報，難以及時發現故障并處理。

（3）應急處理能力有待提高。電梯安裝于各個樓盤，其安全信息存儲比較分散。電梯發生故障和事故后，對電梯故障的發現及維修完全依靠電梯維修保養人員，效率較低。

2 智慧電梯運行安全大數據分析系統開發

2.1 總體方案

針對上述問題，開發的智慧電梯運行安全大數據分析系統要求是適用于各種型號電梯運行安全實時監測管理的管理軟件系統平臺，該平臺綜合大數據分析、云計算、無線通信技術、傳感器技術、移動互聯網技術和物聯網技術，采用分布式架構，實時監測電梯的運行狀況，通過采集數據的算法處理，實現電梯故障的綜合預防、應急處理、事故取證等功能[5]。同時通過網絡多媒體分發技術和顯示終端，為電梯監管部門、管理單位和維修保養單位，以及業主提供豐富的多媒體增值服務的綜合管理平臺，是智慧城市、物聯網技術在電梯行業的典型應用。

2.2 監控系統的組成和功能設計

基于物聯網技術的電梯運行安全監測系統由感知層、網絡層、應用層、協議層和監管層組成，其網絡拓撲結構如圖1所示。具體地，系統架構分為5層：第一層為感知層，主要是物聯網前端利用傳感器技術采集電梯的運行信息、語音信息和視頻監測系統；第二層為網絡層，主要為移動公網或無線物聯專網構成，本層在整個系統中由運營商提供；第三層為應用層，主要是電梯相關企業各自的應用系統，包括電梯使用單位、維保單位以及應急救援系統等；第四層為協議層，本協議層提供一個開放式的標準數據通訊協議接口，各企業的各個應用按其標準的數據協議與監管層進行數據通訊；第五層是為電梯主管單位用戶提供的監管層，其主要包括日常監管查詢、電梯故障查詢統計，應急救援查詢統計、評價決策支持系統與電梯安全監察相應的業務應用。

因此，開發的智慧電梯運行安全大數據分析系統主要實現以下功能：

（1）實時監控：實時監控電梯的當前狀態并以文字結合圖片的方式顯示，如當前樓層、上下行方向、有無人、梯速、機房溫度等信息。

（2）及時發現傳遞故障信息：類似飛機上的黑匣子，記錄電梯發生故障時轎廂及控制系統的各種狀態和故障，如轎廂當前樓層、運行方向、是否超載等信息，用于故障原因分析。

（3）報警和預警：預警信息功能通過對數據庫數據的統計分析提示維修保養人員可能到來的故障以及提醒更換即將到期的電梯部件。遇到電梯中有人被困時，通過傳感器識別電梯長時間不運行且轎廂內有人，可以自動呼叫救援中心，系統可以自動記錄報警過程以及報警處理。

（4）大數據統計分析：系統可以按電梯類型、品牌、維修保養單位、日期、故障類型等字段自動統計電梯的故障類型和故障信息，便于維修保養單位和生產企業的質量監督與管理。

圖2 基于物聯網的智慧電梯運行安全大數據分析系統結構示意圖

2.3 大數據分析系統的建設

通過采集電梯的維保、檢驗、監察、投訴和故障信息等檔案信息，構建電梯信息資源數據庫，對電梯安全運行智能統計、監測分析、科學評價、智能預警和健康大數據分析，實現電梯安全的動態監管，提升電梯安全管理信息化水平。

項目將電梯運行監管、維保管理、緊急事件響應、故障發現和處理等業務系統用云計算技術統一集成，形成可服務市民、維保公司、質監部門、物業管理公司等多角色多實體的物聯網運營體系。基于物聯網的智慧電梯運行安全大數據分析系統示意圖如圖2所示。

2.4 測試與應用

圖3 智慧電梯公共安全物聯網監察平臺

如圖3是廈門市電梯公共安全物聯網監察平臺，是基于物聯網的智慧電梯運行安全大數據分析系統具體應用。利用物聯網技術、集成嵌入式、大數據分析、云計算和計算機電信集成等先進技術，搭建可覆蓋轄區在用電梯的電梯安全物聯網公共服務平臺，實現對電梯運行的遠程監測、遠程管理、遠程傳輸、遠程服務、故障數據分析、應急指揮調度和電梯維保全程監管等。

通過電梯現場應用，試驗結果表明：開發基于物聯網技術的電梯運行安全監測管理平臺和大數據分析系統，能實現遠程電梯故障監測、自動報警、困人安撫和救援等功能。系統運行穩定可靠，報警及時有效。

3 結論

通過分析當前電梯維保質量和安全監測技術的不足，采集電梯的維保、檢驗、監察、投訴和故障信息等檔案信息，構建電梯信息資源數據庫，利用云計算、大數據分析技術建立的智慧電梯綜合分析預警平臺，實現遠程電梯故障實時監測、自動報警、互聯網可視的困人安撫和應急救援功能，縮短困人應急救援和故障維修時間，實現電梯長周期可靠運行。