人工智能背景下电梯监控系统改进研究

谢一麟

（江苏省特种设备安全监督检验研究院无锡分院，江苏 无锡 214174）

电梯作为数量比例最高和使用人群密集的特种设备，其安全性直接关系到民生福祉和社会安全问题。随着经济发展和城市规模的不断扩大，高层住宅不断增加，电梯的使用日益广泛。截至2019年底，国内电梯注册总量达到700万台，预计在2023年电梯保有量将超过1 000万台[1]；2021年底，江苏省拥有在用电梯数量85.37 万台，年增长率达10.53%。电梯在为城市居民提供便捷的同时，其安全问题也受到广泛关注，保障电梯设备使用安全对乘梯人的保护具有重要意义。

随着物联网和人工智能技术的不断发展，智慧电梯系统的建设研究成果不断增加。文献[2]中介绍了上海电梯故障应急三级网络，展示大数据研究，实现了电梯故障预测及事故预防的数字化路线，对智慧电梯的建设具有一定的参考价值；文献[3]中提出采用红外线检测、位移检测等，实现对电梯异常等数据的采集，如电梯速度异常、轿厢困人、电梯冲顶等，借助大数据分析，构建了具有电梯故障的远程实时监测、自动报警、应急救援等功能智慧电梯安全监测系统，实用性较强；文献[4]中设计了电梯楼层语音提醒装置以及文献[5]中引入的智能交互技术、文献[6]中提出基于AP7003系列语音芯片对电梯的语音控制等，为进一步完善智慧电梯系统提供了参考；针对电动车禁止上楼问题，文献[7]提出了基于树莓派和YOLOv3 电梯内电动车检测系统，为智慧电梯的实际应用做出了有效补充。

针对智慧电梯系统建设问题，各类研究文献已给出了一些建设方案和工程应用案例，但在还存在一些问题，如未能充分挖掘电梯的关联数据进行故障或事故预警、事故发生后未能进行优化调度救援人员、未能给出紧急救援的优化路径，以及电梯环境异常未能进行实时监测等；文章将重点针对这些问题，结合人工智能技术，进一步提出优化的智慧电梯建设的综合管理系统。

1 传统电梯系统问题分析及策略

1.1 电梯运行环境监测

针对电梯底坑和机房环境的安全问题，底坑积水容易导致电梯井底的设备老化锈蚀，存在安全隐患；传统检测方式通常为维保人员定期进行查看，实时性较低。电梯机房温度过高或过低、电压不稳定等情况下，易导致电梯死机，发生电梯困人等安全事故。

文章提出采用三层架构（传感层、网络层、应用层）的电梯底坑积水及机房温度监测硬件模块、电梯运行电压监测硬件模块等，对影响电梯安全的关键环境因素进行在线监测，通过窄带物联网技术（NB-IOT）将采集数据上传至电梯智慧监控系统平台，实现对异常环境实时监控和报警，保障电梯运行环境良好，避免故障扩大化，降低维修成本，延长使用寿命，保障乘梯安全。

电梯运行环境监测如图1所示。终端节点为传感器节点，包括对底坑积水检测、机房温度检测及电压检测等传感器。

图1 电梯运行环境监测

1.2 轿厢内异常情况

电梯轿厢里配有摄像头，传统的监控方式多为人工观测，难以保证对轿厢内异常情况实时掌握，如电梯门异常开合、电梯内荷载变动较大、轿厢摇晃等情况，对乘梯安全问题提出了一定挑战。

电梯轿厢里异常检测如图2所示。

图2 电梯轿厢里异常检测

针对轿厢内异常情况，采用边缘计算技术，依托电梯内摄像头，融入人工智能算法，实现对电梯内异常情况分析，执行在线预警或报警，并与电梯控制系统对接。在摄像头端，安装算法运算处理器，采集轿厢视频数据，对采集的数据进行异常分析。异常分析算法建议选用主流算法，如深度学习[8-9]、姿态识别[10-11]等，根据异常分析结果，反馈至电梯控制系统，进行危险等级判断，决定是否启动电梯紧急控制功能，将异常分析结果上传云端服务器，通过智慧管理系统进行在线预警或报警，实时推送至负责人处，以便对异常情况进行综合处理。系统能够实现电梯监控全天候无人值守，高效地监控电梯运行状态，有效提升监控效率。

1.3 维保问题

电梯的安全管理模式主要包括使用单位对使用的电梯设备进行安全管理、维护保养单位对所负责的电梯设备进行定期安全检查、监察机构对电梯设备制造安装及检验检测的定期监督管理等。部分管理模式架构简单、管理者安全意识较淡薄、缺乏必要的专业技术人员，难以对电梯的运行情况进行精准判断，维修、检修工作较为被动，为城市居民出行带来了极大的不便；电梯设备现场检验、监管工作任务繁重，导致电梯使用环节的监管力度不足，信息不对称导致监管工作失位风险增加。

文章提出设计维保人员（或紧急救援人员）优化调度及基于北斗定位的事故电梯位置导航系统，在电梯发生困人故障时，智慧管理系统基于优化调度算法，将紧急救援任务发送至附近空闲的多名维保或紧急救援人员处，当其中一名维保人员接收并确认任务后，可以根据导航系统自动实时定位到故障电梯的具体位置，借助地图和路径优化算法，实现对紧急救援的最佳路径规划，可极大降低救援寻找故障电梯时间；智慧管理系统同时也会将电梯异常分析结果和电梯的具体参数等信息，实时传递给维保人员，能够及时对故障信息进行全面了解，提升救援效率，保障困梯人员等安全，有效降低因救援不及时而造成事故扩大化的可能性。

2 智慧电梯云平台建设

电梯智慧云平台管理系统如图3所示。

图3 电梯智慧云平台管理系统

基于上述电梯运行环境监测、电梯轿厢里异常情况分析、事故的紧急救援人员优化调度和路径优化等；设计电梯智慧云平台管理系统，系统架构包括电梯物联网感知层、云计算层、应用层等。应用层包含公共电梯信息查询、维保及紧急救援、故障预警及事故报警、智慧电梯监管、老旧电梯评估、健康度管理等功能模块。云计算服务层主要用于实现数据接入、存储、计算、管理等内容；感知层包含视频监控、行为分析识别、环境监测、电压识别、运行状态、音视频交互等。电梯智慧平台已在江苏省特种设备安全监督检验研究院无锡分院投入使用，接入7万余台电梯，并提供服务，取得了一定的实际成果。

3 结语

文章在传统电梯管理系统的基础上，针对电梯管理中存在的一些问题，如安全隐患和维保不及时等问题，从人工智能角度出发，提出电梯智慧系统设计的改进方案，实现对电梯运行环境智能监测、对电梯轿厢里异常行为在线分析，进行故障预警或事故报警，对维保人员进行优化调度和救援路径规划，能够有效保障电梯使用的安全性和故障的快速救援，具有一定的实际工程应用价值。