毛萬華

（中國鐵路蘭州局集團有限公司 客運處，甘肅 蘭州 730000）

當(dāng)前，隨著我國鐵路，特別是高速鐵路的快速發(fā)展，客運電梯數(shù)量劇增。在電梯日常管理中呈現(xiàn)出電梯品牌多、分布廣、分散度大、使用頻率高、電梯維保單位多、電梯維保監(jiān)管難等特點，依靠傳統(tǒng)管理方法已無法應(yīng)對電梯安全運行管理的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。為做好客運電梯安全運營管理和有效監(jiān)管，基于“物聯(lián)網(wǎng)+云計算+大數(shù)據(jù)+智能終端”等技術(shù)的應(yīng)用，提出構(gòu)建電梯物聯(lián)網(wǎng)安全管理平臺方案，并在中國鐵路蘭州局集團有限公司(以下簡稱“蘭州局集團公司”)客運處的電梯管理中進行實際應(yīng)用。

1 鐵路客運電梯安全物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺的技術(shù)應(yīng)用

1.1 電梯物聯(lián)網(wǎng)

電梯物聯(lián)網(wǎng)是由安裝有相應(yīng)的智能終端的電梯(物)、網(wǎng)路數(shù)據(jù)傳輸(通訊環(huán)境)、云端數(shù)據(jù)處理機制(云平臺)及相應(yīng)的軟件應(yīng)用共同構(gòu)成的專業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。在電梯物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)[1]中，裝在電梯的傳感裝置，如光電、霍爾、運動、紅外、震動、水檢測等，對電梯運行狀態(tài)及故障進行實時數(shù)據(jù)采集并處理，通過有線寬帶、3G/4G信道、NBIoT等網(wǎng)路，實現(xiàn)電梯(終端)到物聯(lián)網(wǎng)后臺(云端)的連通并實時傳輸數(shù)據(jù)。在后端，平臺對數(shù)據(jù)進行存儲，并通過所建立的算法對數(shù)據(jù)進行處理分析[2]，并通過PC、APP、移動終端、可視化載體等將已處理的數(shù)據(jù)以圖表、文字、聲音等展示給使用者，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)后臺(云端)到終端(含電梯)的連通并實時傳輸數(shù)據(jù)。使用者利用這些信息，實施對客運電梯安全運行的監(jiān)管及維保活動的管理。這樣，電梯物聯(lián)網(wǎng)就使人與電梯實現(xiàn)了人與物、物與物、人與人的信息連接及交互。

1.2 電梯大數(shù)據(jù)

電梯大數(shù)據(jù)是指在一定時間范圍內(nèi)通過各種手段對電梯及電梯相關(guān)活動信息的采集、處理及呈現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的集合。在電梯物聯(lián)網(wǎng)運行中，系統(tǒng)不斷采集、記錄、存儲電梯的實時運行狀態(tài)、故障、報警、維護保養(yǎng)、大修等信息形成海量數(shù)據(jù)，這類數(shù)據(jù)稱作電梯物聯(lián)網(wǎng)的“元數(shù)據(jù)”。利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對“元數(shù)據(jù)”做進一步的處理分析，形成能為用戶所理解、使用的數(shù)據(jù)，稱作電梯物聯(lián)網(wǎng)的“應(yīng)用數(shù)據(jù)”。在電梯安全管理的實踐中，用戶使用的是電梯物聯(lián)網(wǎng)的“應(yīng)用數(shù)據(jù)”[3]。

1.3 電梯云計算技術(shù)應(yīng)用

云計算是基于互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)服務(wù)的增加、使用和交付模式。其主要特點是：虛擬化、高可靠性、通用性、按需服務(wù)、成本低等。這些特點自然而然構(gòu)成了云計算技術(shù)與電梯物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景的完美結(jié)合，形成電梯物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)的思想基礎(chǔ)，也使構(gòu)建鐵路“電梯私有云”成為可能。建設(shè)鐵路客運電梯的“私有云”，可有效節(jié)省資源，為鐵路各級電梯管理主體提供保障信息安全、靈活及時、高性價比的電梯物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)[4]。

2 鐵路客運電梯安全物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺構(gòu)建方案

2.1 設(shè)計目標(biāo)、設(shè)計原則及功能需求

（1）設(shè)計目標(biāo)。針對客運電梯安全管理實際，基于電梯物聯(lián)網(wǎng)理論及技術(shù)，構(gòu)建集電梯智能監(jiān)測、維保服務(wù)監(jiān)管、緊急處置為一體的云服務(wù)平臺，對電梯運行實時監(jiān)測及故障預(yù)警，對電梯運維服務(wù)過程精細(xì)化管理，如果遇到電梯緊急情況，系統(tǒng)能觸發(fā)應(yīng)急處置流程，從而形成電梯安全監(jiān)管部門、維保企業(yè)、使用單位多方參與的安全監(jiān)管體系。

（2）設(shè)計原則。鐵路客運電梯安全物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺設(shè)計應(yīng)基于國家標(biāo)準(zhǔn)，兼容各種形態(tài)的廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)的特定要求，符合互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用設(shè)計原則及國家與信息產(chǎn)業(yè)部的相關(guān)規(guī)范。

（3）功能需求。根據(jù)鐵路客運電梯管理現(xiàn)狀，結(jié)合客運電梯管理發(fā)展需求，客運電梯安全物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺的具體功能需求確定為：①體現(xiàn)電梯安全主體的責(zé)任，且不同主體按不同權(quán)限行使監(jiān)管；②對電梯運行進行實時監(jiān)測/控；③建立電梯應(yīng)急處置機制；④建立電梯安全大數(shù)據(jù)預(yù)警功能；⑤對電梯維保作業(yè)過程進行有效監(jiān)管，確保維保服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化；⑥具備“私有云”結(jié)構(gòu)，以保障數(shù)據(jù)安全；⑦系統(tǒng)具有易擴展、可兼容、并發(fā)性能強的特征；⑧實現(xiàn)鐵路客運電梯統(tǒng)一智慧監(jiān)管，并且使用簡單、易維護。

2.2 設(shè)計思路

在鐵路客運電梯安全物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺的設(shè)計中，依據(jù)設(shè)計原則，通過實現(xiàn)具體功能達(dá)到設(shè)計目標(biāo)，設(shè)計思路如下。

（1）以電梯云平臺為核心，以每臺電梯為管理節(jié)點，通過物聯(lián)網(wǎng)“智能終端”監(jiān)測每臺客運電梯的運行，實時獲取客運電梯運行/故障狀態(tài)信息，并對這些數(shù)據(jù)進行處理。

（2）針對電梯品牌多及電梯安全要求的特征，電梯終端設(shè)備設(shè)計以“感應(yīng)型”為出發(fā)點，采用現(xiàn)代傳感技術(shù)、ARM核心技術(shù)架構(gòu)、無線通信、及邊緣計算等技術(shù)途徑，實現(xiàn)終端的實時數(shù)據(jù)采集及智能預(yù)警報警。

（3）以維保作業(yè)工單為基礎(chǔ)管理單元，通過物聯(lián)網(wǎng)管理平臺，對維保過程實現(xiàn)精細(xì)化、可追溯性的過程監(jiān)督管理。

（4）依據(jù)電梯終端實時監(jiān)控數(shù)據(jù)及視頻影像信息，結(jié)合大數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)等，通過相應(yīng)的應(yīng)急救援處置平臺/系統(tǒng)，對鐵路電梯安全運營及緊急處置進行實時有效的管理。

2.3 架構(gòu)設(shè)計

鐵路客運電梯安全物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺架構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)了分層及模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要包括：數(shù)據(jù)采集感知層、數(shù)據(jù)資源層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、公共服務(wù)層、應(yīng)用服務(wù)層、數(shù)據(jù)可視化層、用戶層，每層都定義了統(tǒng)一服務(wù)接口，并由規(guī)范的服務(wù)組件組成。這樣的架構(gòu)設(shè)計體現(xiàn)了平臺響應(yīng)服務(wù)請求的快速性，以及平臺的可擴展性、可維護性和適用性。鐵路客運電梯安全物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺技術(shù)框架如圖1所示。

3 蘭州鐵路客運電梯物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺的設(shè)計

蘭州局集團公司位于全國鐵路網(wǎng)西部東端，所管轄的客運電梯分布在隴海線(連云港—蘭州)、蘭新線(蘭州—烏魯木齊)、包蘭線(包頭—蘭州)、蘭青線(蘭州—西寧)、干武線(干塘—武威南)、寶中線(寶雞—中衛(wèi))、蘭渝線(蘭州—重慶)等站點。電梯數(shù)量及品牌多，分布廣，區(qū)域跨度大，電梯安全運行管理復(fù)雜且難度大[5]?；阼F路客運電梯安全物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺構(gòu)建方案，結(jié)合蘭州局集團公司客運電梯管理的環(huán)境特點，設(shè)計蘭州局集團公司客運電梯物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺如下。

圖1 鐵路客運電梯安全物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺技術(shù)框架Fig.1 Platform architecture diagram

3.1 平臺WEB(管理)端設(shè)計

蘭州局集團公司客運電梯物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺Web端主要由安全管理系統(tǒng)和維保監(jiān)管系統(tǒng)2部分構(gòu)成，主要內(nèi)容包括管理駕駛艙、制度管理、安全管理、基礎(chǔ)管理、監(jiān)控管理等模塊。蘭州局集團公司客運電梯物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺Web端功能如表1所示。

3.2 平臺移動端(APP)設(shè)計

蘭州局集團公司客運電梯物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺移動端應(yīng)用主要服務(wù)于電梯維保作業(yè)及維保作業(yè)的過程監(jiān)管，同時提供查看電梯實時運行狀態(tài)信息及緊急救援信息的功能。蘭州局集團公司客運電梯物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺移動端APP功能如表2所示。

3.3 扶梯智能采集終端系統(tǒng)設(shè)計

扶梯終端設(shè)備應(yīng)實現(xiàn)對扶梯運行狀態(tài)及故障信息自動采集，并在終端對數(shù)據(jù)進行處理(邊緣計算)，然后自動上報故障信息。如果遇到緊急情況，扶梯終端設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程停止電梯運行。其基本設(shè)計[6]內(nèi)容如下。

表1 蘭州局集團公司客運電梯物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺Web端功能Tab.1 Platform Web-end functionality

表2 蘭州局集團公司客運電梯物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺移動端APP功能Tab.2 Platform APP-end functionality

（1）故障檢測項。上梯級丟失故障檢測、下梯級丟失故障檢測、上踏板打開故障檢測、下踏板打開故障檢測、非操縱逆轉(zhuǎn)故障檢測、扶梯超速檢測、安全回路接入檢測、扶手梯級不同步檢測。

（2）遠(yuǎn)程停梯控制端口。當(dāng)需要接控三相電機的主控電路時，按弱電控制強電方式實現(xiàn)；當(dāng)需要直接接入弱電繼電器控制時，按弱電控制回路的繼電器實現(xiàn)。

（3）通信及數(shù)據(jù)傳輸。終端設(shè)備具有GPRS通信模式、Wi-Fi通信模式、RJ45通信模式的兼容設(shè)計，以滿足不同通信接入場景。

（4）溫度補償。針對戶外、高低溫環(huán)境設(shè)計恒溫補償功能，使設(shè)備在-20℃～ 45℃特殊環(huán)境下使用。

（5）信號誤報防御。在終端的設(shè)計中還采用嵌入式抗干擾及冗余處理，最大限度的從算法上避免信息誤報。特別是采用基于扶梯休眠狀態(tài)及漫反射狀態(tài)速度變化，梯級丟失檢測的算法設(shè)計，較好地消除設(shè)備在扶梯正常漫反射低速狀態(tài)的誤報。

3.4 直梯智能終端設(shè)計

直梯的終端設(shè)備應(yīng)實現(xiàn)對電梯運行狀態(tài)及故障信息自動采集，并基于終端做數(shù)據(jù)處理(邊緣計算)，能自動上報故障信息。此外，如果遇到緊急情況，乘梯人能方便緊急報警。在具體設(shè)計中，直梯終端采用傳感器外聯(lián)/內(nèi)置的方式，采集電梯運行和故障信息。同時，在控制柜中端監(jiān)測安全回路信號，實現(xiàn)對電梯運行和故障信息的全面監(jiān)測。直梯終端所涉及傳感器件包括光電傳感器、門磁傳感器、紅外傳感器3類。此外，直梯終端還設(shè)計有安全回路信號監(jiān)測功能，用以獲取廳門聯(lián)鎖故障、轎門聯(lián)鎖故障和廳轎門不同步等信息。

3.5 電梯大數(shù)據(jù)可視化設(shè)計

電梯大數(shù)據(jù)可視化是通過電梯物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺將電梯安全管理的相關(guān)數(shù)據(jù)可視化，即電梯物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺將電梯運行分布、設(shè)備實時監(jiān)控、實時報警提醒、維保公司數(shù)量、安全管理員數(shù)量、當(dāng)日報警次數(shù)等數(shù)據(jù)以直觀方式在顯示大屏上呈現(xiàn)出來。特別是，如果遇到電梯緊急報警，可視化裝置以閃爍警報形式顯示，并觸發(fā)緊急處置機制。

4 結(jié)束語

蘭州局集團公司研發(fā)并應(yīng)用電梯物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺的實踐表明，電梯物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺能全面提高鐵路電梯安全管理水平，特別是在電梯運行監(jiān)控、安全巡查、故障預(yù)警、電梯應(yīng)急處置及電梯維保作業(yè)過程等方面實現(xiàn)了智能化、精細(xì)化、流程化的管理[7]。隨著物聯(lián)網(wǎng)、傳感技術(shù)及大數(shù)據(jù)應(yīng)用的不斷發(fā)展，電梯物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺將會擴展到包括安裝、運行、改造、維護、維修、到報廢回收等階段的“電梯服務(wù)生命周期管理”領(lǐng)域，促進電梯服務(wù)由傳統(tǒng)的“防御型”向“預(yù)測型”轉(zhuǎn)變，由“計劃型”向“按需型”轉(zhuǎn)變[8]。電梯物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺的推廣應(yīng)用將不僅能解決電梯安全問題，而且在電梯服務(wù)行業(yè)產(chǎn)生巨大的社會效益及經(jīng)濟效益。