基于AI的電梯轎廂實(shí)時(shí)定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

賈玉坤 沈姝君 陳蘇秧 周海丹 陳進(jìn)熹 洪尉尉

摘?要：電梯作為高層建筑中常用的交通工具，其安全可靠的運(yùn)行尤為重要。通過(guò)井道內(nèi)部安裝UWB高精度定位基站，轎廂安裝高精度定位標(biāo)簽，對(duì)轎廂進(jìn)行實(shí)時(shí)高精度定位。實(shí)時(shí)構(gòu)建轎廂全天位置速度圖，采用AI人工智能算法結(jié)合任意位置、不同時(shí)刻運(yùn)行速度，當(dāng)速度發(fā)生大于閾值的跳變即可據(jù)此報(bào)警。實(shí)驗(yàn)證明該方法具有較高的問(wèn)題可識(shí)別性。

關(guān)鍵詞：AI;實(shí)時(shí)定位;監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市規(guī)模也在不斷逐漸擴(kuò)大，高層建筑及超高層建筑越來(lái)越多，電梯這種高層建筑交通工具必不可少，且越裝越多。近年，電梯大量安裝，很多電梯超負(fù)荷運(yùn)行且進(jìn)入了問(wèn)題高發(fā)期，故造成了大量事故及人員的傷亡，電梯安全運(yùn)行及監(jiān)測(cè)越來(lái)越受人們的關(guān)注[2]，[3]。

目前在運(yùn)行的幾乎所有的電梯由專業(yè)的電梯維保人員進(jìn)行上門(mén)定期檢修，維護(hù)和故障處理。由于電梯分布極其分散且分布區(qū)域廣泛，電梯穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)乎人的生命安全，維保人員需求量巨大，仍以傳統(tǒng)的人工處理、故障處理的做法將無(wú)法得到滿足，且有些維保、故障處理亦沒(méi)有詳實(shí)的參數(shù)記錄，從而要求電梯維保人員每次維保及故障排除都需要對(duì)電梯進(jìn)行全方位的檢查才能清除問(wèn)題，致使電梯維保人員其工作效率不高。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

人工智能（Artificial Intelligence），英文縮寫(xiě)為AI。它是研究、開(kāi)發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門(mén)新的技術(shù)科學(xué)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)及機(jī)械控制技術(shù)的跨越式飛越，AI人工智能的研究領(lǐng)域也變得越來(lái)越廣泛，逐步從實(shí)驗(yàn)室走向人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?。人工智能是一門(mén)極富挑戰(zhàn)性的科學(xué)，其研究領(lǐng)域主要包括以下幾個(gè)方面：認(rèn)知系統(tǒng)架構(gòu)，學(xué)習(xí)與推理，機(jī)器學(xué)習(xí)，運(yùn)動(dòng)控制，機(jī)器視覺(jué)等。[1]

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了一種基于AI的電梯轎廂實(shí)時(shí)定位監(jiān)測(cè)，該系統(tǒng)是電梯井道全域掃描安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，通過(guò)井道內(nèi)部安裝密集的UWB高精度定位基站，轎廂頂部及底部安裝高精度定位標(biāo)簽，依據(jù)頂部及底部高精度定位標(biāo)簽差分信號(hào)對(duì)轎廂進(jìn)行高精度定位。以10ms為單位將定位大數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至遠(yuǎn)程云端服務(wù)器，構(gòu)建轎廂全天、全年乃至多年的位置速度圖。通過(guò)大數(shù)據(jù)分析輔以AI人工智能算法繪制全天“位置速度畫(huà)像”;任意位置的全天不同時(shí)刻的運(yùn)行速度與“位置速度畫(huà)像”有巨大跳變，且其跳變超過(guò)設(shè)定閾值即可據(jù)此報(bào)警。跳變閾值可根據(jù)時(shí)刻設(shè)定，時(shí)刻精度為100ms。其系統(tǒng)構(gòu)成圖如下圖所示。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 高精度定位器

高精度定位器安裝在轎廂底部及轎廂底部，采用定位標(biāo)簽差分信號(hào)，提高定位精度。定位芯片采用高精度UWB芯片，對(duì)轎廂所處位置進(jìn)行高精度差分信號(hào)定位，并將定位數(shù)據(jù)通過(guò)定位基站實(shí)時(shí)傳送給遠(yuǎn)程云端服務(wù)器。DWM1000基于DecaWave公司開(kāi)發(fā)的DW1000芯片，兼容IEEE802.15.4-2011協(xié)議的超寬帶無(wú)線收發(fā)芯片;在實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)中用于物體的定位，精度高達(dá)厘米級(jí)別;數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)6.8Mb/s;通信距離在300米;使用短包方式通信，標(biāo)簽的密度高達(dá)11000個(gè);對(duì)于多路徑衰弱有更強(qiáng)的抗干擾能力，在高衰弱環(huán)境下也可以進(jìn)行可靠的通信;低功耗特色;物理尺寸很小，且其集成天線，簡(jiǎn)化用戶產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

2.2 UWB定位基站

定位基站主控模塊采用時(shí)下流行的樹(shù)莓派4B，其處理能力強(qiáng)大，內(nèi)部安裝Linux系統(tǒng)，板載WiFi及RJ45;定位模塊采用DWM1000。電梯井道內(nèi)部密集安裝UWB定位基站，基站密度決定定位精度?；精@得高精度定位器位置后通過(guò)WiFi、4G/5G、有線網(wǎng)絡(luò)等方式將定位數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至遠(yuǎn)程云端服務(wù)器。云端服務(wù)器收到定位數(shù)據(jù)通過(guò)大數(shù)據(jù)分析輔以AI人工智能算法繪制全天“位置速度畫(huà)像”，用以報(bào)警分析。

3 軟件設(shè)計(jì)

為了提高程序的可測(cè)試性，本系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)編程思想，定位基站控制程序采用Python語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。高精度定位器及UWB定位基站程序均包括：硬件初始化、系統(tǒng)互聯(lián)、數(shù)據(jù)處理、AI人工智能算法等程序模塊、系統(tǒng)軟硬件自診斷模塊。電梯轎廂實(shí)時(shí)定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)對(duì)時(shí)間變化性要求很高的系統(tǒng)，本系統(tǒng)具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，每10ms產(chǎn)生一次高精度定位數(shù)據(jù)對(duì)電梯的定位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，完成數(shù)據(jù)的處理并進(jìn)行AI人工智能算法數(shù)據(jù)整合后將數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器。同時(shí)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的靈活性和可靠性，而且具良好的自診斷功能。

4 結(jié)語(yǔ)

基于AI的電梯轎廂實(shí)時(shí)定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)轎廂定位數(shù)據(jù)，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析輔以AI人工智能算法繪制轎廂全天“位置速度畫(huà)像”;監(jiān)測(cè)任意位置的全天不同時(shí)刻的運(yùn)行速度與“位置速度畫(huà)像”有巨大跳變，以此報(bào)警，并將報(bào)警數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送到維保人員的手機(jī)上。實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)具有較高的可識(shí)別性、且無(wú)需人工干預(yù)，具有廣闊的市場(chǎng)前景，也能夠?qū)﹄娞荻〞r(shí)準(zhǔn)確維保提供技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄒蕾，張先鋒.人工智能及其發(fā)展應(yīng)用[J].信息網(wǎng)絡(luò)安全，2012（2）：11-13.

[2]程峰.電梯遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)及其發(fā)展[J].濟(jì)南：科技信息，2012.2.

[3]李中興，林創(chuàng)魯，邱東勇，等.基于STM32的電梯實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].自動(dòng)化與信息工程，2012，33（01）：43-45.

基金項(xiàng)目：杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院校級(jí)科研課題“基于AI的電梯井道全域掃描安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研制”（ky202025）