基于云端和CPS技術(shù)的電梯聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)

任詩波++丁樹慶++王會(huì)方

摘 要電梯云聯(lián)網(wǎng)主要研究“云+端”的電梯聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，融合傳感、通訊、視頻傳輸、語音通訊、GIS等技術(shù)，服務(wù)電梯安全運(yùn)行應(yīng)急處置和動(dòng)態(tài)監(jiān)管。實(shí)現(xiàn)電梯、政府、維保單位、使用單位四位一體的電梯監(jiān)控、應(yīng)急處置和故障預(yù)警。通過建立全市統(tǒng)一的應(yīng)急處置呼叫中心實(shí)現(xiàn)困人報(bào)警和語音安撫，調(diào)動(dòng)全市三級(jí)應(yīng)急救援體系快速實(shí)施救援；通過決策分析系統(tǒng)，建立完善的故障預(yù)警系統(tǒng)，對(duì)海量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為電梯安全提供決策依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】云端 電梯監(jiān)控 應(yīng)急處置 電梯云聯(lián)網(wǎng) CPS

隨著城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電梯數(shù)量日益增多，電梯困人事件時(shí)有發(fā)生，城市道路交通壓力、30分鐘救人的時(shí)間要求給電梯救援帶來的了前所未有的壓力。解決電梯救援問題需要整合全社會(huì)專業(yè)救援資源，建立三級(jí)應(yīng)急救援體系，綜合利用各維保單位救援力量建立第二級(jí)應(yīng)急救援網(wǎng)絡(luò)，組建專業(yè)應(yīng)急救援隊(duì)伍作為第三級(jí)，實(shí)行救援資源統(tǒng)一調(diào)配，優(yōu)先發(fā)揮第一級(jí)救援力量，可以大大提高電梯救援速度，減少電梯困人時(shí)間。

1 電梯云聯(lián)網(wǎng)概念

圍繞電梯救援和電梯故障預(yù)防，亟待建立以電梯為節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)——電梯云聯(lián)網(wǎng)。電梯云聯(lián)網(wǎng)是指在電梯上裝載傳感裝置，感知電梯運(yùn)行信號(hào)，識(shí)別電梯故障，實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上對(duì)所有電梯的屬性及靜、動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行整合提取和有效利用，為電梯應(yīng)急救援及故障排除提供有效服務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化的管理和應(yīng)用。

目前，電梯云聯(lián)網(wǎng)尚處于起步階段，還沒有形成完整的體系框架。本文針對(duì)城市大規(guī)模電梯管理提出基于“云+端”，即“云計(jì)算中心+ CPS（傳感、計(jì)算終端、通訊）”模式構(gòu)建電梯云聯(lián)網(wǎng)體系。該電梯聯(lián)網(wǎng)體系將以構(gòu)建電梯云中心，利用GIS電子地圖服務(wù)，構(gòu)建電梯救援網(wǎng)絡(luò)。通過云端傳感裝置對(duì)電梯運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，通過云端內(nèi)嵌的專家系統(tǒng)對(duì)電梯運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行診斷，及時(shí)對(duì)故障信息進(jìn)行分析。如果電梯發(fā)生困人等故障，云端將電梯困人信息、電梯故障連同電梯運(yùn)行狀態(tài)信息發(fā)送至電梯云計(jì)算中心，云計(jì)算中心及時(shí)通知電梯救援人員實(shí)施救援。利用電梯云聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不僅能夠提高電梯應(yīng)急救援的效率，眾多基于電梯云聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用和衍生服務(wù)應(yīng)運(yùn)而生，對(duì)電梯行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響。

2 電梯聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)

作為物聯(lián)網(wǎng)在電梯領(lǐng)域中的全新應(yīng)用，本文結(jié)合政府服務(wù)社會(huì)安全的需求，針對(duì)城市規(guī)模電梯的應(yīng)用對(duì)象，結(jié)合電梯應(yīng)急處置需求，建立“‘云+端電梯聯(lián)網(wǎng)”系統(tǒng)，將“電梯聯(lián)網(wǎng)”和“電梯三級(jí)應(yīng)急救援”有機(jī)結(jié)合， 提出一種適用于電梯安全運(yùn)行應(yīng)急處置的云聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。

2.1 電梯聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)類型

從網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的角度來看， 電梯云聯(lián)網(wǎng)應(yīng)該能夠提供的服務(wù)如表1 所示。服務(wù)類型是設(shè)計(jì)電梯云聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)的主要依據(jù)。

2.2 電梯聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)結(jié)構(gòu)

電梯安全運(yùn)行應(yīng)急處置云計(jì)算平臺(tái)以傳感技術(shù)、音視頻技術(shù)作為數(shù)據(jù)采集手段，以互聯(lián)網(wǎng)CPS節(jié)點(diǎn)，采用有線或無線網(wǎng)絡(luò)為數(shù)據(jù)傳輸通道，服務(wù)于電梯實(shí)時(shí)監(jiān)控、應(yīng)急處置、救援調(diào)度、呼叫中心、視頻監(jiān)控和決策分析等功能。平臺(tái)基于三層/多層方式分布式應(yīng)用開發(fā)，采用瀏覽器/中間件業(yè)務(wù)邏輯/數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的三層體系結(jié)構(gòu)（應(yīng)用服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)）。如圖1所示。

感知層：感知電梯運(yùn)行狀態(tài)，在感知層采用紅外傳感器、視頻識(shí)別或差動(dòng)變壓器識(shí)別轎廂乘客，感知困人；采用光電感應(yīng)傳感器、光電傳感器、GNSS傳感器采集電梯運(yùn)行狀態(tài)，采用音頻傳感器采集語音信號(hào)，采用RFID標(biāo)簽標(biāo)識(shí)電梯；

傳輸層：采用基于TCP/IP協(xié)議的有線網(wǎng)絡(luò)或通過2G、3G、LTE等移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)“云”和“端”之間的數(shù)據(jù)通訊；

服務(wù)層：通過信息融合、網(wǎng)絡(luò)管理、WEB服務(wù)等技術(shù)，向應(yīng)用層提供服務(wù)，包括組織身份服務(wù)、單點(diǎn)登錄服務(wù)、訪問控制服務(wù)、電子表單服務(wù)、業(yè)務(wù)流程服務(wù)、統(tǒng)一消息服務(wù)、GIS引擎服務(wù)、數(shù)據(jù)分析服務(wù)等；

應(yīng)用層：電梯安全運(yùn)行應(yīng)急處置云計(jì)算平臺(tái)，劃分為兩個(gè)子層，下子層是應(yīng)用程序?qū)?，主要是進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，電梯聯(lián)網(wǎng)的各種應(yīng)急處置服務(wù)；上子層是人機(jī)交互界面，定義與各類用戶交互的方式和內(nèi)容，通過身份認(rèn)證管理登錄訪問。

3 電梯互聯(lián)網(wǎng)CPS結(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

CPS，利用計(jì)算技術(shù)監(jiān)測(cè)和控制物理設(shè)備行為的嵌入式系統(tǒng)稱為網(wǎng)絡(luò)化物理系統(tǒng)（cyber-physical systems， CPS），簡單的說，就是開放的嵌入式系統(tǒng)加上網(wǎng)絡(luò)和控制功能。物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)所擅長的是基于連接的感知，CPS能夠?qū)崿F(xiàn)感控，不僅僅實(shí)現(xiàn)感知，還可以實(shí)現(xiàn)控制，其計(jì)算能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越物聯(lián)網(wǎng)、傳感網(wǎng)。

電梯是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)工程，使用場(chǎng)所是固定的，其設(shè)計(jì)必須符合GB7588-2003，結(jié)合安全和應(yīng)急救援的要求，需要感知電梯的運(yùn)行狀態(tài)、乘客狀態(tài)、視頻、音頻等數(shù)據(jù)，具體感知數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)表2所示。

結(jié)合電梯的實(shí)際情況，由于城市中電梯分布的不確定性和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，電梯CPS結(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)必須具備聯(lián)網(wǎng)能力。由于電梯云聯(lián)網(wǎng)采用了“云+端”技術(shù)，“端”必須具有感知能力，處理數(shù)據(jù)采集；具備計(jì)算能力，在CPS內(nèi)部建立故障專家系統(tǒng)，診斷電梯故障，在需要時(shí)（如電梯發(fā)生困人故障，或云計(jì)算中心喚醒時(shí)）與“電梯云計(jì)算中心”保持鏈接傳輸數(shù)據(jù)，減少大規(guī)模電梯聯(lián)網(wǎng)在線產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)傳輸，節(jié)約有限的網(wǎng)絡(luò)資源，減少網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)。此外，CPS必須具有后備電源，確保電梯在斷電情況下，CPS依然能夠聯(lián)網(wǎng)正常工作；為實(shí)現(xiàn)電梯故障的查閱和狀態(tài)復(fù)現(xiàn)，CPS需具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力。

綜上所述，電梯云聯(lián)網(wǎng)結(jié)點(diǎn)應(yīng)采用互聯(lián)網(wǎng)CPS結(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，作為電梯聯(lián)網(wǎng)的主要設(shè)備，結(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)如圖2所示。

4 電梯云聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

電梯云聯(lián)網(wǎng)主要基于云計(jì)算服務(wù)、傳感網(wǎng)、GIS系統(tǒng)、音視頻系統(tǒng)、呼叫中心等技術(shù)，創(chuàng)新智能化動(dòng)態(tài)監(jiān)管。根據(jù)電梯應(yīng)急處置業(yè)務(wù)流程要求，圖3所示，電梯云平臺(tái)由實(shí)時(shí)監(jiān)控、應(yīng)急處置、呼叫中心、視頻監(jiān)控和決策分析等子系統(tǒng)組成，融合電梯應(yīng)急處置和動(dòng)態(tài)監(jiān)管等各環(huán)節(jié)，存儲(chǔ)電梯故障案例信息，將應(yīng)急救援與決策分析融入應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)電梯、政府、維保單位、使用單位四位一體的重點(diǎn)監(jiān)控、應(yīng)急處置和故障預(yù)警等。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)需求，通過呼叫中心實(shí)現(xiàn)電梯電話統(tǒng)一接警和科學(xué)調(diào)度，調(diào)動(dòng)三級(jí)救援體系，及時(shí)處理電梯困人事故。

5 結(jié)束語

電梯云聯(lián)網(wǎng)是一種全新的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，是云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在公共安全領(lǐng)域中的具體應(yīng)用，是全新的電梯應(yīng)急處置模型。本文研究了電梯云聯(lián)網(wǎng)的概念、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、電梯互聯(lián)網(wǎng)CPS以及電梯云聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等方面的內(nèi)容。文章所述體系架構(gòu)在“南京市電梯安全運(yùn)行應(yīng)急處置中心”得到了良好的應(yīng)用，結(jié)合南京市“96333”電梯呼叫中心、電梯三級(jí)應(yīng)急救援體系建設(shè)，電梯“云+端”技術(shù)得到了有效的實(shí)證。系統(tǒng)投入使用一年多來，實(shí)現(xiàn)了南京市主城區(qū)電梯的有效應(yīng)急處置，將電梯困人救援時(shí)間由法律要求的30分鐘，控制到了20分鐘以內(nèi)，有效的提升了電梯應(yīng)急救援效率，縮短了應(yīng)急救援時(shí)間。此外，通過電梯云聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可有效監(jiān)控全市電梯的故障情況，為電梯故障決策分析和故障預(yù)警積累了豐富的數(shù)據(jù)。

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作者簡介

任詩波（1981-），男，安徽省肥東縣人，高級(jí)工程師。碩士研究生。主要研究方向?yàn)殡娞輽z驗(yàn)技術(shù)。

作者單位

南京市特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院 江蘇省南京市 210019