国内首个轨道交通领域的电梯物联网是这样建设的

一、 建设概述

近年来电梯安全事故频发,电梯如何做到有效监管维护的问题越来越受到公众的关注。随着物联网技术的兴起,电梯物联网产品的开发运用将有效解决目前面临的监管维护难题,电梯物联网将成为电梯行业未来发展最具潜力的领域之一。

电梯物联网即利用先进的物联网技术,采用小区组网的方式将电梯方便接入互联网,使电梯、整梯企业、质监部门、维保企业、配件企业、物业企业、电梯乘客、行业协会和房产企业之间可以进行有效的信息和数据的交换,从而实现对电梯的智能化管理,保障电梯的可靠运行。

杭州地铁是杭州市的轨道交通系统,是浙江省首条地铁线路,规划总设计13条线路,截至2015年12月,杭州已开通1、2、4号线,总共99个车站,其中自动扶梯513台,垂直电梯186台。作为一种特殊的垂直交通工具,这么多的电梯每天要运送数千万的乘客上上下下,电梯的安全运行,可靠运行已经成为社会关心的一大话题。

 

二、 问题/需求分析

1、 现状问题

对于电梯的问题频发,根据质监部门和电梯公司的研究报告,问题大都在于电梯的使用不当(人员过多拥挤导致超载、逆转,突然急停导致乘梯人员摔倒等),或是维保不力(维保时没有放围栏、电梯运行时间久了器件松动或老化等),或是警示不足(发现电梯问题时没有及时提醒)。

2、 需求分析

1)杭州地铁平常工作日客流量40万人次以上,节假日高峰日客流量达80万人次,现有的电梯管理方式无法保障电梯的安全使用。

2)如何根据地铁的电梯使用情况,更加合理的保障电梯的正常运行,从而开展定制化的电梯保养维护工作亟待解决。

3)系统需要同时满足使用单位、维保单位、监管单位等各方需求,实现电梯运行状况及故障的实时监控。

4)系统需要支持远程处理方式,包括远程视频监控和语音对讲。

 

三、 解决方案

杭州地铁电梯物联网系统是国内首个轨道交通领域的电梯物联应急指挥系统,能有效解决管理中存在的信息不对称、情况不掌握、救援不及时、监管不到位、职责不明确的突出问题。通过本系统,能够实时掌握电梯故障信息、维保企业的维保状况、社会公众在乘坐电梯时发生的事件等第一手信息数据,明确各自职责,实现对地铁电梯安全的全过程的高效监管、有效监管、长效监管,同时通过这些信息数据,指导安全生产,促轨道交通进行业发展,优化市场环境,从而实现政府对行业、市场的有效调控。

1、 系统架构

杭州地铁电梯物联网系统由数据采集层、网络传输层、中心管理层和业务处理层这四个相互衔接的部分组成,系统整体架构如下图所示:

图1 整体架构

1)数据采集层

数据采集层能够采集电梯运行状态及故障信息、播放安全用梯相关知识,同时在发生电梯困人时能发出救援信号、支持刷卡维保等功能。该层主要包括信息发布、RFID刷卡、困人报警、语音通话、无线通信等设备组成。其中电梯安全网关是系统的灵魂,能够实时信息发布、能够提供日常的电梯使用安全宣传,同时还能为其它的信息发布提供渠道。

2)网络传输层

网络传输层主要是依托各运营商的网络,通过有线(宽带/VPN)或者无线(3G/ 4G)等方式,充分利用网络带宽资源传输视音频和数据信息。

3)中心管理层

中心管理层是支持各类业务功能的服务器,包括接入服务器、管理服务器、状态(告警)服务器、存储服务器、流媒体服务器、数据库服务器,广告发布服务器等模块,为整个系统的运行提供管理支撑。

4)业务处理层

业务处理层是整个系统的最终展示,它提供对所有接入电梯的运行状况实时监控、电梯故障的处理、汇总及分析、电梯困人应急救援处置、电梯日常信息管理、电梯维保工作管理、电梯监控终端设备管理等业务功能。

 

2、 平台重要功能

1)电梯基础信息管理:基础信息管理包括自动扶梯和垂直电梯基本资料的录入, 电梯网关注册(包括服务器管理,扶梯参数配置等),电梯网关参数远程配置,电梯网关上下线日志,电梯网关在线一览表等。

电梯基本资料:提供电梯信息的录入,比如电梯的使用单位、生产厂家、维保单位、型号、用途等。

电梯网关信息注册:提供电梯网关注册时的服务器地址(接入服务器,报警服务器等)以及电梯监控的业务信息,比如电梯的摄像机数量,网络通信线路等。

电梯网关远程配置:对设备参数进行配置,比如实时状态上传的周期,视频的分辨率、码率,视频显示信息等;也支持远程对设备软件进行升级,重启等。

电梯网关上下线日志:记录每台电梯监控设备的上下线情况,在这里可以看到电梯网关上下线历史、上线IP等信息。

电梯网关在线一览表:记录当前系统中所有电梯监控设备的实时在线状态。

2)应急处理:应急处理是整个系统的核心,包括电梯的自动告警、人工接警以及整个故障处理流程。

 人工告警:人工告警是指电梯发生故障时,被困人员会电话到处置中心,处置中心的接线人员会启动一个故障的处理程序,这个主要针对尚未安装监控设备的扶梯。

自动告警:自动告警是指安装了监控设备的电梯,在判断电梯发生故障时,会给中心告警,包括可能的电梯故障原因,是否有人,运行方向、速度等信息,接线人员在收到告警后启动故障处理程序。

应急处置:应急处置是指接线人员在收到告警后,启动救援程序,通知维保单位人员赶赴现场,记录告警、出发、抵达、完成救援等时间,提供完整的事故记录明细。

3)故障信息管理:故障信息管理包括电梯故障信息和维修信息。

电梯故障信息:显示电梯的当前以及历史故障记录,用户可以在这里查看电梯的故障历史。

维修信息:显示电梯的当前及历史维修记录,用户可以在这里查看电梯的维修历史。

统计分析:统计报表是最后的输出内容,主要统计类似在指定时间段,故障告发的扶梯、主要的故障类型等,提供决策人员针对性的对扶梯进行保养和预防。

电梯单位统计:用户可以通过系统把某个时间段内的故障数量按照使用单位或维保单位的具体单位名称进行统计,用于分析各个维保单位的维护质量。

故障分类统计:用户可以通过系统把某个时间段内的各类故障进行统计,用于分析各种故障的发生率,便于提高维保工作效率。

运行时间统计:用户可以通过系统统计扶梯的运行时间和故障的分布,用于分析扶梯的运行时间和故障产生几率的关系。

 

3、 电梯网关

电梯网关采用ARM+DSP技术架构,其处理器和存储等硬件资源能满足日常电梯运行状态及故障参数、音视频信息、各类传感器信息的采集、分析、处理和传输。设备针对电梯行业的特殊性开发了专用通信接口,完成电梯故障参数的接入,针对不同电梯品牌的故障参数,将其归一到统一的故障参数定义标准中,供后台系统使用。这些监测数据和视音频信息通过设备中内嵌的网络单元根据实际网络接入方式,对音视频数据和扶梯数据重新编码,以符合当前网络的带宽及延时要求,把数据传输到监控中心。设备内置后备电池满足在停电的情况下,提供设备正常工作2个小时所需的电源。

设备主要可实现以下功能:

1) 支持多种方式采集各种品牌的电梯数据,智能分析电梯故障状态,可实时采集电梯运行状况和故障,实现冲顶、蹲底、门区外停梯、运行中开门、超速等事件的自动告警和困人的应急求援。

2) 支持西子奥的斯、蒂森、通力的扶梯接口,可实现无缝对接,实时采集自动扶梯运行状况、负载功率及故障,实现对超速、逆转、梯级塌陷等严重故障及急停、停电事件的自动告警。

3) 支持实时视频监控、本地循环录像、远程平台录像。

4) 支持嘈杂环境下的语音对讲。

5) 支持接入地铁BAS系统,支持导向牌满载提示。

 

4、 组网建设

杭州地铁电梯物联网系统对于数据的有效性、传输的实时性、链路的稳定性及网络安全性均需要很高的要求,网络建设既要满足现阶段的要求,又要考虑到后续几年的发展要求。因此,本系统采用华数VPN专网方式进行组网,华数VPN专网在兼具了INTERNET网络的接入简便、扩展方便的特点外,也具备了比INTERNET更高的安全性、可靠性。华数专网在每个扶梯的上机房内建立一个接入点,网络覆盖方案如下图所示。

覆盖方案说明:

1) 每个地铁站点单独进行电梯物联网专用线路接入。

2) 每个地铁站点电梯物联网线路内部采用光纤覆盖。

3) 每个地铁站点都通过华数光传输城域专网与96333平台连通。

 

图1 组网结构示意图

 

四、 客户价值

1)实现全市地铁站内电梯的实时互联、数据智能分析、故障自动告警。系统采用物联网的典型架构,可以支持城市级电梯的统一监控。前端设备内部采用高聚合的结构,前端设备和物联监控平台之间采用低耦合的网络结构,平台支持分布式的部署,使整个系统布置十分灵活,支持可持续性的发展。

2)电梯网关和电梯控制系统通过专用的通讯接口协议,实现与OTIS电梯控制系统的无缝连接。实时、准确获取扶梯运行数据,并从大量的数据中挖掘出紧急且有效的数据。

3)采用本地监控与远程监控相结合的方式,利用485总线在地铁的每个站点车控室建立本地电梯数据监测点,音视频数据也通过局域网提供给本车站的车控室,避免了地铁监控的重复建设,同时为应急处置的快速响应提供了技术支撑。

4)对扶梯进行整梯的功率监测,用于反映扶梯的负载情况。在扶梯负载达到拥挤的程度时,通过导向牌进行语音和文字的提醒,实现扶梯的主动分流。通过这种方式可以降低扶梯事故发生的几率,减少扶梯高负荷工作的时间,延长扶梯的使用寿命。


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