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　　電梯物聯網在電梯行業的應用越來越普及，電梯物聯網的應用需求也不斷提高，再加上各地物聯網標準中也明確規定公眾聚集場所和住宅小區等場所都需實現視頻功能，因此實現電梯物聯網的音視頻功能至關重要。本文在傳統基礎數據采集的基礎上設計出一套電梯物聯網音視頻系統，提供電梯困人時的一鍵報警通道，通過音視頻方式對被困人員進行語音安撫，降低乘客的緊張情緒，避免二次事故的發生。

　　1 引言

　　隨著電梯物聯網的發展，市場對電梯物聯網應用的需求已經不滿足于基礎的數據采集和傳統故障報警和困人報警功能。全國各個地方的物聯網標準中，對電梯物聯網的音頻對講、視頻通話進行了明確規定，如溫州市電梯智能化檢測裝置系統技術規范中規定：監測裝置應具有語音雙向通訊功能，通話裝置應該安裝在轎廂內明顯的位置，建立語音鏈路后應保證通話穩定、清晰，屬外擴音箱的，驕內任何位置通話聲音不低于60db;公眾聚集場所和住宅小區的電梯應當配備監控設施;宜有語音或視頻加語音等形式發布公益宣傳信息的功能，當電梯發生困人故障時應自動停止播放或播放安撫信息。在基礎數據采集的基礎上，增加電梯故障或困人時的語音對講和視頻安撫，能最大程度上安撫乘客的緊張情緒，為其提供專業的處理方案，提高乘梯安全性。借助多媒體顯示屏，通過物聯網技術，可實時顯示營救人員離現場的距離，進一步提高乘客的安全感。因此在電梯物聯網功能中增加音視頻功能非常必要，設計和實現一套穩定可靠的電梯物聯網音視頻系統迫在眉睫。

　　2 電梯物聯網音視頻系統實現方案

　　根據電梯物聯網音視頻不同的應用需求，本系統設計了多種實現方案，按大類分可分為一鍵報警音視頻方案、一鍵報警多媒體音視頻方案及IP攝像頭音視頻方案，分別應用在只需語音對講和單向視頻場合、需語音視頻并提供多媒體顯示屏場合、只需音視頻對講場合。

　　2.1 一鍵報警音視頻方案

　　本方案適用于只需實現轎廂內實現純語音對講功能，當乘客被困時，可通過語音對講裝置的一鍵報警功能將救援信號信號傳輸到物聯網平臺，平臺接收到報警信號后，彈出報警提示，管理員可點擊報警信號建立與轎廂內的語音通話。語音對講裝置裝置安裝于轎廂，集成呼救按鍵、麥克風、攝像頭，乘客被困轎廂時通過按下呼救按鍵與遠程監控中心人員進行音視頻對講。與之配套使用的揚聲器放置于轎頂。PLC單元分發射端設備和接收端設備，內置降噪隔離變壓器，傳輸多種信號的同時，隔離頻率串擾，使用一根兩芯線就能傳輸多種信號，適用于各種中短距離網絡設備的信號傳輸，通過電力線載波技術打通轎廂和機房之間的通訊鏈路，解決轎廂運營商信號差無法與遠程服務器通訊的問題。呼叫信號通過安裝在電梯機房的電梯物聯網終端，借助LTE網絡接收服務器下發信號和發送應急救援信號，如圖1所示。為解決一鍵報警信號的搗亂問題，電梯物聯網終端實時采集電梯數據，當電梯物聯網終端接收到報警信號后，通過與采集到的電梯實時狀態對比，當兩者不一致時，則當作搗亂或誤觸發處理，如此實現報警過濾功能，確保一鍵報警信號的準確性。　

　　2.2 一鍵報警多媒體音視頻方案

　　本方案適用于通過多媒體屏幕實現音視頻對講的場合，主要由多媒體顯示屏、多媒體黑匣子、井道傳輸單元(電力線載波傳輸單元)、電梯物聯網終端組成，如圖2所示。多媒體智能終端置于轎頂，集成揚聲器，可支持監控攝像頭、遠程呼救裝置接入。多媒體黑匣子具備無線熱點功能，轎廂被困乘客手機可通過此熱點進行救援呼叫，并可本地存儲72小時視頻數據。

　　本方案借助多媒體顯示屏提供基于位置的服務，實時顯示電梯運行狀態，語音報站等功能。電梯發生困人故障時，被困人員可以通過長按屏幕下面的呼叫按鈕三秒鐘呼叫監控中心人員。監控中心人員接收到呼叫后，被困人員可以與服務人員遠程語音視頻通話，同時多媒體智能終端會自動播放安撫視頻，告知乘客等待救援，以免因為盲目自救導致二次傷害。同時，顯示救援人員行動路徑以及實時位置信息，最大程度上環節被困人員的緊張情緒。

　　2.3 IP攝像頭音視頻方案

　　本方案適用于通過電梯轎廂攝像頭實現音視頻對講功能，IP攝像頭自帶拾音器、揚聲器。IP攝像頭通過電力線載波技術將信號傳輸到機房的電梯物聯網終端，如圖3所示。IP攝像頭130萬像素逐行掃描720P，采用先進的數字信號處理技術，再配上高亮度SMT貼片紅外光源，無論是白天、黑夜均能展現出最佳的高清視頻效果，并采用2.8mm焦距高清鏡頭+IR-CUT日夜自動切換。　

　　本方案相比上述前兩個方案，因一鍵報警按鈕的安裝和布線所限制，需實現自動判斷電梯困人事件。本方案通過以下邏輯判斷電梯困人事件。

　　(1)電梯控制器檢測系統能夠獲取預設的或者全部的檢測信號，以便電梯困人系統模塊準確執行困人檢測;

　　(2)通過電梯控制器所輸出的開門信號和電梯運行信號的邏輯組合來得到代門區信號，代門區、門鎖和電梯運行邏輯組合可作為困人判斷邏輯中的故障信號;

　　(3)通過代門區信號，門鎖信號，以及滿載信號、超載信號、指令信號至少一種邏輯進行組合確定電梯載人信號;

　　(4)通過載人信號、門鎖信號、故障信號和檢修信號組合邏輯準確及時判斷困人狀態，不出現漏判及誤判;

　　(5)在檢測到檢測所述電梯發生/未處于困人狀態出現變化時，將當前的檢測結果予以保存，并根據所保存的檢測結果確定是否警報。能夠確保電梯控制器出現斷電異常、或者檢測信號無法發出時確定電梯內載人情況;

　　(6)電梯在確定處于困人狀態的時間超出預設的時間閾值(閾值可調整)，則發出相應的警報信號;

　　(7)檢測系統在確定電梯困人時，按照預設時間間隔持續發出警報信號給警報模塊，直至接收到人員確認消息。

　　該困人判斷方法在不增加現有電梯的電氣設備的前提下，可實現自動檢測電梯是否處于困人狀態并發出報警信號。相對于現有技術而言，該困人判斷方法通過檢測載人信號、門鎖上鎖信號、故障信號和檢修信號來確定電梯里是否有人，解決了電梯困人誤判的問題。同時，該系統可通過設定時間閾值，能夠有效防止人為誤操作而導致電梯短暫異常情況的發生。此外，該判斷方法可實時檢測電梯在困人狀態或未處于困人狀態的變化，并保存檢測數據，確保了電梯控制器在出現斷電異常或無法獲取檢測信號等情況下，依然能夠判斷電梯內是否有人，從而達到準確及時報警的目的。

　　該困人判斷方法所需的檢測信號直接從電梯控制器獲取，并經過相關邏輯組合，實現了在電梯困人情況下的準確及時報警，并保證了在電梯非困人情況下的不誤報警;因此，該方法成熟穩定且可靠性高。該技術不需要增加現有電梯的電氣設備，具有普遍適用性。由于該技術不存在誤報警、不報警等情況，因此安全可靠。

　　2.4 視頻傳輸方案選擇

　　視頻傳輸可以選擇TCP與UDP，TCP是一個面向連接協議，傳輸信息前需要建立連接，系統資源開銷大，但可靠性較高。UDP是一個無連接協議，傳輸數據之前源端和終端不需要建立連接，資源開銷小，實時性較高。

　　實時傳輸協議(Real-time Transport Protocol，RTP)是在Internet上處理多媒體數據流的一種網絡協議，利用它能夠在一對一(Unicast，單播)或者一對多(Multicast，多播)的網絡環境中實現傳流媒體數據的實時傳輸。RTP通常使用UDP來進行多媒體數據的傳輸，具有UDP傳輸的優點。

　　鑒于可靠性考慮，在本系統中，信息傳輸之前服務器和客戶端用TCP建立連接。然后服務器通過RTP向客戶端發送視頻信息，這樣就達到了可靠性和實時性的平衡。

　　服務器實現了采集數據然后壓縮后進行實時傳輸，用了三個線程分別實現了視頻的采集壓縮(線程1)，通過TCP協議建立連接(線程2)，壓縮后視頻流的傳輸(線程3)。服務器應用程序運行后，服務器即創建線程1進行視頻采集，線程2處于阻塞狀態。一旦有客戶端建立連接，則線程2獲得客戶端IP信息。以此IP信息為參數建立線程3，線程3通過JRTP協議向客戶端傳遞視頻流。此后客戶端繼續處于阻塞狀態，直到有新的客戶端連接。服務器端的重要的模塊包括視頻采集模塊，視頻壓縮模塊和網絡傳輸發送模塊。

　　3 電梯物聯網音視頻系統實現

　　3.1 電梯物聯網終端

　　電梯物聯網終端為物聯網音視頻系統中的核心組件，起到承上啟下作用，主要負責電梯數據采集、網絡通道建立等功能。設計符合電梯應用場合的電梯物聯網終端，需從電梯物聯網的功能角度考慮，比如需支持不同通訊接口的數據采集方式、能在電磁干擾較嚴重的機房或者井道中實現穩定可靠的數據傳輸等。本系統的電梯物聯網終端運行Linux操作系統，外設接口豐富。本系統設計的電梯物聯網終端有以下特點：

　　(1)內置鋰電池與充放電管理模塊，無需增加額外笨重的后備電源，支持掉電檢測。

　　(2)支持遠程程序更新。

　　(3)支持DHCP以太網上網方式，自動獲取現場路由器IP，無需額外配置網絡參數。

　　(4)機房或控制柜具備以太網接入條件時優先使用。

　　(5)支持終端與主板協議以及終端與平臺協議定制化。

　　(6)1路CAN接口，1路RS485接口，1路RS232接口，2路干觸點輸入。

　　(7)豐富的運行狀態指示，可指示以太網連接、服務器連接與交互、主板交互、無線網絡連接等運行狀態。

　　(8)標準導軌式安裝。

　　(9)支持電梯運行數據采集。

　　(10)具備完整的配套線束，現場無需額外接線，即插即用。

　　(11)支持DC 9-28V寬電壓范圍供電。

　　(12)支持4G全網通

　　電梯物聯網終端的整個應用進程共2個：引導進程、主進程。引導進程負責遠程升級升級，當主進程接收到遠程服務器的升級命令后，通知引導進程，引導進程接管與遠程升級服務器的數據交互，完成程序文件接收、程序文件校驗、程序文件復制、新程序運行等功能。

　　主進程包含15個線程，包括電梯數據采集線程、局域網無線通訊線程、撥號上網檢測線程、與服務器數據交互線程、電梯故障困人報警線程、操作器線程、虛擬串口檢測線程、以太網通訊線程及看門狗監視線程等。每個線程設計有超時計數器，線程執行時，超時計數器清零，計數器在看門狗線程中累加，從而實現監視線程是否正常運行的目的。撥號上網檢測線程與服務交互線程之間采用線程間通訊技術，只有撥號上網線程檢測到撥號上網成功之后，告知與服務器通訊線程啟動數據檢測。

　　3.2 多媒體黑匣子

　　多媒體黑匣子支持Wi-Fi和4G，支持網口、CAN，含揚聲器、麥克風、USB，支持雙向語音對講，支持手機設置參數，支持遠程更新，支持USB更新。如圖4所示。通過HDMI接口可連接多媒體顯示屏，組成一鍵報警多媒體方案;通過IO接口(采集機械報警按鈕信號)和USB接口(連接USB攝像頭)，可連接一鍵報警單元，組成一鍵報警音頻方案。多媒體智能終端可通過標準視頻接口連接兩路模擬攝像頭，可方便連接電梯轎廂的模擬視像頭。LineIn支持外置揚聲器輸出，可方便外接外置揚聲器。網口用于連接井道傳輸單元。Wifi提供轎廂熱點，當電梯物聯網系統檢測到困人后，將消息告知多媒體黑匣子，觸發打開Wifi熱點，以供轎廂內被困乘客通過熱點與外呼建立救援通道或通過該熱點進行救援等待過程中的娛樂。

　　每個多媒體黑匣子帶有唯一識別地址，遠程服務器通過該地址管理在線多媒體黑匣子設備，可實現遠程升級多媒體黑匣子應用程序、遠程下發多媒體顯示屏的頁面布局和播放內容、遠程廣告管理等功能。

　　多媒體黑匣子通過井道傳輸單元以UDP方式獲取電梯物聯網終端下發的電梯狀態數據，經多媒體黑匣子轉發至轎廂多媒體顯示屏，可替代現有轎廂內的電梯顯示裝置。多媒體黑匣子作為UDP服務器端，電梯物聯網終端上電后執行連接UDP服務器操作，連接成功后即可將電梯的實時數據下發至多媒體黑匣子。

　　當乘客被困時，乘客通過多媒體屏幕或者一鍵報警裝置上的報警按鈕持續動作3秒方式，觸發視頻通話請求，經多媒體黑匣子向遠程服務器建立流媒體請求，服務器驗證通過后通過手動接受的方式建立管理中心與電梯轎廂的語音和視頻通話。若現場配置多媒體顯示屏，則救援人員的救援路徑將實時顯示在多媒體屏幕上，多媒體屏幕提示語音和視頻安撫，最大程度上減緩被困乘客的緊張情緒。

　　3.3 井道傳輸單元

　　井道傳輸單元采用電力線載波技術實現，通過在控制柜內和電梯轎頂安裝一對電力線載波模塊，復用隨行電纜中的井道照明電纜即可建立控制柜與轎廂的通訊鏈路，電力線載波模塊提供RS232和以太網口與外設通訊，當電梯樓層較高、電力線電源質量污染較嚴重的情況下，復用照明電纜容易造成數據丟失、通訊不穩定等現象，可借助隨行電纜的2芯備用線解決此問題。電力線載波模塊安裝方便，傳輸速率可達94Mpbs，適用于語音視頻傳輸應用。井道傳輸單元技術參數如表1所示。

　　電力線載波通訊的基本原理是將信號從通信主站A的處理單元調制，經電力耦合接口耦合到電力線上，從站B的電力耦合接口接收此信號并進行解調，解調信號經過處理單元處理還原成原始信號，通過通訊接口送至通信設備中，從站B發送數據到主站A的原理類似。其中耦合接口由耦合電容和濾波器組合成一個帶通濾波器，其作用是通過高頻載波信號，并阻止電力線上的工頻信號進入載波設備。