[发明专利]一种具有视频监测的电梯控制系统

权利要求书

1.一种具有视频监测的电梯控制系统，其特征在于：包括井道部分、机房部分、门厅部分以及云平台，井道部分包括平衡配重、轿厢、内招控制板、传感器、图像识别装置、导向机构、安全防护设备、缓冲器，机房部分包括牵引机、限速器、总控制台、电源、牵引机编码器、牵引机驱动系统，门厅部分包括电梯门装置、外招控制板，牵引机通过缆绳牵引平衡配重和轿厢，轿厢通过随行电缆与总控制台连接，电梯门装置、外招控制板通过通讯总线与总控制台连接，总控制台通过驱动系统对牵引机实现控制，传感器和图像识别装置安装在轿厢内，云平台通过通信装置与总控制台连接，云平台制定运行策略，通过总控台实现对电梯的运行控制，

传感器包括陀螺仪、加速度传感器、温度传感器、电流传感器、电压传感器，

陀螺仪获取电梯的运动姿态，加速度传感器用于获取电梯的运动加速度，温度传感器获取电梯的环境温度，并将传感器将数据上传至总控制台；

图像识别装置包括摄像头、信号处理模块、视频采集模块和红外照射模块，

陀螺仪和温度传感器通过数据采集器与信号处理模块连接，将传感器数据传输给信号处理模块，摄像头通过视频采集模块与信号处理模块连接，将视频数据传输给信号处理模块，信号处理模块与红外照射模块连接，并控制红外照射模块发射红外光束，信号处理模块与总控制台连接，从而与云平台连接，实现数据的上传；

信号处理模块对接收到的视频数据，依次进行图像处理，检测电梯门的开关状态，进行视频编码及缓存后与接收传感器信号一起传输给总控制台，总控制台将相关数据上传云平台实时显示，并在发生异常时进行报警；

红外照射模块通过感光元件负责感应外部环境，当光照亮度较暗时通知信号处理模块，由信号处理模块控制打开红外灯阵完成辅助照明的功能；

视频采集模块用于通过摄像头对电梯门开关检测、电梯内环境曝光异常检测并实时采集电梯运行过程中电梯内的视频画面数据，并发送给信号处理模块；

摄像头用于获取电梯内部实时画面；

图像处理包括如下步骤：

步骤1，预处理；

步骤2，边界检测，边界检测用于提取电梯门的左右边界线，边界检测的结果直接决定开关量检测的准确率，通过直线检测、边界过滤等方式对边缘特征进行筛选，排除干扰信息；

步骤3，开关判断，电梯门开关判断需要对连续帧的距离变化进行分析，距离的变化反映开关量的变化，同时结合加速度传感器保障电梯门开关检测的准确性，具体为：

步骤3.1，连续帧距离分析，连续帧距离变化反映电梯门开关状态，当距离连续递减，则电梯正在关闭，小于设定关闭阈值时，电梯已关闭；当距离连续递增，则电梯正在打开，大于设定打开阈值时，电梯已打开；

以连续4帧的距离变化为依据，判断电梯门的开关状态，为避免距离波动造成误判，以前后两帧的距离均值作为当前帧的距离，对连续帧距离值进行滤波处理，保证距离平缓变化；

步骤3.2，加速度传感器辅助判断，

电梯在运行过程中垂直方向的加速度变化具有一定规律，加速度传感器能够记录电梯运行过程中的加速度变化，根据该加速度变化得知电梯正处于升降状态或是停止状态，电梯在启动和停止的短暂时间中会出现失重或超重，加速度传感器测得该过程的加速度变化值，当加速度＞0时，处于超重状态；当加速度＜0，处于失重状态；电梯启动与停止总成对存在的，在电梯启动到停止的一个完整过程中存在失重和超重，当出现连续两个超重或失重状态时，电梯完成换向，电梯先下降再上升时，连续两次超重；电梯先上升再下降时，连续两次失重；

根据上述规律判断电梯的运行状态，在电梯运行过程中，受乘客和电梯振动的影响，加速度数据会存在一定的噪声，噪声通过邻域均值滤波进行抑制，加速度变化与电梯开关门存在不同步的现象时，电梯启动总是在电梯门闭合之后进行，即门闭合后加速度才变化，此时图像优先完成电梯门关闭的判断；电梯停止时，加速度先发生变化，停稳后门打开，图像判断开门在加速度判断开门之后发生，如果是在加速度判断开门之前判断的，那么该次图像判断即为误判，以加速度判断结果为准，同时，加速度能够实时监测电梯的升降运行状况，为电梯安全运行提供数据依据；

电梯门工作流程如下：

步骤1，门机控制器上电，系统初始化；

步骤2，初始化完成后，故障检测；

步骤3，门机控制器与总控制台进行信息交互；

步骤4，门机控制器监测是否有命令输入，有则进入步骤5，无则进入步骤2；

步骤5，执行命令，返回步骤2；

其中，在步骤2到步骤5执行的过程中，门机控制器判断是否有中断，如有，则执行相应的动作，动作完成后退出中断，在中断开始的地方进入主循环；

其中，在步骤4中如果接收的命令是开关门命令，则步骤5具体为：

步骤5.1，判断收到的命令是开门还是关门，如果是开门执行步骤5.1.A.1，如果关门则执行步骤5.1.B.1；

步骤5.1.A.1，按照正态速度曲线的运行方式执行开门运动；

步骤5.1.A.2，力矩保护电路就会开始检测是否有障碍物的出现，如果有执行步骤5.1.A.3，如果无执行步骤5.1.A.4；

步骤5.1.A.3，加大转矩持续开门动作3次，如果能开门则继续开门，并进入步骤5.1.A.4，如果连续若3次还不能开门则系统控制门机立即停止运行并发出报警信号，等待检修；

步骤5.1.A.4，正常开门过程中，如果接收到关门信号(比如乘客按了关门键等情况)，门机就会执行关门操作，并进入步骤5.1.B.1；如果开门过程中没有其他信号，则执行步骤5.1.A.5；

步骤5.1.A.5，判断开门是否完全，是则进入步骤5.1.A.6，否则进入步骤5.1.A.1；

步骤5.1.A.6，开门完全到位，电机停止运行，推进电机，给电梯门一个锁门的转矩动力，完成开门操作；

步骤5.1.B.1，门机就按正态速度曲线的运行方式执行关门动作，监测门框的保护检测部件(红外线检测和力矩保护电路)是否检测到有障碍物，如果有则进入步骤5.1.B.2，如果无则进入步骤5.1.B.3；

步骤5.1.B.2，门机系统控制门机立即停止关门动作，转而按开门运行的方式运行，并进入步骤5.1.A.1，

步骤5.1.B.3，继续关门动作，在关门运动过程中，如果接收到开门信号则立即转为开门动作运行，并进入步骤5.1.A.1；如果没有接到开门信号，进入步骤5.1.B.4；

步骤5.1.B.4，门机就一直运行，判断关门是否完全到位，是则进入步骤5.1.B.5，否则进入步骤5.1.B.1；

步骤5.1.B.5，往前推进一下电机，给电梯门锁门的转矩动力保证电梯门关门的紧闭性，完成关门操作；

其中步骤5.1.A.1和步骤5.1.B.1中的正态速度曲线的运行方式，具体为：

步骤S.1，根据当前速度和加速度计算在这个速度下以正态速度曲线的规划运行到完成开关门所需距离；

步骤S.2，测量当前位置到开关门完全的剩余距离；

步骤S.3，剩余距离是否大于所需距离，如果是则执行步骤S.4，如果否则执行步骤S.5；

步骤S.4，继续规划，以速度约束条件完成正态速度曲线，并进入步骤S.6；

步骤S.5，立即开始减小加速度或进入减速段，并进入步骤S.6；

步骤S.6，减速段速度为0，在规定距离内完成正态速度曲线，使电梯门电机能够平滑安稳的开关，

总控制台具有目的层预约功能，实现对m台电梯在n楼层之间的群控调度，协调每台电梯的运行，总控制台的逻辑控制部分接收楼层请求、超载信号、关门中断、警报清除信号进行处理后，向拖动控制部分发送指令进行电梯运行操作、电梯门操作、向附属控制部分发送指令进行安全防护和电梯门控制；

外招控制板、内招控制板、总控制台的控制板通过CAN通信相连，数据传输，外招控制板发送呼梯信号，分布在各个楼层，显示有上下行按钮和/或楼层按钮，在电梯到达的楼层范围内，最底层只有向上的按钮，最高层只有向下的按钮，通过楼层按钮向总控制台的控制板发送呼梯楼层的地址码，实时记录乘客的起始楼层、目标方向和/或目标楼层；内招控制板用来采集并发送乘客的目标楼层信号，包含输入、输出和通讯子端，每个轿厢只安装一个，显示板上有选择楼层按钮、人工开关门按钮和信号铃等，设有对讲装置，当有乘客被困在轿厢内，利用对讲装置与总控制台通话，报告当前电梯故障情况；总控制台的控制板利用内置的调度算法实现最优化的轿厢调度；

其中，调度的具体过程如下：

步骤1，初始化状态；

步骤2，循环扫描呼梯请求，判断是否存在未分配的请求，如果存在则进入步骤3，否则继续循环扫描呼梯请求；

步骤3，获取各个电梯的状态；

步骤4，计算各项性能指标；

步骤5，交通模式分类；

步骤6，权值分配；

步骤7，建立综合评价指标函数，计算各个电梯的综合评价指标，选择具有最优综合评价指标的电梯响应呼梯请求，生成派梯调度方案；

其中，步骤4具体为：性能指标包括候梯时间、乘梯时间、电梯能源消耗量、电梯轿厢拥挤度；

(1)候梯时间为电梯E_j完成所有任务所需总时间为f_hf(E_j)，结合单梯运行规则，

f_hf(E_j)＝(|P2-P1|+|P3-P2|+|P4-P3|)×t_v+N_s×t_s+N_p×t_p

响应新到来的指令信号所需时间f_ht(E_j)为：

其中，t_v表示单层运行时间；N_s为所需停靠的楼层总数；t_s表示单层停留时间，其中包含加减速用时与开关门用时；N_p表示进出轿厢的乘客总数；t_p表示每位乘客的平均转移时间，单位乘客的转移时间根据经验可选为1.2s；P_new为新产生的服务请求，在产生新的指令信号后将该信号依次分配给m个电梯，分别计算出每个电梯的预计候梯时间f_hf(E_j)，

其中，P1指向电梯当前所在楼层，P2指向轿厢保持当前行驶方向所服务的最远楼层，P3指向反向行驶所服务的最远位置，P4指向经过两次反向运行后仍未响应召唤的楼层；

(2)乘梯时间是指乘客乘梯之后电梯关门完毕之后开始计时，电梯经过若干次的启动加速、匀速运行、制动减速过程之后在目的层停稳开门的时间，乘客进入电梯E_j后直到到达目的层所经历的乘梯时间f_ct(E_j)为：

f_ct(E_j)＝|F_new-F′_new|×t_v+N_cts×t_s+N_p×t_p，

其中，N_cts为乘客进入电梯开始到抵达目的层为止所需停靠的次数，F_new为新产生的乘客起始楼层位置，F′_new为新产生的乘客目的楼层位置，其计算范围为(F_i-F_i′)D_j＞0且(F_new-F′_new)D_j＞0，取值为：

F_i表示乘客的起始楼层位置，F_i′表示乘客的目的楼层位置，D_j为轿厢当前运行方向，取正时表示上行方向，取负时表示下行方向，f_k为第k层停靠指令，即第k层是否需要停靠，

(3)电梯能源消耗量f_xh(E_j)为除去在电梯运行过程中由起始层到目的层所需要的必要动能外在电梯启动加速和停车减速阶段电梯能源的消耗，用电梯完成当前所有任务所需的停靠次数代表，计算方式如下：

(4)电梯轿厢拥挤度；轿厢拥挤度对乘客心理舒适度有很大的关联，同时也对电梯停靠次数、乘梯时间有一定影响，将轿厢拥挤度控制在一定范围内也是群控系统做出派梯策略的重要指标；

轿厢拥挤度表示电梯在运行至呼叫层时轿厢内乘客数量的比例；按照正常乘梯流程，乘客仅进入运行方向与需求方向相一致的电梯，即乘客进入电梯时轿厢内的人数是乘坐方向一致，且目的层位于该乘客行进区间内的较早乘客人数之和，

轿厢拥挤度f_yj(E_j)，对符合条件(F_i-F_i′)(F_new-F′_new)＞0的乘客进行计算：

其中，N_f为轿厢额定承载人数；

其中，步骤4具体为：当选取不同权重的评价因子时，根据之前的隶属函数的选择原则，对该群控系统的派梯结构进行分析；

其中，步骤5具体为：不断对乘客人数、起始层数、目的层数等数据的采集，通过这些信息进行分析得出相应的特征量，每隔一段时间周期(5分钟)即对当前交通流进行一次交通模式识别，

基于模糊逻辑算法对交通模式进行判断，对客流交通类型进行判断，输入电梯人数百分率、乘客离开电梯的百分率、楼层交通的乘客百分率等；输入交通类型和交通强度两个变量，识别分析主流交通模式类型下的交通模式；

对电梯运行的交通模式分为了12类

其中，步骤6具体为：在不同种类的交通模式下，四个评价指标的权重值是不相同的，权重值是由专家或者技术人员经过大量试验之后给出的，不同交通模式下权重系数为其中，l为模式种类，h为对应指标，分别对应候梯时间、乘梯时间、电梯能源消耗量、电梯轿厢拥挤度，

其中，步骤7具体为：将四个评价指标进行融合得到电梯调度综合评价指标，对四个指标进行线性加权组合是常用的融合方法，其权重系数可根据不同的交通模式、不同的楼宇需求进行设置以达到不同的调度效果，综合评价指标F(E_j)为：

通过比较各个电梯E_j的综合评价指标，选择最小值作为响应信号的电梯，即

E_j＝min{F(E₁)，F(E₂)，......，F(E_m)}。