一種基于AI的電梯轎廂實時定位監(jiān)測系統(tǒng)

周俊波

摘 要：本次研究以電梯為主題，選取與其安全運行密切相關(guān)的轎廂作為研究對象，重點探討一種基于AI的電梯轎廂實時定位監(jiān)測系統(tǒng)。具體論述中結(jié)合當(dāng)前的AI技術(shù)對其系統(tǒng)構(gòu)成進行了一般性概述;然后從系統(tǒng)設(shè)計的角度，分別從硬件設(shè)計與軟件設(shè)計兩個方面展開具體探討。

關(guān)鍵詞：AI;電梯轎廂;實時定位;監(jiān)測系統(tǒng)

中國向現(xiàn)代社會的轉(zhuǎn)型，重點在于實現(xiàn)現(xiàn)代化，在現(xiàn)代文明的表現(xiàn)形式方面，以城市文明為主導(dǎo)。近年來城鎮(zhèn)化的快速推進與發(fā)展，基本與社會活動范圍的擴大處于同一階段，加上高層住宅建筑與商業(yè)化建筑的普遍建設(shè)，對于電梯的需求越來越大。在這種需求增長的同時，事故發(fā)生率也在增長，所以為了確保電梯使用的安全，有必要增強監(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā)，從而保證民眾的乘梯安全。下面就以這種基本的安全需求為出發(fā)點對主題做出討論。

1、概述

我國在電梯使用方面，主要存在超負荷運行與維護管理跟進不足兩個方面。因而導(dǎo)致了諸多“電梯吃人”、“電梯殺人”事故，在社會上產(chǎn)生了較大的負面影響，給民眾的生命安全造成了嚴重威脅。為了有效的解決此類風(fēng)險，需要在制定常態(tài)化的維護管理方案的同時，積極的研發(fā)新技術(shù)，或者進行技術(shù)資源的優(yōu)化配置，為其構(gòu)建實時定位監(jiān)測系統(tǒng)，從而滿足預(yù)防風(fēng)險的基本需求，尤其是針對電梯轎廂實施高精度定位，可以提升運行安全質(zhì)量。當(dāng)前因AI技術(shù)的廣泛應(yīng)用，可以實現(xiàn)井道內(nèi)部與轎廂，分別安裝UWB高精度定位基站、高精度定位標(biāo)簽的方式達到實時定位監(jiān)測目標(biāo)。

2、基于AI的電梯轎廂實時定位監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成分析

AI是英文Artificial Intelligence的縮寫，直譯為人工智能，它是基于多學(xué)科交叉研究產(chǎn)生的技術(shù)成果，作為一門技術(shù)科學(xué)，主要是通過對人類智能的模擬、延伸、擴展，以信息技術(shù)與深度學(xué)習(xí)為媒介，進而實現(xiàn)在工業(yè)系統(tǒng)類進行實時動態(tài)化的自動化應(yīng)用。當(dāng)前的人工智能因深度學(xué)習(xí)與云存儲及運算能力持續(xù)增強，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)“認知系統(tǒng)架構(gòu)”、“機器學(xué)習(xí)及推理”、“機器視覺與運動控制”等。具體到電梯轎廂方面，一種基于AI的電梯轎廂實時定位監(jiān)測系統(tǒng)，主要由電梯井的UWB定位基站與轎廂的各個控制標(biāo)簽構(gòu)成。UWB定位基站在井道內(nèi)以間隔方式實施設(shè)備安裝;而各控制標(biāo)簽則分布在轎廂的各個相關(guān)部位，在頂部主要有電氣控制系統(tǒng)與曳引系統(tǒng);轎廂實體上匹配高精度定位器、邊側(cè)設(shè)置導(dǎo)向系統(tǒng)與重量平衡系統(tǒng);底部設(shè)置有緩沖器。整體上講，基于AI的電梯轎廂實時定位監(jiān)測系統(tǒng)是由多個子系統(tǒng)聯(lián)合構(gòu)成。從上具體的系統(tǒng)運行方面分析，頂部與底部之間以高精度定位標(biāo)簽為中介，利用差分信號可以實現(xiàn)高精度定位，在數(shù)據(jù)傳輸方面，采用10ms單位制，能夠快速實現(xiàn)定位大數(shù)據(jù)向遠程云端服務(wù)器的實時傳送，并以數(shù)據(jù)與圖像的轉(zhuǎn)換方式，實現(xiàn)針對轎廂的“持久性”位移圖譜監(jiān)測。當(dāng)前使用的AI智能算法，可以使任意位置、不同時刻的“時空限定范疇及其邊界”進行實時動態(tài)監(jiān)測與控制，從而在條件變化時立即實現(xiàn)巨大跳變，跳變的實現(xiàn)以設(shè)定閾值為準，當(dāng)超過該標(biāo)準值時即可發(fā)出預(yù)警并及時的控制電梯轎廂位置，當(dāng)前的時刻精度設(shè)定能夠達到100ms。

3、實時定位監(jiān)測系統(tǒng)的硬件與軟件設(shè)計分析

3.1硬件設(shè)計分析

以UWB定位基站硬件設(shè)計為例， 采用基本的模塊化設(shè)計方案，其中，主控模塊以樹莓派4B為準，能夠在各類信息處理中發(fā)揮其處理功能的比較優(yōu)勢;當(dāng)前所采用的是內(nèi)置Linux系統(tǒng);能夠?qū)崿F(xiàn)RJ45板載與無限網(wǎng)絡(luò)板載，因而在WIFI情況下也能夠進行定位分析;除主控制模塊外，定位模塊則以DWM1000為準。在硬件的安裝方式方面選擇間隔式密集安裝，這樣能夠確保密度與定位精度之間的正比例關(guān)系精準化。在硬件設(shè)計的運行流程方面，則主要是通過基站——高精度定位器——WIFI/4G/5G——云端服務(wù)器各個硬件實現(xiàn)定位數(shù)據(jù)實時動態(tài)采集與傳送;當(dāng)云端服務(wù)器收到數(shù)據(jù)信息后，即會運用AI算法進行數(shù)據(jù)與位移之間的轉(zhuǎn)換處理，從而繪制出任意時刻或限定的全時刻“位置速度畫像”，并將它與預(yù)設(shè)的位移進行比較分析，從而決定是否要進行預(yù)警處理。

以高精度定位器硬件為例，它因定位需要分別安裝于轎廂的頂、底位置，這樣就能夠根據(jù)差分信號進行定位標(biāo)簽處理，進一步提高精度率。目前的定位以UWB芯片為準，它的比較優(yōu)勢是精度高，能夠使轎廂位置的差分信號定位滿足“精準定位需求”，同時可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時動態(tài)采集與傳送。目前，兼容性功能較強的芯片則以DW1000為準，它是DecaWave研發(fā)的一款兼容芯片，可以實現(xiàn)寬帶與無線收發(fā)功能，在兼容協(xié)議方面采用IEEE802.15.4-2011，效果較好。實時定位系統(tǒng)的定位對象，通常的通信距離能夠滿足300m間距，符合高層建筑的基本定位高度需求;以物質(zhì)實體為準可以達到厘米級，以信息數(shù)據(jù)為準的傳輸能夠達到6.8Mb/s。從硬件設(shè)計的量化標(biāo)準方面分析，高精度定位器標(biāo)簽密度非常高，尤其是采用了短包方式通信功能，能夠滿足密度11000個數(shù)量級的通信需求，加上它強大的抗干擾能力，可以克服高衰環(huán)境產(chǎn)生的多路徑干擾。由于在產(chǎn)品設(shè)計方面的集成功能強，因而造型小巧精致，受到了市場與用戶的高度評價。

3.2軟件設(shè)計分析

一般情況下，在基于AI的電梯轎廂實時定位監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計中，多采用合作模式，由電梯轎廂使用企業(yè)與實時定位監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計企業(yè)共同完成設(shè)計方案。一方面，甲方需要提供必要的轎廂性能指標(biāo)等相關(guān)數(shù)據(jù)，然后由乙方到現(xiàn)場進行核實，并在分析后雙方共同商議設(shè)計方案后，簽訂合同。再由乙方設(shè)計企業(yè)進行軟件設(shè)計。目前的軟件設(shè)計為了確保與運行方案的一致性，會選擇編程方式。以本文基于AI的電梯轎廂實時定位監(jiān)測系統(tǒng)為例，它主要是根據(jù)硬件系統(tǒng)的模塊化設(shè)計框架，進行設(shè)計編程。首先，在定位基站控制程序設(shè)計方面，選擇Python語言。其次，根據(jù)UWB定位基站與高精度定位器的程序構(gòu)成，按照邏輯次序分別從硬件初如化模塊——系統(tǒng)互聯(lián)模塊——數(shù)據(jù)處理模塊——AI人工智能算法模塊——系統(tǒng)自診斷模塊，進行具體的Python語言程序模塊編程。第三，在滿足測試性的編程設(shè)計需求后，針對電梯轎廂實時定位監(jiān)測系統(tǒng)的實時性監(jiān)測需求，設(shè)定一次定位時間間隔值為10ms。第四，在完成編程與相關(guān)數(shù)據(jù)設(shè)置后，進行試運行測試，并對軟件設(shè)計方案進行優(yōu)化處理，并根據(jù)故障試驗法，進行自診斷功能與實時定位監(jiān)測檢驗。試運行一段時間后，由相關(guān)部門與專業(yè)評審合格后投入使用。

4、結(jié)束語

總之，人是社會活動的主體，社會的發(fā)展離不開“以人為本”的基本理念。結(jié)合當(dāng)前的電梯事故發(fā)生率，以及電梯故障的一般管理情況，極有必要加強定位監(jiān)測技術(shù)的研發(fā)，尤其是根據(jù)電梯的固有特征，引入AI技術(shù)，進而為智能化的實時監(jiān)測與動態(tài)化控制提供技術(shù)支撐，確保電梯運行過程的安全監(jiān)測。通過以上分析可以看出，基于AI的電梯轎廂實時定位監(jiān)測系統(tǒng)不僅能夠滿足監(jiān)測需求，也能夠進一步為其系統(tǒng)化的實時動態(tài)控制提供支持。

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