基于機器視覺技術的電梯內部缺陷監測預警系統

賈玉坤 沈姝君

（杭州職業技術學院，杭州 310018）

隨著經濟的不斷發展和城市規模的逐漸擴大，城市里的高層建筑越來越多。電梯作為高層建筑中常用的垂直交通工具，已經廣泛應用于人們的日常生活。電梯能否安全可靠的運行，直接關系到人們的生命安全。近年來，由于電梯故障造成的人員傷亡和經濟損失屢有發生，使得電梯安全運行越來越受到人們的關注，因此對電梯安全監測預警顯得尤為重要。目前，電梯運行基本上由專業的電梯維保人員進行上門定期檢修，但維護和故障處理明顯存在不足，且效率較低[1-2]。

隨著科學技術的跨越式發展和人工智能技術、計算機技術、電子技術以及機械控制技術的跨越式飛越，人工智能的應用領域越來越廣，逐步從實驗室走入人們的日常生活[3]。此外，5G 網絡作為新一代無線通信技術，可為智能制造生產系統提供多樣化和高質量的通信保障，以促進各個環節海量信息的融合貫通。在“5G+”時代，制造業智能化升級將更加全面和深入，而以5G 為核心的融合創新將成為我國制造業高質量發展的強大動力和強勁支撐，并為各種智能檢測系統提供強有力的信息傳輸保障[4]。

1 系統概述

人工智能（Artificial Intelligence，AI）是研究和開發用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術以及應用系統的一門新的科學技術。隨著計算機技術、電子技術以及機械控制技術的跨越式飛越，人工智能的研究領域變得越來越廣泛。它逐步從實驗室走入人們日常生活的方方面面,并逐步應用于系統監測方面[5]。

為解決電梯檢測人員不足、無法實時監測以及效率低的問題，本文設計了一套基于AI 機器視覺技術的電梯內部缺陷監測預警系統，系統結構如圖1 所示。

2 系統構成

基于機器視覺技術的電梯內部缺陷監測預警系統，融合新一代5G 通信技術、AI 技術、SLAM 同步實時建模技術以及高精度實時定位技術等，監測電梯內部所有部件的劃痕、裂紋以及各種缺陷，從而保證井道內任意實體發生細小變化時即可將報警信息發送至維保人員，以便及時進行處理。

2.1 高速數據傳輸模塊

數據傳輸采用高速度、低功耗以及低時延的5G 網絡，不僅保證了雙目視頻信息的大數據傳輸，還為實時高效執行AI 算法以及上位機和下位機的數據交換提供了鏈路保障。

2.2 高精度定位模塊

電梯運行過程中進行同步定位與建圖時，需要轎廂的厘米級高精度定位。如圖1 所示的系統結構圖中，井道壁中按照均布原則布置高精度定位基站。在轎廂上下運動過程中，根據高精度定位基站實時高精度定位，并將定位信息實時收集到主控制板中，從而為SLAM 同步建圖做準備。在硬件方面，測距節點選取基于UWB 技術的高精度芯片DWM1000 作為無線信號收發芯片。它的時鐘分辨率達到皮秒級，為厘米級測距奠定了基礎。

圖1 系統結構圖

2.3 SLAM 同步實時建圖模塊

利用雙目立體視覺傳感器成像技術，從兩個或多個角度來觀察同一個場景，并獲得同一物體在不同視點下的圖像信息和環境中的深度信息，并依托AI 算法和SLAM 技術實時構建電梯井道內部各個模塊和部件的三維模型。

2.4 AI 處理模塊

大量數據通過高速5G 網絡實時上傳至遠程云服務器，且服務器與本地共同處理數據。其中，本地進行簡單的AI算法處理，而服務器進行復雜的運算。此外，服務器會將結果實時反饋給電梯轎廂上安裝的AI 嵌入式處理器。

2.5 部件缺陷報警

依據AI 自主智能視覺技術監測所有部件的外表面劃痕、裂紋以及各種缺陷，從而保證井道內任意實體發生細小變化時即可據此進行報警。此外，還可以設置閾值用于屏蔽某實體。

3 系統硬件

系統硬件主要由雙目立體視覺傳感器、UWB 高精度定位模塊、AI 嵌入式計算模塊、高速5G 數據傳輸模塊以及智能電源供電模塊等組成。其中，雙目立體視覺傳感器可實時掃描電梯井道且生成深度圖，并依據深度圖輔以SLAM 技術生成三維立體模型。DWM1000 高精度定位基站和安裝于轎廂頂部的定位標簽，可高精度定位轎廂所處位置，并將定位數據實時傳送給AI 嵌入式處理器。AI 嵌入式計算模塊可實時處理捕捉的數據。采用高速度、低延遲和低功耗的5G 網絡，可保證視頻信息的大數據傳輸，為實時高效執行AI 算法以及上位機和下位機的數據交換提供了鏈路保障。智能電源供電模塊則主要負責為AI 嵌入式處理器、雙目立體視覺傳感器、UWB 高精度定位模塊、定位基站以及5G 高速數據傳輸模塊等進行供電。

4 系統軟件

系統軟件一般由接入表示層、應用服務層、資源訪問層以及硬件資源層組成。其中，硬件資源層主要由機器視覺傳感器、高精度定位系統、遠程喚醒系統以及供電系統組成，并通過這4 部分的協同工作，將采集的數據通過資源訪問層轉發給應用服務層。基于機器視覺技術的電梯內部缺陷檢測預警系統的系統軟件結構圖，如圖2 所示。

圖2 系統軟件結構圖

5 結語

基于機器視覺技術的電梯內部缺陷監測預警系統，融合新一代5G 通信技術、AI 技術、SLAM 同步實時建模技術以及高精度實時定位技術等，監測電梯內部所有部件的劃痕、裂紋以及各種缺陷，從而保證井道內任意實體發生細小變化時即可將報警信息發送至維保人員，以便及時進行處理。該系統具有較高的可識別性，無需人工干預，可為電梯按需維保提供技術支撐。