基于物聯網的電梯動態管理系統研究

馮敏　薛會榮　陰珊珊　宋吾力　彭磊　馮增哲

摘要：隨著社會發展和科技進步，人們對電梯使用量迅速增加，與之相對，電梯的管控技術發展卻相對緩慢，電梯事故頻發。基于此，人們越來越重視電梯的運行安全。本電梯動態管理系統以已有的物聯網平臺為基礎，將物聯網的三大技術：感知終端技術、網絡傳輸技術與智能處理技術運用到電梯動態管理系統當中，能快速定位故障點并及時傳遞相關數據信息，以期盡快解決故障。

關鍵詞：物聯網電梯動態管理系統數據挖掘

一、引言

隨著我國經濟的發展和城市化進程的加快，加之老齡化進程的加快，對電梯的需求迅速增加，當前，我國已經成為電梯產銷量第一大國且增速明顯。隨著電梯數量急劇增加加之電梯年久失修，近年來見諸報端的電梯事故逐漸增多，人員傷亡和財產損失巨大，而這正好反映了我國電梯監控管理系統研究的相對滯后。基于物聯網技術，結合視頻安防系統，以城域網作為承載，從監測、上報、反饋、解決等環節所組成的電梯動態管理系統，結合了數字音視頻技術、寬帶網絡傳輸技術、物聯網技術等，能夠實現電梯狀態監控和故障報警、電梯應急安全處理等監管功能，能夠減少電梯事故的發生，節約人力和財力，使電梯運行安全監管更高效、更實用、更可靠。

二、電梯運行監控系統簡介

電梯動態監控系統的發展大體經歷了三個階段：“黑匣”階段、有線監控階段、遠程無線監控階段，它是在寬帶網絡技術、音視頻監控技術和傳感器技術的基礎上產生的。當前許多發達國家和地區的大型電梯公司，比如：奧的斯、迅達、通力、蒂森、三菱、日立、東芝、富士達等，為了能實時監控自己公司的設備運行狀態，絕大部分都已經利用計算機網絡技術等現代科技手段開發了各自的電梯運行監控系統，當電梯設備出現故障或異常時能夠及時的察覺并做出響應，借助網絡數據傳輸技術，相關工程技術人員在監控終端可以了解分布在全球各個現場的設備運行情況。相對而言，我國的電梯動態管理系統起步較晚，但是近年來發展迅速，已經有不少相關機構都投入了大量的人力、財力、物力來開發設計相關監控系統，如中國移動開發的電梯衛士系統等。雖然國外電梯動態管理系統技術比較成熟，但是他們的電梯管理系統通常是面向本土企業的，因此所采用的通訊技術、接口技術等都不盡相同，專用性較強，因此只能監控本公司的電梯設備，除此之外，監控系統的開發成本較高，價格昂貴，不能被般用戶承受，因此開發基于中國國情的，適合般用戶的電梯動態管理系統是非常有必要的。

三、基于物聯網的電梯動態管理系統簡介

（）系統架構

基于物聯網的電梯動態管理系統架構分為三層：終端感知層、網絡傳輸層和應用層。其中，應用層包含數據中轉模塊、節點維護模塊和監控模塊；感知終端與電梯控制器相連，用于接收電梯運行狀態數據，數據中轉模塊接收到數據之后進行分析處理將SM（Sensor Module），SSN（Simple SensorNode）狀態數據發送給節點維護模塊，然后將狀態數據轉存到電梯監控數據庫中，最終提供給WEB終端設備或者智能手機終端進行訪問查詢或者操控。

（二）具體設計

1.數據采集模塊

采集的數據主要有SM和SSN，其中SM進行狀態數據采集、狀態數據實時發送、監測設備故障數據包并進行數據解析；SSN將電梯刷卡數據打包上傳，并能進行斷電檢測，上傳SM數據包到數據中轉模塊并能解析數據中轉模塊下發的數據包協議。SSN與數據中轉模塊之間通過4G網絡進行數據通信，將鄰近電梯采集節點SM收集到的電梯狀態信息匯集到同一個SSN，再由SSN傳輸到數據中轉中心，SSN每隔定時間向數據中轉中心發送數據包，以確保數據鏈路不會中斷。每臺電梯至少需要安裝個SM來采集運行狀態數據，然后傳輸給SSN，一片區域內的多個SM由一個SSN統管理。一個SSN所管理區域內的所有電梯在服務器端注冊后，就可以及時進行電梯故障的處理、狀態數據上傳和數據庫數據更新等操作。移動感知節點SM通電后會迅速搜索附近的SSN，然后注冊到最近的感知節點，一個SM只能在一個SSN上注冊；SSN完成SM注冊表的更新之后將自己節點下的SM組網信息上傳到服務器。

數據中轉模塊通過接收到的電梯狀態監控平臺服務器發送的連接請求，存儲連接指令，SSN發送數據包來檢查前端網頁指令，在規定的響應時間內每隔幾秒向SM請求電梯實時狀態數據信息并把數據發送到數據中轉模塊，監控平臺把數據中轉中心轉發的數據存儲到狀態數據庫中，客戶通過前端網頁查看數據庫中數據。前端網頁每隔幾秒發送連接請求指令，SSN源源不斷地上傳電梯狀態數據，如果連接詰求時間超常，終止監控，電梯狀態數據不再上傳。

2.數據中轉模塊

在電梯動態管理系統中，數據中轉模塊首先解析接收到的數據包中的目標端口號，然后將數據轉發給電梯管理應用程序，該程序從數據包中的用戶數據部分解析出電梯的實時運行狀態信息。在判定電梯故障類型時，規定協議信息數據區中的兩個字節來標示電梯可能出現的故障類型：蹲底、沖頂、停電關人等，電梯狀態數據包被直接傳送到監控平臺顯示，電梯故障包通過比對故障代碼來確定故障類型。

數據中轉模塊可以在系統中的應用層區分外部的數據，如果該數據與傳感節點管理和維護相關則將就會被轉存到節點的運行維護模塊中，如果是具體的電梯應用數據，則根據數據包信息把數據轉存到電梯應用服務器中。數據中轉模塊的功能主要包括lD身份核查，節點運維數據發送，電梯應用數據發送，行業用戶指令發送等。

3.節點運維模塊

通過傳感器采集大量電梯實時狀態數據，隨著應用范圍的擴大，傳感器的數量大幅增加，因此開發專門的節點運維平臺非常重要，此模塊遵照標準為物聯網中的每個終端設備提供唯標識，能夠監測到物品的在線實時運行狀態參數，從而定位物品，進而把用戶終端和傳感器節點的數據傳輸到數據中心，然后按照網絡協議進行解析，用戶通過查詢終端了解其運營狀況。此運維模塊平臺還能夠遠程配置SSN，SM等傳感節點，使用戶可以遠程修正異常參數，遠程配置傳感器節點，系統能夠驗證用戶身份，防止非法用戶的操作，保證節點安全，不被非法利用，監測網絡故障并做出相應的反應，縮短排除故障的時間，從而提高服務質量。

4.系統監控平臺

系統監控平臺采用B/S架構。當前Internet迅速發展，因為B/S架構具有很強的可共享性，并且開發運行維護簡單，使其逐漸流行，它具有典型的三層結構：表示層、處理層、數據層。其中，表示層中的瀏覽器通過超文本格式瀏覽和輸入信息，但是不能夠處理具體業務，功能層服務器不僅能夠存儲管理頁面，也能夠處理邏輯業務，通過相應的應用程序來響應用戶終端發送的任務請求，數據庫服務器通過執行增、刪、改、查等操作進行數據處理，然后把處理結果提交給服務器。B/S結構的優勢是：使用簡單、維護升級方便、維護成本低；在任何地方只需要臺能上網的PDA設備，比如智能手機，在獲得系統管理員的授權之后，在本地不需要下載任何應用程序，只需要通過瀏覽器這個客戶端就可以進行操作；系統進行維護升級等操作時不需要考慮其它因素的干擾，比如用戶規模擴大、分支機構增多等，服務器接入專網之后，在異地工程技術人員就可進行操作，也可以十分方便地對服務器進行升級和維護操作；另外，B/S結構在系統配置和性能要求方面沒有過高的要求，可運行于多種操作系統和瀏覽器，用戶選擇多樣化。

四、結束語

近年來，電梯數量猛增，雖然臺電梯產生的狀態數據并不多，但個地區的所有電梯加起來，其監控系統所需的數據量就太大了，在如此大規模的數據上進行各種智能分析、數據挖掘，需要新技術的不斷出現，比如云計算、并行計算的處理平臺等。基于物聯網的電梯動態管理系統可以利用終端感知層數據采集節點實時監測到電梯故障信息并上傳到監控中心，及時通知相關人員，極大的提高維保效率，應用層監控平臺可以為維保單位、物業單位、相關政府部門提供電梯運行狀態數據，更好地維護電梯運行安全。