深圳地铁14 号线地铁自动扶梯智能监测系统应用

彭恒义，王启锋，郭 将，向光元

（欣皓创展信息技术有限公司，上海 200444）

0 引言

自动扶梯作为深圳地铁14 号线轨道交通中人员流动的重要工具，自动扶梯的科学使用不仅影响着用户的出行，还关系着用户的生命财产安全。因此，必须重视对自动扶梯的科学安全监测管理。自动扶梯智能监测系统以保障设备使用安全为目的，通过振动监测、温度监测、智能诊断等技术来直观了解自动扶梯的健康状况，及时发现设备存在的安全隐患，避免设备运行中安全事故的发生，提高设备运营的安全性与可靠性[1]。作为一种预测性维护系统，通过传感器监视自动扶梯机械部件的振动信息、温度信息，基于振动温度分析模型判断扶梯的异常状态，提供预警信息，进而对自动扶梯设备做到预防性维修具有重要意义[2]。

1 地铁自动扶梯智能监测系统应用组成与功能

本系统是通过在扶梯设备上安装多种传感器，不仅全方位监测自动扶梯的振动、温度等状态，还对自动扶梯关键传动设备进行状态采集和智能诊断。自动收集分析运行工况数据，以数值、图形和表格等方法进行展示分析，实现了采集、监测、诊断和报警等功能。

自动扶梯是由梯级、梳齿板、驱动轮、电机、减速机、梯路张紧装置、扶手和骨架等组成。在深圳地铁14 号线中，主要有单驱、双驱两种自动扶梯，其中单驱自动扶梯的传动装置由电机、减速机、驱动轴承、驱动轮、制动器以及驱动链组成，双驱自动扶梯则分为左右两套驱动系统进行驱动，扶手系统分为左右两个，扶梯骨架包括上机箱、下机箱以及中间梯级导航。由于自动扶梯需要长时间运行且运行频率变化大，为保证运行的稳定和安全，在扶梯关键机械传动部件（包括电机、减速机、主轴轴承、驱动底座、主驱动链或主驱动轮、梯级链张紧轮或梯级链等）处加装传感器来监测扶梯各项运行指标，主要加装的传感器是振动传感器和温度传感器，振动是评估设备运行性能的关键指标，红外温度传感器可以非接触地测量目标物体所发射的红外辐射强度，从而计算出其表面温度。扶梯主要部件如图1 所示。

图1 扶梯主要部件

本系统软件部分主要由主页、实时监测、智能诊断、数据分析、高级功能五大模块组成，整体功能模块架构如图2 所示。

图2 系统功能模块

轨道交通车站的自动扶梯选用重载荷公共交通型设备，自动扶梯主要布置在各车站出入口和各楼层间连通处，用于将需要进出站的乘客顺利、安全、舒适地送达站台或出入口。自动扶梯智能监测系统，是为自动扶梯量身打造的配套系统，可以对自动扶梯的运行工况进行监测和分析诊断，对运行中可能存在的异常进行预警、报警，从而为扶梯的安全运行保驾护航。

2 地铁自动扶梯智能监测系统应用—深圳地铁14 号线

根据地铁自动扶梯智能监测系统应用组成与功能分析，结合深度神经网络预警自动扶梯状态。将地铁自动扶梯智能监测系统应用分为两部分，一部分是自动扶梯自身监测的应用，另一部分是乘客危险行为及危险状态监测的应用。

2.1 自动扶梯自身监测的应用

通过数据采集单元采集扶梯的振动、温度等数据，并将其发送到扶梯上机舱中的监测机柜里的数据采集器，然后通过以太网转发给在线监测服务器。服务器对接收的数据进行解析并存储到缓存和数据库中，后台处理单元不断地从缓存中取出实时数据，对当前设备的状态进行分析评估，同时故障诊断模块对历史数据进行特征提取和故障识别。一旦识别出故障，就记录结果并发出预警[3]。

通过对自动扶梯各个部件的振动、位移、噪声、温度等多个维度的状态信息和人员通行量、负荷分布、空气温度、湿度等环境信息进行训练，并以此为基础，研究自动扶梯系统中各个部件的状态与自动扶梯的状态之间的关系，以及环境因素对自动扶梯运行状态的影响。利用多元回归法预测扶梯零部件的剩余寿命：

式（1）中，a表示调整常量；ω1，ω2，ωn表示x1，x2…xn多维监测参数的权重系数。在对自动扶梯剩余使用寿命进行预测之后，再对其进行维护保养，并以剩余寿命从低到高依次排列。

在维护保养过程中，维护人员对维护质量的判定，这些评判标准统称为维修知识，其中包括维保规则、标准、规范以及维修经验等。为了指导后期的养护维修，针对监测系统构建了相应的维修知识库[4]。

将地铁自动扶梯智能监测系统应用于智能安全自动启停监测过程，以深圳地铁14 号线为研究试点，统计一年内下梯口拥堵情况，见表1。

表1 智能安全自动启停耗时统计

通过自动扶梯底部安装的多台高清数码摄像机，并结合图像分析技术，对自动扶梯上有无行人逆行等不良行为进行实时监控。当有危害的行为出现时，通过监测终端将实时的录像信息反馈给管理者，使其能够及时做出正确的反应。

2.2 乘客危险行为及危险状态监测的应用

将智能监测系统应用于乘客危险行为及危险状态方面的监测，可从乘客摔倒、乘客逆行、乘客上、下梯口拥堵三方面进行。通过智能监控拍摄的图像，将二维平面内任意向量在初始坐标系和下一时刻坐标系下的坐标分别表示为：

式中，r表示二维平面内任意向量；α、θ分别表示初始和下一时刻与X轴的夹角。两者之间的关系，可用如下公式表示：

通过该坐标可捕捉乘客动作，以此监测乘客摔倒、乘客逆行、乘客上、下梯口拥堵情况。为了验证所研究方法的有效性，对智能监测系统具体应用情况进行分析。

2.2.1 乘客摔倒监测应用

在电梯里可能会有人突然的、非自愿的、无意的姿势变化，跌倒在楼梯的台阶上。如果乘客的后背或者头碰到台阶，就会被认为是跌倒。此类意外多见于老年人及青少年，多因重心不稳或倚靠内板，经常在横向斜的转换区段发生。若不能及时发现和按动应急按钮，就有可能造成连续的翻滚和严重的人员伤亡。由于其潜在的危害，对其进行实时监控有着重要的现实意义。现代化的城市地铁交通监测已经实现了完全的信息化，可以将各种图像集中到一个控制室内。利用该智能监测系统，实现了对自动扶梯上有无人跌倒等危险动作的捕捉与识别。

另外，当检测到有乘客跌倒等不良动作时，在监控终端界面上将会给出提示，并由运行管理人员通过遥控急停按钮停止电梯，或者通知运行巡检人员进行手动停梯。因此，实时监测对于保障地铁自动扶梯上的乘客安全具有重要意义。

将地铁自动扶梯智能监测系统应用于乘客摔倒监测过程，以深圳地铁14 号线为研究试点，将智能监测系统应用于一年内摔倒检测，具体应用时间段为周一至周五6：00-8：00、16：30-18：00，统计结果见表2。

表2 一年内摔倒检测统计

近年来，人工智能技术的飞速发展，使得传统的“事后追踪”变为了“主动干预”。在此基础上，提出了一种基于智能监测的方法，实现了对乘客跌倒的实时监控。

2.2.2 乘客逆行监测应用

乘客在自动扶梯内以超出额定时速的方式逆向运行，即在电梯内步行3 级以上，且与正常运行方向相反。为了实时检测和预防这种危险行为，通过在自动扶梯下方安装的高清数字摄像头和图像分析服务器进行监控。当监控系统拍到有人试图逆向行驶时，系统会将画面实时呈现在监控终端上，并向管理者发出警告。此时，调度员可利用中控室中的遥控急停按钮，及时停机，或让巡检人员人工停车，保证乘客的人身安全。

2.2.3 乘客上、下梯口拥堵监测应用

在下雨时，由于没有携带雨伞的旅客人数较多或者站台的设施出现了突然的故障，致使电梯的出口也会出现意料之外的堵塞。在这种情况下，若电梯继续往外运送旅客，很有可能发生踩踏等严重的安全事件。为了预防这种风险，可以在自动扶梯口处安装拥堵检测双目摄像头。当摄像机侦测到电梯入口有拥挤情况时，便会立刻在监视终端上呈现此拥挤的影像，从而向管理者发出警告，提示电梯内有拥挤而引发的安全隐患。当发生此类事件时，调度员可以利用遥控紧急停车键停车，也可以告知巡查员手动停车，从而防止安全隐患。

3 结语

自动扶梯智能监测系统在深圳地铁14 号线轨道交通项目中的应用，结合深度神经网络监测扶梯寿命，及时制定养护维修计划。在扶梯的实时监测、故障诊断、预测维护、健康评价、调度运行等方面很好地贴合现场运行管理人员的需求，通过实时监测自动扶梯的运行状态，能够及时发现运行问题，提前排除安全隐患，提升了扶梯运维管理效率。通过对乘客摔倒、逆向行走、出口拥堵异常状态的监测应用研究，能够最大限度降低对乘客进一步的伤害，以此保障乘客安全，有效加强了站点整体运行的安全性和可靠性，具有很好的推广应用价值。