非接触式智能电梯系统的研究

骆羽 胡国伟 黄鑫丽 黎凤媚 梁山 张和思 潘攀

摘 要：文章分析了智能电梯的新需求，提出了非接触智能电梯系统架构，设计了具有AI语音、电容式非接触按键、红外数字测温杀菌消毒装置、AI人脸识别、手机App电梯预约提醒等多功能的模块，让电梯更安全、更智能，会思考、有温度是发展趋势。

关键词：非接触式智能电梯;AI语音;AI人脸识别;电梯预约

0 引言

1900年，上海购买了2台电梯[1]。随着我国城镇化的高速发展，高层建筑越来越多。我国电梯保有量、年产量和新增量均为世界第一，预计到2023年将突破千万台。无论是在大型商场、居民小区、医院等公共场所，我国每天有超过2亿人乘坐公共电梯。电梯空间小、乘客多，具有人群密集、流动性大、健康和非健康个体混杂等特点，特别是被频繁使用的电梯按钮，存在交叉感染病毒的巨大隐患。由此产生的卫生健康问题也深受社会关注，解决电梯按钮交叉污染已经是当务之急。

电梯智能化引领我国电梯技术全面提升，电梯与物联网技术有效结合，强化电梯技术等几方面的未来发展趋势[2]。在互联网时代，人工智能、大数据等新兴技术蓬勃发展，通过技术的方式规避电梯内的病毒传播风险成了人们关注的方向，也是非接触式新型智能电梯方案推出的一个核心原因。本项目旨在建立一个提供给乘客安全，便利的电梯环境，由于公共场所电梯相对封闭的环境和狭小的空间很容易传播病毒，传统电梯的接触式按键更被视为接触传染的途径之一。而非接触新型智能控制电梯，通过电容式非接触按键和智能AI语音，乘客搭乘全程无须触碰电梯按键。让电梯变得“会思考，有温度，更安全，更智能”，从而真正实现了智能时代的理念。

1 智能电梯需求分析

为了防止传统电梯按钮交叉污染，接触式常见的有通过物理方式，增设物理杀菌结构，如医学常用高温消毒、紫外灯光照杀菌和辐照灭菌等给电梯按钮消毒的，如日立电梯公司申请的名称为“带消毒功能的电梯按钮”的发明专利，通过微型杀菌灯给电梯按钮实施杀菌。也有通过化学方式，用有效灭活病毒和细菌的材料制造电梯按钮，或增设化学杀菌装置，通过自动喷洒消毒液实现对电梯按钮自动进行杀菌消毒。如康达电梯公司申请的专利“电梯按键消毒装置”。这类接触式的电梯局限性很明显，难以满足人民对美好生活的向往。

电梯属于特种安全设备，必须满足国家标准。电梯系统的低压设备要求严格遵守GB14048.1—2006，电气安全标准GB7588—2003（2015）。电梯与互联网的应用接口开始普及，乘客对电梯的更智能更安全的需求与日俱增。如今的电梯系统不单单只是满足基本的运载功能。人脸识别技术也正在逐渐取代电梯的IC看梯控系统[3]。因此，研发一套基于高性能处理器的非接触是智能电梯系统，市场空间巨大。

2 非接触式智能电梯系统设计

本文旨在设计能够进行AI人脸识别、人体红外数字测温、自动紫外线消毒的非接触式智能电梯系统。可极大减少病毒的传播，让电梯变成真正的“抗疫电梯”和安全电梯。AI语音可实现“全程零接触”的人工智能对话搭乘电梯，将门禁、访客、通道等多个系统与电梯系统进行联动融合，采用智能识别技术快速识别用户身份并调度就近电梯前往用户所在楼层。用户乘坐先达电梯，电梯自动点亮并将用户送达目的楼层，用户全程无须手动操作，无感通行。通过手机App、小程序、手机蓝牙等方式实现远程呼叫电梯、自动点亮目的楼层，解决传统电梯的身体接触、长时间等待、陌生人使用等问题。

静脉识别是一种新兴的红外生物识别技术，它是根据静脉血液中脱氧血色素吸收近红外线或人体辐射远红外线的特性，用相应波长范围的红外相机摄取手背（或指背、指腹、手掌、手腕）的静脉分布图，通过归一化、去噪等预处理后进行滤波增强与静脉纹路分割、细化修复，然后提取其特征[4-5]，再与预先注册到数据库特征数据进行匹配以确定个人身份。使用时，只需要将手背或手指靠近感应设备即可实现按钮操作。非接触式智能电梯系统架构有3层，分别是驱动设备层、操作系统层、应用软件层。非接触式智能电梯系统架构如图1所示。

3 非接触式智能电梯模块设计

3.1 AI语音“全程零接触”搭乘电梯

AI语音的运行方式为自动语音识别、自然语言理解、自然语言生成、文字转音。用户站在电梯口，无须按键，一句话“上楼、下楼”就可以实现电梯呼叫。进入电梯后，无须再点击楼层按钮，只需要一句话AI语音就可以准确语音识别用户的楼层指令，同时配合自然清晰的语音提醒，从而达到人机交流的效果，老人、儿童、行动不便的人士都可以一用即会，轻松无障碍。

3.2 基于电容式非接触按键的非接触式按键

按键电容式非接触式按键，是一种无须与电梯按键部件接触，不以按压的方式进行操作。当物体接近电梯按键的感应面时，无须机械接触及施加任何压力即可完成开关动作。非接触按键连接微处理器工作，微处理器在工作时会循环扫描按键阵列，当电梯按键感应面感应动作时，会把键值发送给微处理器提供控制指令，判断是哪个按键被按下，并输出楼层数。

3.3 红外数字测温杀菌消毒装置

红外摄像仪可自动追踪检测进入电梯人员，当AI数字红外测温系统检测到个人疑似發热症状时，会自动语音报警提醒疑似人员，提示保安人员，并快速找到并追踪体温较高的人员，记录下疑似者人脸样貌信息。电梯杀菌消毒装置在电梯使用期间通过紫外线循环风空气消毒，每天对电梯定时消毒。晚上无人使用电梯的时，电梯进行全面消毒。

3.4 AI人脸识别+动作识别系统

利用人脸识别实现电梯控制。用户通过人脸识别设备，通过刷脸即可实现开门、呼梯、自动点亮目的楼层，无须携带任何卡、手机等物品，自在通行。通过对人脸预处理，特征提取，对进入电梯人员进行面部扫描分析，记录面部信息，对比前期录入的人员面部信息，将陌生人员进行记忆标记。图像识别电梯内是否存在老人、小孩、危险物品。当发现电梯内乘客出现不正常行为，如：摔倒、抢劫、犯病身体不适等情况，智能分析触发电梯安全应急装置，报警和通知保安部门，以加快对电梯内人员的施救。

3.5 手机App电梯预约提醒

电梯预约，用户可通过手机App，实现室内可视化预约呼梯，将电梯呼到用户所在楼层。App可获取电梯GPS定位信息，实时查询查看所选电梯当前所在层数。显示电梯内的人数，App可分析电梯控制器信息和此时电梯内的已选楼层信息，智能分析电梯从当前位置到达用户预约提醒楼层所需要的时间。当即将到达预约好的层数时，App提醒电梯即将到达。

4 结语

本文根据目前传统电梯技术和电梯市场存在的问题，对非接触式智能电梯系统集成设计展开了研究。非接触式智能电梯主要融合了人工智能、大数据、5G移动通信与物联网等技术。随着社会、科技的发展，智能电梯系统也将不断地向前进步。

[参考文献]

[1]李向阳，王瑞洁，陆宏伟.试论中国电梯产业的3次创新平台跃升[J].中国电梯，2021（2）：18-24.

[2]郝飞.中国电梯行业的技术发展趋势研究[J].设备监理，2019（11）：61-62.

[3]朱河.人脸识别在电梯中应用的研究[J].中国电梯，2019（17）：17-18.

[4]WANG L Y，LEEDHAM G.Near- and far- infrared imaging for vein pattern biometrics[C].Sydney：Proceeding of the IEEE International Confer- ence on Video and Signal Based Surveillance，2006：52.

[5]CRISAN S，TARNOVAN I G，CRISAN T E.A low cost vein detection sys- tem using near infrared radiation[C].San Diego：IEEE Sensors Applications Symposium，2007：1- 6.

（编辑 何 琳）