基于云端和CPS技術的電梯聯網體系結構

任詩波++丁樹慶++王會方

摘 要電梯云聯網主要研究“云+端”的電梯聯網技術，融合傳感、通訊、視頻傳輸、語音通訊、GIS等技術，服務電梯安全運行應急處置和動態監管。實現電梯、政府、維保單位、使用單位四位一體的電梯監控、應急處置和故障預警。通過建立全市統一的應急處置呼叫中心實現困人報警和語音安撫，調動全市三級應急救援體系快速實施救援；通過決策分析系統，建立完善的故障預警系統，對海量的數據進行分析，為電梯安全提供決策依據。

【關鍵詞】云端 電梯監控 應急處置 電梯云聯網 CPS

隨著城市建設規模的不斷擴大，電梯數量日益增多，電梯困人事件時有發生，城市道路交通壓力、30分鐘救人的時間要求給電梯救援帶來的了前所未有的壓力。解決電梯救援問題需要整合全社會專業救援資源，建立三級應急救援體系，綜合利用各維保單位救援力量建立第二級應急救援網絡，組建專業應急救援隊伍作為第三級，實行救援資源統一調配，優先發揮第一級救援力量，可以大大提高電梯救援速度，減少電梯困人時間。

1 電梯云聯網概念

圍繞電梯救援和電梯故障預防，亟待建立以電梯為節點的網絡信息系統——電梯云聯網。電梯云聯網是指在電梯上裝載傳感裝置，感知電梯運行信號，識別電梯故障，實現在網絡平臺上對所有電梯的屬性及靜、動態信息進行整合提取和有效利用，為電梯應急救援及故障排除提供有效服務，實現數字化、智能化的管理和應用。

目前，電梯云聯網尚處于起步階段，還沒有形成完整的體系框架。本文針對城市大規模電梯管理提出基于“云+端”，即“云計算中心+ CPS（傳感、計算終端、通訊）”模式構建電梯云聯網體系。該電梯聯網體系將以構建電梯云中心，利用GIS電子地圖服務，構建電梯救援網絡。通過云端傳感裝置對電梯運行狀態信息進行實時采集，通過云端內嵌的專家系統對電梯運行狀態信息進行診斷，及時對故障信息進行分析。如果電梯發生困人等故障，云端將電梯困人信息、電梯故障連同電梯運行狀態信息發送至電梯云計算中心，云計算中心及時通知電梯救援人員實施救援。利用電梯云聯網技術不僅能夠提高電梯應急救援的效率，眾多基于電梯云聯網技術的應用和衍生服務應運而生，對電梯行業的發展產生了巨大的影響。

2 電梯聯網體系架構

作為物聯網在電梯領域中的全新應用，本文結合政府服務社會安全的需求，針對城市規模電梯的應用對象，結合電梯應急處置需求，建立“‘云+端電梯聯網”系統，將“電梯聯網”和“電梯三級應急救援”有機結合， 提出一種適用于電梯安全運行應急處置的云聯網網絡體系結構。

2.1 電梯聯網的服務類型

從網絡服務的角度來看， 電梯云聯網應該能夠提供的服務如表1 所示。服務類型是設計電梯云聯網體系結構的主要依據。

2.2 電梯聯網的互聯結構

電梯安全運行應急處置云計算平臺以傳感技術、音視頻技術作為數據采集手段，以互聯網CPS節點，采用有線或無線網絡為數據傳輸通道，服務于電梯實時監控、應急處置、救援調度、呼叫中心、視頻監控和決策分析等功能。平臺基于三層/多層方式分布式應用開發，采用瀏覽器/中間件業務邏輯/數據庫系統的三層體系結構（應用服務器體系結構）。如圖1所示。

感知層：感知電梯運行狀態，在感知層采用紅外傳感器、視頻識別或差動變壓器識別轎廂乘客，感知困人；采用光電感應傳感器、光電傳感器、GNSS傳感器采集電梯運行狀態，采用音頻傳感器采集語音信號，采用RFID標簽標識電梯；

傳輸層：采用基于TCP/IP協議的有線網絡或通過2G、3G、LTE等移動通訊網絡實現“云”和“端”之間的數據通訊；

服務層：通過信息融合、網絡管理、WEB服務等技術，向應用層提供服務，包括組織身份服務、單點登錄服務、訪問控制服務、電子表單服務、業務流程服務、統一消息服務、GIS引擎服務、數據分析服務等；

應用層：電梯安全運行應急處置云計算平臺，劃分為兩個子層，下子層是應用程序層，主要是進行數據處理，電梯聯網的各種應急處置服務；上子層是人機交互界面，定義與各類用戶交互的方式和內容，通過身份認證管理登錄訪問。

3 電梯互聯網CPS結點設計

CPS，利用計算技術監測和控制物理設備行為的嵌入式系統稱為網絡化物理系統（cyber-physical systems， CPS），簡單的說，就是開放的嵌入式系統加上網絡和控制功能。物聯網、傳感網所擅長的是基于連接的感知，CPS能夠實現感控，不僅僅實現感知，還可以實現控制，其計算能力遠遠超越物聯網、傳感網。

電梯是一個復雜的機電系統工程，使用場所是固定的，其設計必須符合GB7588-2003，結合安全和應急救援的要求，需要感知電梯的運行狀態、乘客狀態、視頻、音頻等數據，具體感知數據數據表2所示。

結合電梯的實際情況，由于城市中電梯分布的不確定性和數據遠距離傳輸的特點，電梯CPS結點設計必須具備聯網能力。由于電梯云聯網采用了“云+端”技術，“端”必須具有感知能力，處理數據采集；具備計算能力，在CPS內部建立故障專家系統，診斷電梯故障，在需要時（如電梯發生困人故障，或云計算中心喚醒時）與“電梯云計算中心”保持鏈接傳輸數據，減少大規模電梯聯網在線產生的海量數據傳輸，節約有限的網絡資源，減少網絡負擔。此外，CPS必須具有后備電源，確保電梯在斷電情況下，CPS依然能夠聯網正常工作；為實現電梯故障的查閱和狀態復現，CPS需具有數據存儲能力。

綜上所述，電梯云聯網結點應采用互聯網CPS結點設計，作為電梯聯網的主要設備，結點設計如圖2所示。

4 電梯云聯網應用

電梯云聯網主要基于云計算服務、傳感網、GIS系統、音視頻系統、呼叫中心等技術，創新智能化動態監管。根據電梯應急處置業務流程要求，圖3所示，電梯云平臺由實時監控、應急處置、呼叫中心、視頻監控和決策分析等子系統組成，融合電梯應急處置和動態監管等各環節，存儲電梯故障案例信息，將應急救援與決策分析融入應用。實現電梯、政府、維保單位、使用單位四位一體的重點監控、應急處置和故障預警等。根據網絡服務需求，通過呼叫中心實現電梯電話統一接警和科學調度，調動三級救援體系，及時處理電梯困人事故。

5 結束語

電梯云聯網是一種全新的網絡應用，是云計算、物聯網技術在公共安全領域中的具體應用，是全新的電梯應急處置模型。本文研究了電梯云聯網的概念、網絡體系結構、電梯互聯網CPS以及電梯云聯網應用等方面的內容。文章所述體系架構在“南京市電梯安全運行應急處置中心”得到了良好的應用，結合南京市“96333”電梯呼叫中心、電梯三級應急救援體系建設，電梯“云+端”技術得到了有效的實證。系統投入使用一年多來，實現了南京市主城區電梯的有效應急處置，將電梯困人救援時間由法律要求的30分鐘，控制到了20分鐘以內，有效的提升了電梯應急救援效率，縮短了應急救援時間。此外，通過電梯云聯網技術，可有效監控全市電梯的故障情況，為電梯故障決策分析和故障預警積累了豐富的數據。

參考文獻

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作者簡介

任詩波（1981-），男，安徽省肥東縣人，高級工程師。碩士研究生。主要研究方向為電梯檢驗技術。

作者單位

南京市特種設備安全監督檢驗研究院 江蘇省南京市 210019