設(shè)計(jì)了一種基于智能視頻監(jiān)控可識(shí)別電梯（物）不安全狀態(tài)和轎廂內(nèi)人員異常行為新型電梯智能監(jiān)控系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案、框架圖。以視頻采集、傳輸、處理模塊、電源、CPU、通信、控制等模塊及三種服務(wù)器為主要功能部分構(gòu)建系統(tǒng)硬件平臺(tái)并給出了硬件詳細(xì)選型。

截至2013年底，我國(guó)電梯事故70起，事故起數(shù)和死亡人數(shù)分別占同期全國(guó)特種設(shè)備事故總數(shù)的30.82%、19.72%，其安全運(yùn)行得到社會(huì)各屆的關(guān)注。但在其使用、監(jiān)管、維保、維穩(wěn)安防等過程中弊端明顯，尤其對(duì)于人群的復(fù)雜公共場(chǎng)合，急需建立起通用的電梯不安全狀態(tài)和人員異常行為的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。

在這種情況下，從工程實(shí)際需求出發(fā)，基于智能視頻監(jiān)控（IntelligentVideoSurveillance，IVS）、IOT物聯(lián)網(wǎng)、視頻圖像數(shù)字處理技術(shù)等其他信息化手段打造人體特征提取、異常行為檢測(cè)、人數(shù)統(tǒng)計(jì)、電梯運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)視、故障監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程主動(dòng)控制、自動(dòng)報(bào)警和主動(dòng)救援等功能的中心服務(wù)器綜合監(jiān)測(cè)/控制平臺(tái)；降低電梯故障和異常行為人身安全事故發(fā)生率、提高處理效率并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、把人和物不安全狀態(tài)隱患消滅在萌芽中；打破國(guó)外廠商基于自身產(chǎn)品的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的壟斷，促進(jìn)監(jiān)控系統(tǒng)完全國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。

1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)概述

IVS電梯智能監(jiān)控技術(shù)是原控制系統(tǒng)的延伸和發(fā)展，主要包括的物的不安全狀態(tài)和人的異常行為主體（簡(jiǎn)稱物模塊和人模塊）的全天候遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制兩部分。其核心是在監(jiān)控中心B/S架構(gòu)信息化管理平臺(tái)上，實(shí)時(shí)掌握每一臺(tái)電梯獨(dú)立安裝的傳感器發(fā)回的運(yùn)行信息和轎內(nèi)人員實(shí)時(shí)視頻圖像，并在精確的組合算法解析下，識(shí)別物的不安全狀態(tài)和人的異常行為，實(shí)時(shí)報(bào)警、提前預(yù)警，并主動(dòng)采取相應(yīng)的保護(hù)措施，將傷害程度降到最低：一方面利用先驗(yàn)知識(shí)建立行為模型，用拉普拉斯分解和自適應(yīng)高斯混合模型背景建模，實(shí)現(xiàn)基于前景邊緣處理、人體特征提取、特征軌跡識(shí)別等技術(shù)的視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，采用復(fù)合算法，智能化識(shí)別人的突然摔倒、搶劫、暴力攻擊等異常行為并實(shí)現(xiàn)轎內(nèi)人數(shù)準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)；另一方面預(yù)測(cè)和排除潛在故障，以及在故障的第一時(shí)間，對(duì)故障進(jìn)行有效處理，實(shí)現(xiàn)典型故障監(jiān)測(cè)、困人主動(dòng)報(bào)警救援功能；同時(shí)也具備維保人員RFID射頻識(shí)別讀寫/維保管理；建立數(shù)據(jù)庫，保存數(shù)據(jù)流，以便查詢、統(tǒng)計(jì)和分析電梯、使用單位、電梯行業(yè)企業(yè)基本情況更好的服務(wù)于社會(huì)和人民群眾。

2監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

采用RS-485/232標(biāo)準(zhǔn)，敷設(shè)專線，設(shè)計(jì)開發(fā)服務(wù)器和前端機(jī)監(jiān)控軟件，通過監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)對(duì)各處電梯進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控；并擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換，將不同梯控制器信息代碼統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信息代碼，集中監(jiān)控不同廠家不同型號(hào)的電梯。并在采集器監(jiān)測(cè)各種運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)和故障信號(hào)時(shí)，設(shè)置輸入端子，提高故障檢測(cè)能力，實(shí)現(xiàn)故障診斷和故障預(yù)測(cè)[1-3]。

物系統(tǒng)模塊主要由采用CAN總線與電梯對(duì)接或信號(hào)狀態(tài)輸入的采集器(即遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)器)、將RS-485或者RS-422數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為TCP/IP數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、安裝配置軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器配置的配置終端、安裝監(jiān)控軟件的監(jiān)控服務(wù)器組成。對(duì)復(fù)雜公共場(chǎng)合電梯選用可擴(kuò)展性高、靈活性強(qiáng)、安全性及穩(wěn)定性好，能滿足各方面需求的微機(jī)控制；增加額外的接口電路實(shí)現(xiàn)對(duì)110V或220V的用電設(shè)備的直接控制。

人系統(tǒng)模塊選用ISO下屬的MPEG運(yùn)動(dòng)圖像專家組視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，選用HTTP/TCP協(xié)議傳輸控制信息、RTP/UDP協(xié)議傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的流媒體傳輸技術(shù)。模塊主要由轎內(nèi)監(jiān)視端、物業(yè)中央控制室、監(jiān)控中心和其他遠(yuǎn)程控制端組成。采用一體化云臺(tái)攝像機(jī)實(shí)時(shí)采集轎內(nèi)視頻信號(hào)，通過串口線RJ-45將信號(hào)送入選擇DSP芯片實(shí)現(xiàn)方式的DVS-7000網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器，實(shí)時(shí)壓縮編碼處理視頻圖像，完成視頻的復(fù)原；利用有線或無線網(wǎng)絡(luò)傳送到物業(yè)中央控制室的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)中心，中心調(diào)用復(fù)合算法通過結(jié)合人體形狀分析與視覺跟蹤來定位轎內(nèi)人體和分割出人體頭、手、軀干、腳各部分，建立人體外觀模型，識(shí)別各種異常行為并主動(dòng)報(bào)警，及發(fā)送相應(yīng)對(duì)策指令；并通過C#語言內(nèi)嵌SQL語言編程將視頻數(shù)據(jù)存貯在本地局域網(wǎng)C/S架構(gòu)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和WEB服務(wù)器中，通過B/S模式發(fā)送數(shù)據(jù)，監(jiān)控中心和其他遠(yuǎn)程客戶端通過瀏覽器掌握運(yùn)行狀態(tài)。

2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)開發(fā)實(shí)現(xiàn)通用化、模塊化、信息化、智能化，以保證各系統(tǒng)及其子系統(tǒng)的各功能的正常實(shí)現(xiàn)，保證可持續(xù)性開發(fā)需求；各程序高度模塊化，并具備可拓展的技術(shù)框架和標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)外接口，為與系統(tǒng)以外的應(yīng)用系統(tǒng)和二次開發(fā)預(yù)留接口。系統(tǒng)實(shí)施的平臺(tái)架構(gòu)[4-5]如圖1所示。

系統(tǒng)主要由監(jiān)控中心、通訊系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)/圖像采集、通訊裝置組成。1)監(jiān)控中心：是控制管理中心，由該中心向各檢測(cè)前端發(fā)布監(jiān)測(cè)及通訊命令、收集處理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、監(jiān)督或指揮設(shè)備的運(yùn)行狀況，并通過數(shù)據(jù)發(fā)布系統(tǒng)為前端提供信息服務(wù)。2)通訊系統(tǒng)：通訊系統(tǒng)包括有線通訊線路、通訊軟件等，數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)支持RS-232/RS-485數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。3)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、通訊裝置：CAN-BA采集電梯數(shù)據(jù)，BN-030QA/SE-C采集圖像，通過RS-232/RS-485通訊傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)模塊具體包括：數(shù)據(jù)采集傳輸模塊、系統(tǒng)安全保障模塊、中心控制模塊、數(shù)據(jù)庫平臺(tái)模塊、綜合信息管理平臺(tái)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)模塊。

圖1電梯物/人智能監(jiān)控系統(tǒng)框架圖

2.2系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)

復(fù)雜公共場(chǎng)合電梯安全第一、傳輸數(shù)據(jù)量大、實(shí)時(shí)性高、環(huán)境復(fù)雜、有強(qiáng)磁干擾，初選實(shí)時(shí)性強(qiáng)和可靠性高的有線聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)GPRS無線通訊。監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸是流量較小、點(diǎn)多分散、不連續(xù)[2]、頻繁和突發(fā)性，應(yīng)采用無線聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，需要在每臺(tái)電梯配置一臺(tái)GPRS數(shù)據(jù)傳輸終端，負(fù)責(zé)與監(jiān)控單元相互交換數(shù)據(jù)，控制監(jiān)控中心和轎廂的內(nèi)部通信。根據(jù)需要可雙線配置，由用戶選擇模式，未來應(yīng)以無線通信為主，有線通信為輔。

2.3系統(tǒng)功能

在不改變電梯原有結(jié)構(gòu)，不介入控制回路，不影響正常運(yùn)行狀態(tài)的前提下，采用獨(dú)立于電梯機(jī)電系統(tǒng)的一組傳感器和視頻圖像系統(tǒng)，用于監(jiān)測(cè)電梯運(yùn)行過程中必要的狀態(tài)信息和轎廂內(nèi)外人的異常行為。監(jiān)控系統(tǒng)包含物/人動(dòng)態(tài)狀態(tài)顯示、人體特征提取、異常行為檢測(cè)、人數(shù)統(tǒng)計(jì)、狀態(tài)轉(zhuǎn)換和故障代碼轉(zhuǎn)換、轎廂人員雙工語音對(duì)講、故障狀態(tài)判斷、自動(dòng)電話/短信報(bào)警、故障困人/異常行為主動(dòng)聲光報(bào)警、視頻/圖像/語音安撫、維保到場(chǎng)記錄、維保信息統(tǒng)計(jì)管理、檢測(cè)終端自備電源切換、狀態(tài)參數(shù)存儲(chǔ)、檔案信息、年檢信息統(tǒng)計(jì)管理、主動(dòng)式有針對(duì)性的電梯控制和視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控等主要服務(wù)功能。

3監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1電梯不安全狀態(tài)監(jiān)控模塊

硬件核心是電源、CPU、通信和控制四個(gè)模塊：電源模塊負(fù)責(zé)CAN-BA供電；CPU是控制中心，負(fù)責(zé)將采集的信息數(shù)據(jù)流發(fā)送至ThinkServerTD340服務(wù)器，同時(shí)處理來自上位機(jī)的用戶交互命令；通信模塊的CAN通訊負(fù)責(zé)將采集的差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU能識(shí)別的差模信號(hào)，MAX232/485通信負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸；控制模塊主要包括外部檢測(cè)模塊和繼電器輸出控制模塊，外部檢測(cè)模塊負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集運(yùn)行信息，繼電器輸出控制模塊負(fù)責(zé)在收到指令或發(fā)生地震等異常振動(dòng)時(shí)，及時(shí)控制電梯就近停層，先讓乘客安全出來，再停止運(yùn)行。各模塊之間關(guān)系如圖2所示。

圖2硬件模塊關(guān)系圖

電源模塊綜合考慮散熱、低功耗、小紋波、成本、接口耐壓值、線性穩(wěn)壓、引腳電壓匹配、穩(wěn)定性等要求，選擇開關(guān)式的LM2575。CPU選擇低功耗、高性能、與80C51引腳結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)兼容的COMS8位單片機(jī)AT89S52芯片，為嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供靈活、有效的解決方案。通信模塊主要包括：負(fù)責(zé)SJA1000初始化、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)的AT89S52、用于區(qū)域網(wǎng)絡(luò)控制的獨(dú)立CAN總線控制器的SJA1000、負(fù)責(zé)把差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成的差模信號(hào)發(fā)給CPU進(jìn)行后續(xù)操作的TJA1050和保證通信不會(huì)有雜波干擾的光電隔離器6N137的CAN通訊電路；為免受外界干擾，設(shè)計(jì)一個(gè)起濾波作用、并用萬用表驗(yàn)證導(dǎo)通與否、存在壓降的通訊隔離模塊；由MAX232通信和由6N137光電隔離器組成的光耦隔離電路串口通訊。系統(tǒng)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸，驅(qū)動(dòng)能力不足，且通信質(zhì)量差，因此需通過MAX232/485將TTL電平轉(zhuǎn)換成EAI適合的電平，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和PC機(jī)之間的通信。采用6N137將模擬電路及AD變換器和數(shù)字電路徹底隔離，以提高信噪比這一關(guān)鍵參數(shù)，抑制噪聲對(duì)模擬電路和AD電路的干擾。設(shè)計(jì)時(shí)需注意，6N137必須串接一個(gè)限流電阻、上拉一個(gè)電阻[5]?？刂颇K由三部分組成[4]：TLP620-4雙光耦是否導(dǎo)通實(shí)時(shí)檢測(cè)開關(guān)門、振動(dòng)、消防、超載等信號(hào)；使用光耦隔離阻止電流過大，用發(fā)光二極管提示；選用并聯(lián)限壓型瞬態(tài)電壓保護(hù)二極管TVS工作電路，控制浪涌電壓在安全值內(nèi)，并通過地線泄放。

3.2人員異常行為監(jiān)控模塊

選擇采用BN-030QA/SE-C云臺(tái)一體化攝像機(jī)；選擇具有超強(qiáng)抗死機(jī)性能，支持DC12V/AC24V輸出、鏡頭電機(jī)保護(hù)、自動(dòng)匹配控制協(xié)議等功能的BN-80013智能解碼器；通過其輸出端傳輸?shù)組PEG-4的DVS-7000視頻服務(wù)器中進(jìn)行編碼壓縮并發(fā)送；由物業(yè)監(jiān)控室數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)中心聯(lián)想ThinkServerTD340通過天線接收采集的視頻數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)發(fā)中心通過軟件來支持并存儲(chǔ)在TD340上；在組合復(fù)雜算法的處理下提取背景和人肢體模型并判斷異常行為主動(dòng)響應(yīng)；同時(shí)支持研華IPC-610H工控機(jī)觀察視頻圖像、回放歷史視頻，并可手動(dòng)控制云臺(tái)的動(dòng)作方向；傳輸控制信息選用HTTP/TCP協(xié)議、傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)選用RTP/UDP協(xié)議，監(jiān)控中心即可通過客戶端輸入網(wǎng)址，根據(jù)HTTP協(xié)議由聯(lián)想R680G7Web服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)向局域網(wǎng)中的聯(lián)想萬全T350數(shù)據(jù)庫服務(wù)器發(fā)出數(shù)據(jù)查詢、查詢優(yōu)化、多用戶存儲(chǔ)控制、更新、數(shù)據(jù)操縱等請(qǐng)求，并將響應(yīng)的結(jié)果返回客戶端。  

4電梯物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)一個(gè)人機(jī)實(shí)時(shí)互動(dòng)良好的系統(tǒng)尤為重要，Java運(yùn)行速度慢，運(yùn)行包大；VisualC++6.0對(duì)模板的支持比較差，編譯時(shí)容易出現(xiàn)假死狀態(tài)，并僅支持Windows操作系統(tǒng)但兼容性不好，可能發(fā)生cpp文件無法打開的現(xiàn)象；故最終選擇C++并加載可移植性強(qiáng)、支持跨平臺(tái)構(gòu)建、不依賴虛擬機(jī)制、很多算法可直接使用、性能強(qiáng)大、速度和性能優(yōu)勢(shì)明顯的開源軟件OpenCV搭建物/人智能監(jiān)控系統(tǒng)軟件平臺(tái)。

4.1軟件功能需求分析

軟件結(jié)構(gòu)功能模塊分為顯示層、數(shù)據(jù)處理層、數(shù)據(jù)收發(fā)層及輔助模塊。顯示層用于將數(shù)據(jù)處理層的解析數(shù)據(jù)顯示出來，并接收與用戶交互命令，向下層傳輸。包括監(jiān)控界面、用戶交互、用戶動(dòng)作解釋、數(shù)據(jù)顯示。數(shù)據(jù)處理層用于解析來自數(shù)據(jù)收發(fā)層的數(shù)據(jù)，并保存異常數(shù)據(jù)，同時(shí)將解析后的數(shù)據(jù)送到顯示層作為顯示參數(shù)，并提供數(shù)據(jù)庫讀寫驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)配置、分析等數(shù)據(jù)處理功能。包括數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)庫讀寫驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)配置、數(shù)據(jù)校驗(yàn)等。數(shù)據(jù)收發(fā)層用于獲取采集器監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，同時(shí)也將數(shù)據(jù)處理層的數(shù)據(jù)發(fā)送到采集器。包括接口類型配置、數(shù)據(jù)讀寫、數(shù)據(jù)校驗(yàn)。輔助模塊[1]包括單梯顯示、數(shù)據(jù)導(dǎo)出、信息配置、信息查詢、圖標(biāo)設(shè)置、圖標(biāo)排序、電梯臺(tái)數(shù)設(shè)置、軟件主界面設(shè)置、通信串口、控制繼電器、警告窗口、初始化窗口等功能。

4.2軟件工作流程

具體流程是系統(tǒng)啟動(dòng)后：一，調(diào)用用戶管理模塊，選擇登陸方式；二，程序初始化，以獲取電梯編號(hào)、接口類型、視頻采集窗口、端口號(hào)和網(wǎng)絡(luò)IP；三，判斷數(shù)據(jù)傳輸方式必要時(shí)初始化串口，另設(shè)置參數(shù)，捕獲當(dāng)前視頻幀數(shù)據(jù)信息；四，設(shè)置ROI開放接口，確認(rèn)串/網(wǎng)口發(fā)送C180FF，電梯回復(fù)一個(gè)數(shù)據(jù)流；五，作差并提取前緣背景，另判斷是否收到數(shù)據(jù)流，若無，心跳算法判斷是否在線，不在線即通知人員檢修，在線就重新發(fā)送詢問數(shù)據(jù)；六，對(duì)背景邊緣采取銳化降噪措施，調(diào)用算法建立合適的模型并處理，同時(shí)讀取串/網(wǎng)口數(shù)據(jù)，判斷首字節(jié)是否為正確的電梯編號(hào)，不正確重新C180FF；七，正確校驗(yàn)數(shù)據(jù)是否正確，即校驗(yàn)數(shù)據(jù)和是否等于FFH、校驗(yàn)是否超過設(shè)定動(dòng)能和人數(shù)闕值；八，解析電梯和人體模型、人數(shù)計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)，同時(shí)保存到軟件日志；九，檢查有無故障和異常狀況，有即將信息顯示在聲光報(bào)警窗口，并通知人員檢修，無故障和異常時(shí)可將解析后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤@示層作為顯示參數(shù)，最后顯示層將數(shù)據(jù)處理層的解析數(shù)據(jù)顯示出來。

把電梯發(fā)送回來的數(shù)據(jù)流傳輸?shù)斤@示層，進(jìn)行顯示，形象直觀的把電梯信息反饋給用戶。與此同時(shí)，用戶可進(jìn)行相關(guān)電梯操作。首先，把用戶指令進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，再通過數(shù)據(jù)收發(fā)送到下位機(jī)，通過CAN-BA數(shù)據(jù)釆集器的CPU進(jìn)行處理，控制電梯進(jìn)行正確操作。

5結(jié)語

在深入復(fù)雜公共場(chǎng)所和研究電梯監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，分析設(shè)計(jì)功能，結(jié)合通訊、結(jié)構(gòu)等確定系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)系統(tǒng)架構(gòu)和邏輯流程；按照物的不安全狀態(tài)和人的異常行為兩大主體設(shè)計(jì)了系統(tǒng)硬件并構(gòu)建系統(tǒng)運(yùn)行平臺(tái)，給出了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖和相關(guān)硬件的詳細(xì)選型。以B/S、Qt結(jié)合為基礎(chǔ)，模塊化設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用軟件，并設(shè)計(jì)了系統(tǒng)對(duì)視頻圖像、異常行為和電梯不安全狀態(tài)檢測(cè)分析采用詳細(xì)工作流程。目前已初步完成實(shí)驗(yàn)室功能測(cè)試、性能測(cè)試，下一步的主要工作是完善異常行為檢測(cè)模塊及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安裝、調(diào)試、系統(tǒng)試運(yùn)行測(cè)試、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)和運(yùn)轉(zhuǎn)。