自动扶梯和自动人行道自动救援安全监控系统及其装置—— 智能电梯产品系统化介绍（七）

       编者按：在扶梯正常运行中，当梳齿板被异物卡阻崩裂、或某一梯级因质量问题“爆梯”、或梯级缺失及塌陷时，扶梯不一定会自动停止。若扶梯继续运行将会引发重大设备与人身事故。显然，可选配智能传感器等措施解决此类问题。

　　扶梯是一个具有动态而非封闭的载人设备，当小孩及大人在运行扶梯上故意逆向行走或奔跑；或站在扶梯内、外盖板上，趴着扶手带向上、向下滑行。此类状况可通过人工智能技术数字化处理，让扶梯自动停止、报警及故障显示。

　　一、 问题地提出

　　自动扶梯作为城市公共立体交通运输设备，与人们的生活和工作密不可分。在全国各地都有乘客被夹自动扶梯梳齿板等安全事件时有发生；或进一步导致其伤亡事故地发生。可见，每次伤亡事故深深地触动了公众对电梯安全的敏感神经，且困扰着人们安全出行及外出办事。

　　因扶梯等属于敞开式公共交通工具，在乘坐扶梯时乘客稍不注意易受到伤害，故出现的夹人等安全事件及事故的发生，几乎每月都有类似问题出现，因扶梯的使用量太大且广泛。当然，对于公共交通设备均存在电梯管理、乘客素质及宣传教育等问题。由此，将扶梯安全方面存在的主要问题归纳如下几点：

　　1. 对于乘客被夹自动扶梯等而言，常识应该更重要：对于不了解扶梯工作原理的乘客而言，如强行攀爬扶梯，人容易跌入地面；人被夹梳齿板时，大楼管理人员及乘客应及时相救，第一时间按下扶梯停止按钮，等待被救援；还可用手机或其他紧急救援措施对外联络求救。

　　2. 近年来，国内发生多起因管理人员救援不及时，或乘客使用不当而导致扶梯夹人等伤亡案例。若能让乘客对扶梯正确使用方法有清晰了解，让管理人员对救援流程及要点熟练掌握，这些悲剧便能避免。

　　3. 发现并预警潜在的风险，应成为当前监管部门和维保单位及第三方检验机构在加强对扶梯维保与检验工作监管之余；还需要通过不断地安全乘梯宣传及自救方法。

　　4. 对于电梯行业工程技术人员来说，扶梯等造成人员摔倒或被夹等安全问题，应有责任与义务展开分析及解决；应利用当前各类新兴技术的不断涌现，进一步改进其安全结构及增加相应自动救援方法。

　　二、方案地抉择

　　综上所述，将其运行现场有可能出现的相关故障或安全问题，并目前也没有完善地解决好，则对其相应问题逐一提出与分析。

　　1．当乘客乘梯运行时，如不注意，易被正处在上行或下行梯级之间夹住衣物及软性物件等；或不注意靠近此处梯级两端的围裙板时，可能衣裤等被夹围裙板而跌倒。

　　2. 因梳齿板断齿或相关间隙变大，当扶梯在运行中乘客不注意时，则脚或衣裤可能被夹梳齿板而跌倒。

　　3．当围裙板与梯级在上、下端站，位于梳齿板附近（约200mm长）时，因此处无毛刷防护装置。当出现围裙板与梯级端间隙过大时，则扶梯在运行中乘客拥挤时，脚或衣裤易被夹入此处围裙板与梯级端。

　　4．扶梯在人流密集地向上运行中，当动力驱动链突然断开；或电气控制系统等原因，致扶梯向下逆转而将引发重大安全事故。

　　5．扶梯在运行中，当某个梯级滚轮脱胶或支架盖断裂时，突发梯级塌陷故障而扶梯未停止运行。

　　6．扶梯在运行中，因梯级踏板疲劳破裂；或受外力挤压，致引发“爆梯”现象而扶梯未停止运行。

　　7．扶梯在运行中，突然出现扶手带驱动装置故障，使扶手带运行急剧减速或在短时间内降速达15%时，极易诱发乘客摔倒或挤压安全事故。

　　8．在正常运行过程中，因扶梯电气开关及控制系统等故障原因，致其紧急制动停止，导致乘客不注意摔倒在梯级上，将受到冲击或磕碰受伤。

　　9．乘客或小孩在运行中扶梯上玩耍，故意逆向行走或奔跑，易诱发相关安全事故。

　　10．乘客或小孩故意攀爬在运行中的扶手带上；或站扶梯的内外盖板上，趴着扶手带向上或向下攀登，易诱发相应安全事故。

　　11．当乘客携带小狗及小孩乘坐扶梯，如未抱起或不注意时，易诱发小孩摔倒或小狗被夹运行中的梯级间而发生安全事故。

　　12．当乘客携带婴儿车乘坐扶梯时，未将人车提起来时，易诱发相关安全事故。

　　13．当乘客携带大件物品乘坐扶梯，以及人员又拥挤时，在扶梯出入口，易出现扶手护板损坏或扶手玻璃破裂的设备事故。

　　14．扶梯在正常运行中，乘客不小心摔倒在梯级上，而扶梯旁边无人，且扶梯未停止运行。

　　15. 梯级缺失保护装置尽管早已配置，现仍出现其偶发性安全事故，解决办法参见本研究机构发明专利号：202210163317.1。

　　为便于逐一分析和制定处理上述14个方面的故障或问题时，则按其解决方法及故障发生的方式，将其分成四个方面的故障类型：

　　a. 故障1、2、3为夹人事故故障类型(A类)；

　　b. 故障4、5、6、7为运行方面故障类型（B类）；

　　c. 故障9、10、11、12、13为违章事件故障类型（C类）；

　　d. 故障8、14为意外事件故障类型（D类）。

　　

　　三、结构与方案                              

　　综上所述，本方案将依据上述归纳的扶梯四个方面故障类型，针对乘客被夹或摔倒等状态及相关违章事件隐患，利用物联网技术及5G（含北斗地基增强型系统）通信等相关新兴技术，提出和解决上述提及的诸多安全问题，以及有效降低扶梯安全风险与社会管理成本。

　　在扶梯现有结构基础上，增加序号11为梳齿板防夹电控装置、序号12为梯级与围裙板防夹电控装置、扶梯检修侧激光检测监控装置、人群摄像监控装置、序号13为网联控制器及虚拟主机、序号10为出入口操作装置以及其它控制系统（详见专利号：202210163317.1）组成的扶梯自动救援安全监控系统。扶梯人群摄像监控装置既可悬挂在扶梯乘客侧上部，也可布置在扶梯的侧面。如扶梯整体长度过长，则分别在两端各装配一个。而扶梯激光检测监控装置安装在检修侧内部，分两部分，一部分覆盖在上部乘客侧斜直线段梯级下部，而重点监控梯级轴的异动及运行时正反转。另一部分覆盖在检修侧扶手带上，重点监测扶手带的运行速度及其磨损状态，详见图1所示的序号5及6。它具有两个功能，一是对扶手带的实际运行速度进行动态监控，以防其运行时，因扶手带驱动装置突然发生故障导致扶手带减速。另一点是探测检修侧内部重要零部件的意外位移或损坏，如滚轮脱胶及开裂等机械故障。对于梳齿板防夹电控装置设置两套，分别安装在上、下端部梳齿支撑板前端处，见图2所示。即当扶梯运行时，梳齿板处于夹人或夹物状态，使梳齿板序号1受到挤压力的作用，推动梳齿板和梳齿支撑板序号3呈现向上翻转、向前移动或左右挤压的状态。此时，其中梳齿板被迫向上动作，致序号2压电传感器受压及其它力作用下，使其产生一临界安全阈值（通常在22kgf区间）的电信号，通过智能识别系统与控制器等，使电机及附加制动器直接断电急停

　　扶梯。梯级与围裙板防夹电控装置布局四对，分别为序号11（见图1）安装在上、下梳齿板附近，两侧围裙板内壁上两对；另外两对分别为序号12（见图1）安装在上、下圆弧段围裙板内壁上，具体结构详见图3所示。

　　即当扶梯运行时，如梯级与围裙板间隙变大或乘客乘梯不注意，靠近此处梯级端部的围裙板时，可能脚或衣裤被夹入围裙板。此时，异物或梯级的另一端部挤压围裙板上的导流板序号1，致压力传感器序号4受压，致使其产生一临界数值（阈值）的电信号，通过智能识别系统与控制器等，使电机及附加制动器直接断电急停扶梯。并其上LED灯序号7被点燃而闪烁。扶梯出入口操作装置（图1中序号10）增配对外求救按钮、蜂鸣器、检修操作装置，以及故障显示和语音提示装置。运用北斗地基增强型与5G通讯系统，由操作系统（OS）将相关处理好的数字化信息、数据、图像，以及安全与维修信息及时传输到城市电梯运营远程安全生态监控系统（平台）上。

　　由此，则针对上面总结的四个方面故障类型，进行其类型逐一分析，乘客应如何配合使用、被夹乘客与相关人员自动救援的安全方案及其相关处置过程。

　　上述方案实施过程及运作方法如下：

　　1. 当扶梯在正常运行过程中，乘客行为无异动或正常出入上、下端出入口时，在扶梯自动救援安全监控系统中，智能识别系统显示为正常，其出入口操作装置序号10也显示正常运行。

　　当有物体或乘客脚被夹在梳齿板与运行的梯级之间，使梳齿板序号1受到挤压力的作用，推动梳齿板和梳齿支撑板序号3呈现向上翻转、向前移动或左右挤压的状态。此时，其中梳齿板被迫向上动作，致序号2压电传感器受压及其它力作用下，使其产生一临界安全阈值（在22kgf区间）的电信号，故产生的电信号输入虚拟主机进行边缘计算。同时通过人群摄像监控装置中摄像头将相关物件位置或人体动作，经过其逻辑运算与数据及图像对比验证，则判断此类故障属于A类故障中第2项。又当压电传感器受到外力或梯级横向碰撞时，也会推动其传感器压力增大，则产生的电信号输入虚拟主机进行边缘计算。此时，若人群摄像监控装置中摄像头将相关物件位置或人体动作，经过其逻辑运算与数据及图像对比，没有其故障显现时，则扶梯运行不会停止，只有其上梳齿板处指示灯灯光闪烁。

　　当有物体或乘客脚被夹在围裙板与运行的梯级之间，使其上导流块受压推动压力传感器压力增大，故产生的电信号输入虚拟主机进行边缘计算。同时通过人群摄像监控装置中摄像头将相关物件位置或人体动作，经过其逻辑运算与数据及图像对比验证，则判断此类故障属于A类故障中第1、3项。又当导流块受到外力或梯级横向碰撞时，也会推动其压力传感器压力增大，则产生的电信号输入虚拟主机进行边缘计算。此时，若人群摄像监控装置中摄像头将相关物件位置或人体动作，经过其逻辑运算与数据及图像对比，没有其故障显现时，扶梯运行不会停止，只有其上LED灯光闪烁。

　　由此，上述A类故障发生后通过操作系统，启动其自动救援安全监控系统使扶梯紧急自动停止运行；其出入口操作装置中蜂鸣器鸣叫；还有其故障显示。并将故障信息由控制器发至相关设备控制终端，以及通知大楼管理员或维保人员现场及时处置。

　　2. 当扶梯在正常运行过程中，乘客行为无异动或正常出入上、下端出入口时，在扶梯自动救援安全监控系统中，智能识别系统显示为正常，其出入口操作装置也显示其正常运行。

　　当扶梯出现B类故障中第5、6项故障时，即由检修侧激光检测装置探测到梯级塌陷或踏板破裂状态，将此等信息输入虚拟主机，通过其边缘计算与正常运行时图像比对。同时由人群摄像监控装置中摄像头将乘客侧相关梯级等零部件的损伤状态，通过其逻辑运算与数据及图像对比验证，则判断扶梯出现的运行故障为B类中的第5、6项。

　　当扶梯在向上运行中，因动力驱动链断开；或电气系统等原因，扶梯向下逆转时，通过与扶梯本身的防逆转装置的识别，则扶梯出现的运行故障为B类中的第4项。同时，当激光测距监控装置通过对梯级轴的异动及反转状态，经过虚拟主机，通过其逻辑运算与正常运行时的数据比对验证，则判断扶梯出现的运行故障为B类中的第4项。

　　又当扶梯在运行中，突然出现扶手带驱动装置故障，使扶手带运行急剧减速达到15%阈值(时间在5秒间隔)时，由激光测距装置探测到扶手带的运行速度值，输入虚拟主机，通过其边缘计算与正常运行时数值比对。同时，通过与扶梯本身的扶手带简易测速装置输出的数值（或信号），经过其逻辑运算与之对比验证，则判断扶梯出现的运行故障为B类中的第7项故障。

　　由此，上述B类故障发生后通过操作系统，启动其自动救援安全监控系统使扶梯紧急自动停止运行；其出入口操作装置中蜂鸣器鸣叫；还有故障显示。并将故障信息由控制器发至相关设备控制终端，以及通知大楼管理员或维保人员现场及时处置。

　　3. 当扶梯在正常运行过程中，乘客行为无异动或正常出入上、下端出入口时，在扶梯自动救援安全监控系统中，智能识别系统显示为正常，其出入口操作装置也显示其正常运行。

　　对于扶梯出现第三项违章事件故障类型状态前，应将其现场模拟状态和大量现场相关电子档案图片资料，存储到云计算及大数据中。当人群摄像监控装置中摄像头将相关位置及人体等信息输入虚拟主机进行边缘计算，通过其逻辑运算与云计算及大数据中图像对比，则直接判断扶梯处于违章事件故障类型C类。又当检测到第10、11、12项状态而未出现问题时，此时，其出入口操作装置中蜂鸣器鸣叫、语音提示，并不停机。

　　又当检测到C类中的第13项故障发生时，即在扶梯出入口，出现扶手护板损坏或扶手玻璃破裂的设备故障。由摄像头将相关零部件位置及异动等图像信息及代码输入虚拟主机，通过其逻辑运算与正常运行时图像对比；则直接判断扶梯出现第13项故障已发生。

　　由此，上述C类故障发生后通过操作系统，启动其自动救援安全监控系统使扶梯紧急自动停止运行；其出入口操作装置中蜂鸣器鸣叫；还有故障显示。并将故障信息由控制器发至相关设备控制终端，以及通知大楼管理员或维保人员现场及时处置。

　　4.当扶梯在正常运行过程中，乘客行为无异动或正常出入上、下端出入口时，在扶梯自动救援安全监控系统中，智能识别系统显示为正常，其出入口操作装置也显示其正常运行。

　　当扶梯出现为第四项意外事件故障类型时，即在正常运行过程时，因扶梯电气开关及控制系统等故障原因，将会紧急制动停止，导致乘客不注意摔倒在梯级上。此时，先由人群摄像监控装置中摄像头将相关位置及人体等信息输入虚拟主机进行边缘计算，并将相关物件位置及人体动作通过其逻辑运算与大数据中图像对比。同时，通过配置的扶梯可编程电子安全相关系统进行验证，则判断扶梯处于D类故障中第8项。此时，扶梯自动减速（≤0.3m/s或≤0.6gn）停止运行。此时，通过操作系统，启动其自动救援安全监控系统，其出入口操作装置中蜂鸣器鸣叫；还有故障显示和语音提示。并将故障信息由控制器发至相关设备控制终端，以及通知大楼管理员或维保人员现场及时处置。

　　又当扶梯在正常运行中，乘客不小心摔倒在梯级上，而扶梯旁边无人，且扶梯未停止的状况出现时，则通过人群摄像监控装置中摄像头将相关位置或人体动作，经过其逻辑运算与数据及图像对比，则直接判断此类故障属于D类故障中第14项。此时，通过操作系统，启动其自动救援安全监控系统使扶梯紧急自动停止运行；其出入口操作装置中蜂鸣器鸣叫；还有故障显示和语音提示。并将故障信息由控制器发至相关设备控制终端，以及通知大楼管理员或维保人员现场及时处置。

　　5，进一步的通过操作系统（OS），当启动其自动救援安全监控系统使扶梯紧急自动停止运行时，其紧急自动停止运行是指：不但驱动主机制动器抱闸制动，而且主轴上附加制动器也紧急制动到位，防止扶梯夹人等故障（第1～6及13项）后，梯级仍然缓慢移动，使乘客加大伤害及设备的损伤进一步加剧。

　　由上，当智能识别系统诊断为上述14种故障或问题时，此时，一方面操作系统下达启动扶梯自动救援安全监控系统运行；另一方面在出入口操作装置上显示其故障原因。并通过扶梯远程安全生态系统进入人工《电梯困人应急救援预案》模式，将相关信息由控制器发至相关设备控制终端。同时，当故障转变为安全事故时，大楼管理员或维保人员可与被夹等人员，展开人工手机对外联络互动机制，启动被夹人员等安抚语音提示及求救按钮，下一步等待人工救援。

　　6. 本方案为扶梯相关运行系统（装置）设置有诸多传感器（如激光传感器、压电传感器、压力传感器、摄像元器件及操作芯片等），利用北斗地基增强型与5G通讯系统及大数据等，运用人工智能技术、嵌入式技术、激光技术以及人脸识别原理，对扶梯运行时人或物体所处状态与位置、上下端出入口人群状态、牵引链与扶手带运行状态以及梯级运行状况等，将其相关信息、图像与虚拟主机在大数据下，进行边缘计算及对比，能够通过识别系统在动态感知下，确诊扶梯处于何种工作状态及故障类型等。同时，操作系统将相关处理好的数字化信息、数据、图像，以及安全与维修信息及时传输到电梯运营远程安全生态监控系统（平台）上，如上图4所示。

　　四、要点与总结

　　本方案在于系统而全面地解决了我国扶梯夹人救援等窘况和解除了乘客被夹或摔倒等紧张心理状态及担忧之情；另一方面以人工智能等方法，完善与确保乘客等人员在乘梯过程中不同工况下，防止或化解人身安全事故及设备损伤等事件地进一步地发生。同时，将电梯维保人员和管理人员工作量最大限度地降低；并让政府的电梯安全监管工作做到有据可查，及时而     图4 扶梯自动救援安全监控系统网络图

　　有效地处于动态监管模式。可见，使乘客在使用扶梯等过程中，确保其安全运营而棘手的问题变得轻而易举，且有效化解。

　　因此，本方案不仅提升了扶梯等设备安全运行地可靠性，从而使乘客乘梯的安全风险大大降低。又因本方案通过5G等通讯软件自动联入电梯运营远程安全生态监控系统终端。这样，既方便各级管理人员监管，又能第一时间得到救援人员或维修人员的响应及处理。而关键一点在于当扶梯等运营过程中，乘客的各种安全问题得到智能化处理或动态管制时，网联驱动与控制进入电梯远程监控安全生态管理平台将成为可能。只有这样，才能确保我国扶梯等安全事故率至少下降九成以上；并使其运行安全指数满足其电子安全功能（PE系统）中的安全完整性等级要求不低于SIL2。让我国老百姓生活质量及幸福感大幅度提升，真正体现我们政府监管工作“生命至上”的理念，又实现了人和设备与自然三者的和谐统一。

　　本方案已申报国家发明专利。其发明专利号为：202410640278.9

　　吴哲 2024年12月1日整理于佛山