賈玉坤 沈姝君 陳蘇秧 周海丹 陳進熹 洪尉尉

摘?要：電梯作為高層建筑中常用的交通工具，其安全可靠的運行尤為重要。通過井道內(nèi)部安裝UWB高精度定位基站，轎廂安裝高精度定位標簽，對轎廂進行實時高精度定位。實時構(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、不同時刻運行速度，當速度發(fā)生大于閾值的跳變即可據(jù)此報警。實驗證明該方法具有較高的問題可識別性。

關鍵詞：AI;實時定位;監(jiān)測系統(tǒng)

隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，城市規(guī)模也在不斷逐漸擴大，高層建筑及超高層建筑越來越多，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，很多電梯超負荷運行且進入了問題高發(fā)期，故造成了大量事故及人員的傷亡，電梯安全運行及監(jiān)測越來越受人們的關注[2]，[3]。

目前在運行的幾乎所有的電梯由專業(yè)的電梯維保人員進行上門定期檢修，維護和故障處理。由于電梯分布極其分散且分布區(qū)域廣泛，電梯穩(wěn)定運行關乎人的生命安全，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法得到滿足，且有些維保、故障處理亦沒有詳實的參數(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電梯進行全方位的檢查才能清除問題，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），英文縮寫為AI。它是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學。隨著計算機技術(shù)、電子技術(shù)及機械控制技術(shù)的跨越式飛越，AI人工智能的研究領域也變得越來越廣泛，逐步從實驗室走向人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷妗Ｈ斯ぶ悄苁且婚T極富挑戰(zhàn)性的科學，其研究領域主要包括以下幾個方面：認知系統(tǒng)架構(gòu)，學習與推理，機器學習，運動控制，機器視覺等。[1]

本系統(tǒng)實現(xiàn)了一種基于AI的電梯轎廂實時定位監(jiān)測，該系統(tǒng)是電梯井道全域掃描安全監(jiān)測系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，通過井道內(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簽，依據(jù)頂部及底部高精度定位標簽差分信號對轎廂進行高精度定位。以10ms為單位將定位大數(shù)據(jù)實時上傳至遠程云端服務器，構(gòu)建轎廂全天、全年乃至多年的位置速度圖。通過大數(shù)據(jù)分析輔以AI人工智能算法繪制全天“位置速度畫像”;任意位置的全天不同時刻的運行速度與“位置速度畫像”有巨大跳變，且其跳變超過設定閾值即可據(jù)此報警。跳變閾值可根據(jù)時刻設定，時刻精度為100ms。其系統(tǒng)構(gòu)成圖如下圖所示。

2 硬件設計

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，采用定位標簽差分信號，提高定位精度。定位芯片采用高精度UWB芯片，對轎廂所處位置進行高精度差分信號定位，并將定位數(shù)據(jù)通過定位基站實時傳送給遠程云端服務器。DWM1000基于DecaWave公司開發(fā)的DW1000芯片，兼容IEEE802.15.4-2011協(xié)議的超寬帶無線收發(fā)芯片;在實時定位系統(tǒng)中用于物體的定位，精度高達厘米級別;數(shù)據(jù)傳輸速率高達6.8Mb/s;通信距離在300米;使用短包方式通信，標簽的密度高達11000個;對于多路徑衰弱有更強的抗干擾能力，在高衰弱環(huán)境下也可以進行可靠的通信;低功耗特色;物理尺寸很小，且其集成天線，簡化用戶產(chǎn)品設計。

2.2 UWB定位基站

定位基站主控模塊采用時下流行的樹莓派4B，其處理能力強大，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。基站獲得高精度定位器位置后通過WiFi、4G/5G、有線網(wǎng)絡等方式將定位數(shù)據(jù)實時上傳至遠程云端服務器。云端服務器收到定位數(shù)據(jù)通過大數(shù)據(jù)分析輔以AI人工智能算法繪制全天“位置速度畫像”，用以報警分析。

3 軟件設計

為了提高程序的可測試性，本系統(tǒng)軟件采用模塊化設計編程思想，定位基站控制程序采用Python語言實現(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。電梯轎廂實時定位監(jiān)測系統(tǒng)是一個對時間變化性要求很高的系統(tǒng)，本系統(tǒng)具有很強的實時性，每10ms產(chǎn)生一次高精度定位數(shù)據(jù)對電梯的定位進行實時監(jiān)測，完成數(shù)據(jù)的處理并進行AI人工智能算法數(shù)據(jù)整合后將數(shù)據(jù)發(fā)送到服務器。同時系統(tǒng)具有較強的靈活性和可靠性，而且具良好的自診斷功能。

4 結(jié)語

基于AI的電梯轎廂實時定位監(jiān)測系統(tǒng)實時監(jiān)測轎廂定位數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析輔以AI人工智能算法繪制轎廂全天“位置速度畫像”;監(jiān)測任意位置的全天不同時刻的運行速度與“位置速度畫像”有巨大跳變，以此報警，并將報警數(shù)據(jù)實時發(fā)送到維保人員的手機上。實驗證明該系統(tǒng)具有較高的可識別性、且無需人工干預，具有廣闊的市場前景，也能夠?qū)﹄娞荻〞r準確維保提供技術(shù)支持。

參考文獻：

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

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

[3]李中興，林創(chuàng)魯，邱東勇，等.基于STM32的電梯實時監(jiān)測系統(tǒng)[J].自動化與信息工程，2012，33（01）：43-45.

基金項目：杭州職業(yè)技術(shù)學院校級科研課題“基于AI的電梯井道全域掃描安全監(jiān)測系統(tǒng)研制”（ky202025）