霍成煜 劉柳壯 張晨潔 袁承志 蔡錦武

摘 要：在經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的時(shí)代背景下，人民的物質(zhì)需求不斷提高，電梯早已成為每個(gè)建筑物的必需品，為了提高用戶體驗(yàn)，提高電梯運(yùn)行效率，電梯的智能化是其發(fā)展的必經(jīng)之路。而由于新冠疫情原因，體溫檢測(cè)成了每個(gè)公共場(chǎng)合必不可少的環(huán)節(jié)。本設(shè)計(jì)基于紅外熱成像探測(cè)裝置，可以實(shí)現(xiàn)乘梯人溫度測(cè)量、人員數(shù)量檢測(cè)，從而自動(dòng)制定運(yùn)行計(jì)劃及報(bào)警等功能。

關(guān)鍵詞：紅外熱成像技術(shù);溫度檢測(cè);智能化電梯

世界上的各種物體，只要本身溫度高于-273.15度，其自身就會(huì)向外發(fā)射出紅外輻射，同時(shí)，這些紅外輻射也是一種能量，物體的溫度不同，輻射率不同，自身發(fā)出的紅外輻射能量也就不同。紅外線發(fā)現(xiàn)較早，但是應(yīng)用范圍極小。隨著技術(shù)的更新與發(fā)展，紅外探測(cè)技術(shù)滲透到各個(gè)領(lǐng)域，應(yīng)用范圍極為廣泛。本設(shè)計(jì)提出使用紅外熱成像技術(shù)獲取用戶信息來實(shí)現(xiàn)電梯智能化。熱紅外成像通過對(duì)熱紅外敏感CCD對(duì)物體進(jìn)行成像，能反映出物體表面的溫度場(chǎng)。通過對(duì)熱成像圖像的處理，可以得到溫度信息和人員個(gè)數(shù)信息。文章將闡述紅外熱成像技術(shù)在電梯智能化方面的應(yīng)用。

1 研究背景

隨著社會(huì)的發(fā)展，建筑物規(guī)模的加大，樓層的加高，電梯的穩(wěn)定性、舒適性和運(yùn)行效率等方面的要求變得越來越高。而在新冠疫情背景下，每個(gè)公共場(chǎng)所的體溫檢測(cè)是不可或缺的。且在新冠疫情常態(tài)化防控背景下，一臺(tái)能滿足疫情防控功能與提高運(yùn)行效率的電梯是有重大意義的。當(dāng)前，為了不產(chǎn)生過量房屋建設(shè)造成的資源浪費(fèi)，需對(duì)各個(gè)舊小區(qū)進(jìn)行翻新改建以及設(shè)施維護(hù)等工作。并且高于7層的房屋必須加裝電梯，所以從當(dāng)前起，各地電梯需求會(huì)大大增加。對(duì)于開放小區(qū)，在沒有采取強(qiáng)制措施的情況下，疫情防控是很薄弱的。如果能在每個(gè)單元加裝帶有溫度檢測(cè)的智能電梯，就可以補(bǔ)充這個(gè)防疫工作缺口，大大減少人力資源浪費(fèi)，且能長(zhǎng)時(shí)間、不間斷地對(duì)出入用戶進(jìn)行溫度檢測(cè)。所以，溫度監(jiān)測(cè)智能化電梯的研發(fā)對(duì)用戶和社會(huì)來說都大有益處[1]。

2 產(chǎn)品介紹

2.1 紅外熱成像技術(shù)

紅外熱成像原理并不神秘，從物理學(xué)原理分析，人體就是一個(gè)自然的生物紅外輻射源，能夠不斷向周圍發(fā)射和吸收紅外輻射。正常人體的溫度分布具有一定的穩(wěn)定性和特征性，機(jī)體各部位溫度不同，形成了不同的熱場(chǎng)。根據(jù)這一原理，通過熱成像系統(tǒng)采集人體紅外輻射，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，形成偽色彩熱圖。通過對(duì)偽色彩熱圖的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析就可以得到用戶體溫信息，如圖1所示。

2.2 電梯智能化措施

2.2.1 溫度監(jiān)控

電梯采用紅外熱成像攝像機(jī)作為信號(hào)采集裝置，相比手持測(cè)溫槍，其有明顯優(yōu)勢(shì)。其優(yōu)勢(shì)為：非接觸、24h不間斷工作、被測(cè)人員無需配合、無感測(cè)溫;被測(cè)人員在正常行走中不停留即完成測(cè)溫，測(cè)溫效率明顯高于手持測(cè)溫3倍以上。熱成像測(cè)溫可以快速對(duì)電梯間密集人群做出體溫檢測(cè)。如果檢測(cè)到有體溫超過37.3℃的個(gè)體，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警告并聯(lián)系專人對(duì)其進(jìn)行二次體溫檢測(cè)。

2.2.2 底層與頂層自動(dòng)喚醒電梯

紅外熱成像攝像機(jī)的使用令電梯系統(tǒng)能夠輕松獲取電梯間人員數(shù)量信息，對(duì)于底層與頂層這種單方向電梯間，當(dāng)乘梯人通過溫度監(jiān)控后，電梯將自動(dòng)按下電梯上（下）鍵，無需乘梯人自己按動(dòng)電梯，如圖2所示。

2.2.3 根據(jù)電梯間人員狀態(tài)調(diào)整電梯運(yùn)行方案

當(dāng)處于運(yùn)輸高峰期，電梯的運(yùn)輸效率成了重中之重，對(duì)于高層建筑來說更是如此，掌握了電梯間人員數(shù)量后，電梯就可以根據(jù)人員數(shù)量制定合理的運(yùn)行策略。如當(dāng)有用戶按下電梯按鍵后，中途有事離開，常規(guī)電梯仍舊會(huì)在該層停下開門，造成運(yùn)力與時(shí)間的浪費(fèi)。有紅外熱成像攝像機(jī)實(shí)時(shí)獲取電梯間人員信息，當(dāng)乘梯人離開電梯間并且3s內(nèi)無人進(jìn)入時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)熄滅按鍵，電梯不在該層?？俊．?dāng)某層人員數(shù)量超過電梯承載限度，也即電梯到層并離開后，還有乘客留在電梯間中，電梯按鍵不作熄滅處理?？偠灾?，通過獲取乘坐人員數(shù)量信息，經(jīng)過單片機(jī)程序的計(jì)算與分析，可以實(shí)現(xiàn)電梯運(yùn)力資源的最大利用[2]。

3 現(xiàn)狀分析

3.1 市場(chǎng)分析

近年來，一方面隨著生活水平的提高，人們對(duì)住宅要求有了明顯的提高;另一方面，城市化程度越來越高，導(dǎo)致城市人口激增，房屋作為生活必需品，存在很大的需求量。而現(xiàn)今的房產(chǎn)需求主要以剛性需求為主，其主要包括：舊城改造的棚改戶、改善型換房、外來工作定居，高校畢業(yè)生及年輕人結(jié)婚購(gòu)房等。所以，各大樓盤如雨后春筍般冒出來，開發(fā)的樓棟數(shù)呈穩(wěn)步上升趨勢(shì)。按照國(guó)家《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50096-1999）規(guī)定：十二層及以上的高層住宅，每棟樓設(shè)置電梯不應(yīng)少于兩臺(tái)，其中宜配置一臺(tái)可容納擔(dān)架的電梯。其認(rèn)為一臺(tái)電梯服務(wù)60至90戶是適宜的?？梢?，隨著房地產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，必將帶動(dòng)電梯產(chǎn)業(yè)的空前發(fā)展。并且隨著疫情防控力度的加大，各處測(cè)溫的需求也將提高，智能化測(cè)溫設(shè)施出現(xiàn)在電梯中也是首例，會(huì)令智能化電梯系統(tǒng)具有更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

3.2 技術(shù)分析

目前，紅外熱成像溫度采集技術(shù)成熟穩(wěn)定，已廣泛應(yīng)用于公共場(chǎng)合的密集型測(cè)溫。對(duì)于電梯系統(tǒng)來說，僅將攝像機(jī)當(dāng)作傳感器，獲取乘梯人員數(shù)量信息后通過單片機(jī)控制電梯按鍵，可以改變電梯運(yùn)行軌跡，并不對(duì)電梯本身嵌入式程序進(jìn)行改進(jìn)。所以，此項(xiàng)目可以實(shí)現(xiàn)對(duì)老舊電梯的改造，進(jìn)而降低項(xiàng)目成本[3]。

4 項(xiàng)目分析

4.1 優(yōu)勢(shì)

非接觸性：紅外檢測(cè)的實(shí)施是不需要接觸被檢目標(biāo)的，在有電梯的地方，人流混雜，被檢目標(biāo)可靜可動(dòng)，可以隨時(shí)根據(jù)檢測(cè)的任務(wù)動(dòng)作、形態(tài)、行為來自動(dòng)對(duì)電梯進(jìn)行操作。

滿足疫情防控需求：可以獨(dú)立完成密集型人員體溫檢測(cè)與高溫報(bào)警功能。

提高電梯運(yùn)輸效率：在生活中，電梯運(yùn)行時(shí)總有一些人喜歡亂按電梯，造成電梯在無人搭乘的情況下停止運(yùn)行，這樣會(huì)使電梯內(nèi)部乘坐人員的時(shí)間造成浪費(fèi)，同時(shí)也會(huì)破壞心情，而紅外檢測(cè)技術(shù)可以判斷電梯外面是否真的有人，從而判斷是否對(duì)電梯進(jìn)行打開操作。其大大減少了電梯運(yùn)行時(shí)間，提高了電梯工作效率。

成本低：紅外熱成像傳感器售價(jià)與普通監(jiān)控?cái)z像器相差不大，在同時(shí)兼顧監(jiān)控與溫度檢測(cè)的工作下，紅外熱成像攝像機(jī)是不二選擇。且僅需對(duì)電梯間進(jìn)行改裝，并不需要更換舊電梯即可使用，降低了安裝成本，保留了可用的舊電梯設(shè)施。

4.2 劣勢(shì)

溫度檢測(cè)產(chǎn)品多，競(jìng)爭(zhēng)壓力大：市場(chǎng)上各類溫度檢測(cè)電子設(shè)備層出不窮，從最初的手持式額溫槍，到溫度檢測(cè)門，再到紅外熱成像攝像機(jī)，測(cè)溫產(chǎn)品過多導(dǎo)致產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)壓力大[4]。

5 結(jié)語

電梯智能化是其發(fā)展的必然方向，在市場(chǎng)需求下，一臺(tái)運(yùn)輸效率高、用戶體驗(yàn)好的電梯是必不可少的。紅外熱成像技術(shù)運(yùn)用到電梯系統(tǒng)中是智能電梯的發(fā)展方向之一，在疫情防控需求下，擁有溫度監(jiān)測(cè)功能的智能電梯的發(fā)展前途必然會(huì)是一片光明。

參考文獻(xiàn)

[1] 時(shí)昊，竇艷芳，崔月瑩.基于單片機(jī)的紅外熱成像體溫檢測(cè)儀[J].佳木斯大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019，38（06）：12-14.

[2] 任志平，張俊杰，杜福祥，等.智能電梯設(shè)計(jì)及研究[J].住宅產(chǎn)業(yè)，2020（03）：25-27.

[3] 詹曉蕓，黃持瑩，王斌，等.新型5G紅外熱成像測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子測(cè)試，2020（19）：36-38.

[4] 羅建，姜玲.智能電梯控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].科學(xué)咨詢（科技·管理），2018（01）：44-46.