一種基于AI的電梯轎廂實時定位監測系統

周俊波

摘 要：本次研究以電梯為主題，選取與其安全運行密切相關的轎廂作為研究對象，重點探討一種基于AI的電梯轎廂實時定位監測系統。具體論述中結合當前的AI技術對其系統構成進行了一般性概述;然后從系統設計的角度，分別從硬件設計與軟件設計兩個方面展開具體探討。

關鍵詞：AI;電梯轎廂;實時定位;監測系統

中國向現代社會的轉型，重點在于實現現代化，在現代文明的表現形式方面，以城市文明為主導。近年來城鎮化的快速推進與發展，基本與社會活動范圍的擴大處于同一階段，加上高層住宅建筑與商業化建筑的普遍建設，對于電梯的需求越來越大。在這種需求增長的同時，事故發生率也在增長，所以為了確保電梯使用的安全，有必要增強監測系統的研發，從而保證民眾的乘梯安全。下面就以這種基本的安全需求為出發點對主題做出討論。

1、概述

我國在電梯使用方面，主要存在超負荷運行與維護管理跟進不足兩個方面。因而導致了諸多“電梯吃人”、“電梯殺人”事故，在社會上產生了較大的負面影響，給民眾的生命安全造成了嚴重威脅。為了有效的解決此類風險，需要在制定常態化的維護管理方案的同時，積極的研發新技術，或者進行技術資源的優化配置，為其構建實時定位監測系統，從而滿足預防風險的基本需求，尤其是針對電梯轎廂實施高精度定位，可以提升運行安全質量。當前因AI技術的廣泛應用，可以實現井道內部與轎廂，分別安裝UWB高精度定位基站、高精度定位標簽的方式達到實時定位監測目標。

2、基于AI的電梯轎廂實時定位監測系統構成分析

AI是英文Artificial Intelligence的縮寫，直譯為人工智能，它是基于多學科交叉研究產生的技術成果，作為一門技術科學，主要是通過對人類智能的模擬、延伸、擴展，以信息技術與深度學習為媒介，進而實現在工業系統類進行實時動態化的自動化應用。當前的人工智能因深度學習與云存儲及運算能力持續增強，已經能夠實現“認知系統架構”、“機器學習及推理”、“機器視覺與運動控制”等。具體到電梯轎廂方面，一種基于AI的電梯轎廂實時定位監測系統，主要由電梯井的UWB定位基站與轎廂的各個控制標簽構成。UWB定位基站在井道內以間隔方式實施設備安裝;而各控制標簽則分布在轎廂的各個相關部位，在頂部主要有電氣控制系統與曳引系統;轎廂實體上匹配高精度定位器、邊側設置導向系統與重量平衡系統;底部設置有緩沖器。整體上講，基于AI的電梯轎廂實時定位監測系統是由多個子系統聯合構成。從上具體的系統運行方面分析，頂部與底部之間以高精度定位標簽為中介，利用差分信號可以實現高精度定位，在數據傳輸方面，采用10ms單位制，能夠快速實現定位大數據向遠程云端服務器的實時傳送，并以數據與圖像的轉換方式，實現針對轎廂的“持久性”位移圖譜監測。當前使用的AI智能算法，可以使任意位置、不同時刻的“時空限定范疇及其邊界”進行實時動態監測與控制，從而在條件變化時立即實現巨大跳變，跳變的實現以設定閾值為準，當超過該標準值時即可發出預警并及時的控制電梯轎廂位置，當前的時刻精度設定能夠達到100ms。

3、實時定位監測系統的硬件與軟件設計分析

3.1硬件設計分析

以UWB定位基站硬件設計為例， 采用基本的模塊化設計方案，其中，主控模塊以樹莓派4B為準，能夠在各類信息處理中發揮其處理功能的比較優勢;當前所采用的是內置Linux系統;能夠實現RJ45板載與無限網絡板載，因而在WIFI情況下也能夠進行定位分析;除主控制模塊外，定位模塊則以DWM1000為準。在硬件的安裝方式方面選擇間隔式密集安裝，這樣能夠確保密度與定位精度之間的正比例關系精準化。在硬件設計的運行流程方面，則主要是通過基站——高精度定位器——WIFI/4G/5G——云端服務器各個硬件實現定位數據實時動態采集與傳送;當云端服務器收到數據信息后，即會運用AI算法進行數據與位移之間的轉換處理，從而繪制出任意時刻或限定的全時刻“位置速度畫像”，并將它與預設的位移進行比較分析，從而決定是否要進行預警處理。

以高精度定位器硬件為例，它因定位需要分別安裝于轎廂的頂、底位置，這樣就能夠根據差分信號進行定位標簽處理，進一步提高精度率。目前的定位以UWB芯片為準，它的比較優勢是精度高，能夠使轎廂位置的差分信號定位滿足“精準定位需求”，同時可以實現數據的實時動態采集與傳送。目前，兼容性功能較強的芯片則以DW1000為準，它是DecaWave研發的一款兼容芯片，可以實現寬帶與無線收發功能，在兼容協議方面采用IEEE802.15.4-2011，效果較好。實時定位系統的定位對象，通常的通信距離能夠滿足300m間距，符合高層建筑的基本定位高度需求;以物質實體為準可以達到厘米級，以信息數據為準的傳輸能夠達到6.8Mb/s。從硬件設計的量化標準方面分析，高精度定位器標簽密度非常高，尤其是采用了短包方式通信功能，能夠滿足密度11000個數量級的通信需求，加上它強大的抗干擾能力，可以克服高衰環境產生的多路徑干擾。由于在產品設計方面的集成功能強，因而造型小巧精致，受到了市場與用戶的高度評價。

3.2軟件設計分析

一般情況下，在基于AI的電梯轎廂實時定位監測系統設計中，多采用合作模式，由電梯轎廂使用企業與實時定位監測系統設計企業共同完成設計方案。一方面，甲方需要提供必要的轎廂性能指標等相關數據，然后由乙方到現場進行核實，并在分析后雙方共同商議設計方案后，簽訂合同。再由乙方設計企業進行軟件設計。目前的軟件設計為了確保與運行方案的一致性，會選擇編程方式。以本文基于AI的電梯轎廂實時定位監測系統為例，它主要是根據硬件系統的模塊化設計框架，進行設計編程。首先，在定位基站控制程序設計方面，選擇Python語言。其次，根據UWB定位基站與高精度定位器的程序構成，按照邏輯次序分別從硬件初如化模塊——系統互聯模塊——數據處理模塊——AI人工智能算法模塊——系統自診斷模塊，進行具體的Python語言程序模塊編程。第三，在滿足測試性的編程設計需求后，針對電梯轎廂實時定位監測系統的實時性監測需求，設定一次定位時間間隔值為10ms。第四，在完成編程與相關數據設置后，進行試運行測試，并對軟件設計方案進行優化處理，并根據故障試驗法，進行自診斷功能與實時定位監測檢驗。試運行一段時間后，由相關部門與專業評審合格后投入使用。

4、結束語

總之，人是社會活動的主體，社會的發展離不開“以人為本”的基本理念。結合當前的電梯事故發生率，以及電梯故障的一般管理情況，極有必要加強定位監測技術的研發，尤其是根據電梯的固有特征，引入AI技術，進而為智能化的實時監測與動態化控制提供技術支撐，確保電梯運行過程的安全監測。通過以上分析可以看出，基于AI的電梯轎廂實時定位監測系統不僅能夠滿足監測需求，也能夠進一步為其系統化的實時動態控制提供支持。

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