圖像識別技術在電梯超載保護裝置檢驗中的應用研究

修志杰 潘洋 鄒海濤

摘 ?要：由于現場載荷的準備成本高、效率低且費時費力，在電梯的定檢中對于超載保護裝置的檢驗，一般通過查看電梯維保單位的自檢記錄或報告并手動試驗超載開關的方法進行，但在缺少有效監督的情況下，很難保證維保單位會依規進行加載試驗以驗證超載保護裝置功能的有效性。為使超載保護裝置的檢驗落到實處，該文提出一種利用圖像識別技術輔助電梯檢驗的方案。

關鍵詞：電梯;超載保護裝置;圖像識別;檢驗方法

中圖分類號：TG305 ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

超載保護裝置是電梯安全防護系統的重要組成部分，其作用是當轎廂超過額定負載時，能夠發出報警信號并使電梯停止運行。如果其功能失效，則有可能會導致電梯超載運行，惡劣工況下甚至會引發電梯溜車、蹲底等事故，因此，對超載保護裝置進行定期檢查非常重要，然而依據TSG T7001—2009 《電梯監督檢驗和定期檢驗規則—曳引與強制驅動電梯》中的規定，電梯超載保護裝置的檢驗屬于C類項目，在定期檢驗時，如果電梯維保單位已進行過加載試驗，且驗證超載保護裝置的功能有效，并在自檢記錄或報告中有完整的記錄，檢驗機構現場可不進行加載試驗，而是通過查看電梯維保單位的自檢記錄或報告并手動試驗超載開關的方法判斷超載保護裝置的有效性。如果電梯維保單位未進行加載試驗并提供虛假的自檢記錄或報告，則無法保證超載保護裝置檢驗結果真實有效。鑒于此，該文提出一種利用圖像識別技術輔助電梯檢驗的方案，以解決電梯定期檢驗中，可能出現的超載保護裝置誤檢、漏檢等問題。

1 方案介紹

利用電梯現有的控制線路與視頻監控系統，采集超載保護裝置的動作信號與轎廂內的圖像信息，并對獲取的信號進行實時處理，得到超載保護裝置的動作狀態與轎廂內的人員數量，當超載保護裝置動作或轎廂內的人員數量大于預先設定的判斷閾值時，控制系統發出拍照命令，并以圖像的形式記錄此時轎廂內的人員數量情況，具體控制流程如圖1所示。

檢驗機構在進行定期檢驗時，如果維保單位可提供已進行過加載試驗的自檢記錄或報告，則可通過調取相應試驗時間的圖像記錄信息查看當時的載荷施加情況，以判斷超載保護裝置的檢驗是否符合要求。與此同時，檢驗機構還可通過查看電梯日常使用過程中乘客數量超員時的圖像記錄，來判斷超載保護裝置的工作狀態是否正常。如果轎廂內的人數超過判斷閾值且超載保護裝置動作，則判斷超載保護裝置工作狀態正常;如果轎廂內的人數未超過判斷閾值而超載保護裝置動作，則應根據圖像信息推算當時的轎內載重，通常超載保護裝置的動作點應設置在接近額定載重量（對于額定載重量小于750 kg的電梯，按75 kg設定上限值）與額定載重量的1.1倍之間，如果在此范圍內，則判斷超載保護裝置工作狀態正常，如果不在范圍內，則判斷超載保護裝置工作狀態異常;如果轎廂內的人數超過判斷閾值而超載保護裝置未動作，則判斷超載保護裝置工作狀態異常。考慮到轎廂內的人員重量差異與超載保護開關動作的延遲性，建議預設的轎廂內人員數量判斷閾值應略大于超載保護裝置正常動作點臨界值所對應的人員數量。為避免信息的重復記錄，建議將系統的掃描間隔設置為5 min，即一次正常超載保護事件所能持續的大致時間。

2 關鍵技術

目前較為常用的人數統計圖像處理算法主要有Harr特征檢測、AdaBoost、基于像素點的統計方法以及Hough變換等。其中，Harr特征檢測主要是利用像素間的相對位置及和差關系提取圖像特征算子，進而實現分類判斷。AdaBoost作為一種迭代算法，主要依賴于樣本的訓練與特征的選擇。基于像素點的統計方法主要是對單個樣本的二值化圖像進行訓練，再用總的像素點個數除以此值，得到當前乘客數量。Hough變換主要依靠的是特征提取技術，即通過一種投票算法檢測出具有特定形狀的物體，例如直線、橢圓以及圓形等。

考慮到電梯存在背景穩定，受外界影響小，且其乘客頭部的輪廓非常接近圓形等因素，該文選用Hough變換作為乘客人數識別的處理算法。為得到標準的二值化閾值和乘客頭部輪廓參數，在正式進行人數計算前，首先要對樣本進行反復地訓練學習。之后，再利用算法對采集到的轎廂內圖像信息依次進行灰度化、中值濾波及反二值化等預處理，剔除次要信息，保留重要信息，得到二值化的黑白圖像，最后，利用Hough變換強大的處理能力，統計出當前轎廂內的乘客數量。

3 系統設計

系統組成主要包括控制系統、圖像采集模塊、超載保護裝置信號采集模塊與數據存儲模塊等，具體如圖2所示。

控制系統的主要功能是接收來自圖像采集模塊與超載保護裝置信號采集模塊的信號，并進行實時處理與分析，然后分別輸出控制命令與信息處理結果至圖像采集模塊和數據存儲模塊。圖像采集模塊的主要功能是接收來自控制系統的控制命令與采集轎廂內的圖像信息，并將信號傳送至控制系統。超載保護裝置信號采集模塊的主要功能是采集電梯超載保護裝置的動作狀態信息，并將信號傳送至控制系統。數據存儲模塊的主要功能是接收來自控制系統的信息處理結果，并對其進行分類保存。

4 結語

電梯超載保護裝置的檢驗不僅要從設備上進行控制，更要強化人員與設備的管理措施，該文提出了一種利用圖像識別技術輔助電梯檢驗的方案，目的是解決在電梯定期檢驗中，可能出現的因維保單位提供虛假自檢記錄或報告而導致的對超載保護裝置檢驗未到位的問題，對提高電梯使用的安全性，保證電梯乘客的生命和財產安全具有一定的積極意義。

參考文獻

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