高校电梯安全管理信息技术研究——以西安理工大学为例

常 姗,李文峰,白 慧

(1.西安理工大学后勤处校园管理科，陕西 西安 710048； 2.西安科技大学通信与信息工程学院，陕西 西安 710054)

电梯作为继飞机、火车、汽车之后的第四大交通工具，在高校应用越来越广泛。高校是人员聚集场所，在教室、图书馆、办公楼和宿舍楼的上、下课高峰期，电梯常常处在高频、高负荷运转状态[1]，电梯夹人、困人以及非平层开门等故障频发，全国高校每年发生的电梯事故率在0.15万台～1.56万台之间。为了预防电梯事故，目前的电梯安全管理技术主要有以下方式：①在轿厢内部安装摄像头，通过视频监控画面了解轿厢内乘客被困及安全情况；②设置统一的96333或12365报警电话；③建立电梯安全监管平台。其中，第一种方式如果值班室做不到24小时都有人值班的话，设备形同摆设；第二种方式属于被动呼救方式，只有乘客被困拨打报警电话时才能施救；第三种方式主要采取在电梯上加装传感器的技术方案，但存在着成本高、检测精度差、误报率高、安装困难等缺点。由于电梯是电子机械产品，在电梯的日常使用中出现意外在所难免，但是通过先进技术手段和监管水平可以将事故灾害损失降到最低[2]。因此，高校电梯安全管理者必须最大程度地保障师生员工人身及财产安全，有效地控制校园内部电梯的安全环境和秩序[3]。为此，本文以西安理工大学为例，主要从信息技术的角度探讨了高校电梯安全管理的技术措施。

1 基于信息技术的高校电梯安全管理技术措施

1. 1 电梯机房标准化建设

电梯主要由轿厢、曳引机和控制柜三大部分组成，其中曳引机和控制柜均安置在机房，机房环境直接关系到电梯能否在最佳工作状态下运行[5]。我国2014年1月1日起施行的《中华人民共和国特种设备安全法》、《电梯制造与安装安全规范》(GB 7588—2003)、《电梯安全要求》(GB 24803.1—2009)、《电梯监督检验和定期检验规则》(TSGT 7001—2009)、《曳引和强制驱动式电梯型式试验细则》(TSGT 7002—2005)等标准规范对电梯机房载荷、温度、曳引钢丝绳等做了具体要求，但没有统一标准，学校为此进行了精细化管理，制定了电梯机房统一标准并进行招标建设，具体标准化建设内容及措施,见表1。

1.2 电梯曳引机加装应急电源、轿厢加装应急照明等装置

电梯在使用过程中，一旦遇到供电系统(外电网)故障(停电、缺相、火警)时，会对被困乘客人身及财产安全构成严重威胁。通常的处理方法是由电梯维保人员先把外电网切断，松开电梯曳引机抱闸，进行人工盘车，将电梯轿厢降到就近的层站，并打开轿厢门解救被困乘客。这样的工作必须由至少两名以上专业人员配合完成，而且在救援过程中对救援人员及电梯内的乘客都存在着一定的潜在危险和事故隐患，此外轿厢内被困乘客由于紧张、烦躁、恐惧等心情也会造成心理伤害[6]。

表1 电梯机房标准化建设内容及措施

电梯曳引机应急电源装置组成如图1所示，正常工作时，380 V三相交流电源通过交流连接器给电梯交流负载供电，同时给蓄电池组件充电；紧急停电时，交流连接器断开，应急电源自动启动，蓄电池组件通过逆变器给电梯延时供电，使电梯轿厢缓慢运行到就近层站门区位置，然后自动打开轿门和厅门，让乘客迅速安全走出电梯[7]。

图1 电梯曳引机应急电源装置组成Fig.1 Constitution of the emergency power supply unit of the elevator traction machine

电梯轿厢应急照明装置组成如图2所示，当市电正常时，220 V交流电经变压器、整流电路转换成低压直流电，给LED直流负载供电，同时给锂电池组件充电；当停电时，变压器失电，锂电池组件输出低压直流电，点亮LED灯[8]。

图2 电梯轿厢应急照明装置组成Fig.2 Constitution of the emergency lighting device of the elevator car

1. 3 电梯轿厢安装“一键式”无线应急通信系统

陕西省2013年1月发布的《陕西省电梯安全监督管理办法》要求：全省电梯必须保持电梯紧急报警装置和通话装置完好，保证联络畅通。因此，西安地区高校普遍在电梯轿厢安装了五方通话系统[9]。所谓“五方通话”指轿厢、机房、轿顶、轿底以及值班室分机之间的通话，是被困乘客与外界取得联系的“紧急通道”[10]。但是这种装置存在的问题是每部电梯不可能都对应一个值班室，往往是全校设置一个总值班室，而通往总值班室的布线既麻烦又受限制；另外，值班室必须要24小时有人留守，否则会出现无人接听电话的情况。鉴于此，学校给每部电梯轿厢安装了“一键式”无线应急通信系统，如图3所示，轿厢分机与手柄分机(机房分机、轿顶分机、底坑分机)之间通过电梯井道内与电梯随行的两根线缆广播通讯，轿厢分机与值班电话利用GSM网络通过主机无线通讯，这样值班电话位置可以随意安置，无需布线[11]。装置预先设定四组电话号码，“一键式”拨号，当值班室无人值守时，则自动转接到其他电话号码，同时具有特定电话回拨和背景安抚音乐播放功能。

图3 电梯“一键式”无线应急通信系统示意图Fig.3 Diagram of the elevator “one touch” wireless emergency communication system

1. 4 电梯控制柜安装安全远程监管系统

据统计，近年来的众多电梯事故中，没有按时、按规范维护保养电梯造成的事故占六成多[12]。如何监管电梯维保公司的质量？如何从被困乘客被动报警提升到电梯故障主动报警呢？在电梯控制柜安装安全远程监管系统可较好地解决上述问题。该系统由硬件和软件两部分构成：硬件部分安装在电梯机房，从电梯控制板上实时提取电梯状态信号，并利用GPRS网络推送到服务器，见图4；软件部分通过对电梯的运行数据进行分析，实时显示电梯运行状态[13]。当故障发生时迅速将故障电梯位置、故障现象、人员被困等信息通过短信、互联网PC终端以及移动互联网终端等方式报告给值班室和维保人员，从而达到缩短救援时间的目的。

图4 电梯安全远程监管系统示意图Fig.4 Diagram of the elevator safety remote monitoring system

采用基于电路自动换档原理的电梯传感器宽电压(交直流12～220 V)信号自适应检测技术及加装传感器方式使得电梯安全远程监管系统适用于不同国别、不同厂家、不同型号电梯，输入电压信号先后通过整流单元(D1～D4)、滤波单元(C1)、分档电路单元(低档电阻R4、高档电阻R5、稳压二极管D5、三极管Q1和Q2)、信号隔离单元(D6)，最后通过比较器(U2)将电压信号稳定输出，见图5。电梯状态信号包括运行/检修模式、上行、下行、上平层、下平层、门锁、安全回路、电源八路信号[14]。

图5 电梯传感器宽电压信号自适应检测原理图Fig.5 Diagram of adaptive detection principle of the sensor Wide voltage signal of the elevator

根据电梯故障判定标准和依据，建立若干数学模型，通过后台服务程序，利用故障判据适用数学模型标识及判据约束条件来判定电梯故障。应用软件包括资料管理、实时监控、故障管理、维保管理、违章管理、公告通知、报表管理、系统管理八大模块。

2 基于数据挖掘的电梯安全预警预报平台构建

以电梯安全远程监管系统数据库中的数据作为数据源进行数据挖掘，进而构建电梯安全预警预报平台，其构架图见图6。其中，数据挖掘管理引擎提供对数据挖掘的应用程序编程接口(API)，同时负责对整个数据挖掘任务的调度管理，管理同时运行的多个计算任务，并协调资源分配；挖掘机独立运行数据挖掘程序，负责对切分好的最小单元任务进行处理;数据挖掘算法库提供常用的基本数据挖掘算法[15]。

图6 基于数据挖掘的电梯安全预报预警平台构架图Fig.6 Schema diagram of the elevator safety forecasting and warning platform based on data mining

数据挖掘算法由数据规约、数据变换、数据分析算法组成，通过数学模型、经验公式、模糊算法、遗传算法等方式对来自电梯监控终端设备的海量数据信息进行处理，实现从数据仓库获取有用信息并进行整合，以备预报预警平台使用。

预警预报分析由HADOOP分析系统、专家预报预警模型、仿真模型组成[16],通过基于HADOOP的MAP/REDUCE算法实现高效的并行数据分析，通过仿真模型进一步分析推演可能出现的情况，并对现有的预警预报模板进行自适应的匹配和新增，从而实现自主分析电梯故障事故和自动发布预警预报结果。

3 结 语

西安理工大学教学区现有直梯26部、家属区现有直梯21部，学校后勤处引进了物联网、无线通信、云计算、智能专家系统、数据挖掘等先进技术与电梯安全紧密结合，突破了电梯状态实时监测、故障报警和发生事故时乘坐者对外进行紧急呼救的“最后一公里”技术“瓶颈”，为乘坐者提供了一种及时有效、方便可靠的通信保障；同时对电梯实施24 小时不间断监测，及时发现故障苗头，以避免重大事故的发生；此外，可根据事故类型、等级自动生成应急预案，节省了救援时间，并在实施过程中，当遇到井道内无线信号覆盖差的情况，可通过加装信号放大器来提高信号强度。经过近三年的实施效果表明：电梯机房标准化建设、电梯加装应急电源及应急灯等装置、电梯安装无线应急通信系统、电梯安装安全远程监管系统等技术措施强化了学校对电梯设备及维保人员的监管能力，提高了电梯故障处理率达60%以上，降低了电梯故障发生率达80%以上，对保障电梯安全运行、减少电梯事故发生提供了有力的技术保障。

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