自動扶梯和自動人行道自動救援安全監控系統及其裝置—— 智能電梯產品系統化介紹（七）

       編者按：在扶梯正常運行中，當梳齒板被異物卡阻崩裂、或某一梯級因質量問題“爆梯”、或梯級缺失及塌陷時，扶梯不一定會自動停止。若扶梯繼續運行將會引發重大設備與人身事故。顯然，可選配智能傳感器等措施解決此類問題。

　　扶梯是一個具有動態而非封閉的載人設備，當小孩及大人在運行扶梯上故意逆向行走或奔跑；或站在扶梯內、外蓋板上，趴著扶手帶向上、向下滑行。此類狀況可通過人工智能技術數字化處理，讓扶梯自動停止、報警及故障顯示。

　　一、 問題地提出

　　自動扶梯作為城市公共立體交通運輸設備，與人們的生活和工作密不可分。在全國各地都有乘客被夾自動扶梯梳齒板等安全事件時有發生；或進一步導致其傷亡事故地發生。可見，每次傷亡事故深深地觸動了公眾對電梯安全的敏感神經，且困擾著人們安全出行及外出辦事。

　　因扶梯等屬于敞開式公共交通工具，在乘坐扶梯時乘客稍不注意易受到傷害，故出現的夾人等安全事件及事故的發生，幾乎每月都有類似問題出現，因扶梯的使用量太大且廣泛。當然，對于公共交通設備均存在電梯管理、乘客素質及宣傳教育等問題。由此，將扶梯安全方面存在的主要問題歸納如下幾點：

　　1. 對于乘客被夾自動扶梯等而言，常識應該更重要：對于不了解扶梯工作原理的乘客而言，如強行攀爬扶梯，人容易跌入地面；人被夾梳齒板時，大樓管理人員及乘客應及時相救，第一時間按下扶梯停止按鈕，等待被救援；還可用手機或其他緊急救援措施對外聯絡求救。

　　2. 近年來，國內發生多起由于管理人員救援不及時，或乘客使用不當造成扶梯被夾等傷亡案例時有發生，如果大家對救援過程的危險有一個比較清晰的認識，這些悲劇是可以避免！

　　3. 發現并預警潛在的風險，應成為當前監管部門和維保單位及第三方檢驗機構在加強對扶梯維保與檢驗工作監管之余；還需要通過不斷地安全乘梯宣傳及自救方法。

　　4. 對于電梯行業工程技術人員來說，扶梯等造成人員摔倒或被夾等安全問題，應有責任與義務展開分析及解決；應利用當前各類新興技術的不斷涌現，進一步改進其安全結構及增加相應自動救援方法。

　　二、方案地抉擇

　　綜上所述，將其運行現場有可能出現的相關故障或安全問題，并目前也沒有完善地解決好，則對其相應問題逐一提出與分析。

　　1．當乘客乘梯運行時，如不注意，易被正處在上行或下行梯級之間夾住衣物及軟性物件等；或不注意靠近此處梯級兩端的圍裙板時，可能衣褲等被夾圍裙板而跌倒。

　　2. 因梳齒板斷齒或相關間隙變大，當扶梯在運行中乘客不注意時，則腳或衣褲可能被夾梳齒板而跌倒。

　　3．當圍裙板與梯級在上、下端站，位于梳齒板附近（約200mm長）時，因此處無毛刷防護裝置。當出現圍裙板與梯級端間隙過大時，則扶梯在運行中乘客擁擠時，腳或衣褲易被夾入此處圍裙板與梯級端。

　　4．扶梯在人流密集地向上運行中，當動力驅動鏈突然斷開；或電氣控制系統等原因，致扶梯向下逆轉而將引發重大安全事故。

　　5．扶梯在運行中，當某個梯級滾輪脫膠或支架蓋斷裂時，突發梯級塌陷故障而扶梯未停止運行。

　　6．扶梯在運行中，因梯級踏板疲勞破裂；或受外力擠壓，致引發“爆梯”現象而扶梯未停止運行。

　　7．扶梯在運行中，突然出現扶手帶驅動裝置故障，使扶手帶運行急劇減速或在短時間內降速達15%時，極易誘發乘客摔倒或擠壓安全事故。

　　8．在正常運行過程中，因扶梯電氣開關及控制系統等故障原因，致其緊急制動停止，導致乘客不注意摔倒在梯級上，將受到沖擊或磕碰受傷。

　　9．乘客或小孩在運行中扶梯上玩耍，故意逆向行走或奔跑，易誘發相關安全事故。

　　10．乘客或小孩故意攀爬在運行中的扶手帶上；或站扶梯的內外蓋板上，趴著扶手帶向上或向下攀登，易誘發相應安全事故。

　　11．當乘客攜帶小狗及小孩乘坐扶梯，如未抱起或不注意時，易誘發小孩摔倒或小狗被夾運行中的梯級間而發生安全事故。

　　12．當乘客攜帶嬰兒車乘坐扶梯時，未將人車提起來時，易誘發相關安全事故。

　　13．當乘客攜帶大件物品乘坐扶梯，以及人員又擁擠時，在扶梯出入口，易出現扶手護板損壞或扶手玻璃破裂的設備事故。

　　14．扶梯在正常運行中，乘客不小心摔倒在梯級上，而扶梯旁邊無人，且扶梯未停止運行。

　　15. 梯級缺失保護裝置盡管早已配置，現仍出現其偶發性安全事故，解決辦法參見本研究機構發明專利號：202210163317.1。

　　為便于逐一分析和制定處理上述14個方面的故障或問題時，則按其解決方法及故障發生的方式，將其分成四個方面的故障類型：

　　a. 故障1、2、3為夾人事故故障類型(A類)；

　　b. 故障4、5、6、7為運行方面故障類型（B類）；

　　c. 故障9、10、11、12、13為違章事件故障類型（C類）；

　　d. 故障8、14為意外事件故障類型（D類）。

　　

　　三、結構與方案                              

　　綜上所述，本方案將依據上述歸納的扶梯四個方面故障類型，針對乘客被夾或摔倒等狀態及相關違章事件隱患，利用物聯網技術及5G（含北斗地基增強型系統）通信等相關新興技術，提出和解決上述提及的諸多安全問題，以及有效降低扶梯安全風險與社會管理成本。

　　在扶梯現有結構基礎上，增加序號11為梳齒板防夾電控裝置、序號12為梯級與圍裙板防夾電控裝置、扶梯檢修側激光檢測監控裝置、人群攝像監控裝置、序號13為網聯控制器及虛擬主機、序號10為出入口操作裝置以及其它控制系統（詳見專利號：202210163317.1）組成的扶梯自動救援安全監控系統。扶梯人群攝像監控裝置既可懸掛在扶梯乘客側上部，也可布置在扶梯的側面。如扶梯整體長度過長，則分別在兩端各裝配一個。而扶梯激光檢測監控裝置安裝在檢修側內部，分兩部分，一部分覆蓋在上部乘客側斜直線段梯級下部，而重點監控梯級軸的異動及運行時正反轉。另一部分覆蓋在檢修側扶手帶上，重點監測扶手帶的運行速度及其磨損狀態，詳見圖1所示的序號5及6。它具有兩個功能，一是對扶手帶的實際運行速度進行動態監控，以防其運行時，因扶手帶驅動裝置突然發生故障導致扶手帶減速。另一點是探測檢修側內部重要零部件的意外位移或損壞，如滾輪脫膠及開裂等機械故障。對于梳齒板防夾電控裝置設置兩套，分別安裝在上、下端部梳齒支撐板前端處，見圖2所示。即當扶梯運行時，梳齒板處于夾人或夾物狀態，使梳齒板序號1受到擠壓力的作用，推動梳齒板和梳齒支撐板序號3呈現向上翻轉、向前移動或左右擠壓的狀態。此時，其中梳齒板被迫向上動作，致序號2壓電傳感器受壓及其它力作用下，使其產生一臨界安全閾值（通常在22kgf區間）的電信號，通過智能識別系統與控制器等，使電機及附加制動器直接斷電急停

　　扶梯。梯級與圍裙板防夾電控裝置布局四對，分別為序號11（見圖1）安裝在上、下梳齒板附近，兩側圍裙板內壁上兩對；另外兩對分別為序號12（見圖1）安裝在上、下圓弧段圍裙板內壁上，具體結構詳見圖3所示。

　　即當扶梯運行時，如梯級與圍裙板間隙變大或乘客乘梯不注意，靠近此處梯級端部的圍裙板時，可能腳或衣褲被夾入圍裙板。此時，異物或梯級的另一端部擠壓圍裙板上的導流板序號1，致壓力傳感器序號4受壓，致使其產生一臨界數值（閾值）的電信號，通過智能識別系統與控制器等，使電機及附加制動器直接斷電急停扶梯。并其上LED燈序號7被點燃而閃爍。扶梯出入口操作裝置（圖1中序號10）增配對外求救按鈕、蜂鳴器、檢修操作裝置，以及故障顯示和語音提示裝置。運用北斗地基增強型與5G通訊系統，由操作系統（OS）將相關處理好的數字化信息、數據、圖像，以及安全與維修信息及時傳輸到城市電梯運營遠程安全生態監控系統（平臺）上。

　　由此，則針對上面總結的四個方面故障類型，進行其類型逐一分析，乘客應如何配合使用、被夾乘客與相關人員自動救援的安全方案及其相關處置過程。

　　上述方案實施過程及運作方法如下：

　　1. 當扶梯在正常運行過程中，乘客行為無異動或正常出入上、下端出入口時，在扶梯自動救援安全監控系統中，智能識別系統顯示為正常，其出入口操作裝置序號10也顯示正常運行。

　　當有物體或乘客腳被夾在梳齒板與運行的梯級之間，使梳齒板序號1受到擠壓力的作用，推動梳齒板和梳齒支撐板序號3呈現向上翻轉、向前移動或左右擠壓的狀態。此時，其中梳齒板被迫向上動作，致序號2壓電傳感器受壓及其它力作用下，使其產生一臨界安全閾值（在22kgf區間）的電信號，故產生的電信號輸入虛擬主機進行邊緣計算。同時通過人群攝像監控裝置中攝像頭將相關物件位置或人體動作，經過其邏輯運算與數據及圖像對比驗證，則判斷此類故障屬于A類故障中第2項。又當壓電傳感器受到外力或梯級橫向碰撞時，也會推動其傳感器壓力增大，則產生的電信號輸入虛擬主機進行邊緣計算。此時，若人群攝像監控裝置中攝像頭將相關物件位置或人體動作，經過其邏輯運算與數據及圖像對比，沒有其故障顯現時，則扶梯運行不會停止，只有其上梳齒板處指示燈燈光閃爍。

　　當有物體或乘客腳被夾在圍裙板與運行的梯級之間，使其上導流塊受壓推動壓力傳感器壓力增大，故產生的電信號輸入虛擬主機進行邊緣計算。同時通過人群攝像監控裝置中攝像頭將相關物件位置或人體動作，經過其邏輯運算與數據及圖像對比驗證，則判斷此類故障屬于A類故障中第1、3項。又當導流塊受到外力或梯級橫向碰撞時，也會推動其壓力傳感器壓力增大，則產生的電信號輸入虛擬主機進行邊緣計算。此時，若人群攝像監控裝置中攝像頭將相關物件位置或人體動作，經過其邏輯運算與數據及圖像對比，沒有其故障顯現時，扶梯運行不會停止，只有其上LED燈光閃爍。

　　由此，上述A類故障發生后通過操作系統，啟動其自動救援安全監控系統使扶梯緊急自動停止運行；其出入口操作裝置中蜂鳴器鳴叫；還有其故障顯示。并將故障信息由控制器發至相關設備控制終端，以及通知大樓管理員或維保人員現場及時處置。

　　2. 當扶梯在正常運行過程中，乘客行為無異動或正常出入上、下端出入口時，在扶梯自動救援安全監控系統中，智能識別系統顯示為正常，其出入口操作裝置也顯示其正常運行。

　　當扶梯出現B類故障中第5、6項故障時，即由檢修側激光檢測裝置探測到梯級塌陷或踏板破裂狀態，將此等信息輸入虛擬主機，通過其邊緣計算與正常運行時圖像比對。同時由人群攝像監控裝置中攝像頭將乘客側相關梯級等零部件的損傷狀態，通過其邏輯運算與數據及圖像對比驗證，則判斷扶梯出現的運行故障為B類中的第5、6項。

　　當扶梯在向上運行中，因動力驅動鏈斷開；或電氣系統等原因，扶梯向下逆轉時，通過與扶梯本身的防逆轉裝置的識別，則扶梯出現的運行故障為B類中的第4項。同時，當激光測距監控裝置通過對梯級軸的異動及反轉狀態，經過虛擬主機，通過其邏輯運算與正常運行時的數據比對驗證，則判斷扶梯出現的運行故障為B類中的第4項。

　　又當扶梯在運行中，突然出現扶手帶驅動裝置故障，使扶手帶運行急劇減速達到15%閾值(時間在5秒間隔)時，由激光測距裝置探測到扶手帶的運行速度值，輸入虛擬主機，通過其邊緣計算與正常運行時數值比對。同時，通過與扶梯本身的扶手帶簡易測速裝置輸出的數值（或信號），經過其邏輯運算與之對比驗證，則判斷扶梯出現的運行故障為B類中的第7項故障。

　　由此，上述B類故障發生后通過操作系統，啟動其自動救援安全監控系統使扶梯緊急自動停止運行；其出入口操作裝置中蜂鳴器鳴叫；還有故障顯示。并將故障信息由控制器發至相關設備控制終端，以及通知大樓管理員或維保人員現場及時處置。

　　3. 當扶梯在正常運行過程中，乘客行為無異動或正常出入上、下端出入口時，在扶梯自動救援安全監控系統中，智能識別系統顯示為正常，其出入口操作裝置也顯示其正常運行。

　　對于扶梯出現第三項違章事件故障類型狀態前，應將其現場模擬狀態和大量現場相關電子檔案圖片資料，存儲到云計算及大數據中。當人群攝像監控裝置中攝像頭將相關位置及人體等信息輸入虛擬主機進行邊緣計算，通過其邏輯運算與云計算及大數據中圖像對比，則直接判斷扶梯處于違章事件故障類型C類。又當檢測到第10、11、12項狀態而未出現問題時，此時，其出入口操作裝置中蜂鳴器鳴叫、語音提示，并不停機。

　　又當檢測到C類中的第13項故障發生時，即在扶梯出入口，出現扶手護板損壞或扶手玻璃破裂的設備故障。由攝像頭將相關零部件位置及異動等圖像信息及代碼輸入虛擬主機，通過其邏輯運算與正常運行時圖像對比；則直接判斷扶梯出現第13項故障已發生。

　　由此，上述C類故障發生后通過操作系統，啟動其自動救援安全監控系統使扶梯緊急自動停止運行；其出入口操作裝置中蜂鳴器鳴叫；還有故障顯示。并將故障信息由控制器發至相關設備控制終端，以及通知大樓管理員或維保人員現場及時處置。

　　4.當扶梯在正常運行過程中，乘客行為無異動或正常出入上、下端出入口時，在扶梯自動救援安全監控系統中，智能識別系統顯示為正常，其出入口操作裝置也顯示其正常運行。

　　當扶梯出現為第四項意外事件故障類型時，即在正常運行過程時，因扶梯電氣開關及控制系統等故障原因，將會緊急制動停止，導致乘客不注意摔倒在梯級上。此時，先由人群攝像監控裝置中攝像頭將相關位置及人體等信息輸入虛擬主機進行邊緣計算，并將相關物件位置及人體動作通過其邏輯運算與大數據中圖像對比。同時，通過配置的扶梯可編程電子安全相關系統進行驗證，則判斷扶梯處于D類故障中第8項。此時，扶梯自動減速（≤0.3m/s或≤0.6gn）停止運行。此時，通過操作系統，啟動其自動救援安全監控系統，其出入口操作裝置中蜂鳴器鳴叫；還有故障顯示和語音提示。并將故障信息由控制器發至相關設備控制終端，以及通知大樓管理員或維保人員現場及時處置。

　　又當扶梯在正常運行中，乘客不小心摔倒在梯級上，而扶梯旁邊無人，且扶梯未停止的狀況出現時，則通過人群攝像監控裝置中攝像頭將相關位置或人體動作，經過其邏輯運算與數據及圖像對比，則直接判斷此類故障屬于D類故障中第14項。此時，通過操作系統，啟動其自動救援安全監控系統使扶梯緊急自動停止運行；其出入口操作裝置中蜂鳴器鳴叫；還有故障顯示和語音提示。并將故障信息由控制器發至相關設備控制終端，以及通知大樓管理員或維保人員現場及時處置。

　　5，進一步的通過操作系統（OS），當啟動其自動救援安全監控系統使扶梯緊急自動停止運行時，其緊急自動停止運行是指：不但驅動主機制動器抱閘制動，而且主軸上附加制動器也緊急制動到位，防止扶梯夾人等故障（第1～6及13項）后，梯級仍然緩慢移動，使乘客加大傷害及設備的損傷進一步加劇。

　　由上，當智能識別系統診斷為上述14種故障或問題時，此時，一方面操作系統下達啟動扶梯自動救援安全監控系統運行；另一方面在出入口操作裝置上顯示其故障原因。并通過扶梯遠程安全生態系統進入人工《電梯困人應急救援預案》模式，將相關信息由控制器發至相關設備控制終端。同時，當故障轉變為安全事故時，大樓管理員或維保人員可與被夾等人員，展開人工手機對外聯絡互動機制，啟動被夾人員等安撫語音提示及求救按鈕，下一步等待人工救援。

　　6. 本方案為扶梯相關運行系統（裝置）設置有諸多傳感器（如激光傳感器、壓電傳感器、壓力傳感器、攝像元器件及操作芯片等），利用北斗地基增強型與5G通訊系統及大數據等，運用人工智能技術、嵌入式技術、激光技術以及人臉識別原理，對扶梯運行時人或物體所處狀態與位置、上下端出入口人群狀態、牽引鏈與扶手帶運行狀態以及梯級運行狀況等，將其相關信息、圖像與虛擬主機在大數據下，進行邊緣計算及對比，能夠通過識別系統在動態感知下，確診扶梯處于何種工作狀態及故障類型等。同時，操作系統將相關處理好的數字化信息、數據、圖像，以及安全與維修信息及時傳輸到電梯運營遠程安全生態監控系統（平臺）上，如上圖4所示。

　　四、要點與總結

　　本方案在于系統而全面地解決了我國扶梯夾人救援等窘況和解除了乘客被夾或摔倒等緊張心理狀態及擔憂之情；另一方面以人工智能等方法，完善與確保乘客等人員在乘梯過程中不同工況下，防止或化解人身安全事故及設備損傷等事件地進一步地發生。同時，將電梯維保人員和管理人員工作量最大限度地降低；并讓政府的電梯安全監管工作做到有據可查，及時而     圖4 扶梯自動救援安全監控系統網絡圖

　　有效地處于動態監管模式。可見，使乘客在使用扶梯等過程中，確保其安全運營而棘手的問題變得輕而易舉，且有效化解。

　　因此，本方案不僅提升了扶梯等設備安全運行地可靠性，從而使乘客乘梯的安全風險大大降低。又因本方案通過5G等通訊軟件自動聯入電梯運營遠程安全生態監控系統終端。這樣，既方便各級管理人員監管，又能第一時間得到救援人員或維修人員的響應及處理。而關鍵一點在于當扶梯等運營過程中，乘客的各種安全問題得到智能化處理或動態管制時，網聯驅動與控制進入電梯遠程監控安全生態管理平臺將成為可能。只有這樣，才能確保我國扶梯等安全事故率至少下降九成以上；并使其運行安全指數滿足其電子安全功能（PE系統）中的安全完整性等級要求不低于SIL2。讓我國老百姓生活質量及幸福感大幅度提升，真正體現我們政府監管工作“生命至上”的理念，又實現了人和設備與自然三者的和諧統一。

　　本方案已申報國家發明專利。其發明專利號為：202111116619.5。

　　和眾電梯系統技術研究團隊

　　2024年12月1日整理于佛山