基于物聯(lián)網(wǎng)的電梯動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)研究

馮敏　薛會(huì)榮　陰珊珊　宋吾力　彭磊　馮增哲

摘要：隨著社會(huì)發(fā)展和科技進(jìn)步，人們對(duì)電梯使用量迅速增加，與之相對(duì)，電梯的管控技術(shù)發(fā)展卻相對(duì)緩慢，電梯事故頻發(fā)?；诖?，人們?cè)絹?lái)越重視電梯的運(yùn)行安全。本電梯動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)以已有的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)為基礎(chǔ)，將物聯(lián)網(wǎng)的三大技術(shù)：感知終端技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)與智能處理技術(shù)運(yùn)用到電梯動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)當(dāng)中，能快速定位故障點(diǎn)并及時(shí)傳遞相關(guān)數(shù)據(jù)信息，以期盡快解決故障。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)電梯動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘

一、引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，加之老齡化進(jìn)程的加快，對(duì)電梯的需求迅速增加，當(dāng)前，我國(guó)已經(jīng)成為電梯產(chǎn)銷量第一大國(guó)且增速明顯。隨著電梯數(shù)量急劇增加加之電梯年久失修，近年來(lái)見(jiàn)諸報(bào)端的電梯事故逐漸增多，人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失巨大，而這正好反映了我國(guó)電梯監(jiān)控管理系統(tǒng)研究的相對(duì)滯后。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合視頻安防系統(tǒng)，以城域網(wǎng)作為承載，從監(jiān)測(cè)、上報(bào)、反饋、解決等環(huán)節(jié)所組成的電梯動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)，結(jié)合了數(shù)字音視頻技術(shù)、寬帶網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，能夠?qū)崿F(xiàn)電梯狀態(tài)監(jiān)控和故障報(bào)警、電梯應(yīng)急安全處理等監(jiān)管功能，能夠減少電梯事故的發(fā)生，節(jié)約人力和財(cái)力，使電梯運(yùn)行安全監(jiān)管更高效、更實(shí)用、更可靠。

二、電梯運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介

電梯動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展大體經(jīng)歷了三個(gè)階段：“黑匣”階段、有線監(jiān)控階段、遠(yuǎn)程無(wú)線監(jiān)控階段，它是在寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、音視頻監(jiān)控技術(shù)和傳感器技術(shù)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。當(dāng)前許多發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)的大型電梯公司，比如：奧的斯、迅達(dá)、通力、蒂森、三菱、日立、東芝、富士達(dá)等，為了能實(shí)時(shí)監(jiān)控自己公司的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，絕大部分都已經(jīng)利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等現(xiàn)代科技手段開(kāi)發(fā)了各自的電梯運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)，當(dāng)電梯設(shè)備出現(xiàn)故障或異常時(shí)能夠及時(shí)的察覺(jué)并做出響應(yīng)，借助網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，相關(guān)工程技術(shù)人員在監(jiān)控終端可以了解分布在全球各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備運(yùn)行情況。相對(duì)而言，我國(guó)的電梯動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)起步較晚，但是近年來(lái)發(fā)展迅速，已經(jīng)有不少相關(guān)機(jī)構(gòu)都投入了大量的人力、財(cái)力、物力來(lái)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)相關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)，如中國(guó)移動(dòng)開(kāi)發(fā)的電梯衛(wèi)士系統(tǒng)等。雖然國(guó)外電梯動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)技術(shù)比較成熟，但是他們的電梯管理系統(tǒng)通常是面向本土企業(yè)的，因此所采用的通訊技術(shù)、接口技術(shù)等都不盡相同，專用性較強(qiáng)，因此只能監(jiān)控本公司的電梯設(shè)備，除此之外，監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成本較高，價(jià)格昂貴，不能被般用戶承受，因此開(kāi)發(fā)基于中國(guó)國(guó)情的，適合般用戶的電梯動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)是非常有必要的。

三、基于物聯(lián)網(wǎng)的電梯動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)簡(jiǎn)介

（）系統(tǒng)架構(gòu)

基于物聯(lián)網(wǎng)的電梯動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)架構(gòu)分為三層：終端感知層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層和應(yīng)用層。其中，應(yīng)用層包含數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)模塊、節(jié)點(diǎn)維護(hù)模塊和監(jiān)控模塊；感知終端與電梯控制器相連，用于接收電梯運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)模塊接收到數(shù)據(jù)之后進(jìn)行分析處理將SM（Sensor Module），SSN（Simple SensorNode）狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送給節(jié)點(diǎn)維護(hù)模塊，然后將狀態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到電梯監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中，最終提供給WEB終端設(shè)備或者智能手機(jī)終端進(jìn)行訪問(wèn)查詢或者操控。

（二）具體設(shè)計(jì)

1.數(shù)據(jù)采集模塊

采集的數(shù)據(jù)主要有SM和SSN，其中SM進(jìn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送、監(jiān)測(cè)設(shè)備故障數(shù)據(jù)包并進(jìn)行數(shù)據(jù)解析；SSN將電梯刷卡數(shù)據(jù)打包上傳，并能進(jìn)行斷電檢測(cè)，上傳SM數(shù)據(jù)包到數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)模塊并能解析數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)模塊下發(fā)的數(shù)據(jù)包協(xié)議。SSN與數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)模塊之間通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，將鄰近電梯采集節(jié)點(diǎn)SM收集到的電梯狀態(tài)信息匯集到同一個(gè)SSN，再由SSN傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中轉(zhuǎn)中心，SSN每隔定時(shí)間向數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)中心發(fā)送數(shù)據(jù)包，以確保數(shù)據(jù)鏈路不會(huì)中斷。每臺(tái)電梯至少需要安裝個(gè)SM來(lái)采集運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，然后傳輸給SSN，一片區(qū)域內(nèi)的多個(gè)SM由一個(gè)SSN統(tǒng)管理。一個(gè)SSN所管理區(qū)域內(nèi)的所有電梯在服務(wù)器端注冊(cè)后，就可以及時(shí)進(jìn)行電梯故障的處理、狀態(tài)數(shù)據(jù)上傳和數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)更新等操作。移動(dòng)感知節(jié)點(diǎn)SM通電后會(huì)迅速搜索附近的SSN，然后注冊(cè)到最近的感知節(jié)點(diǎn)，一個(gè)SM只能在一個(gè)SSN上注冊(cè)；SSN完成SM注冊(cè)表的更新之后將自己節(jié)點(diǎn)下的SM組網(wǎng)信息上傳到服務(wù)器。

數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)模塊通過(guò)接收到的電梯狀態(tài)監(jiān)控平臺(tái)服務(wù)器發(fā)送的連接請(qǐng)求，存儲(chǔ)連接指令，SSN發(fā)送數(shù)據(jù)包來(lái)檢查前端網(wǎng)頁(yè)指令，在規(guī)定的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)每隔幾秒向SM請(qǐng)求電梯實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)信息并把數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)模塊，監(jiān)控平臺(tái)把數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中，客戶通過(guò)前端網(wǎng)頁(yè)查看數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)。前端網(wǎng)頁(yè)每隔幾秒發(fā)送連接請(qǐng)求指令，SSN源源不斷地上傳電梯狀態(tài)數(shù)據(jù)，如果連接詰求時(shí)間超常，終止監(jiān)控，電梯狀態(tài)數(shù)據(jù)不再上傳。

2.數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)模塊

在電梯動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)模塊首先解析接收到的數(shù)據(jù)包中的目標(biāo)端口號(hào)，然后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給電梯管理應(yīng)用程序，該程序從數(shù)據(jù)包中的用戶數(shù)據(jù)部分解析出電梯的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)信息。在判定電梯故障類型時(shí)，規(guī)定協(xié)議信息數(shù)據(jù)區(qū)中的兩個(gè)字節(jié)來(lái)標(biāo)示電梯可能出現(xiàn)的故障類型：蹲底、沖頂、停電關(guān)人等，電梯狀態(tài)數(shù)據(jù)包被直接傳送到監(jiān)控平臺(tái)顯示，電梯故障包通過(guò)比對(duì)故障代碼來(lái)確定故障類型。

數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)模塊可以在系統(tǒng)中的應(yīng)用層區(qū)分外部的數(shù)據(jù)，如果該數(shù)據(jù)與傳感節(jié)點(diǎn)管理和維護(hù)相關(guān)則將就會(huì)被轉(zhuǎn)存到節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行維護(hù)模塊中，如果是具體的電梯應(yīng)用數(shù)據(jù)，則根據(jù)數(shù)據(jù)包信息把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到電梯應(yīng)用服務(wù)器中。數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)模塊的功能主要包括lD身份核查，節(jié)點(diǎn)運(yùn)維數(shù)據(jù)發(fā)送，電梯應(yīng)用數(shù)據(jù)發(fā)送，行業(yè)用戶指令發(fā)送等。

3.節(jié)點(diǎn)運(yùn)維模塊

通過(guò)傳感器采集大量電梯實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)，隨著應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，傳感器的數(shù)量大幅增加，因此開(kāi)發(fā)專門(mén)的節(jié)點(diǎn)運(yùn)維平臺(tái)非常重要，此模塊遵照標(biāo)準(zhǔn)為物聯(lián)網(wǎng)中的每個(gè)終端設(shè)備提供唯標(biāo)識(shí)，能夠監(jiān)測(cè)到物品的在線實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，從而定位物品，進(jìn)而把用戶終端和傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，然后按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行解析，用戶通過(guò)查詢終端了解其運(yùn)營(yíng)狀況。此運(yùn)維模塊平臺(tái)還能夠遠(yuǎn)程配置SSN，SM等傳感節(jié)點(diǎn)，使用戶可以遠(yuǎn)程修正異常參數(shù)，遠(yuǎn)程配置傳感器節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)能夠驗(yàn)證用戶身份，防止非法用戶的操作，保證節(jié)點(diǎn)安全，不被非法利用，監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)故障并做出相應(yīng)的反應(yīng)，縮短排除故障的時(shí)間，從而提高服務(wù)質(zhì)量。

4.系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)

系統(tǒng)監(jiān)控平臺(tái)采用B/S架構(gòu)。當(dāng)前Internet迅速發(fā)展，因?yàn)锽/S架構(gòu)具有很強(qiáng)的可共享性，并且開(kāi)發(fā)運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，使其逐漸流行，它具有典型的三層結(jié)構(gòu)：表示層、處理層、數(shù)據(jù)層。其中，表示層中的瀏覽器通過(guò)超文本格式瀏覽和輸入信息，但是不能夠處理具體業(yè)務(wù)，功能層服務(wù)器不僅能夠存儲(chǔ)管理頁(yè)面，也能夠處理邏輯業(yè)務(wù)，通過(guò)相應(yīng)的應(yīng)用程序來(lái)響應(yīng)用戶終端發(fā)送的任務(wù)請(qǐng)求，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器通過(guò)執(zhí)行增、刪、改、查等操作進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后把處理結(jié)果提交給服務(wù)器。B/S結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)是：使用簡(jiǎn)單、維護(hù)升級(jí)方便、維護(hù)成本低；在任何地方只需要臺(tái)能上網(wǎng)的PDA設(shè)備，比如智能手機(jī)，在獲得系統(tǒng)管理員的授權(quán)之后，在本地不需要下載任何應(yīng)用程序，只需要通過(guò)瀏覽器這個(gè)客戶端就可以進(jìn)行操作；系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)升級(jí)等操作時(shí)不需要考慮其它因素的干擾，比如用戶規(guī)模擴(kuò)大、分支機(jī)構(gòu)增多等，服務(wù)器接入專網(wǎng)之后，在異地工程技術(shù)人員就可進(jìn)行操作，也可以十分方便地對(duì)服務(wù)器進(jìn)行升級(jí)和維護(hù)操作；另外，B/S結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)配置和性能要求方面沒(méi)有過(guò)高的要求，可運(yùn)行于多種操作系統(tǒng)和瀏覽器，用戶選擇多樣化。

四、結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，電梯數(shù)量猛增，雖然臺(tái)電梯產(chǎn)生的狀態(tài)數(shù)據(jù)并不多，但個(gè)地區(qū)的所有電梯加起來(lái)，其監(jiān)控系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)量就太大了，在如此大規(guī)模的數(shù)據(jù)上進(jìn)行各種智能分析、數(shù)據(jù)挖掘，需要新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，比如云計(jì)算、并行計(jì)算的處理平臺(tái)等?；谖锫?lián)網(wǎng)的電梯動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)可以利用終端感知層數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到電梯故障信息并上傳到監(jiān)控中心，及時(shí)通知相關(guān)人員，極大的提高維保效率，應(yīng)用層監(jiān)控平臺(tái)可以為維保單位、物業(yè)單位、相關(guān)政府部門(mén)提供電梯運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，更好地維護(hù)電梯運(yùn)行安全。