物联网技术在机场自动扶梯管理中的应用

引 言

伴随着现代化进程，公共交通和基础建设飞速发展，遍布大中城市的商场、地铁、机场、高楼大厦无不在使用一种特殊的设备 电梯、自动扶梯和自动人行道，这些设备起着运送人员或货物的作用，方便了人们出行。然而在这些设备的使用过程中，不可避免地会出现各种故障，其中一些故障会给使用者带来安全事故。面对这一系列事故，我国颁布了《中华人民共和国特种设备安全法》《特种设备安全监察条例》《自动扶梯和自动人行道的制造与安装安全规范》等一系列法律法规，从特种设备的生产、安装、运行、维护及监督检查等各个环节加以严防严控，最大限度地保证人民群众的生命安全。

西安咸阳国际机场以其 承接东西，联结南北 的区位优势， 成为国内干线重要的航空港和国际定期航班机场，是中国民用航空局规划建设的八大区域性枢纽机场之一，截止到 2016年末，年旅客吞吐量达 3699.4万人次。面对逐年快速增长的旅客，机场的电梯、自动扶梯设备运行压力越来越大，不仅要保证旅客的人身安全，更要为旅客出行提供优质便捷的服务，因此电、自动扶梯设备的安全运行管理尤为重要。目前，西安咸阳国际机场共有三座航站楼，有自动扶梯、自动人行道和电梯170余部。随着新航站的建设，设备数量会成倍增长，这些特种设备存在使用流量大、使用情况复杂、运行时间长以及安装分布范围广等特点。尽管机场配备了一支专业的保养、维修队伍来保障这些设备安全运行，但设备故障仍时有发生，给旅客出行带来不便，影响机场的服务品质。因此，如何提前发现故障隐患、快速找到故障点及时处理，以及做好预防性维修、降低故障率的问题就凸显出来了。采用物联网技术，建设 电梯安全服务平台 ，实现 故障预警发布、应急快速处置、维保作业核查、状态远程监视 辅助电梯安全监察的功能是提高电梯安全管理水平的具体措施[1]。

在国内，将物联网技术应用到机场电梯、自动扶梯等管理中还处于起步阶段，尚有许多问题需要探讨。本文针对机场实际情况，提出了搭建基于物联网技术的自动扶梯、自动人行道和电梯运行状态的实时监控服务平台，通过平台实现前瞻性和可预见性的维护，使维护人员能够在昂贵的延误或失败发生前就采取行动，将事故防范于未然。

1 物联网技术

物联网是通过在物理世界的实体中部署具有感知能力、计算能力及执行能力的装置，使物理实体变为一个智能体， 通过网络实现实体之间、实体与人之间互联互通，是一种万物沟通的，具有全面感知、可靠传输、智能处理特征连接物理世界的网络，这种网络彻底改变了人们的生产和生活方式， 达到了一种智慧状态，提高了资源利用率，改善了人与自然界的关系，从而提高了整个社会的信息化能力[2]。

物联网是互联网技术、传感器技术、射频识别技术等的深度融合，其技术体系架构包括感知层、网络层和应用层 [3]。感知层处于体系架构的最底层，用于采集实体状态信息、运行数据，包括各类物理量、标识、音频、视频，是物联网运行的基础，主要由不同的传感器、RFID 标签、智能化的感知设备等构成，通过通信技术把实体的状态信息、运行数据传输到互联网的网关设备。网络层是连接感知层与应用层的中间层，其作用是把感知到的信息高效、高可靠、无障碍、高安全性地进行传输，需要传感网络、通信技术、互联网络技术的优化融合。应用层把感知层采集、网络层传输的数据信息进行分析处理，进行远程监视和控制，实现智能化管理[4]。

电梯、自动扶梯物联网是集计算机技术、电梯控制与维护技术、传感技术、通信技术、物联网技术为一体，实现电梯、自动扶梯等检测、控制、维护，安全报警、应急处理、风险分析与预警、运行状态评价和质量分析等功能，是一个综合、高效的电梯管理系统。

2 物联网电梯远程控制系统设计

根据电梯远程报警系统国家标准（GB24475-2009）规定的监控信号及规范[5]，结合机场电梯、自动扶梯和自动人行道的布局，以物联网技术为核心，构建电梯远程控制系统，其主要功能为：电梯运行实时数据采集、传输记录查询功能；维护、保养、质检记录查询功能；预警、报警功能；电梯使用自动分流调度功能；语音、视频传输对讲功能；维护保养自动派单功能；远程控制功能。

2.1 方案

根据系统功能要求，物联网电梯远程控制系统由四部分构成：电梯信息数据采集部分；语音、视频信息采集传输部分； 网络服务器部分；应用软件平台部分。

电梯信息数据采集部分是整个系统的 感知神经元 ，主要由各种传感器构成，可实时获取电梯运行的信息和数据，并通过网络上传至网络中心服务器。

音、视频信号采集、传输部分是整个系统的 眼睛 和 嘴巴 ，由摄像头、麦克风等音、视频采集设备构成，主要采集传输乘客乘行电梯时的语音、视频信息，以实现对话、监控功能。

网络服务器部分是整个系统的 大脑 和 心脏 ，是实现整个系统功能的指挥中心，负责协调、调度系统各模块间的工作，并通过强大的数据库管理功能实现电梯智能化管理。

应用软件平台由一台或多台电脑组成，是人机对话的界面，其功能是将系统采集的电梯实时运行数据以及音、视频监控数据一一显示出来，完成人机对话功能。

2.2 电梯信息数据采集

电梯信息数据采集装置主要由传感器，电梯、自动扶梯控制器，数据采集与通信等部件构成，其框图如图 1 所示。

传感器分别负责采集检测自动扶梯在工作时的梯级振动数据、电动机的速度数据、润滑统剩余量以及电动机的温度数据、承载人数以及人的状态、电梯位置、运行过程火焰等。数据采集与通信模块负责采集传感器检测到的数据，通过通信模块将其传输到网络层。

在本设计中，传感器以电梯、自动扶梯、自动人行道为单元，单元内各传感器以单片机 MSP430F为平台，包含信号调理电路、接口电路等。传感器以 RS232接口与CC2530连接， 实现以ZigBee为协议的数据传输[6]，其连接框图如图 2所示。

2.2.1 速度传感器

在自动扶梯运行时，如有非操作性突然逆行、速度有较大变化或扶手带的速度偏离梯级、踏板速度较大时，对乘行人员的伤害是最大的[7]。速度传感器对扶梯的运行速度、运行方向、扶手带运行速度进行实时监控，当发现速度大幅度变化、逆行或扶手带速度偏离较大时就会立即使扶梯自动停止运行，并且通知维修人员进行故障处理。本设计选用霍尔传感器，用以检测电机的运行速度。

2.2.2 振动传感器

电梯、自动扶梯发生突然抖动时，容易使乘客摔倒 [8]。为了及时发现这一安全隐患，在自动扶梯实时监控系统中加入了振动传感器，对电梯运行过程中的振动参数进行测量。当振动幅度超过一定的阈值时，系统会立即停止自动扶梯运行，结合其他信息进行分析，给出维护指示。本设计选用 AXDL345 超低功耗三轴加速度传感器，可以直接获得三维空间中各方向上的振动幅度和频率。

2.2.3 温度传感器

自动扶梯运行驱动靠电机完成，电机温度异常升高会导致自动扶梯运行异常和电机损坏。温度传感器用以检测电机的运行温度，当温度超过极限时，系统会停止扶梯的运行，结合其他传感器分析温度升高的原因，给出维护信息。本设计选择 K型热电偶和MAX6675处理芯片，完成电机温度检测。

2.2.4 油量传感器

自动扶梯每天至少运行 18 小时，这样超长的工作时间必然会磨损其系统部件。而自动扶梯中受力最大的拽引链往往是磨损最严重的。针对这一问题，制造商在拽引链中加入了润滑系统。但如果润滑系统的油量不足而没有被及时发现，就会增加拽引链的故障率，导致整部扶梯的工作寿命降低。利用油量传感器对油量进行实时测量，一旦数据处理中心接收到油量不足的信息就会立即通知维护人员及时注入润滑油。本设计选用电容式HK-DR01 插入润滑油油箱来检测其油量。

2.2.5 红外传感器

自动扶梯在运行时，由于机械碰撞，电气打火等因素容易引发火灾，因此加入红外传感器模块。当红外传感器检测到有打火现象时，系统就会停止自动扶梯运行，并鸣笛报警，疏散自动扶梯上的乘客。本设计选用红外二极管传感器。

2.2.6 压力传感器

任何电梯、自动扶梯都有额定的承载能力，当超过承载能力时，电梯、自动扶梯容易出现事故。利用压力传感器来检测承载负荷，当负荷超过额定值时，系统会发出报警信息，并终止运行。本设计选择Scaime 压力传感器。

2.2.7 语音、视频传感器

此传感器用来监视乘客是否规范乘行。当通过视频图像处理后，发现乘客有违规乘行现象时，系统会对乘客发出语音提示告警信息，以纠正乘客乘行，保障乘客安全；通过视频图像处理，确定内部电梯、自动扶梯的乘员人数，为分流、调度提供数据信息 ；当电梯出现故障时，通过语音、视频来指导乘客正确处理，避免因乘客的错误操作造成事故。

2.2.8 数据采集与模块

每个电梯单元各传感器以 ZigBee 协议将数据传输给数据采集与通信模块，数据采集与通信模块以 ADSL 形式与网络连接。所传输的数据除上述传感器数据外还有每部电梯自身的相关数据。

2.3 网络服务器

网络服务器是信息接收、分析、处理和控制中心，其系统软件构成按功能可划分为设备接入、系统管理和应用软件三部分。

1)设备接入软件：负责电梯实时运行数据的采集、传送、显示和控制。

2)统管理软件 ：采用 asp，.net技术开发，配合SQL Server数据库，具有数据处理安全与可靠性并重的优点，主要负责用户注册模块、设备注册模块、数据查询统计模块以及数据处理安全与可靠性等。

3)应用管理软件 ：由六个模块构成，即维护保养模块、紧急处理模块、预警报警模块、远程监控模块、数据库和人员分流调度模块，是用户功能的具体实现。

2.4 应用软件模块介绍

2.4.1 维护保养模块

记录、查询每次维护保养的时间，维护保养内容，设备编号，更换零部件，维护保养单位资质、人员等相关信息。

2.4.2 紧急处理模块

对传感器传输的数据分析判断，得出故障类型，对故障进行风险分析，根据分析的结果分别进行处理，若故障为紧急等级，则立即发出停止命令，并以短信的形式发出故障扶梯的位置信息、故障类型给维护人员，使维修人员在第一时间获取准确的故障信息，确保维修在最短时间内完成。

2.4.3 预警报警模块

根据传感器的数据和数据库记录信息，通过大数据分析和模型预测，对电梯、自动扶梯主要零部件潜在的隐患做出预警提示，做到防患于未然 ；对已发生的事件做出语音报警、指示报警，同时给出维护保养信息。

2.4.4 人员分流调度模块

根据对视频监控信息分析的结果，以语音的形式来引导乘客选择电梯乘行，以达到快速乘行的目的。

2.4.5 远程控制模块

实现对电梯、自动扶梯、自动人行道的控制操作，如上行、下行、停止等。

2.4.6 数据库

基于SQL Server 平台，用以记录传感器传输的数据信息、维修、保养信息、电梯设备状态信息、电梯设备厂、维护单位资质等。具有强大的编辑、查询、报表输出、信息上传等功能。为了数据安全，数据库设置有严格的等级操作限制和关键数据备份。

3 结 语

尽管物联网技术在机场电梯、自动扶梯、自动人行道管理中的应用处于起步阶段，但随着物联网技术和智慧机场建设的发展，将物联网技术应用于机场电梯和其他设备的管理是必然的，这将提升设备利用率和运行效率，增强设备的稳定性和安全性，使机场企业实现效益最大化。因此，结合机场的实际情况，应加大研究、推广应用物联网技术。