基于物联网感知的升降系统运行安全检测与预警的方法与流程

1.本发明涉及物联网应用与升降系统运维监控技术领域，特别是一种基于物联网感知的升降系统运行安全检测与预警的方法。


背景技术：

2.虽然现代电梯或比较先进的升降系统都设计有包括限速器、安全钳、缓冲器等在内的多种安全保障装置，但每年依然发生数量不少的各类坠梯、急停等运行安全事故。在事故发生时，由于部分乘客恐慌心理或受伤，尤其在升降系统的异常断电、控制子系统异常重启、机房电机温升过高等下，出现轿厢内手机无信号、紧急呼叫功能失灵等极端情况，导致无法及时求救，严重威胁乘员的人身安全或载物的财产安全。
3.如何及时地、自动地检测发现升降系统的高危异常运行事件，从而向运维人员主动上报事件示警而非被动发现运行异常，其重要性非常突出。但依赖既有的升降系统安全保障装置的设计或改造，无法避免在部分极端情况下升降系统发生整体故障失效而导致保护装置失效或检测预警手段失效，而依赖运维人员以人力为主的的监控，耗时费力，效率低下，此两者均存在极大的局限性。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于物联网感知的升降系统运行安全检测与预警的方法，实现升降系统运行过程的超速失控、异常停止等危险的即时分析、预警，从而实现及时的救援、故障排查，极大提高了各类载人载物升降系统的人身、财物安全性。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于物联网感知的升降系统运行安全检测与预警的方法，包括以下步骤：
6.步骤s1：传感器布点安装与数据配置；
7.步骤s2：检测信号分析与处理；
8.步骤s3：超速识别及预警；
9.步骤s4：异常停止识别及预警。
10.在一较佳的实施例中：所述步骤s1包括以下步骤：
11.步骤s101：沿着升降系统轿厢运行方向即平行于升降系统导轨的方向，规划设置检测点，检测点分为层站上行检测点、层站下行检测点、顶层端站检测点、底层端站检测点、普通检测点类型：
12.步骤s102：在规划的检测点位上布点安装传感器；
13.步骤s103：在平台层的数据配置模块配置系统基础数据，包括升降系统的提升高度即底层端站至顶层端站楼面之间的总运行高度以及轿厢在运行方向上的有效检测高度；
14.步骤s104：在平台层的终端管理模块配置传感器基础信息，包括各传感器标识、安装点位相对底层端站某个固定基准点的坐标、对应的检测点类型、前后向传感器的关系。
15.在一较佳的实施例中：所述步骤s2包括以下步骤：
16.步骤s201：传感器sn获得轿厢检测信号，并通过iot网络将信号数据发送至平台层的数据服务接口，信号数据包括传感器标识、信号量、信号发生时间；
17.步骤s202：信号分析处理模块加载或读取配置数据，并实时加工当前信号数据，加工后的信号数据包含该信号的信号量、信号发生时间、对应的传感器标识、前驱传感器标识、后继传感器标识、对应的检测点坐标、检测点类型；
18.步骤s203：应用加工后的信号数据创建或更新传感器sn的最近一段时间的时间序列数据，获得传感器sn的信号变化特征，即获得相对于传感器sn的轿厢运行状态；
19.步骤s204：信号分析处理模块对最近一段的所有传感器时序数据创建或更新滑动窗口，对同一时段内多个传感器的信号变化特征进行实时分析、聚合，最终获取轿厢当前信号对应的完整的状态信息，包括当前位置的坐标预估值、运行方向、状态类型，其中状态类型有轿厢“到达”、“离开”、“停靠”及“运行”；
20.步骤s205：如果识别当前信号的状态类型为轿厢“到达”、“离开”，则生成相应的消息，包括传感器sn标识、信号产生时间、运行方向、状态类型，发布至消息队列的主题中。
21.在一较佳的实施例中：所述步骤s3包括以下步骤：
22.步骤s301：超速识别模块订阅并实时接收消息队列的消息，解析获得当前信号产生时间tn、对应传感器sn的标识、轿厢运行方向、状态类型；
23.步骤s302：根据tn时刻的消息内容中的状态类型，读取对应的特定类型的前向消息：如果tn时刻消息内容中的状态类型为“到达”，则其前向消息为在tn时刻之前距离最近的一条“离开”类型的消息，如果tn时刻消息内容中的状态类型为“离开”，则其前向消息为在tn时刻之前距离最近的一条“到达”类型的消息；
24.步骤s303：解析对应的前向消息，获得其信号产生时间tm以及对应的传感器sm标识，其中tn＞tm；
25.步骤s304：读取配置数据中传感器sm、sn的坐标值以及轿厢有效高度h，获得tm到tn的位移量δyn，并依此计算轿厢在该区间的平均运行速度：轿厢在该区间的平均运行速度：
26.步骤s305：比较该区间的平均运行速度vn与升降系统的额定速度v
额
，如果vn＞v
额
，则根据超速百分比大小，上报不同等级的超速告警信息；
27.步骤s306：当轿厢超速下行并且与底层端站距离小于某个阈值，则上报蹲底事故预警；当轿厢超速上行并且与顶层端站距离少于某个阈值，则上报冲底事故预警。
28.在一较佳的实施例中：所述步骤s4包括以下步骤：
29.步骤s401：异常停止识别模块订阅并实时接收消息队列的消息，解析获得当前信号产生时间tn、对应传感器sn的标识、轿厢运行方向、状态类型等；
30.步骤s402：如果tn时刻的消息内容中的状态类型为“离开”类型，或者tn时刻的状态类型为“到达”类型但对应传感器sn类型不为层站或端站平层检测点，则获取相应的后继传感器sk，并读取当前传感器sn以及相应的后向传感器sk的坐标值以及轿厢有效高度h；
31.步骤s403：计算轿厢从“离开”或“到达”sn检测点、“到达”或“离开”sk检测点的位移量δyn和预期运行时间
32.步骤s404：异常停止识别模块监听传感器sk的信号变化情况，如果超过预期运行
时间δtn某一阈值后仍未收到传感器sk发送的轿厢到达或离开信号，则判定升降系统在传感器sn、sk之间的某个位置发生或异常停止事件，并上报相应等级的告警信息；
33.步骤s405：当轿厢发生异常停止事件时，如果从超速识别模块获得轿厢在点位sn传感器有超速告警，则上报急停事故预警。
34.在一较佳的实施例中：通过安装布点的传感器获取轿厢运行有关的信号量，并通过iot网络发送检测信号到平台层的服务模块，由服务模块计算分析判定轿厢运动状态，最终实现各类升降系统的运行过程中的出现的坠梯、急停高危事件的检测与预警。
35.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
36.(1)本发明能够有效可靠地检测发现各类升降系统运行过程中出现的坠梯、急停等高危事件并及时示警，它能够大幅提升各类升降系统的乘客人身安全与载物财物安全，保障人民群众的切身利益。
37.(2)本发明原理与设计简单，其施工安装、运行均独立于既有的升降系统，既可以应用于新建的升降系统项目中，也适用于对已有的升降系统的改造，适用面广，推广容易。整个运行检测预警方法的设计灵活简单，其安装、运行均独立于既有的升降系统，避免增加升降系统安装或改造的复杂度。
38.(3)本发明的实施组网灵活，部署方式丰富，对传感器具体类型限制极少，可根据系统环境与工程预算，选择各种类型的接近传感器，具有低成本、高可靠的特点。
39.(4)本发明能够大幅降低传统的电梯等升降系统日常运维保障的各类费用，带来成本低、准确度高、反应快等优势。
附图说明
40.图1为本发明优选实施例的方法原理图；
41.图2为本发明优选实施例的检测点位图；
42.图3为本发明优选实施例的系统结构图；
43.图4为本发明优选实施例的方法流程图。
具体实施方式
44.下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
45.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
46.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式；如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
47.一种基于物联网感知的升降系统运行安全检测与预警的方法，参考图1至4，步骤s1：传感器布点安装与数据配置；
48.步骤s101：沿着升降系统轿厢运行方向(即平行于升降系统导轨的方向)，在合理的位置规划设置检测点，检测点分为层站上行检测点、层站下行检测点、顶层端站检测点、
底层端站检测点、普通检测点等类型；
49.步骤s102：在规划的检测点位上布点安装传感器；
50.步骤s103：在平台层的数据配置模块配置系统基础数据，包括升降系统的提升高度(即底层端站至顶层端站楼面之间的总运行高度)以及轿厢在运行方向上的有效检测高度；
51.步骤s104：在平台层的终端管理模块配置传感器基础信息，包括各传感器标识、安装点位相对底层端站某个固定基准点的坐标、对应的检测点类型、前后向传感器的关系。
52.步骤s2：检测信号分析与处理；
53.步骤s201：传感器sn获得轿厢检测信号，并通过iot网络将信号数据发送至平台层的数据服务接口，信号数据包括传感器标识、信号量、信号发生时间；
54.步骤s202：信号分析处理模块加载或读取配置数据，并实时加工当前信号数据，加工后的信号数据包含该信号的信号量、信号发生时间、对应的传感器标识、前驱传感器标识、后继传感器标识、对应的检测点坐标、检测点类型；
55.步骤s203：应用加工后的信号数据创建或更新传感器sn的最近一段时间的时间序列数据，获得传感器sn的信号变化特征，即获得相对于传感器sn的轿厢运行状态；
56.步骤s203：信号分析处理模块对最近一段的所有传感器时序数据创建或更新滑动窗口，对同一时段内多个传感器的信号变化特征进行实时分析、聚合，最终获取轿厢当前信号对应的完整的状态信息，包括当前位置的坐标预估值、运行方向、状态类型等，其中状态类型有轿厢“到达”、“离开”、“停靠”、“运行”等；
57.步骤s205：如果识别当前信号的状态类型为轿厢“到达”、“离开”，则生成相应的消息(包括传感器sn标识、信号产生时间、运行方向、状态类型等)，发布至消息队列的主题中。
58.步骤s3：超速识别及预警；
59.步骤s301：超速识别模块订阅并实时接收消息队列的消息，解析获得当前信号产生时间tn、对应传感器sn的标识、轿厢运行方向、状态类型等；
60.步骤s302：根据tn时刻的消息内容中的状态类型，读取对应的特定类型的前向消息：如果tn时刻消息内容中的状态类型＝“到达”，则其前向消息为在tn时刻之前距离最近的一条“离开”类型的消息，如果tn时刻消息内容中的状态类型＝“离开”，则其前向消息为在tn时刻之前距离最近的一条“到达”类型的消息；
61.步骤s303：解析对应的前向消息，获得其信号产生时间tm以及对应的传感器sm标识，其中tn＞tm；
62.步骤s304：读取配置数据中传感器sm、sn的坐标值以及轿厢有效高度h，获得tm到tn的位移量δyn，并依此计算轿厢在该区间的平均运行速度：
[0063][0064]
步骤s305：比较该区间的平均运行速度vn与升降系统的额定速度v
额
，如果vn＞v
额
，则根据超速百分比大小，上报不同等级的超速告警信息；
[0065]
步骤s306：进一步地，当轿厢超速下行并且与底层端站距离小于某个阈值，则上报蹲底事故预警；当轿厢超速上行并且与顶层端站距离少于某个阈值，则上报冲底事故预警。
[0066]
步骤s4：异常停止识别及预警；
[0067]
步骤s401：异常停止识别模块订阅并实时接收消息队列的消息，解析获得当前信号产生时间tn、对应传感器sn的标识、轿厢运行方向、状态类型等；
[0068]
步骤s402：如果tn时刻的消息内容中的状态类型为“离开”类型，或者tn时刻的状态类型为“到达”类型但对应传感器sn类型不为层站或端站平层检测点，则获取相应的后继传感器sk，并读取当前传感器sn以及相应的后向传感器sk的坐标值以及轿厢有效高度h；
[0069]
步骤s403：计算轿厢从“离开”(或“到达”)sn检测点、“到达”(或“离开”)sk检测点的位移量δyn和预期运行时间
[0070]
步骤s404：异常停止识别模块监听传感器sk的信号变化情况，如果超过预期运行时间δtn某一阈值后仍未收到传感器sk发送的轿厢到达(或离开)信号，则判定升降系统在传感器sn、sk之间的某个位置发生或异常停止事件，并上报相应等级的告警信息；
[0071]
步骤s405：进一步地，当轿厢发生异常停止事件时，如果从超速识别模块获得轿厢在点位sn传感器有超速告警，则上报急停事故预警。
[0072]
在本实施例中，可根据升降系统的环境与检测精度要求，选择具体的传感器类型，包括电感式、电容式、光电、超声波等类型的接近传感器。
[0073]
在本实施例中，可根据工程成本预算与检测精度要求，适当调整传感器的布点数量。
[0074]
在本实施例中，可在网络层实现灵活组网，各传感器既可以通过3g/4g/5g链路直连平台层，也可以通过物联网网关实现与平台层的通信，甚至可以根据传感器不同点位的网络信号状态混合使用两种的联网模式。
[0075]
在本实施例中，可根据所需监控的升降系统数量规模与位置分布情况，灵活部署平台服务模块，既可以将服务模块部署在远端的中心机房，也可以部署在近端的边缘计算单元。
[0076]
较佳的，在本实施例中，为了提高对轿厢运行检测识别准确性，传感器在层站的布点可以采用双传感器布点，分别实现轿厢上、下行到达层站或端站时平层动作的检测。
[0077]
较佳的，在本实施例中，为了实现快速查找指定传感器的前驱或后继传感器，平台服务加载或读取配置数据时，可以双向链表的数据结构表达传感器的前后向关系：
[0078]
较佳的，在本实施例中，为了避免反复加载读取相关配置表，保证平台层服务的低时延，上述双向链表可加载在内存或缓存中，一次加载，多次使用。
[0079]
较佳的，在本实施例中，对每个传感器的检测信号创建一个全局的时序数据对象，并在平台服务周期内不断更新维护；
[0080]
较佳的，在本实施例中，对所有传感器的时序数据创建一个全局的滑动窗口对象，并在平台服务周期内不断更新维护；
[0081]
较佳的，在本实施例中，为了保证平台服务的高性能、容错性以及消息传输正确性，在信号分析处理模块对信号数据进行实时分析过程，可以应用流式计算框架，包括strom、spark、flink等。
[0082]
方法原理图，如图1所示，其中a)～e)为轿厢通过某一个传感器sn检测点位的过程图解，f)为该过程传感器信号量变化与轿厢位置、运动状态的关系，g)为多个传感器信号变
化的时间序列与轿厢运动方向的关系。该原理图包括如下内容：
[0083]
(1)当轿厢正在接近sn，但还在sn检测范围外运动或停靠，sn待机状态，其输出的信号量持续低电平(图1-a)；轿厢到达sn点位的瞬间，sn激活状态，其输出的信号量由低电平转为高电平(图1-b)；轿厢在sn检测范围内运动或停靠，sn激活状态，其输出的信号量持续高电平(图1-c)；轿厢离开sn点位的瞬间，sn待机状态，其输出的信号量高电平转为低电平(图1-d)；当轿厢完全离开sn，在sn检测范围外运动或停靠，sn待机状态，其输出的信号量持续低电平(图1-e)。
[0084]
(2)单个传感器信号量的特征、变化趋势，可以分析获取轿厢位置、运动状态的信息。
[0085]
(3)连续的多个传感器信号量叠加呈现的特征、变化趋势，则可以分析获取轿厢运行在时间、空间上的信息，包括其运行方向(如在图1-f所示的时间窗口，轿厢依次沿着s
n-1
→
sn→sn+1
→
sn区间运行)等。
[0086]
(4)合理地设置检测点的数量、位置，则可以获得轿厢在其系统导轨上运行周期的完整的信号数据。
[0087]
检测点位图，如图2所示，包括如下内容：
[0088]
(1)检测点位沿着升降系统轿厢运行方向(即平行于升降系统导轨的方向)设置。
[0089]
(2)在层站设置两个平层检测点，分别用于轿厢上、下行至该层站时检测轿厢地坎与层门地坎是否达到同一平面。其中，下行平层检测点与层门地坎齐平，同一层站的上行平层检测点位于层门地坎上方，且与层门地坎的间距等于或略小于轿厢的有效检测高度。
[0090]
(3)在端站设置一个平层检测点，其中底层端站的平层检测点与端站层门地坎齐平，顶层端站的平层检测点位于层门地坎上方，且与层门地坎的间距等于或略小于轿厢的有效检测高度。
[0091]
(4)如有需要，可以在两个端站各增加一个风险检测点，用于轿厢冲顶、蹲底高危事件的快速检测。其中底层端站的风险检测点位于层门地坎上方，且与层门地坎的间距等于或略小于轿厢的有效检测高度，顶层端站的风险检测点与端站层门地坎齐平。
[0092]
(5)普通检测点可以设置在层站、端站、非层站的任何位置。如果对运行状态测算有更高的精度要求，可以增加设置普通检测点。如果某个非层站有较大的运行跨度时，可以在非层站适当设置普通检测点。
[0093]
(6)结合方法原理图，轿厢运行状态与层站检测点信号量特征的部分关系说明如下：当轿厢下行至某一层站且轿厢地坎与层门地坎在同一平面的瞬间，下行平层检测点上的传感器输出信号量由低电平转为高电平；当轿厢上行至某一层站且轿厢地坎与层门地坎在同一平面的瞬间，上行平层检测点上的传感器输出信号量由低电平转为高电平；当轿厢正常停靠该层站时，上、下行平层检测点上的传感器输出信号量均为高电平；进一步地，当轿厢从正常停靠状态开始下行离开的瞬间，上行平层检测点上的传感器输出的信号量由高电平转为低电平，同时下行平层检测点上的传感器输出的信号量仍为高电平，直至轿厢完全离开该层站的瞬间，下行平层检测点上的传感器输出的信号量由高电平转为低电平。
[0094]
(7)结合方法原理图，轿厢运行状态与端站检测点信号量特征的部分关系说明如下：当轿厢上行或下行至端站且轿厢地坎与层门地坎在同一平面的瞬间，端站平层检测点上的传感器输出信号量由低电平转为高电平；当轿厢正常停靠端站时，平层检测点上的传
感器输出信号量持续高电平；进一步地，当轿厢可能发生蹲底或冲顶事件时，端站平层检测点上的传感器输出信号量为高电平，同时风险检测点上的传感器输出信号量由高电平转为低电平。
[0095]
系统结构图，如图3所示，包括如下内容：
[0096]
(1)在本实施例中实现的系统分为四层：感知层、网络层、平台层、应用层。其中，感知层和平台层是整个系统的核心。
[0097]
(2)感知层，主要完成升降系统的轿厢运行信号的收集、上报。
[0098]
(3)网络层，主要作为信息通道将感知层获得的数据传送至平台层，它既可以支持以太网、串行通信、usb等有线接入形式，也支持wifi、2g/3g/4g/5g、nb-iot等无线接入形式，既可以支持局域网组网方式，也支持广域网组网方式。
[0099]
(4)平台层，主要负责传感器设备的配置管理与监控运维、接收传感器上报的轿厢运行信号并分析处理，它由数据配置、终端管理、检测信号分析处理、超速失控识别、异常停止识别等功能模块组成。它既可以部署在远端的中心机房、云计算中心，也可以部署在近端的边缘计算单元。
[0100]
(5)应用层，主要在平台层对信号分析处理识别的结果上，根据告警或预警的类型、风险等级，启动相应的告警推送、告警确认等应用，甚至可以与应急部门对接启动相应的应急预案，以便快速实施人员救援。
[0101]
方法流程图，如图4所示，本流程图主要描述检测信号的处理分析与异常风险的识别，不包含整个方法中检测点规划设置与传感器布点安装、配置系统基础数据与传感器基础信息等前置条件。该方法流程图包括如下内容：
[0102]
a)检测信号分析与处理
[0103]
(1)传感器上报轿厢检测信号；
[0104]
(2)检测信号分析与处理对当前接收的传感器检测信号进行解析、加工，并创建或更新当前传感器的时序数据对象，获得传感器sn的信号变化特征，即获得相对于传感器sn的轿厢运行状态；
[0105]
(3)信号分析处理模块对最近一段的所有传感器时序数据创建或更新滑动窗口，对同一时段内多个传感器的信号变化特征进行实时分析、聚合，最终获取轿厢当前信号对应的完整的状态信息；
[0106]
(4)生成相应的消息(包括传感器sn标识、信号产生时间、运行方向、状态类型等)，发布至消息队列的主题中。
[0107]
b)超速识别
[0108]
(5)超速识别模块订阅并实时接收消息队列的消息，解析获得当前信号产生时间tn、对应传感器sn的标识、轿厢运行方向、状态类型等；
[0109]
(6)根据tn时刻的消息内容中的状态类型，读取并解析对应的特定类型的前向消息，获得其信号产生时间tm以及对应的传感器sm标识；
[0110]
(7)计算轿厢在tm到tn的运行距离、时间，最终获得该区间的平均运行速度；
[0111]
(8)比较该区间的平均运行速度与升降系统的额定速度，判断是否超速；
[0112]
(9)根据超速百分比大小与当前位置，进一步地，分析是否存在蹲底或冲顶的风险。
[0113]
c)异常停止识别
[0114]
(10)异常停止识别模块订阅并实时接收消息队列的消息，解析获得当前信号产生时间tn、对应传感器sn的标识、轿厢运行方向、状态类型等；
[0115]
(11)获取相应的后继传感器sk，并读取当前传感器sn以及相应的后向传感器sk的坐标值以及轿厢有效高度h；
[0116]
(12)计算轿厢从“离开”(或“到达”)sn检测点、“到达”(或“离开”)sk检测点的预期运行时间；
[0117]
(13)常停止识别模块监听传感器sk的信号变化情况，如果超过预期运行时间某一阈值后仍未收到传感器sk发送的轿厢到达(或离开)信号，则判定升降系统在传感器sn、sk之间的某个位置发生或异常停止事件，并上报相应等级的告警信息；
[0118]
(14)进一步地，当轿厢发生异常停止事件时，如果从超速识别模块获得轿厢在点位sn传感器有超速告警，则上报急停事故预警。
[0119]
d)告警
[0120]
(15)根据识别结果与性质判定，发送不同等级的告警信息。
[0121]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。