基于多源傳感技術(shù)的電梯運行狀態(tài)智能監(jiān)測方法

［關(guān)鍵詞］多源傳感技術(shù)；電梯運行；運行狀態(tài)；狀態(tài)智能監(jiān)測；狀態(tài)監(jiān)測

本研究提出了基于多源傳感技術(shù)的電梯運行狀態(tài)智能監(jiān)測方法。多源傳感技術(shù)通過集成多種傳感器，實現(xiàn)對電梯運行過程中的多種物理量的實時采集與測量。這些傳感器能夠捕捉電梯運行的細(xì)微變化，為后續(xù)的智能監(jiān)測提供豐富的數(shù)據(jù)支持。

1 布設(shè)多傳感器階梯融合監(jiān)測節(jié)點

布設(shè)多傳感器階梯融合監(jiān)測節(jié)點，在電梯安全監(jiān)測系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。為實現(xiàn)對電梯運行狀態(tài)的全面而精準(zhǔn)的監(jiān)控，采用多種先進的傳感器技術(shù)，并巧妙地將其融入一個階梯式的融合遠程檢測網(wǎng)絡(luò)。這些傳感器不僅具備高靈敏度和精確性，而且能適應(yīng)電梯復(fù)雜多變的運行環(huán)境。其中，波動檢測傳感器是核心組件之一，能精準(zhǔn)測定電梯在實際運行過程中的振動大小，從而確保電梯的平穩(wěn)運行和乘客的舒適體驗。

根據(jù)監(jiān)測區(qū)域的布局和地形，規(guī)劃節(jié)點的布設(shè)位置，安裝傳感器節(jié)點，確保傳感器與監(jiān)測對象之間的耦合良好。在布設(shè)過程中，傳感器的兩側(cè)基座會沿著電梯導(dǎo)軌的位置勻速運動，與電梯的運動保持同步。傳感器監(jiān)測節(jié)點位置設(shè)計見表1。

隨著電梯的運行，傳感器的振動會持續(xù)響應(yīng)，并與布設(shè)的每個節(jié)點建立起緊密關(guān)聯(lián)。這種關(guān)聯(lián)形成了一個多層級、多目標(biāo)的階梯式融合遠程檢測網(wǎng)。這樣的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)對電梯運行狀態(tài)的全面覆蓋，無論是垂直運動還是水平偏移，都能被精準(zhǔn)捕捉和記錄。監(jiān)測節(jié)點運動狀態(tài)如圖1所示。

通過圖1可以了解監(jiān)測節(jié)點運動狀態(tài)，利用高精度傳感器對電梯監(jiān)測節(jié)點運動狀態(tài)的持續(xù)觀測，及時收集電梯運行中的狀態(tài)數(shù)據(jù)。綜上所述，通過布設(shè)多傳感器階梯融合監(jiān)測節(jié)點，可提升電梯運行的安全性和穩(wěn)定性。

2 多源傳感數(shù)據(jù)融合處理

在電梯狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域，通過布設(shè)多傳感器階梯融合監(jiān)測節(jié)點，全面采集并分析電梯的各項關(guān)鍵狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括電梯的運行速度、加速度、導(dǎo)軌溫度、振動幅度、電流電壓等。

為了消除不同傳感器數(shù)據(jù)之間的量綱和范圍差異，使得融合結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠，在數(shù)據(jù)融合之前需對原始數(shù)據(jù)進行歸一化處理。歸一化是指將不同范圍、不同量綱的數(shù)據(jù)按照某種規(guī)則或算法轉(zhuǎn)化為一定范圍內(nèi)的數(shù)值。對于電梯狀態(tài)數(shù)據(jù)，可能存在異常值或數(shù)據(jù)分布不均的情況，考慮使用Z-score（標(biāo)準(zhǔn)分?jǐn)?shù)）歸一化方法，其公式為：

通過歸一化處理和融合公式的應(yīng)用，消除不同傳感器數(shù)據(jù)之間的量綱和范圍差異，使得融合結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠。采用層次化思想，將不同傳感器的數(shù)據(jù)按照其特性和關(guān)聯(lián)性進行分層處理，最終形成一個完整的電梯狀態(tài)數(shù)據(jù)集。

綜上所述，通過多傳感器階梯融合監(jiān)測節(jié)點的布設(shè)、多源傳感技術(shù)融合方法的應(yīng)用及數(shù)據(jù)歸一化處理，可實現(xiàn)對電梯狀態(tài)數(shù)據(jù)的全面采集和精確分析，為電梯的安全運行提供有力保障。

3 估計電梯運行位置

在位置估計過程中，應(yīng)注意不同傳感器的特性和誤差累積情況。加速度傳感器采樣速率快、測量時間短，兩個積分過程中的累積誤差會導(dǎo)致精度下降。但是，壓力傳感器的測量誤差積累比較緩慢，所以把這兩種方法結(jié)合起來，來提高電梯轎廂的運動狀態(tài)。在t時刻相對于基準(zhǔn)層的走高Ht可表示為：

式中，Ht–1上一時間單元基準(zhǔn)層的走高，Vt為加速度傳感器對速度和加速度的估算，Ct為支配矩陣。同時，鑒于電梯自身的特殊性，在實際使用過程中，電梯在停穩(wěn)時，其相對參考點的位置是一系列不連續(xù)的數(shù)值。使用列表Map說明：

式中，fHi為第i個樓層與參考點的距離，n為升降機可以達到的樓層數(shù)目。則電梯位置用公式表示：

綜上所述，通過多傳感器數(shù)據(jù)融合和位置估計技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，可確定電梯位置。

4 輸出電梯最終運行狀態(tài)結(jié)果

根據(jù)電梯的運行位置和其他監(jiān)測數(shù)據(jù)，輸出電梯的最終運行狀態(tài)結(jié)果，包括電梯是否存在故障或異常等。通過將這些結(jié)果實時反饋給管理人員或乘客，可以及時發(fā)現(xiàn)并解決電梯運行中的問題，確保電梯的安全和可靠運行。

文章運用LSTM（長短時記憶網(wǎng)絡(luò)）實時監(jiān)測電梯運行狀態(tài)，利用LSTM對電梯運行狀態(tài)進行學(xué)習(xí)和分析，從而實現(xiàn)對電梯運行狀態(tài)的實時監(jiān)測。

通過LSTM細(xì)胞狀態(tài)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的信息傳輸，共分為3部分：遺忘門、輸入門和輸出口。遺忘門是對信元中的信息進行過濾，其基于當(dāng)前信元的電梯狀態(tài)值與當(dāng)前信元的電梯輸入值，采用Sigmoid函數(shù)，輸出在（0，1）內(nèi)的值at，該值決定了哪些信息應(yīng)該被保留或舍棄。

輸入門綜合了當(dāng)前時間點與前一時間點上的電梯狀態(tài)，計算更新系數(shù)及候選量，以實現(xiàn)電梯狀態(tài)的更新。輸入門操作過程用公式表示為：

輸出門負(fù)責(zé)判斷單元狀態(tài)的輸出，利用雙曲正切函數(shù)對單元狀態(tài)進行處理，并將LSTM層的輸出結(jié)果按照編碼準(zhǔn)則譯碼，獲得監(jiān)控數(shù)據(jù)。通過LSTM層的處理，明確電梯運行狀態(tài)中的時序依賴關(guān)系，從而實現(xiàn)對電梯運行狀態(tài)的實時監(jiān)測。

5 試驗與結(jié)果分析

5.1 試驗準(zhǔn)備

為檢驗文章方法的有效性，選取杭州某單位一臺運行了10a的電梯，其荷載為500kg，其額定轉(zhuǎn)速為1.2m/s，樓層為15層15站。3個傳感器從上到下依次是陀螺儀傳感器（L3GD20）、溫濕度傳感器（DHT11）及光電傳感器。其中，L3GD20與DHT11均通過SP（I串行外設(shè)）接口與樹莓派進行通信，而光電傳感器則是通過UART（通用異步收發(fā)傳輸器）接口連接到樹莓派。這樣的設(shè)計可確保傳感器數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸和高效處理。試驗軟硬件環(huán)境見表2。通過這些硬件組件和合理的配置，試驗為后續(xù)的電梯運行狀態(tài)智能監(jiān)測提供了穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)來源。

從電梯運行狀態(tài)數(shù)據(jù)中，選取加速度為試驗的評估指標(biāo)。加速度是電梯運行過程中一個直接且關(guān)鍵的物理量，能夠直觀反映電梯的運行狀態(tài)。電梯的啟動、加速、勻速運行、減速及停止等各個階段，加速度都會發(fā)生相應(yīng)的變化。因此，通過監(jiān)測加速度可以實時掌握電梯的運行情況，及時發(fā)現(xiàn)異常狀態(tài)。

5.2 試驗結(jié)果與分析

電梯監(jiān)測節(jié)點加速度數(shù)據(jù)見表3。

通過表3可以看出，文章監(jiān)控方法可以有效獲得升降機井監(jiān)控節(jié)點的轎廂的真實加速度信息。在所有的測試點中，根據(jù)電梯井監(jiān)測節(jié)點轎廂加速度數(shù)據(jù)的試驗結(jié)果，文章所提出的基于多源傳感技術(shù)的電梯運行狀態(tài)智能監(jiān)測方法表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能。文章方法下的監(jiān)測值更貼近實測值，能準(zhǔn)確反映電梯轎廂的加速度情況。綜上所述，文章基于多源傳感技術(shù)的電梯運行狀態(tài)智能監(jiān)測方法在轎廂加速度數(shù)據(jù)監(jiān)測方面表現(xiàn)出色，具有實際應(yīng)用價值。

6 結(jié)束語

文章通過集成多種傳感器，有效提升了電梯運行的可靠性和安全性。在實際應(yīng)用中，該方法展現(xiàn)出了顯著的監(jiān)測效果，能夠準(zhǔn)確識別電梯運行中的異常情況，及時發(fā)出預(yù)警，有效避免潛在的安全隱患。然而，當(dāng)前基于多源傳感技術(shù)的電梯運行狀態(tài)智能監(jiān)測方法仍存在不足。傳感器的精度和穩(wěn)定性仍需進一步提升，以適應(yīng)更加復(fù)雜多變的電梯運行環(huán)境。未來，隨著傳感器技術(shù)的不斷進步和數(shù)據(jù)處理算法的持續(xù)優(yōu)化，基于多源傳感技術(shù)的電梯運行狀態(tài)智能監(jiān)測方法將在未來發(fā)揮更加重要的作用。