智慧電梯物聯網系統設計方案與研究

張 靚，李嘉誠

(1.山西國控集團信息工程技術有限公司，山西 太原 030001；2.中國石油大學 經濟管理學院，北京 102249)

0 引言

隨著我國經濟和城鎮化的快速發展，國內電梯市場的電梯保有量持續增長，近年增速均在15%以上。目前，全國在用存量電梯總數達到700萬臺以上，為世界第一，隨之而來的是電梯安全隱患的增加。據統計，近年來電梯死亡率雖然降低，故障率卻居高不下。另外，15年以上老舊電梯將在今后幾年集中更換，電梯后服務市場需求巨大。為提高電梯安全及智能化監管水平，在分析我國現有電梯監管現狀的基礎上，本文提出通過在電梯中安裝無侵入式信號通用采集設備，構建智慧電梯物聯網系統。利用先進的物聯網技術，將電梯與電梯相連并接入互聯網，從而使電梯、質檢部門、房產企業、電梯企業、維保企業、配件企業、物業企業和業主之間可以進行有效的信息和數據交換，從而實現對電梯的智能化監管，以提升電梯使用的安全性，保障乘客的生命安全。

1 智慧電梯物聯網系統設計方案

1.1 系統技術架構

本系統設計方案的核心是采用電梯無侵入式信號通用采集技術。在電梯轎廂頂部安裝具備內置振動、加速度、氣壓、聲壓等傳感器的新一代電梯物聯網智能終端；在電梯轎廂內安裝AI(Artificial Intelligence人工智能)攝像頭。安裝于電梯轎廂的智能采集終端是具備智慧物聯網功能的終端。智能采集終端運行分析的核心技術是基于機器學習的電梯場景視頻行為分析(含AI算法)技術，以實現電梯場景實時目標的智能識別。

系統通過智能數據終端及AI攝像頭采集并智能識別電動車進入、困人、長時間阻門、跳躍等行為；視頻檢測電梯轎門、電動車、乘客數量等信息；統計電梯運行時間、運行次數、開關門次數；統計電梯實時乘客及分時段乘客等多項運行數據，通過無線4G網絡或有線傳輸等全網絡模式，將采集到的電梯運行數據、視頻信息傳輸到智慧物聯網服務平臺。整套系統采用“智能采集終端+平臺+大數據+服務”的技術支撐體系，保障電梯設備安全運行的監控、預警、救援、監管、運營、維護及業務聯動服務的一體化方案，可滿足AI識別、一鍵報警、視頻監控、視頻對講、WiFi探針采集、人臉身份采集、4G通信、商業廣告、公益宣傳等應用需求。

智慧電梯物聯網系統的技術架構如圖1所示。

圖1 智慧電梯物聯網系統技術架構

1.2 系統設備

1.2.1 智慧電梯物聯網終端

智慧電梯物聯網終端安裝于電梯轎廂頂上，實時監測電梯運行安全狀態，并在故障發生時能自動報警。該終端內置氣壓計、陀螺儀、加速度計等傳感設備，無須安裝外置傳感器，與電梯非接觸，可靠性高；可兼容所有品牌垂直電梯，兼容性好。

該設備主要功能有：實時采集電梯運行狀態信息，分析電梯運行情況，判斷故障狀態；電梯運行過程中能實時上傳狀態數據；記錄電梯的運行日志；電梯故障日志回溯，能主動上報故障發生時間、當前樓層、人員狀態、故障類別；具有樓層自學習功能；具備設備開機自檢功能；遠程升級嵌入式軟件；可遠程控制設備；能檢測許多種常見電梯故障。

1.2.2 智慧物聯網監控攝像頭

半球智慧物聯網監控攝像頭安裝于電梯轎廂，內置AI加速引擎，其計算性能達1.0Tops，最高分辨率可達200萬像素(1 920×1 080)。

其主要功能有：完成電梯門開關識別以及電動車進入、長時間阻門、電梯困人、實時乘梯人數等多種智能事件的識別，并進行語音提示與事件上報等。

1.2.3 電梯運行安全顯示報警終端

該設備安裝于電梯轎廂，采用8核工業硬件平臺，高硬件性能支撐復雜軟件應用；采用4G全網通模塊，支持數據通訊；支持有線網絡/WiFi/4G網絡，在有線網絡或4G數據卡模式下，支持網絡SIP語音通話；內置攝像頭可有效識別人臉，并進行特征提取，與遠端視頻對講；支持內置聚合物電池，具有高安全性，掉電后系統可續航1 h以上；能夠感應電梯轎廂人員情況，遇有困人及時報警，可采集人員信息等。

可滿足AI識別、一鍵報警、視頻監控、視頻對講、WiFi探針采集、人臉身份采集、4G通信、商業廣告、公益宣傳等應用需求。

1.3 系統數據統計傳輸

智能采集終端將電梯的安全數據、運行數據、實時信息等傳送至智慧電梯物聯網系統平臺。系統通過“AI+電梯動力學”模型訓練，將電梯運行數據與標準數據進行比對，實現“一梯一模型”。

支持數十萬級設備接入與管理；支持跨城市的按區域、小區的電梯管理；多維度電梯運行數據實時展現；具有精確的電梯數據建模與電梯畫像功能；具有豐富的電梯物聯網數據副刷接口；系統架構靈活，易于擴展。

2 智慧電梯物聯網系統功能

系統通過電梯安全物聯網監測系統的數據處理形成電梯按需維保數據模型、電梯風險評級模型、電梯城市大腦數據模型和電梯預警數據模型等，相應地可建立起多種服務場景，如：電梯應急救援處置、電梯按需維保服務平臺、政府端電梯動態監管平臺、移動端應用服務平臺以及為保險機構提供電梯安全等級評估及電梯風險控制的服務平臺等。

2.1 電梯安全物聯網監測系統

電梯安全物聯網監測系統能實時監測電梯運行狀態與電梯故障，并提供電梯應急處置服務流程。通過物聯網與AI技術，實時監測電梯的運行狀態、乘梯行為、故障類型，并對電梯困人等故障及時報警及預警，服務于乘梯人、電梯使用單位及電梯監管部門。該系統以電梯設備安全運行為目標，以應急救援呼叫響應為核心，以GIS網格化管理為指引，以多種互聯網+產品為工具，在開展電梯應急救援三級響應、故障處置以及事件處理等工作中，提供信息化手段支持，提高指揮、調度、協調效率，改善指導、支援、安撫互動效果，并完整記錄過程痕跡和相關文本資料和報告。

2.2 電梯按需維保服務平臺

電梯物聯網智能采集終端通過大數據分析、AI算法實現基于數據分析的“預測性維?！?。服務于廣大電梯維保單位與使用單位，通過佩戴智能作業設備將傳統的運維上報轉變為文件+現場視頻上報模式，模式的革新將有效杜絕電梯維保作業頑疾，并提供真實可靠的維保數據。對電梯維保進行全網管理和實時監控，能覆蓋維保合同管理、維保預約、維保任務、軌跡跟蹤以及人員、電梯管理的全流程。

2.3 政府端電梯動態監管平臺

該平臺服務于各級電梯監管部門，通過數據采集、匯聚、分析、處理，以大數據可視化視圖的形式展現各級電梯安全狀況，輔助決策。該平臺使用新一代電梯物聯網智能終端動態實時采集電梯主板信息，利用信息挖掘技術采集系統中的信息資源，并可根據監測項目如廠家、地區、種類、環境等的需求，動態監測該類電梯的運行狀態，構建基于物聯網、大數據以及云計算技術的分析模型，進行海量數據分析處理，為政府、監管等部門提供電梯數據分析服務。

2.4 移動端應用服務平臺

借助電梯物聯網智能終端動態監測和運行數據異常情況實時監測系統模型，電梯預警信息管理系統構建了安全預警模型和電子機器人算法，能夠實時監控電梯安全風險發展趨勢，并根據監控結果發出預警信息，數據經過平臺處理后轉發給手機客戶端和web端智慧物聯服務平臺，實現遠程實時數據瀏覽、信息傳遞，提醒相關單位和人員及時采取安全風險預控措施。

另外，系統可為保險機構提供電梯安全等級評估及電梯風險控制服務，還可為社區提供數據服務、電梯程序化廣告服務等擴展功能。

3 結論

智慧電梯物聯網系統設計核心是采用非侵入式信號采集方式，通過內置振動、加速度、氣壓、聲壓等傳感器替代外置傳感器，基于“AI+電梯動力學”模型訓練，實現“一梯一模型”。通過“智能終端+平臺+大數據+服務”的技術支撐體系，提供電梯設備安全運行監控、故障診斷、預警、救援、監管、運營、維護及業務聯動服務的一體化解決方案，從而實現“預測性維保”，防患于未然，從根本上解決電梯安全問題。