紅外熱成像技術(shù)在電梯智能化方面的應用

霍成煜 劉柳壯 張晨潔 袁承志 蔡錦武

摘 要：在經(jīng)濟迅速發(fā)展的時代背景下，人民的物質(zhì)需求不斷提高，電梯早已成為每個建筑物的必需品，為了提高用戶體驗，提高電梯運行效率，電梯的智能化是其發(fā)展的必經(jīng)之路。而由于新冠疫情原因，體溫檢測成了每個公共場合必不可少的環(huán)節(jié)。本設計基于紅外熱成像探測裝置，可以實現(xiàn)乘梯人溫度測量、人員數(shù)量檢測，從而自動制定運行計劃及報警等功能。

關鍵詞：紅外熱成像技術(shù);溫度檢測;智能化電梯

世界上的各種物體，只要本身溫度高于-273.15度，其自身就會向外發(fā)射出紅外輻射，同時，這些紅外輻射也是一種能量，物體的溫度不同，輻射率不同，自身發(fā)出的紅外輻射能量也就不同。紅外線發(fā)現(xiàn)較早，但是應用范圍極小。隨著技術(shù)的更新與發(fā)展，紅外探測技術(shù)滲透到各個領域，應用范圍極為廣泛。本設計提出使用紅外熱成像技術(shù)獲取用戶信息來實現(xiàn)電梯智能化。熱紅外成像通過對熱紅外敏感CCD對物體進行成像，能反映出物體表面的溫度場。通過對熱成像圖像的處理，可以得到溫度信息和人員個數(shù)信息。文章將闡述紅外熱成像技術(shù)在電梯智能化方面的應用。

1 研究背景

隨著社會的發(fā)展，建筑物規(guī)模的加大，樓層的加高，電梯的穩(wěn)定性、舒適性和運行效率等方面的要求變得越來越高。而在新冠疫情背景下，每個公共場所的體溫檢測是不可或缺的。且在新冠疫情常態(tài)化防控背景下，一臺能滿足疫情防控功能與提高運行效率的電梯是有重大意義的。當前，為了不產(chǎn)生過量房屋建設造成的資源浪費，需對各個舊小區(qū)進行翻新改建以及設施維護等工作。并且高于7層的房屋必須加裝電梯，所以從當前起，各地電梯需求會大大增加。對于開放小區(qū)，在沒有采取強制措施的情況下，疫情防控是很薄弱的。如果能在每個單元加裝帶有溫度檢測的智能電梯，就可以補充這個防疫工作缺口，大大減少人力資源浪費，且能長時間、不間斷地對出入用戶進行溫度檢測。所以，溫度監(jiān)測智能化電梯的研發(fā)對用戶和社會來說都大有益處[1]。

2 產(chǎn)品介紹

2.1 紅外熱成像技術(shù)

紅外熱成像原理并不神秘，從物理學原理分析，人體就是一個自然的生物紅外輻射源，能夠不斷向周圍發(fā)射和吸收紅外輻射。正常人體的溫度分布具有一定的穩(wěn)定性和特征性，機體各部位溫度不同，形成了不同的熱場。根據(jù)這一原理，通過熱成像系統(tǒng)采集人體紅外輻射，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，形成偽色彩熱圖。通過對偽色彩熱圖的數(shù)據(jù)進行處理與分析就可以得到用戶體溫信息，如圖1所示。

2.2 電梯智能化措施

2.2.1 溫度監(jiān)控

電梯采用紅外熱成像攝像機作為信號采集裝置，相比手持測溫槍，其有明顯優(yōu)勢。其優(yōu)勢為：非接觸、24h不間斷工作、被測人員無需配合、無感測溫;被測人員在正常行走中不停留即完成測溫，測溫效率明顯高于手持測溫3倍以上。熱成像測溫可以快速對電梯間密集人群做出體溫檢測。如果檢測到有體溫超過37.3℃的個體，系統(tǒng)會發(fā)出警告并聯(lián)系專人對其進行二次體溫檢測。

2.2.2 底層與頂層自動喚醒電梯

紅外熱成像攝像機的使用令電梯系統(tǒng)能夠輕松獲取電梯間人員數(shù)量信息，對于底層與頂層這種單方向電梯間，當乘梯人通過溫度監(jiān)控后，電梯將自動按下電梯上（下）鍵，無需乘梯人自己按動電梯，如圖2所示。

2.2.3 根據(jù)電梯間人員狀態(tài)調(diào)整電梯運行方案

當處于運輸高峰期，電梯的運輸效率成了重中之重，對于高層建筑來說更是如此，掌握了電梯間人員數(shù)量后，電梯就可以根據(jù)人員數(shù)量制定合理的運行策略。如當有用戶按下電梯按鍵后，中途有事離開，常規(guī)電梯仍舊會在該層停下開門，造成運力與時間的浪費。有紅外熱成像攝像機實時獲取電梯間人員信息，當乘梯人離開電梯間并且3s內(nèi)無人進入時，系統(tǒng)就會自動熄滅按鍵，電梯不在該層停靠。當某層人員數(shù)量超過電梯承載限度，也即電梯到層并離開后，還有乘客留在電梯間中，電梯按鍵不作熄滅處理。總而言之，通過獲取乘坐人員數(shù)量信息，經(jīng)過單片機程序的計算與分析，可以實現(xiàn)電梯運力資源的最大利用[2]。

3 現(xiàn)狀分析

3.1 市場分析

近年來，一方面隨著生活水平的提高，人們對住宅要求有了明顯的提高;另一方面，城市化程度越來越高，導致城市人口激增，房屋作為生活必需品，存在很大的需求量。而現(xiàn)今的房產(chǎn)需求主要以剛性需求為主，其主要包括：舊城改造的棚改戶、改善型換房、外來工作定居，高校畢業(yè)生及年輕人結(jié)婚購房等。所以，各大樓盤如雨后春筍般冒出來，開發(fā)的樓棟數(shù)呈穩(wěn)步上升趨勢。按照國家《住宅設計規(guī)范》（GB50096-1999）規(guī)定：十二層及以上的高層住宅，每棟樓設置電梯不應少于兩臺，其中宜配置一臺可容納擔架的電梯。其認為一臺電梯服務60至90戶是適宜的。可見，隨著房地產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，必將帶動電梯產(chǎn)業(yè)的空前發(fā)展。并且隨著疫情防控力度的加大，各處測溫的需求也將提高，智能化測溫設施出現(xiàn)在電梯中也是首例，會令智能化電梯系統(tǒng)具有更強的競爭力。

3.2 技術(shù)分析

目前，紅外熱成像溫度采集技術(shù)成熟穩(wěn)定，已廣泛應用于公共場合的密集型測溫。對于電梯系統(tǒng)來說，僅將攝像機當作傳感器，獲取乘梯人員數(shù)量信息后通過單片機控制電梯按鍵，可以改變電梯運行軌跡，并不對電梯本身嵌入式程序進行改進。所以，此項目可以實現(xiàn)對老舊電梯的改造，進而降低項目成本[3]。

4 項目分析

4.1 優(yōu)勢

非接觸性：紅外檢測的實施是不需要接觸被檢目標的，在有電梯的地方，人流混雜，被檢目標可靜可動，可以隨時根據(jù)檢測的任務動作、形態(tài)、行為來自動對電梯進行操作。

滿足疫情防控需求：可以獨立完成密集型人員體溫檢測與高溫報警功能。

提高電梯運輸效率：在生活中，電梯運行時總有一些人喜歡亂按電梯，造成電梯在無人搭乘的情況下停止運行，這樣會使電梯內(nèi)部乘坐人員的時間造成浪費，同時也會破壞心情，而紅外檢測技術(shù)可以判斷電梯外面是否真的有人，從而判斷是否對電梯進行打開操作。其大大減少了電梯運行時間，提高了電梯工作效率。

成本低：紅外熱成像傳感器售價與普通監(jiān)控攝像器相差不大，在同時兼顧監(jiān)控與溫度檢測的工作下，紅外熱成像攝像機是不二選擇。且僅需對電梯間進行改裝，并不需要更換舊電梯即可使用，降低了安裝成本，保留了可用的舊電梯設施。

4.2 劣勢

溫度檢測產(chǎn)品多，競爭壓力大：市場上各類溫度檢測電子設備層出不窮，從最初的手持式額溫槍，到溫度檢測門，再到紅外熱成像攝像機，測溫產(chǎn)品過多導致產(chǎn)品競爭壓力大[4]。

5 結(jié)語

電梯智能化是其發(fā)展的必然方向，在市場需求下，一臺運輸效率高、用戶體驗好的電梯是必不可少的。紅外熱成像技術(shù)運用到電梯系統(tǒng)中是智能電梯的發(fā)展方向之一，在疫情防控需求下，擁有溫度監(jiān)測功能的智能電梯的發(fā)展前途必然會是一片光明。

參考文獻

[1] 時昊，竇艷芳，崔月瑩.基于單片機的紅外熱成像體溫檢測儀[J].佳木斯大學學報（自然科學版），2019，38（06）：12-14.

[2] 任志平，張俊杰，杜福祥，等.智能電梯設計及研究[J].住宅產(chǎn)業(yè)，2020（03）：25-27.

[3] 詹曉蕓，黃持瑩，王斌，等.新型5G紅外熱成像測溫系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].電子測試，2020（19）：36-38.

[4] 羅建，姜玲.智能電梯控制系統(tǒng)優(yōu)化設計[J].科學咨詢（科技·管理），2018（01）：44-46.