傅晨韬 胡极洋 陈俊孝 吴林炜

摘 要：自动扶梯被广泛地应用于各类人员聚集的公共场所，因此需要确保其安全运行。传统的自动扶梯监控系统或是侧重于自动扶梯运行状态和故障的采集和传送，或是侧重于自动扶梯现场的视频监控，都无法很好地解决电梯厂家、维保单位、监管部门对于自动扶梯安全保障的多方需求。文中采用物联网技术设计的系统具有自动扶梯信息采集、故障报警、远程处置、故障分析、维保优化功能，可以尽早发现自动扶梯的安全隐患，有效将自动扶梯的事故消灭在萌芽阶段。

关键词：自动扶梯;物联网;安全;预警;拥挤度;模糊推理;动态维保

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：2095-1302（2020）10-00-03

0 引 言

随着城市的发展，地铁作为支撑城市正常运行的大动脉，近年来发展迅速。自动扶梯是地铁交通乘客上下车的重要工具，数量也在迅速增加。但近几年，地铁自动扶梯由于故障导致死伤人事件时有发生。

自动扶梯作为一种特殊产品，乘载人员一般未经专门培训，无操作相关安全知识和技能容易因为使用不当而引起故障。另外，自动扶梯的长时间、高负荷使用，也会因为各种问题导致一些事故发生。因此，如何持续保持自动扶梯的安全性能和质量，提高对故障电梯应急救援的能力已成为全社会关心的问题。

1 现状研究

现有的自动扶梯的监控系统主要分成两类。一类为自动扶梯生产厂家或系统集成商的监控系统，侧重于自动扶梯运行状态的直观展示、故障信号传送、远程扶梯状态及故障的监控与记录。这类系统能够对自动扶梯进行集中管理，可以及时掌握自动扶梯的运行状况，获悉故障原因，在自动扶梯故障时发出告警，提高维保工作效率。但这类系统一般作为本地监控，无音视频集成，同时远程控制现场的功能欠缺。

另一类为视频监控厂家提供的监控系统，侧重于视频监控自动扶梯的应用，可进行视频记录，但无法与自动扶梯故障联动。

综上所述，无论是哪类系统，都不能很好地解决自动扶梯发生事故时的现场取证、远程应急处置、事故原因分析等问题。因此，研制一款能够符合监管需要的，功能更强大、集成度更高的自动扶梯物联监控系統具有理论和实际意义[1-2]。

2 需求分析

通过对现有系统的分析发现，新研制的系统需要同时满足使用单位、维保单位、监管单位等各方需求：

（1）自动扶梯运行状况、负载功率及故障实时监控，超速、逆转、梯级塌陷等严重故障及急停事件的自动告警;

（2）7×24小时的本地录像以及自动扶梯故障前后的录像保存;

（3）在自动扶梯长时间高负载运行的情况下进行提醒;

（4）在自动扶梯发生事故时，能够在第一时间接到报警，实时查看该自动扶梯的现场视频，并可与现场人员进行语音对讲，第一时间处理事故;

（5）自动扶梯故障时，根据自动扶梯归属的维保单位自动通知电梯维保公司，并监督指挥维保单位救援处置;

（6）对自动扶梯故障进行统计分析，找出其共性和个性，并为自动扶梯建立健康病例，提供日常扶梯信息及维保工作管理等，同时提供有效的统计数据与维修计划供决策者参考[3-5]。

3 系统设计

3.1 架构设计

系统由前端设备和平台组成，如图1所示。两部分之间通过广域网连接，前端设备由自动扶梯安全网关（音视频一体化装置、三相智能电能表、拥挤提示器）、物联监控平台组成。前端设备的数据在自动扶梯安全网关处进行汇总，通过有线网络、4G网络、WiFi等方式直连或者经过局域网连接到广域网。物联监控平台通过广域网与每个前端设备通信，从物联监控平台看，每个前端设备抽象成一个点，新增或者删除一个前端设备不影响其余前端设备的工作。监控平台包括接入服务器模块、状态服务器模块、流媒体服务器模块、存储服务器模块、数据库服务器模块、Web服务器模块、短信服务器模块等[6-7]。

3.2 系统部署

物联网设备部署如图2所示。自动扶梯安全网关安装在自动扶梯的上部机房，采集并传输自动扶梯的运行状态和故障，传输自动扶梯的负载功率和音视频数据。音视频一体化装置安装在自动扶梯下部出入口，负责采集、存储视频数据以及语音对讲的输入、输出。三相智能电能表安装在自动扶梯的上部机房，采集自动扶梯电动机的负载功率。拥挤提示器安装在自动扶梯上下部出入口，扶梯拥挤时播放语音和文字提示[8-10]。

3.3 工作原理

自动扶梯正常运行时，自动扶梯安全网关每隔n秒采样一次自动扶梯的负载功率以及自动扶梯的运行状态，如方向、速度、累计运行时间等，之后上报给物联监控平台，由物联监控平台为每台接入的自动扶梯建立健康病例。物联监控平台根据设置的自动扶梯周期维保时间和平均负载功率比较上报的累计运行时间和负载功率，自动生成亚健康预警和对应的维保周期。自动扶梯发生故障或异常时，其安全网关立即上报。物联监控平台收到自动扶梯故障或异常信号后，会根据设置的维保人员或物业人员号码，自动发送报警短信。

自动扶梯发生故障或异常时，可以通过物联监控平台打开视频监控，查看现场实时视频，此时视频通过自动扶梯安全网关发送给物联监控平台。发生事故时，除了打开视频监控，还可以通过物联监控平台打开语音对讲，第一时间与现场沟通，获悉事故的详细信息，并指导应急救援。

在人流密集的场所，自动扶梯安全网关将检测到的负载功率与预设的满载功率进行比较，通过拥挤度计算给予行人适当提醒。

3.4 录像存储

前端设备的录像是自动扶梯发生事故后的现场取证和事故分析的重要部分。因此前端设备的录像需要有一定时间段的覆盖，同时还能够较长时间存储事故发生前后的录像。设计的前端设备录像存储处理过程如图3所示。音视频一体化装置在其内部将存储区域划分成两块，一块用来存储日常的视频录像，另一块用来存储自动扶梯故障或异常的视频录像。循环存储区域一直处于录像状态，每段录像为m分钟，当该区域录像完成后，自动删除最早录制的那一段录像，并循环更替。故障存储区域在自动扶梯正常工作时不录像，当自动扶梯发生故障或异常后，将循环录像区域内在故障或异常发生前的若干时间的录像复制到故障存储区域，避免故障录像被日常录像覆盖，同时故障存储区域也开始录像，直到故障恢复或到设定的录像时间则停止。通过物联监控平台可以获取故障前后的录像，进行现场取证和故障分析。

3.5 拥挤判断

自动扶梯的拥挤度与其负载可以近似为线性关系，因此通过自动扶梯负载功率的采集即可间接检测到自动扶梯的拥挤情况。为了及时提示自动扶梯的拥挤，并且使拥挤提示具有一定的时效性，避免状态提示在短时间内来回切换，误导行人，设计的自动扶梯的拥挤检测工作流程如图4所示。自动扶梯安全网关每隔n秒检测自动扶梯的负载功率W1，比较设定的功率值W0，如果连续在n×N秒内检测到的W1均大于W0，则生成拥挤提示;如果在n×N秒内检测到一次W1小于等于W0，则重新计数。

3.6 维保优化

自动扶梯的维保周期与其负载工作量和运行时间有关：负载越重，运行时间越长，需要较短的维保周期;长时间空载或者轻载，运行时间较短，维保周期可以相应加长。为了智能化提醒每台自动扶梯的维保周期，需要进行定量化计算。

以自动扶梯的负载为论域例来考察模糊集，设立以定性术语来描述的语言变量为“负载”，其值域为：负载={轻载，重载}，假设额定负载20%以下为轻载，80%以上为重载，可以为“负载”的两个定性值分别建立隶属函数Uul和Uol，如图5所示。

根据图5建立负载关系式：

设定自动扶梯的默认维保周期为T，三者的加权系数分别为a，b，c，综合负载计算后的维保周期：

在实际使用中，动态调整a，b，c的系数值，获取最优维保周期的提醒。

4 系统特点

（1）系统较好地解决了自动扶梯监控方式單一、远程控制现场控制欠缺、事故分析数据不足等问题。在自动扶梯发生事故时，可及时向物联监控平台报警并备份故障视频，确保第一时间的现场取证。物联监控平台在接到报警后，通过远程视频和语音对讲，可以第一时间了解现场情况，并指导应急救援，避免次生事故发生。通过对故障前后的录像及自动扶梯状态、负载、故障数据的分析，能更准确地定位事故原因。

（2）系统对自动扶梯的累计运行时间和负载功率的采集为自动扶梯建立了健康病例，使监控不再局限于故障报警，而是可以对扶梯的亚健康状态预警。通过定量化计算，动态调整维保周期，使自动扶梯的日常维保有更好的针对性，把事故消灭在萌芽阶段。

（3）在人流量密集的场合，通过拥挤提示器为行人规划只需稍加等待的空闲自动扶梯，或选择乘坐其余自动扶梯、走楼梯，使自动扶梯避免长时间、高负荷工作，延长自动扶梯的使用寿命。

（4）系统采用物联网典型架构以支持城市级自动扶梯的统一监控。前端设备内部采用高聚合结构，前端设备和物联监控平台之间采用低耦合网络结构，平台支持分布式部署，使得系统布置十分灵活，支持其可持续发展。

5 结 语

综上所述，该系统提供了一套城市级自动扶梯的监控方案，丰富了自动扶梯的监控方式。该系统目前已开始试点，将随着杭州地铁二号线的开通而投入使用。未来随着人们对自动扶梯安全性的关注度日益提高，这套系统的价值会得到越来越多的体现。

参考文献

[1]中国国家标准化管理委员会.自动扶梯和自动人行道的制造和安装安全规范（GB16899-2011）[Z].2011.

[2]中国国家标准化管理委员会.电梯、自动扶梯和自动人行道物联网的技术规范（GB/T 24476-2017）[Z].2011.

[3]魏振媚，刘向勇.物联网技术在电梯中的应用[J].机电工程技术，2015，44（3）：91-93.

[4]冯超，吴杰.物联网技术在机场自动扶梯管理中的应用[J].物联网技术，2018，8（3）：113-115.

[5]田刘密，戴中键，赵黎明.基于物联网技术的自动扶梯智能检测系统设计[J].中国科技纵横，2016，15（23）：31-32.

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[9]吴亚林，王劲松.物联网用传感器[M].北京：电子工业出版社，2012.

[10]郑松鹤，朱海云，刘鸣.电梯物联网技术的应用[J].电脑与电信，2014，20（4）：54-56.