基于人工智能的電梯監(jiān)控系統(tǒng)研究

楊博韜　王進(jìn)科

關(guān)鍵詞： 人工智能 電梯監(jiān)控系統(tǒng) 設(shè)計(jì)原則 降維訓(xùn)練

中圖分類號(hào)： TP319 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1672-3791（2024）01-0026-04

電梯監(jiān)控系統(tǒng)即電梯遠(yuǎn)程監(jiān)視系統(tǒng)，一般采用傳感器采集電梯運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過微處理器進(jìn)行非常態(tài)數(shù)據(jù)分析，經(jīng)由GPRS（General Packet Radio Service）網(wǎng)絡(luò)、公用電話線、局域網(wǎng)等多種方式實(shí)現(xiàn)信息傳遞，確保電梯故障、困人救援、日常運(yùn)行、質(zhì)量評(píng)估、隱患防范等信息傳遞至遠(yuǎn)程控制端，確保電梯的運(yùn)行效率、安全［1］。該系統(tǒng)的發(fā)展對(duì)現(xiàn)代技術(shù)要求較高，而人工智能技術(shù)的運(yùn)用能提升電梯監(jiān)控系統(tǒng)的工作能力，這在各地的電梯系統(tǒng)的建設(shè)中得到了關(guān)注。對(duì)基于人工智能的電梯監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路、實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行研究，有助于促進(jìn)技術(shù)運(yùn)用，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 人工智能技術(shù)與其在電梯監(jiān)控系統(tǒng)中的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)

1.1 人工智能技術(shù)

人工智能（Artificial Intelligence），英文縮寫為AI，是一項(xiàng)現(xiàn)代化科技，主要研究、開發(fā)、模擬、延伸和擴(kuò)展人類智能，包括基礎(chǔ)理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)等。2021 年9 月25 日，為促進(jìn)人工智能健康發(fā)展，《新一代人工智能倫理規(guī)范》發(fā)布，為我國(guó)人工智能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提供了更多思路和空間。包括電梯監(jiān)控系統(tǒng)在內(nèi)，多種具有一定重復(fù)性的工作系統(tǒng)均可嘗試引入人工智能技術(shù)提升工作效率和質(zhì)量。

1.2 人工智能技術(shù)在電梯監(jiān)控系統(tǒng)中的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)

人工智能技術(shù)用于電梯監(jiān)控系統(tǒng)中，主要優(yōu)勢(shì)在于改善工作質(zhì)量，使系統(tǒng)的一些常規(guī)功能得到優(yōu)化。結(jié)合電梯監(jiān)控系統(tǒng)的一般特點(diǎn)，可知其主要履行4 個(gè)方面的功能，即收集電梯升降層的信號(hào)，并將其傳遞到控制站；檢測(cè)各部電梯的運(yùn)行狀態(tài)；故障檢測(cè)與報(bào)警，包括廳門、廂門故障檢測(cè)，轎廂上下限超限故障報(bào)警以及鋼繩輪超速故障報(bào)警等；電梯群控，自動(dòng)檢測(cè)電梯運(yùn)行的繁忙程度以及控制電梯組的開啟/停止的臺(tái)數(shù)，以便節(jié)省能源。引入人工智能技術(shù)后，可利用智能模塊更有效地進(jìn)行故障檢測(cè)，組織應(yīng)急處理，以提升電梯監(jiān)控系統(tǒng)功能的履行效果，服務(wù)遠(yuǎn)程端的控制活動(dòng)［2］。

2 基于人工智能的電梯監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

2.1 設(shè)計(jì)原則

基于人工智能的電梯監(jiān)控系統(tǒng)，并沒有根本改變系統(tǒng)的工作模式、方法，只是對(duì)其工作思路進(jìn)行了調(diào)整，將一些需要人工分析、處理的傳統(tǒng)環(huán)節(jié)，改為通過智能模塊進(jìn)行分析、處理，但這種變動(dòng)一般只用于部分環(huán)節(jié)而非全部。基于人工智能的電梯監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循3 個(gè)原則：簡(jiǎn)明化、可控性、經(jīng)濟(jì)性。簡(jiǎn)明化，是指系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不能過于復(fù)雜，在保證常規(guī)系統(tǒng)工作能力的情況下，僅對(duì)部分必要環(huán)節(jié)進(jìn)行智能化改造，使其滿足人工智能工作需求，提升電梯的運(yùn)行效率和質(zhì)量。可控性，是指電梯監(jiān)控系統(tǒng)引入人工智能技術(shù)后仍能依賴集成技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等保證對(duì)系統(tǒng)整體的控制能力，各結(jié)構(gòu)、功能模塊能夠在遠(yuǎn)程端管理下以清晰邏輯完成作業(yè)，任何設(shè)計(jì)都以能夠?qū)崿F(xiàn)為前提，以可控性保證運(yùn)行能力。經(jīng)濟(jì)性，關(guān)注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的支出成本，原則上不宜過高［3］。

2.2 基本框架

按照人工智能技術(shù)的一般特點(diǎn)、電梯監(jiān)控系統(tǒng)的常規(guī)作業(yè)方法，在遵行簡(jiǎn)明化、可控性原則的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，單部垂直升降式電梯基本框架如圖1 所示。

按照?qǐng)D1 所示模式，基于人工智能的電梯監(jiān)控系統(tǒng)主要包括3 個(gè)功能模塊和若干輔助系統(tǒng)。3 個(gè)功能模塊即現(xiàn)場(chǎng)模塊、智能模塊、遠(yuǎn)程模塊。輔助系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫(kù)、報(bào)警器、通信系統(tǒng)以及硬件作業(yè)系統(tǒng)等。

現(xiàn)場(chǎng)模塊包括傳感器、監(jiān)控器等。這些設(shè)備的核心作用在于收集現(xiàn)場(chǎng)各類信息，包括轎廂內(nèi)人員信息、電梯升降速度、電梯所處區(qū)域和樓層、電梯內(nèi)溫度等。所有牽涉電梯運(yùn)行安全、質(zhì)量、故障的信息，均由現(xiàn)場(chǎng)模塊完成收集。上述信息收集實(shí)時(shí)信息，并通過有線通信的模式，將其傳輸至智能模塊，由后者進(jìn)行信息分析，根據(jù)分析結(jié)果確定下一步的工作方法。如果信息無(wú)異常，繼續(xù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集并將對(duì)應(yīng)結(jié)果錄入數(shù)據(jù)庫(kù)；如果信息存在異常，需要進(jìn)行調(diào)整并根據(jù)具體情況進(jìn)行異常上報(bào)，由人工對(duì)重大問題進(jìn)行處理。異常信息也需要錄入數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行保存。遠(yuǎn)程模塊主要是電梯的運(yùn)行負(fù)責(zé)部門，對(duì)智能模塊進(jìn)行處置，包括程序設(shè)計(jì)、早期的降維訓(xùn)練等。輔助模塊不會(huì)嚴(yán)重影響電梯監(jiān)控系統(tǒng)工作，主要為系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)提供幫助，如基于智能分析結(jié)果的報(bào)警設(shè)備、獨(dú)立數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)字化顯示器等。

2.3 設(shè)計(jì)中需要規(guī)避的問題

基于人工智能的電梯監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從技術(shù)角度出發(fā)需要規(guī)避兩個(gè)常見問題：一是遠(yuǎn)離機(jī)電設(shè)備、變電站等區(qū)域，以避免通信干擾；二是避免選用兼容性差的軟件和硬件工作設(shè)施，以降低維護(hù)難度。包括居民樓、商用樓在內(nèi)，各類使用電梯的建筑基本均建有獨(dú)立的變電室，且變電室內(nèi)的設(shè)備多處于持續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，會(huì)對(duì)電梯監(jiān)控系統(tǒng)的信息交互、傳遞產(chǎn)生干擾。在設(shè)計(jì)的過程中，需要在空間位置上加以規(guī)避，遠(yuǎn)離建筑變電室以及其他大型用電設(shè)備。在設(shè)備的選用上，應(yīng)關(guān)注常見兼容性、適用性較高的軟硬件，以保證電梯監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)能快速進(jìn)行維護(hù)更換，降低處理難度和成本［4］。

3 基于人工智能的電梯監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法

3.1 關(guān)鍵技術(shù)

3.1.1 降維訓(xùn)練和智能識(shí)別

基于人工智能的電梯監(jiān)控系統(tǒng)，其實(shí)現(xiàn)依賴現(xiàn)代化技術(shù)提供支持，而智能技術(shù)的作用尤為突出，需要借助降維訓(xùn)練技術(shù)實(shí)現(xiàn)作業(yè)過程的智能化。以普通垂直升降式電梯為例，當(dāng)電梯內(nèi)存在運(yùn)行參數(shù)異常、升降參數(shù)不規(guī)范時(shí)，會(huì)影響運(yùn)行安全。該問題主要通過兩個(gè)參數(shù)表現(xiàn)，即升降速度和啟停位置，可作為兩個(gè)維度，納入智能分析范圍。在實(shí)際工作中，借助大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)電梯升降速度參數(shù)、啟動(dòng)位置參數(shù)進(jìn)行收集，收集的參數(shù)越多，越能保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性（默認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，即電梯工作無(wú)異常時(shí)的參數(shù)）。完成參數(shù)收集后，可生成兩個(gè)數(shù)集，即升降速度數(shù)集、啟停位置數(shù)集。以X 表示升降速度，以Y 表示啟停位置，其電梯實(shí)際運(yùn)行過程中，升降速度參數(shù)、啟停位置均帶有一定隨機(jī)性，但必然圍繞X 和Y 做無(wú)規(guī)律的上下波動(dòng)，可表述為

3.1.2 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是電梯監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)建設(shè)技術(shù)，在人工智能模式下，物聯(lián)網(wǎng)的作用進(jìn)一步得到加強(qiáng)，即在履行常規(guī)責(zé)任的同時(shí)，發(fā)揮人工智能技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，使多主體實(shí)現(xiàn)信息共享。多主體包括遠(yuǎn)程控制端、樓內(nèi)人員、普通居民等，其優(yōu)勢(shì)在于使更多主體了解電梯的運(yùn)行態(tài)勢(shì)，例如：當(dāng)存在風(fēng)險(xiǎn)時(shí)避免進(jìn)入電梯，當(dāng)有人員被困時(shí)，便于及時(shí)組織救援。其實(shí)現(xiàn)方式如圖2 所示。

結(jié)合圖2 所示模式，電梯的運(yùn)行信息常規(guī)借助智能中心進(jìn)行分析，異常信息和正常信息均納入信息共享中心，再由中心將其提供給遠(yuǎn)程端、技術(shù)人員以及住戶，以便于了解電梯情況，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)、組織搶修和進(jìn)行其他管理活動(dòng)。在人工智能技術(shù)的支持下，電梯運(yùn)行情況的分析效率得到提高，以物聯(lián)網(wǎng)組織信息共享能夠進(jìn)一步發(fā)揮人工智能技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，提升電梯監(jiān)控系統(tǒng)的服務(wù)范圍，便于各主體及時(shí)了解電梯運(yùn)行情況。

3.1.3 通信技術(shù)

通信技術(shù)是人工智能技術(shù)能夠有效發(fā)揮作用的關(guān)鍵因素，在圖1、圖2 設(shè)計(jì)模式下，有線通信和無(wú)線通信技術(shù)均得到運(yùn)用，前者主要服務(wù)電梯監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部信息的交互和指令管理，包括現(xiàn)場(chǎng)信息分析、遠(yuǎn)程信息下達(dá)、應(yīng)急處理等。無(wú)線通信技術(shù)主要服務(wù)信息共享，可借助人工智能技術(shù)分別建立通信系統(tǒng)、控制通信參數(shù)、匹配信道等。以無(wú)線通信為例，該系統(tǒng)主要共享電梯監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)的各類信息，經(jīng)過智能分析后，將這些信息提供給關(guān)聯(lián)主體，包括住戶、技術(shù)人員、遠(yuǎn)程端等。通過人工智能技術(shù)進(jìn)行信道分配，在通信壓力較大的情況下，借助內(nèi)置智能模塊完成通信資源的分析，分別分配給不同主體，保證通信活動(dòng)通暢無(wú)阻。其作業(yè)原理與前文提到的降維訓(xùn)練模式相同，主要強(qiáng)調(diào)通過降維訓(xùn)練和分析，確定通信需求和資源配置方法，提升通信質(zhì)量。

3.1.4 其他技術(shù)

其他較重要的技術(shù)還包括數(shù)字化技術(shù)、集成技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、CAN 總線技術(shù)、PLC 邏輯控制技術(shù)等。這些技術(shù)分別從不同角度服務(wù)人工智能，以及其在電梯監(jiān)控系統(tǒng)中的運(yùn)用。以CAN 總線技術(shù)為例，大型住宅小區(qū)、商用樓內(nèi)往往有多部電梯，這些電梯是獨(dú)立進(jìn)行的，而現(xiàn)場(chǎng)信息收集、智能分析工作也是獨(dú)立進(jìn)行的。這要求必須以不同通信系統(tǒng)獨(dú)立進(jìn)行信息交互［5］。以CAN 總線技術(shù)作為支持，可保證不同信道通信互不干擾，保證信息交互質(zhì)量。其應(yīng)用的基本模式如圖3所示。

按照?qǐng)D3 所示模式，人工智能支持下的電梯監(jiān)控系統(tǒng)，分別控制多部電梯，其現(xiàn)場(chǎng)信息通過獨(dú)立的通信系統(tǒng)進(jìn)行傳遞，由CAN 總線系統(tǒng)進(jìn)行信道分配，并在極小的時(shí)間差內(nèi)將其提供給遠(yuǎn)程端，使遠(yuǎn)程端能夠以比較清晰的邏輯分析和管理信息，包括指令下達(dá)工作。由于人工智能技術(shù)主要強(qiáng)調(diào)現(xiàn)場(chǎng)管理，且信息處理效率較高，數(shù)據(jù)量較大，CAN 總線技術(shù)的應(yīng)用提升了電梯監(jiān)控系統(tǒng)工作的邏輯清晰度，有助于保證系統(tǒng)作業(yè)高效、科學(xué)、有序［6］。

3.2 模擬實(shí)驗(yàn)

選取某小區(qū)為對(duì)象，收集其基本信息建立計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)。該小區(qū)位于某省會(huì)城市，電梯等設(shè)備于2011 年投入使用，其使用情況良好。物業(yè)單位提供電梯有關(guān)參數(shù)，并據(jù)此建立實(shí)驗(yàn)，對(duì)上述理論進(jìn)行論證。實(shí)驗(yàn)采用開放模擬法，共進(jìn)行100 次，其中添加80 次各類故障參數(shù)。各類參數(shù)均以計(jì)算機(jī)模擬的形式添加，包括20 次速度異常、20 次重量異常、20 次消防異常、20次其他異常。

第1～20 次實(shí)驗(yàn)，默認(rèn)電梯可常規(guī)工作，不添加任何異常參數(shù)。

第21～40 次實(shí)驗(yàn)，默認(rèn)電梯出現(xiàn)速度異常，載人情況、消防情況和其他情況均無(wú)問題，記錄系統(tǒng)是否能敏銳識(shí)別異常問題，以及發(fā)出警報(bào)的時(shí)間。

第41～60 次實(shí)驗(yàn)，默認(rèn)電梯出現(xiàn)載人數(shù)目過多，速度情況、消防情況和其他情況均無(wú)問題，記錄系統(tǒng)是否能敏銳識(shí)別異常問題，以及發(fā)出警報(bào)的時(shí)間。

第61～80 次實(shí)驗(yàn)，默認(rèn)電梯出現(xiàn)消防隱患，速度情況、載人情況和其他情況均無(wú)問題，記錄系統(tǒng)是否能敏銳識(shí)別異常問題，以及發(fā)出警報(bào)的時(shí)間。

第81～100 次實(shí)驗(yàn)，默認(rèn)電梯出現(xiàn)多種異常，包括速度情況、消防情況和載人情況異常等，記錄系統(tǒng)是否能敏銳識(shí)別異常問題，以及發(fā)出警報(bào)的時(shí)間。

對(duì)實(shí)驗(yàn)所獲結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其中警報(bào)時(shí)間只統(tǒng)計(jì)有效警報(bào)次數(shù)，對(duì)有效警報(bào)下的耗時(shí)信息進(jìn)行記錄，求取平均數(shù)表達(dá)，結(jié)果如表1 所示。

在80 次故障模擬實(shí)驗(yàn)中，基于人工智能的電梯監(jiān)控系統(tǒng)敏銳完成了78 次識(shí)別，識(shí)別率97.5%，平均用時(shí)0.21 s，效果理想。其中20 次重量異常、20 次消防異常和20 次其他異常均得到辨識(shí)，速度異常則完成18 次辨識(shí)。進(jìn)一步分析可以發(fā)現(xiàn)，由于電梯速度的小幅異常不會(huì)影響運(yùn)行安全，因此系統(tǒng)對(duì)此進(jìn)行智能分析時(shí)無(wú)法完全予以準(zhǔn)確認(rèn)定，導(dǎo)致識(shí)別精度下降。總體而言，基于人工智能的電梯監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)大部分故障能夠準(zhǔn)確進(jìn)行捕捉，可有效發(fā)揮人工智能的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，服務(wù)電梯監(jiān)控系統(tǒng)作業(yè)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，基于人工智能的電梯監(jiān)控系統(tǒng)能夠提升作業(yè)效率、及時(shí)察覺各類異常以及提供運(yùn)行數(shù)據(jù)。為保證人工智能技術(shù)能夠有效發(fā)揮作用，電梯監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)上應(yīng)關(guān)注簡(jiǎn)明化，避免不必要的復(fù)雜設(shè)計(jì)，以清晰的邏輯控制思路完成系統(tǒng)的運(yùn)行控制，并規(guī)避通信干擾等問題。在具體工作中，借助智能技術(shù)、降維訓(xùn)練、通信技術(shù)等實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)平穩(wěn)作業(yè)。根據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可知以人工智能為輔助的情況下，電梯監(jiān)控系統(tǒng)能夠更敏銳地發(fā)現(xiàn)運(yùn)行問題，也能快速完成應(yīng)急處理操作，可在后續(xù)工作中加強(qiáng)此模式的研究和應(yīng)用推廣。