基于多源傳感技術的電梯運行狀態智能監測方法

［關鍵詞］多源傳感技術；電梯運行；運行狀態；狀態智能監測；狀態監測

本研究提出了基于多源傳感技術的電梯運行狀態智能監測方法。多源傳感技術通過集成多種傳感器，實現對電梯運行過程中的多種物理量的實時采集與測量。這些傳感器能夠捕捉電梯運行的細微變化，為后續的智能監測提供豐富的數據支持。

1 布設多傳感器階梯融合監測節點

布設多傳感器階梯融合監測節點，在電梯安全監測系統中起著至關重要的作用。為實現對電梯運行狀態的全面而精準的監控，采用多種先進的傳感器技術，并巧妙地將其融入一個階梯式的融合遠程檢測網絡。這些傳感器不僅具備高靈敏度和精確性，而且能適應電梯復雜多變的運行環境。其中，波動檢測傳感器是核心組件之一，能精準測定電梯在實際運行過程中的振動大小，從而確保電梯的平穩運行和乘客的舒適體驗。

根據監測區域的布局和地形，規劃節點的布設位置，安裝傳感器節點，確保傳感器與監測對象之間的耦合良好。在布設過程中，傳感器的兩側基座會沿著電梯導軌的位置勻速運動，與電梯的運動保持同步。傳感器監測節點位置設計見表1。

隨著電梯的運行，傳感器的振動會持續響應，并與布設的每個節點建立起緊密關聯。這種關聯形成了一個多層級、多目標的階梯式融合遠程檢測網。這樣的網絡結構能夠實現對電梯運行狀態的全面覆蓋，無論是垂直運動還是水平偏移，都能被精準捕捉和記錄。監測節點運動狀態如圖1所示。

通過圖1可以了解監測節點運動狀態，利用高精度傳感器對電梯監測節點運動狀態的持續觀測，及時收集電梯運行中的狀態數據。綜上所述，通過布設多傳感器階梯融合監測節點，可提升電梯運行的安全性和穩定性。

2 多源傳感數據融合處理

在電梯狀態監測領域，通過布設多傳感器階梯融合監測節點，全面采集并分析電梯的各項關鍵狀態數據，包括電梯的運行速度、加速度、導軌溫度、振動幅度、電流電壓等。

為了消除不同傳感器數據之間的量綱和范圍差異，使得融合結果更加準確可靠，在數據融合之前需對原始數據進行歸一化處理。歸一化是指將不同范圍、不同量綱的數據按照某種規則或算法轉化為一定范圍內的數值。對于電梯狀態數據，可能存在異常值或數據分布不均的情況，考慮使用Z-score（標準分數）歸一化方法，其公式為：

通過歸一化處理和融合公式的應用，消除不同傳感器數據之間的量綱和范圍差異，使得融合結果更加準確可靠。采用層次化思想，將不同傳感器的數據按照其特性和關聯性進行分層處理，最終形成一個完整的電梯狀態數據集。

綜上所述，通過多傳感器階梯融合監測節點的布設、多源傳感技術融合方法的應用及數據歸一化處理，可實現對電梯狀態數據的全面采集和精確分析，為電梯的安全運行提供有力保障。

3 估計電梯運行位置

在位置估計過程中，應注意不同傳感器的特性和誤差累積情況。加速度傳感器采樣速率快、測量時間短，兩個積分過程中的累積誤差會導致精度下降。但是，壓力傳感器的測量誤差積累比較緩慢，所以把這兩種方法結合起來，來提高電梯轎廂的運動狀態。在t時刻相對于基準層的走高Ht可表示為：

式中，Ht–1上一時間單元基準層的走高，Vt為加速度傳感器對速度和加速度的估算，Ct為支配矩陣。同時，鑒于電梯自身的特殊性，在實際使用過程中，電梯在停穩時，其相對參考點的位置是一系列不連續的數值。使用列表Map說明：

式中，fHi為第i個樓層與參考點的距離，n為升降機可以達到的樓層數目。則電梯位置用公式表示：

綜上所述，通過多傳感器數據融合和位置估計技術的結合應用，可確定電梯位置。

4 輸出電梯最終運行狀態結果

根據電梯的運行位置和其他監測數據，輸出電梯的最終運行狀態結果，包括電梯是否存在故障或異常等。通過將這些結果實時反饋給管理人員或乘客，可以及時發現并解決電梯運行中的問題，確保電梯的安全和可靠運行。

文章運用LSTM（長短時記憶網絡）實時監測電梯運行狀態，利用LSTM對電梯運行狀態進行學習和分析，從而實現對電梯運行狀態的實時監測。

通過LSTM細胞狀態來實現數據的信息傳輸，共分為3部分：遺忘門、輸入門和輸出口。遺忘門是對信元中的信息進行過濾，其基于當前信元的電梯狀態值與當前信元的電梯輸入值，采用Sigmoid函數，輸出在（0，1）內的值at，該值決定了哪些信息應該被保留或舍棄。

輸入門綜合了當前時間點與前一時間點上的電梯狀態，計算更新系數及候選量，以實現電梯狀態的更新。輸入門操作過程用公式表示為：

輸出門負責判斷單元狀態的輸出，利用雙曲正切函數對單元狀態進行處理，并將LSTM層的輸出結果按照編碼準則譯碼，獲得監控數據。通過LSTM層的處理，明確電梯運行狀態中的時序依賴關系，從而實現對電梯運行狀態的實時監測。

5 試驗與結果分析

5.1 試驗準備

為檢驗文章方法的有效性，選取杭州某單位一臺運行了10a的電梯，其荷載為500kg，其額定轉速為1.2m/s，樓層為15層15站。3個傳感器從上到下依次是陀螺儀傳感器（L3GD20）、溫濕度傳感器（DHT11）及光電傳感器。其中，L3GD20與DHT11均通過SP（I串行外設）接口與樹莓派進行通信，而光電傳感器則是通過UART（通用異步收發傳輸器）接口連接到樹莓派。這樣的設計可確保傳感器數據的穩定傳輸和高效處理。試驗軟硬件環境見表2。通過這些硬件組件和合理的配置，試驗為后續的電梯運行狀態智能監測提供了穩定可靠的數據來源。

從電梯運行狀態數據中，選取加速度為試驗的評估指標。加速度是電梯運行過程中一個直接且關鍵的物理量，能夠直觀反映電梯的運行狀態。電梯的啟動、加速、勻速運行、減速及停止等各個階段，加速度都會發生相應的變化。因此，通過監測加速度可以實時掌握電梯的運行情況，及時發現異常狀態。

5.2 試驗結果與分析

電梯監測節點加速度數據見表3。

通過表3可以看出，文章監控方法可以有效獲得升降機井監控節點的轎廂的真實加速度信息。在所有的測試點中，根據電梯井監測節點轎廂加速度數據的試驗結果，文章所提出的基于多源傳感技術的電梯運行狀態智能監測方法表現出了優異的性能。文章方法下的監測值更貼近實測值，能準確反映電梯轎廂的加速度情況。綜上所述，文章基于多源傳感技術的電梯運行狀態智能監測方法在轎廂加速度數據監測方面表現出色，具有實際應用價值。

6 結束語

文章通過集成多種傳感器，有效提升了電梯運行的可靠性和安全性。在實際應用中，該方法展現出了顯著的監測效果，能夠準確識別電梯運行中的異常情況，及時發出預警，有效避免潛在的安全隱患。然而，當前基于多源傳感技術的電梯運行狀態智能監測方法仍存在不足。傳感器的精度和穩定性仍需進一步提升，以適應更加復雜多變的電梯運行環境。未來，隨著傳感器技術的不斷進步和數據處理算法的持續優化，基于多源傳感技術的電梯運行狀態智能監測方法將在未來發揮更加重要的作用。