非接觸式智能電梯系統(tǒng)的研究

駱羽 胡國(guó)偉 黃鑫麗 黎鳳媚 梁山 張和思 潘攀

摘 要：文章分析了智能電梯的新需求，提出了非接觸智能電梯系統(tǒng)架構(gòu)，設(shè)計(jì)了具有AI語(yǔ)音、電容式非接觸按鍵、紅外數(shù)字測(cè)溫殺菌消毒裝置、AI人臉識(shí)別、手機(jī)App電梯預(yù)約提醒等多功能的模塊，讓電梯更安全、更智能，會(huì)思考、有溫度是發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：非接觸式智能電梯;AI語(yǔ)音;AI人臉識(shí)別;電梯預(yù)約

0 引言

1900年，上海購(gòu)買了2臺(tái)電梯[1]。隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化的高速發(fā)展，高層建筑越來越多。我國(guó)電梯保有量、年產(chǎn)量和新增量均為世界第一，預(yù)計(jì)到2023年將突破千萬臺(tái)。無論是在大型商場(chǎng)、居民小區(qū)、醫(yī)院等公共場(chǎng)所，我國(guó)每天有超過2億人乘坐公共電梯。電梯空間小、乘客多，具有人群密集、流動(dòng)性大、健康和非健康個(gè)體混雜等特點(diǎn)，特別是被頻繁使用的電梯按鈕，存在交叉感染病毒的巨大隱患。由此產(chǎn)生的衛(wèi)生健康問題也深受社會(huì)關(guān)注，解決電梯按鈕交叉污染已經(jīng)是當(dāng)務(wù)之急。

電梯智能化引領(lǐng)我國(guó)電梯技術(shù)全面提升，電梯與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有效結(jié)合，強(qiáng)化電梯技術(shù)等幾方面的未來發(fā)展趨勢(shì)[2]。在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，人工智能、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)蓬勃發(fā)展，通過技術(shù)的方式規(guī)避電梯內(nèi)的病毒傳播風(fēng)險(xiǎn)成了人們關(guān)注的方向，也是非接觸式新型智能電梯方案推出的一個(gè)核心原因。本項(xiàng)目旨在建立一個(gè)提供給乘客安全，便利的電梯環(huán)境，由于公共場(chǎng)所電梯相對(duì)封閉的環(huán)境和狹小的空間很容易傳播病毒，傳統(tǒng)電梯的接觸式按鍵更被視為接觸傳染的途徑之一。而非接觸新型智能控制電梯，通過電容式非接觸按鍵和智能AI語(yǔ)音，乘客搭乘全程無須觸碰電梯按鍵。讓電梯變得“會(huì)思考，有溫度，更安全，更智能”，從而真正實(shí)現(xiàn)了智能時(shí)代的理念。

1 智能電梯需求分析

為了防止傳統(tǒng)電梯按鈕交叉污染，接觸式常見的有通過物理方式，增設(shè)物理殺菌結(jié)構(gòu)，如醫(yī)學(xué)常用高溫消毒、紫外燈光照殺菌和輻照滅菌等給電梯按鈕消毒的，如日立電梯公司申請(qǐng)的名稱為“帶消毒功能的電梯按鈕”的發(fā)明專利，通過微型殺菌燈給電梯按鈕實(shí)施殺菌。也有通過化學(xué)方式，用有效滅活病毒和細(xì)菌的材料制造電梯按鈕，或增設(shè)化學(xué)殺菌裝置，通過自動(dòng)噴灑消毒液實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯按鈕自動(dòng)進(jìn)行殺菌消毒。如康達(dá)電梯公司申請(qǐng)的專利“電梯按鍵消毒裝置”。這類接觸式的電梯局限性很明顯，難以滿足人民對(duì)美好生活的向往。

電梯屬于特種安全設(shè)備，必須滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。電梯系統(tǒng)的低壓設(shè)備要求嚴(yán)格遵守GB14048.1—2006，電氣安全標(biāo)準(zhǔn)GB7588—2003（2015）。電梯與互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用接口開始普及，乘客對(duì)電梯的更智能更安全的需求與日俱增。如今的電梯系統(tǒng)不單單只是滿足基本的運(yùn)載功能。人臉識(shí)別技術(shù)也正在逐漸取代電梯的IC看梯控系統(tǒng)[3]。因此，研發(fā)一套基于高性能處理器的非接觸是智能電梯系統(tǒng)，市場(chǎng)空間巨大。

2 非接觸式智能電梯系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文旨在設(shè)計(jì)能夠進(jìn)行AI人臉識(shí)別、人體紅外數(shù)字測(cè)溫、自動(dòng)紫外線消毒的非接觸式智能電梯系統(tǒng)。可極大減少病毒的傳播，讓電梯變成真正的“抗疫電梯”和安全電梯。AI語(yǔ)音可實(shí)現(xiàn)“全程零接觸”的人工智能對(duì)話搭乘電梯，將門禁、訪客、通道等多個(gè)系統(tǒng)與電梯系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)融合，采用智能識(shí)別技術(shù)快速識(shí)別用戶身份并調(diào)度就近電梯前往用戶所在樓層。用戶乘坐先達(dá)電梯，電梯自動(dòng)點(diǎn)亮并將用戶送達(dá)目的樓層，用戶全程無須手動(dòng)操作，無感通行。通過手機(jī)App、小程序、手機(jī)藍(lán)牙等方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程呼叫電梯、自動(dòng)點(diǎn)亮目的樓層，解決傳統(tǒng)電梯的身體接觸、長(zhǎng)時(shí)間等待、陌生人使用等問題。

靜脈識(shí)別是一種新興的紅外生物識(shí)別技術(shù)，它是根據(jù)靜脈血液中脫氧血色素吸收近紅外線或人體輻射遠(yuǎn)紅外線的特性，用相應(yīng)波長(zhǎng)范圍的紅外相機(jī)攝取手背（或指背、指腹、手掌、手腕）的靜脈分布圖，通過歸一化、去噪等預(yù)處理后進(jìn)行濾波增強(qiáng)與靜脈紋路分割、細(xì)化修復(fù)，然后提取其特征[4-5]，再與預(yù)先注冊(cè)到數(shù)據(jù)庫(kù)特征數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配以確定個(gè)人身份。使用時(shí)，只需要將手背或手指靠近感應(yīng)設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)按鈕操作。非接觸式智能電梯系統(tǒng)架構(gòu)有3層，分別是驅(qū)動(dòng)設(shè)備層、操作系統(tǒng)層、應(yīng)用軟件層。非接觸式智能電梯系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

3 非接觸式智能電梯模塊設(shè)計(jì)

3.1 AI語(yǔ)音“全程零接觸”搭乘電梯

AI語(yǔ)音的運(yùn)行方式為自動(dòng)語(yǔ)音識(shí)別、自然語(yǔ)言理解、自然語(yǔ)言生成、文字轉(zhuǎn)音。用戶站在電梯口，無須按鍵，一句話“上樓、下樓”就可以實(shí)現(xiàn)電梯呼叫。進(jìn)入電梯后，無須再點(diǎn)擊樓層按鈕，只需要一句話AI語(yǔ)音就可以準(zhǔn)確語(yǔ)音識(shí)別用戶的樓層指令，同時(shí)配合自然清晰的語(yǔ)音提醒，從而達(dá)到人機(jī)交流的效果，老人、兒童、行動(dòng)不便的人士都可以一用即會(huì)，輕松無障礙。

3.2 基于電容式非接觸按鍵的非接觸式按鍵

按鍵電容式非接觸式按鍵，是一種無須與電梯按鍵部件接觸，不以按壓的方式進(jìn)行操作。當(dāng)物體接近電梯按鍵的感應(yīng)面時(shí)，無須機(jī)械接觸及施加任何壓力即可完成開關(guān)動(dòng)作。非接觸按鍵連接微處理器工作，微處理器在工作時(shí)會(huì)循環(huán)掃描按鍵陣列，當(dāng)電梯按鍵感應(yīng)面感應(yīng)動(dòng)作時(shí)，會(huì)把鍵值發(fā)送給微處理器提供控制指令，判斷是哪個(gè)按鍵被按下，并輸出樓層數(shù)。

3.3 紅外數(shù)字測(cè)溫殺菌消毒裝置

紅外攝像儀可自動(dòng)追蹤檢測(cè)進(jìn)入電梯人員，當(dāng)AI數(shù)字紅外測(cè)溫系統(tǒng)檢測(cè)到個(gè)人疑似發(fā)熱癥狀時(shí)，會(huì)自動(dòng)語(yǔ)音報(bào)警提醒疑似人員，提示保安人員，并快速找到并追蹤體溫較高的人員，記錄下疑似者人臉樣貌信息。電梯殺菌消毒裝置在電梯使用期間通過紫外線循環(huán)風(fēng)空氣消毒，每天對(duì)電梯定時(shí)消毒。晚上無人使用電梯的時(shí)，電梯進(jìn)行全面消毒。

3.4 AI人臉識(shí)別+動(dòng)作識(shí)別系統(tǒng)

利用人臉識(shí)別實(shí)現(xiàn)電梯控制。用戶通過人臉識(shí)別設(shè)備，通過刷臉即可實(shí)現(xiàn)開門、呼梯、自動(dòng)點(diǎn)亮目的樓層，無須攜帶任何卡、手機(jī)等物品，自在通行。通過對(duì)人臉預(yù)處理，特征提取，對(duì)進(jìn)入電梯人員進(jìn)行面部掃描分析，記錄面部信息，對(duì)比前期錄入的人員面部信息，將陌生人員進(jìn)行記憶標(biāo)記。圖像識(shí)別電梯內(nèi)是否存在老人、小孩、危險(xiǎn)物品。當(dāng)發(fā)現(xiàn)電梯內(nèi)乘客出現(xiàn)不正常行為，如：摔倒、搶劫、犯病身體不適等情況，智能分析觸發(fā)電梯安全應(yīng)急裝置，報(bào)警和通知保安部門，以加快對(duì)電梯內(nèi)人員的施救。

3.5 手機(jī)App電梯預(yù)約提醒

電梯預(yù)約，用戶可通過手機(jī)App，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)可視化預(yù)約呼梯，將電梯呼到用戶所在樓層。App可獲取電梯GPS定位信息，實(shí)時(shí)查詢查看所選電梯當(dāng)前所在層數(shù)。顯示電梯內(nèi)的人數(shù)，App可分析電梯控制器信息和此時(shí)電梯內(nèi)的已選樓層信息，智能分析電梯從當(dāng)前位置到達(dá)用戶預(yù)約提醒樓層所需要的時(shí)間。當(dāng)即將到達(dá)預(yù)約好的層數(shù)時(shí)，App提醒電梯即將到達(dá)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)目前傳統(tǒng)電梯技術(shù)和電梯市場(chǎng)存在的問題，對(duì)非接觸式智能電梯系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)展開了研究。非接觸式智能電梯主要融合了人工智能、大數(shù)據(jù)、5G移動(dòng)通信與物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)。隨著社會(huì)、科技的發(fā)展，智能電梯系統(tǒng)也將不斷地向前進(jìn)步。

[參考文獻(xiàn)]

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[5]CRISAN S，TARNOVAN I G，CRISAN T E.A low cost vein detection sys- tem using near infrared radiation[C].San Diego：IEEE Sensors Applications Symposium，2007：1- 6.

（編輯 何 琳）