物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在機(jī)場自動扶梯管理中的應(yīng)用

引 言

伴隨著現(xiàn)代化進(jìn)程，公共交通和基礎(chǔ)建設(shè)飛速發(fā)展，遍布大中城市的商場、地鐵、機(jī)場、高樓大廈無不在使用一種特殊的設(shè)備 電梯、自動扶梯和自動人行道，這些設(shè)備起著運(yùn)送人員或貨物的作用，方便了人們出行。然而在這些設(shè)備的使用過程中，不可避免地會出現(xiàn)各種故障，其中一些故障會給使用者帶來安全事故。面對這一系列事故，我國頒布了《中華人民共和國特種設(shè)備安全法》《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》《自動扶梯和自動人行道的制造與安裝安全規(guī)范》等一系列法律法規(guī)，從特種設(shè)備的生產(chǎn)、安裝、運(yùn)行、維護(hù)及監(jiān)督檢查等各個(gè)環(huán)節(jié)加以嚴(yán)防嚴(yán)控，最大限度地保證人民群眾的生命安全。

西安咸陽國際機(jī)場以其 承接?xùn)|西，聯(lián)結(jié)南北 的區(qū)位優(yōu)勢， 成為國內(nèi)干線重要的航空港和國際定期航班機(jī)場，是中國民用航空局規(guī)劃建設(shè)的八大區(qū)域性樞紐機(jī)場之一，截止到 2016年末，年旅客吞吐量達(dá) 3699.4萬人次。面對逐年快速增長的旅客，機(jī)場的電梯、自動扶梯設(shè)備運(yùn)行壓力越來越大，不僅要保證旅客的人身安全，更要為旅客出行提供優(yōu)質(zhì)便捷的服務(wù)，因此電、自動扶梯設(shè)備的安全運(yùn)行管理尤為重要。目前，西安咸陽國際機(jī)場共有三座航站樓，有自動扶梯、自動人行道和電梯170余部。隨著新航站的建設(shè)，設(shè)備數(shù)量會成倍增長，這些特種設(shè)備存在使用流量大、使用情況復(fù)雜、運(yùn)行時(shí)間長以及安裝分布范圍廣等特點(diǎn)。盡管機(jī)場配備了一支專業(yè)的保養(yǎng)、維修隊(duì)伍來保障這些設(shè)備安全運(yùn)行，但設(shè)備故障仍時(shí)有發(fā)生，給旅客出行帶來不便，影響機(jī)場的服務(wù)品質(zhì)。因此，如何提前發(fā)現(xiàn)故障隱患、快速找到故障點(diǎn)及時(shí)處理，以及做好預(yù)防性維修、降低故障率的問題就凸顯出來了。采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建設(shè) 電梯安全服務(wù)平臺 ，實(shí)現(xiàn) 故障預(yù)警發(fā)布、應(yīng)急快速處置、維保作業(yè)核查、狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)視 輔助電梯安全監(jiān)察的功能是提高電梯安全管理水平的具體措施[1]。

在國內(nèi)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到機(jī)場電梯、自動扶梯等管理中還處于起步階段，尚有許多問題需要探討。本文針對機(jī)場實(shí)際情況，提出了搭建基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的自動扶梯、自動人行道和電梯運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控服務(wù)平臺，通過平臺實(shí)現(xiàn)前瞻性和可預(yù)見性的維護(hù)，使維護(hù)人員能夠在昂貴的延誤或失敗發(fā)生前就采取行動，將事故防范于未然。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)是通過在物理世界的實(shí)體中部署具有感知能力、計(jì)算能力及執(zhí)行能力的裝置，使物理實(shí)體變?yōu)橐粋€(gè)智能體， 通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)實(shí)體之間、實(shí)體與人之間互聯(lián)互通，是一種萬物溝通的，具有全面感知、可靠傳輸、智能處理特征連接物理世界的網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)徹底改變了人們的生產(chǎn)和生活方式， 達(dá)到了一種智慧狀態(tài)，提高了資源利用率，改善了人與自然界的關(guān)系，從而提高了整個(gè)社會的信息化能力[2]。

物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、射頻識別技術(shù)等的深度融合，其技術(shù)體系架構(gòu)包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層 [3]。感知層處于體系架構(gòu)的最底層，用于采集實(shí)體狀態(tài)信息、運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括各類物理量、標(biāo)識、音頻、視頻，是物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，主要由不同的傳感器、RFID 標(biāo)簽、智能化的感知設(shè)備等構(gòu)成，通過通信技術(shù)把實(shí)體的狀態(tài)信息、運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)層是連接感知層與應(yīng)用層的中間層，其作用是把感知到的信息高效、高可靠、無障礙、高安全性地進(jìn)行傳輸，需要傳感網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)化融合。應(yīng)用層把感知層采集、網(wǎng)絡(luò)層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行分析處理，進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制，實(shí)現(xiàn)智能化管理[4]。

電梯、自動扶梯物聯(lián)網(wǎng)是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、電梯控制與維護(hù)技術(shù)、傳感技術(shù)、通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為一體，實(shí)現(xiàn)電梯、自動扶梯等檢測、控制、維護(hù)，安全報(bào)警、應(yīng)急處理、風(fēng)險(xiǎn)分析與預(yù)警、運(yùn)行狀態(tài)評價(jià)和質(zhì)量分析等功能，是一個(gè)綜合、高效的電梯管理系統(tǒng)。

2 物聯(lián)網(wǎng)電梯遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)電梯遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)國家標(biāo)準(zhǔn)（GB24475-2009）規(guī)定的監(jiān)控信號及規(guī)范[5]，結(jié)合機(jī)場電梯、自動扶梯和自動人行道的布局，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心，構(gòu)建電梯遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，其主要功能為：電梯運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、傳輸記錄查詢功能；維護(hù)、保養(yǎng)、質(zhì)檢記錄查詢功能；預(yù)警、報(bào)警功能；電梯使用自動分流調(diào)度功能；語音、視頻傳輸對講功能；維護(hù)保養(yǎng)自動派單功能；遠(yuǎn)程控制功能。

2.1 方案

根據(jù)系統(tǒng)功能要求，物聯(lián)網(wǎng)電梯遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)由四部分構(gòu)成：電梯信息數(shù)據(jù)采集部分；語音、視頻信息采集傳輸部分； 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器部分；應(yīng)用軟件平臺部分。

電梯信息數(shù)據(jù)采集部分是整個(gè)系統(tǒng)的 感知神經(jīng)元 ，主要由各種傳感器構(gòu)成，可實(shí)時(shí)獲取電梯運(yùn)行的信息和數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡(luò)上傳至網(wǎng)絡(luò)中心服務(wù)器。

音、視頻信號采集、傳輸部分是整個(gè)系統(tǒng)的 眼睛 和 嘴巴 ，由攝像頭、麥克風(fēng)等音、視頻采集設(shè)備構(gòu)成，主要采集傳輸乘客乘行電梯時(shí)的語音、視頻信息，以實(shí)現(xiàn)對話、監(jiān)控功能。

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器部分是整個(gè)系統(tǒng)的 大腦 和 心臟 ，是實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)功能的指揮中心，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)、調(diào)度系統(tǒng)各模塊間的工作，并通過強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫管理功能實(shí)現(xiàn)電梯智能化管理。

應(yīng)用軟件平臺由一臺或多臺電腦組成，是人機(jī)對話的界面，其功能是將系統(tǒng)采集的電梯實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)以及音、視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)一一顯示出來，完成人機(jī)對話功能。

2.2 電梯信息數(shù)據(jù)采集

電梯信息數(shù)據(jù)采集裝置主要由傳感器，電梯、自動扶梯控制器，數(shù)據(jù)采集與通信等部件構(gòu)成，其框圖如圖 1 所示。

傳感器分別負(fù)責(zé)采集檢測自動扶梯在工作時(shí)的梯級振動數(shù)據(jù)、電動機(jī)的速度數(shù)據(jù)、潤滑統(tǒng)剩余量以及電動機(jī)的溫度數(shù)據(jù)、承載人數(shù)以及人的狀態(tài)、電梯位置、運(yùn)行過程火焰等。數(shù)據(jù)采集與通信模塊負(fù)責(zé)采集傳感器檢測到的數(shù)據(jù)，通過通信模塊將其傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)層。

在本設(shè)計(jì)中，傳感器以電梯、自動扶梯、自動人行道為單元，單元內(nèi)各傳感器以單片機(jī) MSP430F為平臺，包含信號調(diào)理電路、接口電路等。傳感器以 RS232接口與CC2530連接， 實(shí)現(xiàn)以ZigBee為協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸[6]，其連接框圖如圖 2所示。

2.2.1 速度傳感器

在自動扶梯運(yùn)行時(shí)，如有非操作性突然逆行、速度有較大變化或扶手帶的速度偏離梯級、踏板速度較大時(shí)，對乘行人員的傷害是最大的[7]。速度傳感器對扶梯的運(yùn)行速度、運(yùn)行方向、扶手帶運(yùn)行速度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)發(fā)現(xiàn)速度大幅度變化、逆行或扶手帶速度偏離較大時(shí)就會立即使扶梯自動停止運(yùn)行，并且通知維修人員進(jìn)行故障處理。本設(shè)計(jì)選用霍爾傳感器，用以檢測電機(jī)的運(yùn)行速度。

2.2.2 振動傳感器

電梯、自動扶梯發(fā)生突然抖動時(shí)，容易使乘客摔倒 [8]。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)這一安全隱患，在自動扶梯實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中加入了振動傳感器，對電梯運(yùn)行過程中的振動參數(shù)進(jìn)行測量。當(dāng)振動幅度超過一定的閾值時(shí)，系統(tǒng)會立即停止自動扶梯運(yùn)行，結(jié)合其他信息進(jìn)行分析，給出維護(hù)指示。本設(shè)計(jì)選用 AXDL345 超低功耗三軸加速度傳感器，可以直接獲得三維空間中各方向上的振動幅度和頻率。

2.2.3 溫度傳感器

自動扶梯運(yùn)行驅(qū)動靠電機(jī)完成，電機(jī)溫度異常升高會導(dǎo)致自動扶梯運(yùn)行異常和電機(jī)損壞。溫度傳感器用以檢測電機(jī)的運(yùn)行溫度，當(dāng)溫度超過極限時(shí)，系統(tǒng)會停止扶梯的運(yùn)行，結(jié)合其他傳感器分析溫度升高的原因，給出維護(hù)信息。本設(shè)計(jì)選擇 K型熱電偶和MAX6675處理芯片，完成電機(jī)溫度檢測。

2.2.4 油量傳感器

自動扶梯每天至少運(yùn)行 18 小時(shí)，這樣超長的工作時(shí)間必然會磨損其系統(tǒng)部件。而自動扶梯中受力最大的拽引鏈往往是磨損最嚴(yán)重的。針對這一問題，制造商在拽引鏈中加入了潤滑系統(tǒng)。但如果潤滑系統(tǒng)的油量不足而沒有被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，就會增加拽引鏈的故障率，導(dǎo)致整部扶梯的工作壽命降低。利用油量傳感器對油量進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，一旦數(shù)據(jù)處理中心接收到油量不足的信息就會立即通知維護(hù)人員及時(shí)注入潤滑油。本設(shè)計(jì)選用電容式HK-DR01 插入潤滑油油箱來檢測其油量。

2.2.5 紅外傳感器

自動扶梯在運(yùn)行時(shí)，由于機(jī)械碰撞，電氣打火等因素容易引發(fā)火災(zāi)，因此加入紅外傳感器模塊。當(dāng)紅外傳感器檢測到有打火現(xiàn)象時(shí)，系統(tǒng)就會停止自動扶梯運(yùn)行，并鳴笛報(bào)警，疏散自動扶梯上的乘客。本設(shè)計(jì)選用紅外二極管傳感器。

2.2.6 壓力傳感器

任何電梯、自動扶梯都有額定的承載能力，當(dāng)超過承載能力時(shí)，電梯、自動扶梯容易出現(xiàn)事故。利用壓力傳感器來檢測承載負(fù)荷，當(dāng)負(fù)荷超過額定值時(shí)，系統(tǒng)會發(fā)出報(bào)警信息，并終止運(yùn)行。本設(shè)計(jì)選擇Scaime 壓力傳感器。

2.2.7 語音、視頻傳感器

此傳感器用來監(jiān)視乘客是否規(guī)范乘行。當(dāng)通過視頻圖像處理后，發(fā)現(xiàn)乘客有違規(guī)乘行現(xiàn)象時(shí)，系統(tǒng)會對乘客發(fā)出語音提示告警信息，以糾正乘客乘行，保障乘客安全；通過視頻圖像處理，確定內(nèi)部電梯、自動扶梯的乘員人數(shù)，為分流、調(diào)度提供數(shù)據(jù)信息 ；當(dāng)電梯出現(xiàn)故障時(shí)，通過語音、視頻來指導(dǎo)乘客正確處理，避免因乘客的錯誤操作造成事故。

2.2.8 數(shù)據(jù)采集與模塊

每個(gè)電梯單元各傳感器以 ZigBee 協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)采集與通信模塊，數(shù)據(jù)采集與通信模塊以 ADSL 形式與網(wǎng)絡(luò)連接。所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)除上述傳感器數(shù)據(jù)外還有每部電梯自身的相關(guān)數(shù)據(jù)。

2.3 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器是信息接收、分析、處理和控制中心，其系統(tǒng)軟件構(gòu)成按功能可劃分為設(shè)備接入、系統(tǒng)管理和應(yīng)用軟件三部分。

1)設(shè)備接入軟件：負(fù)責(zé)電梯實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集、傳送、顯示和控制。

2)統(tǒng)管理軟件 ：采用 asp，.net技術(shù)開發(fā)，配合SQL Server數(shù)據(jù)庫，具有數(shù)據(jù)處理安全與可靠性并重的優(yōu)點(diǎn)，主要負(fù)責(zé)用戶注冊模塊、設(shè)備注冊模塊、數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計(jì)模塊以及數(shù)據(jù)處理安全與可靠性等。

3)應(yīng)用管理軟件 ：由六個(gè)模塊構(gòu)成，即維護(hù)保養(yǎng)模塊、緊急處理模塊、預(yù)警報(bào)警模塊、遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊、數(shù)據(jù)庫和人員分流調(diào)度模塊，是用戶功能的具體實(shí)現(xiàn)。

2.4 應(yīng)用軟件模塊介紹

2.4.1 維護(hù)保養(yǎng)模塊

記錄、查詢每次維護(hù)保養(yǎng)的時(shí)間，維護(hù)保養(yǎng)內(nèi)容，設(shè)備編號，更換零部件，維護(hù)保養(yǎng)單位資質(zhì)、人員等相關(guān)信息。

2.4.2 緊急處理模塊

對傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分析判斷，得出故障類型，對故障進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，根據(jù)分析的結(jié)果分別進(jìn)行處理，若故障為緊急等級，則立即發(fā)出停止命令，并以短信的形式發(fā)出故障扶梯的位置信息、故障類型給維護(hù)人員，使維修人員在第一時(shí)間獲取準(zhǔn)確的故障信息，確保維修在最短時(shí)間內(nèi)完成。

2.4.3 預(yù)警報(bào)警模塊

根據(jù)傳感器的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫記錄信息，通過大數(shù)據(jù)分析和模型預(yù)測，對電梯、自動扶梯主要零部件潛在的隱患做出預(yù)警提示，做到防患于未然 ；對已發(fā)生的事件做出語音報(bào)警、指示報(bào)警，同時(shí)給出維護(hù)保養(yǎng)信息。

2.4.4 人員分流調(diào)度模塊

根據(jù)對視頻監(jiān)控信息分析的結(jié)果，以語音的形式來引導(dǎo)乘客選擇電梯乘行，以達(dá)到快速乘行的目的。

2.4.5 遠(yuǎn)程控制模塊

實(shí)現(xiàn)對電梯、自動扶梯、自動人行道的控制操作，如上行、下行、停止等。

2.4.6 數(shù)據(jù)庫

基于SQL Server 平臺，用以記錄傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息、維修、保養(yǎng)信息、電梯設(shè)備狀態(tài)信息、電梯設(shè)備廠、維護(hù)單位資質(zhì)等。具有強(qiáng)大的編輯、查詢、報(bào)表輸出、信息上傳等功能。為了數(shù)據(jù)安全，數(shù)據(jù)庫設(shè)置有嚴(yán)格的等級操作限制和關(guān)鍵數(shù)據(jù)備份。

3 結(jié) 語

盡管物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在機(jī)場電梯、自動扶梯、自動人行道管理中的應(yīng)用處于起步階段，但隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智慧機(jī)場建設(shè)的發(fā)展，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于機(jī)場電梯和其他設(shè)備的管理是必然的，這將提升設(shè)備利用率和運(yùn)行效率，增強(qiáng)設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性，使機(jī)場企業(yè)實(shí)現(xiàn)效益最大化。因此，結(jié)合機(jī)場的實(shí)際情況，應(yīng)加大研究、推廣應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。