基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧電梯大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

鄭祥盤(pán)，伏喜斌，鐘舜聰，陳瑞品

（1.閩江學(xué)院，福建福州，350108；2.廈門(mén)市特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)院，福建廈門(mén)，361004；3.福州大學(xué)，福建福州，350108；4.東南和創(chuàng)（廈門(mén)）電梯安全科技有限公司，福建廈門(mén)，361000）

0 前言

電梯是涉及生命安全、危險(xiǎn)性較大的特種設(shè)備，是高層建筑廣泛使用的垂直公共交通工具。電梯啟動(dòng)、停車(chē)頻繁，零部件和安全裝置的磨損、老化、變形、松動(dòng)，以及控制系統(tǒng)故障、人為損壞等，都容易產(chǎn)生關(guān)人、“溜梯”，甚至沖頂、墜落事故[1—2]。

近幾年來(lái)，各級(jí)政府對(duì)電梯安全給予高度重視，并制定一系列的政策給電梯行業(yè)的研究創(chuàng)新給予支持。為進(jìn)一步加強(qiáng)電梯質(zhì)量管理，保障用戶(hù)乘梯安全和出行便利，國(guó)務(wù)院辦公廳于2018年4月印發(fā)了《關(guān)于加強(qiáng)電梯質(zhì)量安全工作的意見(jiàn)》，從國(guó)家頂層設(shè)計(jì)層面重視電梯質(zhì)量安全管理工作，國(guó)家對(duì)電梯的日常保養(yǎng)、維護(hù)以至故障的前期發(fā)現(xiàn)與故障時(shí)電梯困人的解救有更深度的強(qiáng)調(diào)。本文目前電梯安全監(jiān)測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并根據(jù)存在的問(wèn)題建立基于物聯(lián)網(wǎng)的電梯安全監(jiān)測(cè)管理和大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電梯制造與安裝工藝優(yōu)化、維修成本降低、應(yīng)急救援和維修時(shí)間縮短，電梯故障率和事故率大幅降低。

1 電梯安全監(jiān)測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀分析

由于電梯頻繁啟停，許多維保不到位，再加上電梯逐年“老齡化”，造成可靠性下降，進(jìn)入故障多發(fā)期，屢屢有電梯故障停梯和關(guān)人困人事故發(fā)生。且故障發(fā)生時(shí)，因故障信息不能有效傳達(dá)，出現(xiàn)電梯維修延誤、電梯故障加重，導(dǎo)致被困人員不能得到及時(shí)解救甚至在不當(dāng)自救過(guò)程中出現(xiàn)更大的傷害等問(wèn)題。目前，電梯在安全隱患和安全監(jiān)測(cè)技術(shù)上存在較多不足，主要體現(xiàn)在[3—4]：

（1）獲取電梯故障信息的手段少。目前，電梯故障監(jiān)測(cè)主要是采取現(xiàn)場(chǎng)人工旁站守候監(jiān)視，需要大量的人工勞動(dòng)力。在電梯發(fā)生故障后，依靠電梯被困人員和保安等故障現(xiàn)場(chǎng)人員發(fā)現(xiàn)情況，幾乎沒(méi)有信息化手段。如果遇到停電，還需要工人來(lái)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，導(dǎo)致很多故障不能做到及時(shí)修復(fù)，被困人員不能急時(shí)解救。

（2）對(duì)電梯故障的管理過(guò)于依賴(lài)人力。當(dāng)電梯發(fā)生重大事故時(shí)，由物業(yè)、維修保養(yǎng)單位層層上報(bào)，難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并處理。

（3）應(yīng)急處理能力有待提高。電梯安裝于各個(gè)樓盤(pán)，其安全信息存儲(chǔ)比較分散。電梯發(fā)生故障和事故后，對(duì)電梯故障的發(fā)現(xiàn)及維修完全依靠電梯維修保養(yǎng)人員，效率較低。

2 智慧電梯運(yùn)行安全大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

2.1 總體方案

針對(duì)上述問(wèn)題，開(kāi)發(fā)的智慧電梯運(yùn)行安全大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)要求是適用于各種型號(hào)電梯運(yùn)行安全實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管理的管理軟件系統(tǒng)平臺(tái)，該平臺(tái)綜合大數(shù)據(jù)分析、云計(jì)算、無(wú)線通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采用分布式架構(gòu)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電梯的運(yùn)行狀況，通過(guò)采集數(shù)據(jù)的算法處理，實(shí)現(xiàn)電梯故障的綜合預(yù)防、應(yīng)急處理、事故取證等功能[5]。同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)多媒體分發(fā)技術(shù)和顯示終端，為電梯監(jiān)管部門(mén)、管理單位和維修保養(yǎng)單位，以及業(yè)主提供豐富的多媒體增值服務(wù)的綜合管理平臺(tái)，是智慧城市、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電梯行業(yè)的典型應(yīng)用。

2.2 監(jiān)控系統(tǒng)的組成和功能設(shè)計(jì)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電梯運(yùn)行安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層、協(xié)議層和監(jiān)管層組成，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。具體地，系統(tǒng)架構(gòu)分為5層：第一層為感知層，主要是物聯(lián)網(wǎng)前端利用傳感器技術(shù)采集電梯的運(yùn)行信息、語(yǔ)音信息和視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；第二層為網(wǎng)絡(luò)層，主要為移動(dòng)公網(wǎng)或無(wú)線物聯(lián)專(zhuān)網(wǎng)構(gòu)成，本層在整個(gè)系統(tǒng)中由運(yùn)營(yíng)商提供；第三層為應(yīng)用層，主要是電梯相關(guān)企業(yè)各自的應(yīng)用系統(tǒng)，包括電梯使用單位、維保單位以及應(yīng)急救援系統(tǒng)等；第四層為協(xié)議層，本協(xié)議層提供一個(gè)開(kāi)放式的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通訊協(xié)議接口，各企業(yè)的各個(gè)應(yīng)用按其標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)協(xié)議與監(jiān)管層進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊；第五層是為電梯主管單位用戶(hù)提供的監(jiān)管層，其主要包括日常監(jiān)管查詢(xún)、電梯故障查詢(xún)統(tǒng)計(jì)，應(yīng)急救援查詢(xún)統(tǒng)計(jì)、評(píng)價(jià)決策支持系統(tǒng)與電梯安全監(jiān)察相應(yīng)的業(yè)務(wù)應(yīng)用。

因此，開(kāi)發(fā)的智慧電梯運(yùn)行安全大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)控：實(shí)時(shí)監(jiān)控電梯的當(dāng)前狀態(tài)并以文字結(jié)合圖片的方式顯示，如當(dāng)前樓層、上下行方向、有無(wú)人、梯速、機(jī)房溫度等信息。

（2）及時(shí)發(fā)現(xiàn)傳遞故障信息：類(lèi)似飛機(jī)上的黑匣子，記錄電梯發(fā)生故障時(shí)轎廂及控制系統(tǒng)的各種狀態(tài)和故障，如轎廂當(dāng)前樓層、運(yùn)行方向、是否超載等信息，用于故障原因分析。

（3）報(bào)警和預(yù)警：預(yù)警信息功能通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析提示維修保養(yǎng)人員可能到來(lái)的故障以及提醒更換即將到期的電梯部件。遇到電梯中有人被困時(shí)，通過(guò)傳感器識(shí)別電梯長(zhǎng)時(shí)間不運(yùn)行且轎廂內(nèi)有人，可以自動(dòng)呼叫救援中心，系統(tǒng)可以自動(dòng)記錄報(bào)警過(guò)程以及報(bào)警處理。

（4）大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析：系統(tǒng)可以按電梯類(lèi)型、品牌、維修保養(yǎng)單位、日期、故障類(lèi)型等字段自動(dòng)統(tǒng)計(jì)電梯的故障類(lèi)型和故障信息，便于維修保養(yǎng)單位和生產(chǎn)企業(yè)的質(zhì)量監(jiān)督與管理。

圖2 基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧電梯運(yùn)行安全大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的建設(shè)

通過(guò)采集電梯的維保、檢驗(yàn)、監(jiān)察、投訴和故障信息等檔案信息，構(gòu)建電梯信息資源數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)電梯安全運(yùn)行智能統(tǒng)計(jì)、監(jiān)測(cè)分析、科學(xué)評(píng)價(jià)、智能預(yù)警和健康大數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)電梯安全的動(dòng)態(tài)監(jiān)管，提升電梯安全管理信息化水平。

項(xiàng)目將電梯運(yùn)行監(jiān)管、維保管理、緊急事件響應(yīng)、故障發(fā)現(xiàn)和處理等業(yè)務(wù)系統(tǒng)用云計(jì)算技術(shù)統(tǒng)一集成，形成可服務(wù)市民、維保公司、質(zhì)監(jiān)部門(mén)、物業(yè)管理公司等多角色多實(shí)體的物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)體系。基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧電梯運(yùn)行安全大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)示意圖如圖2所示。

2.4 測(cè)試與應(yīng)用

圖3 智慧電梯公共安全物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)察平臺(tái)

如圖3是廈門(mén)市電梯公共安全物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)察平臺(tái)，是基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧電梯運(yùn)行安全大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)具體應(yīng)用。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、集成嵌入式、大數(shù)據(jù)分析、云計(jì)算和計(jì)算機(jī)電信集成等先進(jìn)技術(shù)，搭建可覆蓋轄區(qū)在用電梯的電梯安全物聯(lián)網(wǎng)公共服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯運(yùn)行的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程管理、遠(yuǎn)程傳輸、遠(yuǎn)程服務(wù)、故障數(shù)據(jù)分析、應(yīng)急指揮調(diào)度和電梯維保全程監(jiān)管等。

通過(guò)電梯現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，試驗(yàn)結(jié)果表明：開(kāi)發(fā)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電梯運(yùn)行安全監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)和大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程電梯故障監(jiān)測(cè)、自動(dòng)報(bào)警、困人安撫和救援等功能。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，報(bào)警及時(shí)有效。

3 結(jié)論

通過(guò)分析當(dāng)前電梯維保質(zhì)量和安全監(jiān)測(cè)技術(shù)的不足，采集電梯的維保、檢驗(yàn)、監(jiān)察、投訴和故障信息等檔案信息，構(gòu)建電梯信息資源數(shù)據(jù)庫(kù)，利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)建立的智慧電梯綜合分析預(yù)警平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程電梯故障實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)報(bào)警、互聯(lián)網(wǎng)可視的困人安撫和應(yīng)急救援功能，縮短困人應(yīng)急救援和故障維修時(shí)間，實(shí)現(xiàn)電梯長(zhǎng)周期可靠運(yùn)行。