非接觸式智能電梯系統的研究

駱羽 胡國偉 黃鑫麗 黎鳳媚 梁山 張和思 潘攀

摘 要：文章分析了智能電梯的新需求，提出了非接觸智能電梯系統架構，設計了具有AI語音、電容式非接觸按鍵、紅外數字測溫殺菌消毒裝置、AI人臉識別、手機App電梯預約提醒等多功能的模塊，讓電梯更安全、更智能，會思考、有溫度是發展趨勢。

關鍵詞：非接觸式智能電梯;AI語音;AI人臉識別;電梯預約

0 引言

1900年，上海購買了2臺電梯[1]。隨著我國城鎮化的高速發展，高層建筑越來越多。我國電梯保有量、年產量和新增量均為世界第一，預計到2023年將突破千萬臺。無論是在大型商場、居民小區、醫院等公共場所，我國每天有超過2億人乘坐公共電梯。電梯空間小、乘客多，具有人群密集、流動性大、健康和非健康個體混雜等特點，特別是被頻繁使用的電梯按鈕，存在交叉感染病毒的巨大隱患。由此產生的衛生健康問題也深受社會關注，解決電梯按鈕交叉污染已經是當務之急。

電梯智能化引領我國電梯技術全面提升，電梯與物聯網技術有效結合，強化電梯技術等幾方面的未來發展趨勢[2]。在互聯網時代，人工智能、大數據等新興技術蓬勃發展，通過技術的方式規避電梯內的病毒傳播風險成了人們關注的方向，也是非接觸式新型智能電梯方案推出的一個核心原因。本項目旨在建立一個提供給乘客安全，便利的電梯環境，由于公共場所電梯相對封閉的環境和狹小的空間很容易傳播病毒，傳統電梯的接觸式按鍵更被視為接觸傳染的途徑之一。而非接觸新型智能控制電梯，通過電容式非接觸按鍵和智能AI語音，乘客搭乘全程無須觸碰電梯按鍵。讓電梯變得“會思考，有溫度，更安全，更智能”，從而真正實現了智能時代的理念。

1 智能電梯需求分析

為了防止傳統電梯按鈕交叉污染，接觸式常見的有通過物理方式，增設物理殺菌結構，如醫學常用高溫消毒、紫外燈光照殺菌和輻照滅菌等給電梯按鈕消毒的，如日立電梯公司申請的名稱為“帶消毒功能的電梯按鈕”的發明專利，通過微型殺菌燈給電梯按鈕實施殺菌。也有通過化學方式，用有效滅活病毒和細菌的材料制造電梯按鈕，或增設化學殺菌裝置，通過自動噴灑消毒液實現對電梯按鈕自動進行殺菌消毒。如康達電梯公司申請的專利“電梯按鍵消毒裝置”。這類接觸式的電梯局限性很明顯，難以滿足人民對美好生活的向往。

電梯屬于特種安全設備，必須滿足國家標準。電梯系統的低壓設備要求嚴格遵守GB14048.1—2006，電氣安全標準GB7588—2003（2015）。電梯與互聯網的應用接口開始普及，乘客對電梯的更智能更安全的需求與日俱增。如今的電梯系統不單單只是滿足基本的運載功能。人臉識別技術也正在逐漸取代電梯的IC看梯控系統[3]。因此，研發一套基于高性能處理器的非接觸是智能電梯系統，市場空間巨大。

2 非接觸式智能電梯系統設計

本文旨在設計能夠進行AI人臉識別、人體紅外數字測溫、自動紫外線消毒的非接觸式智能電梯系統。可極大減少病毒的傳播，讓電梯變成真正的“抗疫電梯”和安全電梯。AI語音可實現“全程零接觸”的人工智能對話搭乘電梯，將門禁、訪客、通道等多個系統與電梯系統進行聯動融合，采用智能識別技術快速識別用戶身份并調度就近電梯前往用戶所在樓層。用戶乘坐先達電梯，電梯自動點亮并將用戶送達目的樓層，用戶全程無須手動操作，無感通行。通過手機App、小程序、手機藍牙等方式實現遠程呼叫電梯、自動點亮目的樓層，解決傳統電梯的身體接觸、長時間等待、陌生人使用等問題。

靜脈識別是一種新興的紅外生物識別技術，它是根據靜脈血液中脫氧血色素吸收近紅外線或人體輻射遠紅外線的特性，用相應波長范圍的紅外相機攝取手背（或指背、指腹、手掌、手腕）的靜脈分布圖，通過歸一化、去噪等預處理后進行濾波增強與靜脈紋路分割、細化修復，然后提取其特征[4-5]，再與預先注冊到數據庫特征數據進行匹配以確定個人身份。使用時，只需要將手背或手指靠近感應設備即可實現按鈕操作。非接觸式智能電梯系統架構有3層，分別是驅動設備層、操作系統層、應用軟件層。非接觸式智能電梯系統架構如圖1所示。

3 非接觸式智能電梯模塊設計

3.1 AI語音“全程零接觸”搭乘電梯

AI語音的運行方式為自動語音識別、自然語言理解、自然語言生成、文字轉音。用戶站在電梯口，無須按鍵，一句話“上樓、下樓”就可以實現電梯呼叫。進入電梯后，無須再點擊樓層按鈕，只需要一句話AI語音就可以準確語音識別用戶的樓層指令，同時配合自然清晰的語音提醒，從而達到人機交流的效果，老人、兒童、行動不便的人士都可以一用即會，輕松無障礙。

3.2 基于電容式非接觸按鍵的非接觸式按鍵

按鍵電容式非接觸式按鍵，是一種無須與電梯按鍵部件接觸，不以按壓的方式進行操作。當物體接近電梯按鍵的感應面時，無須機械接觸及施加任何壓力即可完成開關動作。非接觸按鍵連接微處理器工作，微處理器在工作時會循環掃描按鍵陣列，當電梯按鍵感應面感應動作時，會把鍵值發送給微處理器提供控制指令，判斷是哪個按鍵被按下，并輸出樓層數。

3.3 紅外數字測溫殺菌消毒裝置

紅外攝像儀可自動追蹤檢測進入電梯人員，當AI數字紅外測溫系統檢測到個人疑似發熱癥狀時，會自動語音報警提醒疑似人員，提示保安人員，并快速找到并追蹤體溫較高的人員，記錄下疑似者人臉樣貌信息。電梯殺菌消毒裝置在電梯使用期間通過紫外線循環風空氣消毒，每天對電梯定時消毒。晚上無人使用電梯的時，電梯進行全面消毒。

3.4 AI人臉識別+動作識別系統

利用人臉識別實現電梯控制。用戶通過人臉識別設備，通過刷臉即可實現開門、呼梯、自動點亮目的樓層，無須攜帶任何卡、手機等物品，自在通行。通過對人臉預處理，特征提取，對進入電梯人員進行面部掃描分析，記錄面部信息，對比前期錄入的人員面部信息，將陌生人員進行記憶標記。圖像識別電梯內是否存在老人、小孩、危險物品。當發現電梯內乘客出現不正常行為，如：摔倒、搶劫、犯病身體不適等情況，智能分析觸發電梯安全應急裝置，報警和通知保安部門，以加快對電梯內人員的施救。

3.5 手機App電梯預約提醒

電梯預約，用戶可通過手機App，實現室內可視化預約呼梯，將電梯呼到用戶所在樓層。App可獲取電梯GPS定位信息，實時查詢查看所選電梯當前所在層數。顯示電梯內的人數，App可分析電梯控制器信息和此時電梯內的已選樓層信息，智能分析電梯從當前位置到達用戶預約提醒樓層所需要的時間。當即將到達預約好的層數時，App提醒電梯即將到達。

4 結語

本文根據目前傳統電梯技術和電梯市場存在的問題，對非接觸式智能電梯系統集成設計展開了研究。非接觸式智能電梯主要融合了人工智能、大數據、5G移動通信與物聯網等技術。隨著社會、科技的發展，智能電梯系統也將不斷地向前進步。

[參考文獻]

[1]李向陽，王瑞潔，陸宏偉.試論中國電梯產業的3次創新平臺躍升[J].中國電梯，2021（2）：18-24.

[2]郝飛.中國電梯行業的技術發展趨勢研究[J].設備監理，2019（11）：61-62.

[3]朱河.人臉識別在電梯中應用的研究[J].中國電梯，2019（17）：17-18.

[4]WANG L Y，LEEDHAM G.Near- and far- infrared imaging for vein pattern biometrics[C].Sydney：Proceeding of the IEEE International Confer- ence on Video and Signal Based Surveillance，2006：52.

[5]CRISAN S，TARNOVAN I G，CRISAN T E.A low cost vein detection sys- tem using near infrared radiation[C].San Diego：IEEE Sensors Applications Symposium，2007：1- 6.

（編輯 何 琳）