彭恒義，王啟鋒，郭 將，向光元

（欣皓創(chuàng)展信息技術(shù)有限公司，上海 200444）

0 引言

自動扶梯作為深圳地鐵14 號線軌道交通中人員流動的重要工具，自動扶梯的科學(xué)使用不僅影響著用戶的出行，還關(guān)系著用戶的生命財產(chǎn)安全。因此，必須重視對自動扶梯的科學(xué)安全監(jiān)測管理。自動扶梯智能監(jiān)測系統(tǒng)以保障設(shè)備使用安全為目的，通過振動監(jiān)測、溫度監(jiān)測、智能診斷等技術(shù)來直觀了解自動扶梯的健康狀況，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的安全隱患，避免設(shè)備運行中安全事故的發(fā)生，提高設(shè)備運營的安全性與可靠性[1]。作為一種預(yù)測性維護系統(tǒng)，通過傳感器監(jiān)視自動扶梯機械部件的振動信息、溫度信息，基于振動溫度分析模型判斷扶梯的異常狀態(tài)，提供預(yù)警信息，進而對自動扶梯設(shè)備做到預(yù)防性維修具有重要意義[2]。

1 地鐵自動扶梯智能監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用組成與功能

本系統(tǒng)是通過在扶梯設(shè)備上安裝多種傳感器，不僅全方位監(jiān)測自動扶梯的振動、溫度等狀態(tài)，還對自動扶梯關(guān)鍵傳動設(shè)備進行狀態(tài)采集和智能診斷。自動收集分析運行工況數(shù)據(jù)，以數(shù)值、圖形和表格等方法進行展示分析，實現(xiàn)了采集、監(jiān)測、診斷和報警等功能。

自動扶梯是由梯級、梳齒板、驅(qū)動輪、電機、減速機、梯路張緊裝置、扶手和骨架等組成。在深圳地鐵14 號線中，主要有單驅(qū)、雙驅(qū)兩種自動扶梯，其中單驅(qū)自動扶梯的傳動裝置由電機、減速機、驅(qū)動軸承、驅(qū)動輪、制動器以及驅(qū)動鏈組成，雙驅(qū)自動扶梯則分為左右兩套驅(qū)動系統(tǒng)進行驅(qū)動，扶手系統(tǒng)分為左右兩個，扶梯骨架包括上機箱、下機箱以及中間梯級導(dǎo)航。由于自動扶梯需要長時間運行且運行頻率變化大，為保證運行的穩(wěn)定和安全，在扶梯關(guān)鍵機械傳動部件（包括電機、減速機、主軸軸承、驅(qū)動底座、主驅(qū)動鏈或主驅(qū)動輪、梯級鏈張緊輪或梯級鏈等）處加裝傳感器來監(jiān)測扶梯各項運行指標(biāo)，主要加裝的傳感器是振動傳感器和溫度傳感器，振動是評估設(shè)備運行性能的關(guān)鍵指標(biāo)，紅外溫度傳感器可以非接觸地測量目標(biāo)物體所發(fā)射的紅外輻射強度，從而計算出其表面溫度。扶梯主要部件如圖1 所示。

圖1 扶梯主要部件

本系統(tǒng)軟件部分主要由主頁、實時監(jiān)測、智能診斷、數(shù)據(jù)分析、高級功能五大模塊組成，整體功能模塊架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)功能模塊

軌道交通車站的自動扶梯選用重載荷公共交通型設(shè)備，自動扶梯主要布置在各車站出入口和各樓層間連通處，用于將需要進出站的乘客順利、安全、舒適地送達站臺或出入口。自動扶梯智能監(jiān)測系統(tǒng)，是為自動扶梯量身打造的配套系統(tǒng)，可以對自動扶梯的運行工況進行監(jiān)測和分析診斷，對運行中可能存在的異常進行預(yù)警、報警，從而為扶梯的安全運行保駕護航。

2 地鐵自動扶梯智能監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用—深圳地鐵14 號線

根據(jù)地鐵自動扶梯智能監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用組成與功能分析，結(jié)合深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)警自動扶梯狀態(tài)。將地鐵自動扶梯智能監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用分為兩部分，一部分是自動扶梯自身監(jiān)測的應(yīng)用，另一部分是乘客危險行為及危險狀態(tài)監(jiān)測的應(yīng)用。

2.1 自動扶梯自身監(jiān)測的應(yīng)用

通過數(shù)據(jù)采集單元采集扶梯的振動、溫度等數(shù)據(jù)，并將其發(fā)送到扶梯上機艙中的監(jiān)測機柜里的數(shù)據(jù)采集器，然后通過以太網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)給在線監(jiān)測服務(wù)器。服務(wù)器對接收的數(shù)據(jù)進行解析并存儲到緩存和數(shù)據(jù)庫中，后臺處理單元不斷地從緩存中取出實時數(shù)據(jù)，對當(dāng)前設(shè)備的狀態(tài)進行分析評估，同時故障診斷模塊對歷史數(shù)據(jù)進行特征提取和故障識別。一旦識別出故障，就記錄結(jié)果并發(fā)出預(yù)警[3]。

通過對自動扶梯各個部件的振動、位移、噪聲、溫度等多個維度的狀態(tài)信息和人員通行量、負荷分布、空氣溫度、濕度等環(huán)境信息進行訓(xùn)練，并以此為基礎(chǔ)，研究自動扶梯系統(tǒng)中各個部件的狀態(tài)與自動扶梯的狀態(tài)之間的關(guān)系，以及環(huán)境因素對自動扶梯運行狀態(tài)的影響。利用多元回歸法預(yù)測扶梯零部件的剩余壽命：

式（1）中，a表示調(diào)整常量；ω1，ω2，ωn表示x1，x2…xn多維監(jiān)測參數(shù)的權(quán)重系數(shù)。在對自動扶梯剩余使用壽命進行預(yù)測之后，再對其進行維護保養(yǎng)，并以剩余壽命從低到高依次排列。

在維護保養(yǎng)過程中，維護人員對維護質(zhì)量的判定，這些評判標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)稱為維修知識，其中包括維保規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范以及維修經(jīng)驗等。為了指導(dǎo)后期的養(yǎng)護維修，針對監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)建了相應(yīng)的維修知識庫[4]。

將地鐵自動扶梯智能監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用于智能安全自動啟停監(jiān)測過程，以深圳地鐵14 號線為研究試點，統(tǒng)計一年內(nèi)下梯口擁堵情況，見表1。

表1 智能安全自動啟停耗時統(tǒng)計

通過自動扶梯底部安裝的多臺高清數(shù)碼攝像機，并結(jié)合圖像分析技術(shù)，對自動扶梯上有無行人逆行等不良行為進行實時監(jiān)控。當(dāng)有危害的行為出現(xiàn)時，通過監(jiān)測終端將實時的錄像信息反饋給管理者，使其能夠及時做出正確的反應(yīng)。

2.2 乘客危險行為及危險狀態(tài)監(jiān)測的應(yīng)用

將智能監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用于乘客危險行為及危險狀態(tài)方面的監(jiān)測，可從乘客摔倒、乘客逆行、乘客上、下梯口擁堵三方面進行。通過智能監(jiān)控拍攝的圖像，將二維平面內(nèi)任意向量在初始坐標(biāo)系和下一時刻坐標(biāo)系下的坐標(biāo)分別表示為：

式中，r表示二維平面內(nèi)任意向量；α、θ分別表示初始和下一時刻與X軸的夾角。兩者之間的關(guān)系，可用如下公式表示：

通過該坐標(biāo)可捕捉乘客動作，以此監(jiān)測乘客摔倒、乘客逆行、乘客上、下梯口擁堵情況。為了驗證所研究方法的有效性，對智能監(jiān)測系統(tǒng)具體應(yīng)用情況進行分析。

2.2.1 乘客摔倒監(jiān)測應(yīng)用

在電梯里可能會有人突然的、非自愿的、無意的姿勢變化，跌倒在樓梯的臺階上。如果乘客的后背或者頭碰到臺階，就會被認為是跌倒。此類意外多見于老年人及青少年，多因重心不穩(wěn)或倚靠內(nèi)板，經(jīng)常在橫向斜的轉(zhuǎn)換區(qū)段發(fā)生。若不能及時發(fā)現(xiàn)和按動應(yīng)急按鈕，就有可能造成連續(xù)的翻滾和嚴重的人員傷亡。由于其潛在的危害，對其進行實時監(jiān)控有著重要的現(xiàn)實意義?，F(xiàn)代化的城市地鐵交通監(jiān)測已經(jīng)實現(xiàn)了完全的信息化，可以將各種圖像集中到一個控制室內(nèi)。利用該智能監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了對自動扶梯上有無人跌倒等危險動作的捕捉與識別。

另外，當(dāng)檢測到有乘客跌倒等不良動作時，在監(jiān)控終端界面上將會給出提示，并由運行管理人員通過遙控急停按鈕停止電梯，或者通知運行巡檢人員進行手動停梯。因此，實時監(jiān)測對于保障地鐵自動扶梯上的乘客安全具有重要意義。

將地鐵自動扶梯智能監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用于乘客摔倒監(jiān)測過程，以深圳地鐵14 號線為研究試點，將智能監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用于一年內(nèi)摔倒檢測，具體應(yīng)用時間段為周一至周五6：00-8：00、16：30-18：00，統(tǒng)計結(jié)果見表2。

表2 一年內(nèi)摔倒檢測統(tǒng)計

近年來，人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，使得傳統(tǒng)的“事后追蹤”變?yōu)榱恕爸鲃痈深A(yù)”。在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于智能監(jiān)測的方法，實現(xiàn)了對乘客跌倒的實時監(jiān)控。

2.2.2 乘客逆行監(jiān)測應(yīng)用

乘客在自動扶梯內(nèi)以超出額定時速的方式逆向運行，即在電梯內(nèi)步行3 級以上，且與正常運行方向相反。為了實時檢測和預(yù)防這種危險行為，通過在自動扶梯下方安裝的高清數(shù)字攝像頭和圖像分析服務(wù)器進行監(jiān)控。當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)拍到有人試圖逆向行駛時，系統(tǒng)會將畫面實時呈現(xiàn)在監(jiān)控終端上，并向管理者發(fā)出警告。此時，調(diào)度員可利用中控室中的遙控急停按鈕，及時停機，或讓巡檢人員人工停車，保證乘客的人身安全。

2.2.3 乘客上、下梯口擁堵監(jiān)測應(yīng)用

在下雨時，由于沒有攜帶雨傘的旅客人數(shù)較多或者站臺的設(shè)施出現(xiàn)了突然的故障，致使電梯的出口也會出現(xiàn)意料之外的堵塞。在這種情況下，若電梯繼續(xù)往外運送旅客，很有可能發(fā)生踩踏等嚴重的安全事件。為了預(yù)防這種風(fēng)險，可以在自動扶梯口處安裝擁堵檢測雙目攝像頭。當(dāng)攝像機偵測到電梯入口有擁擠情況時，便會立刻在監(jiān)視終端上呈現(xiàn)此擁擠的影像，從而向管理者發(fā)出警告，提示電梯內(nèi)有擁擠而引發(fā)的安全隱患。當(dāng)發(fā)生此類事件時，調(diào)度員可以利用遙控緊急停車鍵停車，也可以告知巡查員手動停車，從而防止安全隱患。

3 結(jié)語

自動扶梯智能監(jiān)測系統(tǒng)在深圳地鐵14 號線軌道交通項目中的應(yīng)用，結(jié)合深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測扶梯壽命，及時制定養(yǎng)護維修計劃。在扶梯的實時監(jiān)測、故障診斷、預(yù)測維護、健康評價、調(diào)度運行等方面很好地貼合現(xiàn)場運行管理人員的需求，通過實時監(jiān)測自動扶梯的運行狀態(tài)，能夠及時發(fā)現(xiàn)運行問題，提前排除安全隱患，提升了扶梯運維管理效率。通過對乘客摔倒、逆向行走、出口擁堵異常狀態(tài)的監(jiān)測應(yīng)用研究，能夠最大限度降低對乘客進一步的傷害，以此保障乘客安全，有效加強了站點整體運行的安全性和可靠性，具有很好的推廣應(yīng)用價值。