引言
隨著能源問題的日益突出，對電梯節(jié)能技術(shù)的研究與應(yīng)用已是眾多電梯生產(chǎn)商千方百計企及的目標(biāo)。純粹的節(jié)能技術(shù)例如最新成果節(jié)能再生器只是對電梯機(jī)械位能的重利用，未涉及電梯本身多余能耗，IC卡控制只是在一定程度上提高了電梯的智能程度。
現(xiàn)階段的電梯控制系統(tǒng)，融入了多項高新技術(shù)：例如現(xiàn)在很常見的視頻監(jiān)控技術(shù)、報警系統(tǒng)、多臺電梯并聯(lián)控制技術(shù)等等。融入視頻監(jiān)控技術(shù)就是從安全角度出發(fā)的。
電梯的監(jiān)視技術(shù)主要對電梯運(yùn)行狀況及電梯內(nèi)部進(jìn)行監(jiān)控與報警，而電梯轎廂外面的環(huán)境———即每層樓人們等待電梯的地方卻沒有更多的監(jiān)控。同時，現(xiàn)在的監(jiān)控系統(tǒng)也沒有對有乘客可能存在的下一步行動進(jìn)行及時而準(zhǔn)確的預(yù)判，從而做出相應(yīng)的指令動作。也就是說，視頻監(jiān)控系統(tǒng)并沒有對采集來的信息適時地加以分析與利用。因此，將電梯外部環(huán)境納入到整個電梯控制系統(tǒng)中，并對視頻采集信息適時、快速、準(zhǔn)確地加以利用，這對電梯發(fā)展具有十分重要的意義。
由此，本文以電梯外部監(jiān)控為基點(diǎn)，對電梯智能識別控制和綠色節(jié)能做出探討，以期電梯能更加高效化、智能化、綠色化。
1 監(jiān)控系統(tǒng)在電梯外部的應(yīng)用
在目前的電梯轎廂視頻監(jiān)視系統(tǒng)中，主要是從電梯內(nèi)部乘坐人士安全角度出發(fā)，適時地監(jiān)控著電梯轎廂里面人們是否受到安全威脅，從而快速地報警。由于這不需要把信息反饋給電梯控制系統(tǒng)，此時所需要的監(jiān)控系統(tǒng)中的人像檢測，精度與速率要求都不高。
1.1 監(jiān)控系統(tǒng)中的人臉檢測
電梯控制中的人像檢測主要是通過建立一個組合分類器，剔除掉圖像中的非人像區(qū)域，找出圖像中類人像區(qū)域，提高下一步檢測的效率，如圖1所示。接著在檢測出來可能存在人像區(qū)域，用已經(jīng)建立好的人像檢測器進(jìn)行匹配運(yùn)算。
由于電梯只要有人有乘坐需求，就必須在此層作停留。所以在人像檢測過程就不需要多個人像檢測器同時進(jìn)行計算，找到一個最可能存在人像區(qū)域再進(jìn)行匹配運(yùn)算就可以大大提高效率。
在移動人像檢測器進(jìn)行相關(guān)匹配運(yùn)算時，如果讓人像檢測器通過逐點(diǎn)來檢測可能存在人像區(qū)域是否存在人像，最好情況就是第一次匹配運(yùn)算就找到了人像，但最壞情況是全部遍歷所有點(diǎn)后才可能找到人像，這樣的匹配運(yùn)算效率非常低下。本文采用的方法是：使人像檢測器在可能存在人像的區(qū)域中，任意找一點(diǎn)開始進(jìn)行計算，若在該點(diǎn)匹配運(yùn)算后無人像存在，人像檢測器則朝相關(guān)度最大的方向移動，力求使匹配位置快速到達(dá)最佳匹配點(diǎn)。
該算法思想為：設(shè)置當(dāng)前匹配點(diǎn)為P1，對應(yīng)相關(guān)度為R1，在二維平面3×3的鄰域中選擇相關(guān)度最大的一個點(diǎn)為下一個匹配運(yùn)算點(diǎn)，否則任選一個未參與運(yùn)算的點(diǎn)，重復(fù)上述過程。同時，把相關(guān)度歸一化，這樣就可以在［1，－1］設(shè)定一個閾值來確定當(dāng)前運(yùn)算點(diǎn)是否為最佳匹配點(diǎn)。
如圖2所示，某點(diǎn)（a，b）存在于I（M×N）窗口點(diǎn)陣圖像（該圖像為256級的灰度圖像）中，而W（m×n）則是人像檢測器點(diǎn)陣，它們都是256級的灰度圖像，這樣就有：0≤I（a，b）≤255，0≤a＜M，0≤b＜N;同樣在人像檢測器點(diǎn)陣有：0≤W（i，j）≤255，0≤i＜m，0≤j＜n;m∈（0，M），n∈（0，N）。
中等矩形框中的點(diǎn)（a，b）移動并進(jìn)行匹配運(yùn)算，此時對應(yīng)的子圖像塊可記為Iw，Iw（a，b）=I（a+i，b+j）。因此，在點(diǎn)（i，j）處人像檢測器W與子圖像塊Iw歸一化相關(guān)度R（a，b）如下公式：
其中：W'是人像檢測器均值，I'w則為子圖像塊均值。
人們在等待電梯到來的過程中，其相對位置變化不大。
這樣只需一個簡單視頻采樣和較少的分類器就能完成人像區(qū)域的定位，同時也能保證人像檢測的效率，從而較好地為電梯下一步動作提供準(zhǔn)確的信息。當(dāng)從電梯外部采集到復(fù)雜多事物的強(qiáng)動態(tài)圖像，這時就需要多類特征提取及較多層次的分類器才能完成人像區(qū)域定位。本系統(tǒng)中的分類器是由之前通過采集各種非人像與人像，提取各自的特征進(jìn)行比較而訓(xùn)練出來的。
對于電梯的人像識別，它只要求快速檢測人像并確定其是否存在，并不需要提取人像的具體相關(guān)信息。但在實(shí)際的應(yīng)用中，有可能還需要用到人像查找與比對等精度要求。這里簡要說明提取人像信息相關(guān)步驟。
1）人像檢測。人像檢測是指在動態(tài)的場景與復(fù)雜的背景中判斷是否存在人像，并分離出這種人像。
2）人像跟蹤。人像跟蹤是指對被檢測到的人像進(jìn)行動態(tài)目標(biāo)跟蹤。具體采用基于模型的方法或基于運(yùn)動與模型相結(jié)合的方法。此外，利用膚色模型跟蹤也不失為一種簡單而有效的手段。
3）人像比對。人像比對是對被檢測到的人像進(jìn)行身份確認(rèn)或在人像庫中進(jìn)行目標(biāo)搜索。這實(shí)際上就是說，將采樣到的人像與庫存的人像依次進(jìn)行比對，并找出最佳的匹配對象。
1.2 人像監(jiān)控下的電梯控制系統(tǒng)
傳統(tǒng)的電梯由門、監(jiān)視器和電梯控制器等幾大主要系統(tǒng)組成。這里的監(jiān)視器一般是指電梯曳引機(jī)監(jiān)視器，它對電梯電動部分運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控，一旦電梯本身發(fā)生機(jī)械故障等則采取相應(yīng)安全措施。另外還有視頻監(jiān)控系統(tǒng)，它一般是對電梯轎廂內(nèi)部乘坐人員安全狀況進(jìn)行觀測。由此可見，現(xiàn)階段的電梯系統(tǒng)并無專門的視頻監(jiān)控系統(tǒng)對外界有乘坐需求的人們進(jìn)行安全監(jiān)控和友好交互，與人交互僅限于每層樓的按鈕和電梯內(nèi)的控制面板，電梯的運(yùn)行只關(guān)心通過按鈕所傳來的指令。如果把電梯外部按鈕所在的外部環(huán)境加入到整個電梯系統(tǒng)中，讓電梯能夠迅速準(zhǔn)確地認(rèn)識到外部環(huán)境的改變，控制系統(tǒng)則發(fā)出應(yīng)對的指令。圖3就是人像監(jiān)控加入電梯控制系統(tǒng)后的電梯控制原理圖。
圖4為電梯控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，加入人像檢測過后，對有請求響應(yīng)的某層外部環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控。這樣電梯就有了“眼睛”，它能夠快速知道當(dāng)前乘客是否一直有請求電梯的服務(wù)，一旦發(fā)現(xiàn)乘客離開而不再需要服務(wù)，電梯將迅速停止當(dāng)前服務(wù)并自動響應(yīng)下一請求，否則將停靠在最近的樓層。
1.3 轉(zhuǎn)換程序及監(jiān)控通信實(shí)現(xiàn)
1.3.1 轉(zhuǎn)換程序
下面是把人像監(jiān)控加入控制系統(tǒng)后電梯運(yùn)行一般場景的部分偽程序結(jié)構(gòu)。
publicclasselevatorRun（）；//電梯運(yùn)行
publicclassrequest（）；//客戶請求
main
if（客戶請求為當(dāng)前層）
openDoor（）；//開門
timeout（）；//計時器
closeDoor（）；//關(guān)門
insideButton（）；//內(nèi)部控制按鈕
getNextFloor（）；
elseif（客戶請求為異層）if（大于當(dāng)前層）
moveUp（）；//電梯向上運(yùn)行
getPhoto（）；//人像判斷
else（小于當(dāng)前層）moveDown（）；//電梯向下運(yùn)行
getPhoto（）；
else（異常）stop（）；
requestWait（）；//等待下一個請求
類getPhoto（）的方法簡介：
publicclassgetPhoto（）
if（有人像）elevatorRun（）；
arrive（）；//平層感應(yīng)
stop（）；openDoor（）；timeOut（）；closeDoor（）；requestWait（）；
else（無人像）stopQuick（）；//最近最快停靠
requestWait（）；
1.3.2 監(jiān)控系統(tǒng)主動發(fā)起通信請求的實(shí)現(xiàn)
當(dāng)電梯監(jiān)控服務(wù)器響應(yīng)電梯監(jiān)控通信請求時，首先用initNet（）初始化網(wǎng)絡(luò)函數(shù)，然后利用voidgetInfo（）函數(shù)完成數(shù)據(jù)接收工作，這里采用SOCKET接口技術(shù)。具體代碼如下。
BOOLinitNet（）；//初始化網(wǎng)絡(luò)函數(shù)
VoidgetInfo（）
#definePORT6500//選擇端口
socketInit（NULL）；
CsocketsocketClient;
socketClient.Create（）；
socketClient.Connect（127.0.0.1，PORT）；
//127.0.0.1是客戶端的IP地址
intdataLength;
socketClient.Receive（＆dataLength，16）；//取得數(shù)據(jù)包長度
byte*data=newbyte[dataLength];
socketClient.Receive（data，dataLength）；//取得數(shù)據(jù)
destFile.Write（data，dataLength）；//保存數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)
destFile.Close（）；//斷開連接
deletedata;socketClient.Close（）；
2 實(shí)例分析
電梯每停一次梯，減速、開門、關(guān)門、加速一般需要近8s，對于運(yùn)行速度1.75m/s的電梯，8s可以運(yùn)行將近5層樓。不必要的減速、加速不僅大大增加了能耗，尤其是機(jī)械磨損也比正常運(yùn)行要大很多。同時，頻繁的開關(guān)門也使門的磨損大大增加。而電梯制動頻繁時，會導(dǎo)致電阻發(fā)熱，通常溫度都在100℃以上。為了使電梯不因高溫而產(chǎn)生故障，就需要安裝大排風(fēng)量的空調(diào)或風(fēng)機(jī)，這樣一來能量消耗就更大了。
下面是某26層樓載重為1000kg電梯為例，每天電梯不間斷工作時間一般為10h，每小時的耗電量在15～22度1度=1kW·h=3600000J），相當(dāng)于每4min就用掉1度電。
表1是以小時為單位對電梯運(yùn)行數(shù)據(jù)樣本采集的平均值。等候時間是指電梯剛離開到下一次電梯來到（電梯往相同方向運(yùn)行）的時間。消耗成本只計電價（0.5元/度），不計算消耗磨損等。從數(shù)據(jù)對照表來看，當(dāng)加入了人像監(jiān)控后，電梯的運(yùn)行效率有明顯提高。
表2是當(dāng)電梯外部無人的時候，電梯沒有發(fā)生1次誤停，這說明電梯在一直確認(rèn)無人情況下，監(jiān)控系統(tǒng)的準(zhǔn)確判定率為100%。而當(dāng)電梯外部有人的時候，發(fā)生了1次電梯沒有準(zhǔn)確停靠，分析判定為燈光等環(huán)境因素造成監(jiān)控系統(tǒng)無法精確判定有無人的存在。當(dāng)開始有人，后來沒有人的時候，這種情況下總共發(fā)生3次誤停：其中1次是由于電梯僅有1層樓距離到站時，乘客才無乘坐需求走出監(jiān)控范圍之外，分析認(rèn)為監(jiān)控系統(tǒng)未能即時把信息反饋給控制系統(tǒng)；另外2次誤停分析判定為人像監(jiān)測中發(fā)生誤差造成的。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以得出人像監(jiān)控系統(tǒng)中由于人像監(jiān)控時效性因素造成誤差2次，由于外界環(huán)境因素造成誤差2次，電梯準(zhǔn)確判定停靠率為98.46%（該準(zhǔn)確判定停靠率計算包含了轎廂內(nèi)乘客停靠要求）。
3 結(jié)語
總的說來，盡管電梯監(jiān)控系統(tǒng)沒有達(dá)到百分之百準(zhǔn)確判定，但電梯的停靠次數(shù)有了較大減少，也減少了乘客的等待時間，同時電梯的運(yùn)送能力并沒有明顯降低，即使不計機(jī)器本身的磨損，消耗成本也有了一定程度的降低。在電梯外部等待區(qū)域安裝攝像系統(tǒng)，通過對有無乘客的判別做出是否在此停留，這是提高電梯運(yùn)行效率、節(jié)能減排最有效的方法之一。同時，這還使整個電梯環(huán)境能更加安全地運(yùn)行———它能在電梯外部環(huán)境提供一定的監(jiān)視，攝像系統(tǒng)支持的一定時間段內(nèi)視頻存儲為之后對之前發(fā)生安全事故或者其他事件提供視頻依據(jù)。但由于人像檢測技術(shù)受復(fù)雜的外部環(huán)境，特別是光線等自然條件不可抗力因素的影響，以及本身算法需要一定時間，人像判定的準(zhǔn)確性和時效性有待于進(jìn)一步提高。