红外热成像技术在电梯智能化方面的应用

霍成煜 刘柳壮 张晨洁 袁承志 蔡锦武

摘 要：在经济迅速发展的时代背景下，人民的物质需求不断提高，电梯早已成为每个建筑物的必需品，为了提高用户体验，提高电梯运行效率，电梯的智能化是其发展的必经之路。而由于新冠疫情原因，体温检测成了每个公共场合必不可少的环节。本设计基于红外热成像探测装置，可以实现乘梯人温度测量、人员数量检测，从而自动制定运行计划及报警等功能。

关键词：红外热成像技术;温度检测;智能化电梯

世界上的各种物体，只要本身温度高于-273.15度，其自身就会向外发射出红外辐射，同时，这些红外辐射也是一种能量，物体的温度不同，辐射率不同，自身发出的红外辐射能量也就不同。红外线发现较早，但是应用范围极小。随着技术的更新与发展，红外探测技术渗透到各个领域，应用范围极为广泛。本设计提出使用红外热成像技术获取用户信息来实现电梯智能化。热红外成像通过对热红外敏感CCD对物体进行成像，能反映出物体表面的温度场。通过对热成像图像的处理，可以得到温度信息和人员个数信息。文章将阐述红外热成像技术在电梯智能化方面的应用。

1 研究背景

随着社会的发展，建筑物规模的加大，楼层的加高，电梯的稳定性、舒适性和运行效率等方面的要求变得越来越高。而在新冠疫情背景下，每个公共场所的体温检测是不可或缺的。且在新冠疫情常态化防控背景下，一台能满足疫情防控功能与提高运行效率的电梯是有重大意义的。当前，为了不产生过量房屋建设造成的资源浪费，需对各个旧小区进行翻新改建以及设施维护等工作。并且高于7层的房屋必须加装电梯，所以从当前起，各地电梯需求会大大增加。对于开放小区，在没有采取强制措施的情况下，疫情防控是很薄弱的。如果能在每个单元加装带有温度检测的智能电梯，就可以补充这个防疫工作缺口，大大减少人力资源浪费，且能长时间、不间断地对出入用户进行温度检测。所以，温度监测智能化电梯的研发对用户和社会来说都大有益处[1]。

2 产品介绍

2.1 红外热成像技术

紅外热成像原理并不神秘，从物理学原理分析，人体就是一个自然的生物红外辐射源，能够不断向周围发射和吸收红外辐射。正常人体的温度分布具有一定的稳定性和特征性，机体各部位温度不同，形成了不同的热场。根据这一原理，通过热成像系统采集人体红外辐射，并转换为数字信号，形成伪色彩热图。通过对伪色彩热图的数据进行处理与分析就可以得到用户体温信息，如图1所示。

2.2 电梯智能化措施

2.2.1 温度监控

电梯采用红外热成像摄像机作为信号采集装置，相比手持测温枪，其有明显优势。其优势为：非接触、24h不间断工作、被测人员无需配合、无感测温;被测人员在正常行走中不停留即完成测温，测温效率明显高于手持测温3倍以上。热成像测温可以快速对电梯间密集人群做出体温检测。如果检测到有体温超过37.3℃的个体，系统会发出警告并联系专人对其进行二次体温检测。

2.2.2 底层与顶层自动唤醒电梯

红外热成像摄像机的使用令电梯系统能够轻松获取电梯间人员数量信息，对于底层与顶层这种单方向电梯间，当乘梯人通过温度监控后，电梯将自动按下电梯上（下）键，无需乘梯人自己按动电梯，如图2所示。

2.2.3 根据电梯间人员状态调整电梯运行方案

当处于运输高峰期，电梯的运输效率成了重中之重，对于高层建筑来说更是如此，掌握了电梯间人员数量后，电梯就可以根据人员数量制定合理的运行策略。如当有用户按下电梯按键后，中途有事离开，常规电梯仍旧会在该层停下开门，造成运力与时间的浪费。有红外热成像摄像机实时获取电梯间人员信息，当乘梯人离开电梯间并且3s内无人进入时，系统就会自动熄灭按键，电梯不在该层停靠。当某层人员数量超过电梯承载限度，也即电梯到层并离开后，还有乘客留在电梯间中，电梯按键不作熄灭处理。总而言之，通过获取乘坐人员数量信息，经过单片机程序的计算与分析，可以实现电梯运力资源的最大利用[2]。

3 现状分析

3.1 市场分析

近年来，一方面随着生活水平的提高，人们对住宅要求有了明显的提高;另一方面，城市化程度越来越高，导致城市人口激增，房屋作为生活必需品，存在很大的需求量。而现今的房产需求主要以刚性需求为主，其主要包括：旧城改造的棚改户、改善型换房、外来工作定居，高校毕业生及年轻人结婚购房等。所以，各大楼盘如雨后春笋般冒出来，开发的楼栋数呈稳步上升趋势。按照国家《住宅设计规范》（GB50096-1999）规定：十二层及以上的高层住宅，每栋楼设置电梯不应少于两台，其中宜配置一台可容纳担架的电梯。其认为一台电梯服务60至90户是适宜的。可见，随着房地产业的蓬勃发展，必将带动电梯产业的空前发展。并且随着疫情防控力度的加大，各处测温的需求也将提高，智能化测温设施出现在电梯中也是首例，会令智能化电梯系统具有更强的竞争力。

3.2 技术分析

目前，红外热成像温度采集技术成熟稳定，已广泛应用于公共场合的密集型测温。对于电梯系统来说，仅将摄像机当作传感器，获取乘梯人员数量信息后通过单片机控制电梯按键，可以改变电梯运行轨迹，并不对电梯本身嵌入式程序进行改进。所以，此项目可以实现对老旧电梯的改造，进而降低项目成本[3]。

4 项目分析

4.1 优势

非接触性：红外检测的实施是不需要接触被检目标的，在有电梯的地方，人流混杂，被检目标可静可动，可以随时根据检测的任务动作、形态、行为来自动对电梯进行操作。

满足疫情防控需求：可以独立完成密集型人员体温检测与高温报警功能。

提高电梯运输效率：在生活中，电梯运行时总有一些人喜欢乱按电梯，造成电梯在无人搭乘的情况下停止运行，这样会使电梯内部乘坐人员的时间造成浪费，同时也会破坏心情，而红外检测技术可以判断电梯外面是否真的有人，从而判断是否对电梯进行打开操作。其大大减少了电梯运行时间，提高了电梯工作效率。

成本低：红外热成像传感器售价与普通监控摄像器相差不大，在同时兼顾监控与温度检测的工作下，红外热成像摄像机是不二选择。且仅需对电梯间进行改装，并不需要更换旧电梯即可使用，降低了安装成本，保留了可用的旧电梯设施。

4.2 劣势

温度检测产品多，竞争压力大：市场上各类温度检测电子设备层出不穷，从最初的手持式额温枪，到温度检测门，再到红外热成像摄像机，测温产品过多导致产品竞争压力大[4]。

5 结语

电梯智能化是其发展的必然方向，在市场需求下，一台运输效率高、用户体验好的电梯是必不可少的。红外热成像技术运用到电梯系统中是智能电梯的发展方向之一，在疫情防控需求下，拥有温度监测功能的智能电梯的发展前途必然会是一片光明。

参考文献

[1] 时昊，窦艳芳，崔月莹.基于单片机的红外热成像体温检测仪[J].佳木斯大学学报（自然科学版），2019，38（06）：12-14.

[2] 任志平，张俊杰，杜福祥，等.智能电梯设计及研究[J].住宅产业，2020（03）：25-27.

[3] 詹晓芸，黄持莹，王斌，等.新型5G红外热成像测温系统设计与实现[J].电子测试，2020（19）：36-38.

[4] 罗建，姜玲.智能电梯控制系统优化设计[J].科学咨询（科技·管理），2018（01）：44-46.