電梯也需節能——智能監控與節能系統的應用

　　隨著能源問題的日益突出，對電梯節能技術的研究與應用已是眾多電梯生產商千方百計企及的目標。純粹的節能技術例如最新成果節能再生器只是對電梯機械位能的重利用，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。

　　現階段的電梯控制系統，融入了多項高新技術：例如現在很常見的視頻監控技術、報警系統、多臺電梯并聯控制技術等等。融入視頻監控技術就是從安全角度出發的。

　　電梯的監視技術主要對電梯運行狀況及電梯內部進行監控與報警，而電梯轎廂外面的環境———即每層樓人們等待電梯的地方卻沒有更多的監控。同時，現在的監控系統也沒有對有乘客可能存在的下一步行動進行及時而準確的預判，從而做出相應的指令動作。也就是說，視頻監控系統并沒有對采集來的信息適時地加以分析與利用。因此，將電梯外部環境納入到整個電梯控制系統中，并對視頻采集信息適時、快速、準確地加以利用，這對電梯發展具有十分重要的意義。

　　由此，本文以電梯外部監控為基點，對電梯智能識別控制和綠色節能做出探討，以期電梯能更加高效化、智能化、綠色化。

　　1 監控系統在電梯外部的應用

　　在目前的電梯轎廂視頻監視系統中，主要是從電梯內部乘坐人士安全角度出發，適時地監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，此時所需要的監控系統中的人像檢測，精度與速率要求都不高。

　　1.1 監控系統中的人臉檢測

　　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域，找出圖像中類人像區域，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域，用已經建立好的人像檢測器進行匹配運算。

　　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行計算，找到一個最可能存在人像區域再進行匹配運算就可以大大提高效率。

　　在移動人像檢測器進行相關匹配運算時，如果讓人像檢測器通過逐點來檢測可能存在人像區域是否存在人像，最好情況就是第一次匹配運算就找到了人像，但最壞情況是全部遍歷所有點后才可能找到人像，這樣的匹配運算效率非常低下。本文采用的方法是：使人像檢測器在可能存在人像的區域中，任意找一點開始進行計算，若在該點匹配運算后無人像存在，人像檢測器則朝相關度最大的方向移動，力求使匹配位置快速到達最佳匹配點。

　　該算法思想為：設置當前匹配點為P1，對應相關度為R1，在二維平面3×3的鄰域中選擇相關度最大的一個點為下一個匹配運算點，否則任選一個未參與運算的點，重復上述過程。同時，把相關度歸一化，這樣就可以在［1，－1］設定一個閾值來確定當前運算點是否為最佳匹配點。

　　如圖2所示，某點（a，b）存在于I（M×N）窗口點陣圖像（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（a，b）移動并進行匹配運算，此時對應的子圖像塊可記為Iw，Iw（a，b）=I（a+i，b+j）。因此，在點（i，j）處人像檢測器W與子圖像塊Iw歸一化相關度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確的信息。當從電梯外部采集到復雜多事物的強動態圖像，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域定位。本系統中的分類器是由之前通過采集各種非人像與人像，提取各自的特征進行比較而訓練出來的。

　　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信息。但在實際的應用中，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步驟。

　　1）人像檢測。人像檢測是指在動態的場景與復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行動態目標跟蹤。具體采用基于模型的方法或基于運動與模型相結合的方法。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行身份確認或在人像庫中進行目標搜索。這實際上就是說，將采樣到的人像與庫存的人像依次進行比對，并找出最佳的匹配對象。

　　1.2 人像監控下的電梯控制系統

　　傳統的電梯由門、監視器和電梯控制器等幾大主要系統組成。這里的監視器一般是指電梯曳引機監視器，它對電梯電動部分運行狀況進行監控，一旦電梯本身發生機械故障等則采取相應安全措施。另外還有視頻監控系統，它一般是對電梯轎廂內部乘坐人員安全狀況進行觀測。由此可見，現階段的電梯系統并無專門的視頻監控系統對外界有乘坐需求的人們進行安全監控和友好交互，與人交互僅限于每層樓的按鈕和電梯內的控制面板，電梯的運行只關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境加入到整個電梯系統中，讓電梯能夠迅速準確地認識到外部環境的改變，控制系統則發出應對的指令。圖3就是人像監控加入電梯控制系統后的電梯控制原理圖。

　　圖4為電梯控制器的狀態轉換圖，加入人像檢測過后，對有請求響應的某層外部環境進行監控。這樣電梯就有了“眼睛”，它能夠快速知道當前乘客是否一直有請求電梯的服務，一旦發現乘客離開而不再需要服務，電梯將迅速停止當前服務并自動響應下一請求，否則將停靠在最近的樓層。

　　1.3 轉換程序及監控通信實現

　　1.3.1 轉換程序

　　下面是把人像監控加入控制系統后電梯運行一般場景的部分偽程序結構。

　　publicclasselevatorRun（）；//電梯運行

　　publicclassrequest（）；//客戶請求

　　main

　　if（客戶請求為當前層）

　　openDoor（）；//開門

　　timeout（）；//計時器

　　closeDoor（）；//關門

　　insideButton（）；//內部控制按鈕

　　getNextFloor（）；

　　elseif（客戶請求為異層）if（大于當前層）

　　moveUp（）；//電梯向上運行

　　getPhoto（）；//人像判斷

　　else（小于當前層）moveDown（）；//電梯向下運行

　　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

　　stop（）；openDoor（）；timeOut（）；closeDoor（）；requestWait（）；

　　else（無人像）stopQuick（）；//最近最快停靠

　　requestWait（）；

　　1.3.2 監控系統主動發起通信請求的實現

　　當電梯監控服務器響應電梯監控通信請求時，首先用initNet（）初始化網絡函數，然后利用voidgetInfo（）函數完成數據接收工作，這里采用SOCKET接口技術。具體代碼如下。

　　BOOLinitNet（）；//初始化網絡函數

　　Voidget