一种轿厢状态监测及碰撞预警方法及系统与流程

1.本发明涉及监测预警技术领域，更具体的说是涉及一种轿厢状态监测及碰撞预警方法及系统。


背景技术：

2.就目前的研究现状来看，针对电梯紧急制动或冲击状态下电梯轿内人员损伤及主动防御研究的相关文献报道很少，多数文献主要是针对电梯冲顶或蹲底的原因进行了分析、阐述，并结合电梯使用和维修保养，提出了一些预防措施。因此，在国内外现状及发展部分主要以电梯紧急情况产生的原因或预防措施的文献进行分析。
3.针对不同工况下电梯紧急制动时轿厢内人员所受冲击载荷，刘晓畅，《不同工况下电梯紧急制动时轿厢内人员受冲击载荷的实验研究[j]》，起重机运输2021(03)76-80页，通过假人实验定量研究分析了电梯在紧急情况下，制动器、安全钳、缓冲器3种不同的安全保护装置分别参与电梯的紧急制动，可能导致轿厢内人员受到的伤害。文中通过空载上行制动器制动、满载下行制动器制动、满载下行安全钳制动、满载墩底四种不同工况下，假人采用不同姿势(站姿、蹲姿、趴姿)，当电梯紧急制动时，轿厢内的人员将受到多大冲击载荷，以及以超出缓冲器允许的速度撞击缓冲器时，轿厢内人员将受到多大伤害，对其所受冲击载荷的实验比对研究。
[0004]
针对驱动电梯冲顶的情况，吕潇，《电梯冲顶事故中乘客伤害过程分析[j]》，中国电梯2022.33(7)51-53页，对曳引驱动电梯冲顶的主要原因进行了剖析，通过建立电梯冲顶的简化动力学模型，对冲顶过程中乘客的伤害机理进行了分析研究；作者根据不同冲顶速度、不同着力点情况分别进行了理论计算，并结合实例进行了验算，给出了不同冲顶速度下乘客受伤害程度大小；最后提出了在电梯日常维护保养中应重点检查的内容以及相关建议。
[0005]
针对不同冲顶速度下电梯内乘客头部的损伤情况，黄海洋，《电梯不同冲顶速度下的乘客头部损伤仿真分析[j]》，中国设备工程2020.08(上)98-100页，研究了不同冲顶速度下电梯冲顶对乘客头部造成的损伤程度，以及加装防护层对乘客头部的保护作用。在保持轿厢内部高度和乘客恒定的前提下，作者利用ls-dyna软件建立了电梯冲顶模型，模拟了不同冲顶速度下，乘客在轿厢内的运动状态，以及乘客头部所受撞击力的大小，并且通过在轿内设置橡胶防护层，研究了防护层对乘客头部的保护作用及效果。
[0006]
为了解电梯冲顶事故发生的原因，赵晓涛，《对电梯发生冲顶事故的分析[j]》，中国电梯2019.30(19)57-59页，通过对国标中规定的防止冲顶事故发生的相关安全装置的设置及作用条款进行解读，并对电梯发生冲顶事故的情况进行分析。结合事故案例发现电梯轿厢撞击井道顶板的事故与制动器失效有不可分割的关系，得出了制动器失效是造成电梯冲顶事故的直接原因，在日常的维护保养中要加强对制动器的维护与保养，彻底杜绝电梯冲顶事故的发生。
[0007]
电梯制动器是电梯重要的安全部件，因电梯制动性能不足，而造成的电梯事故屡
有发生。电梯的制动性能是电梯冲顶或蹲底的重要影响因素，潘相晨，《曳引电梯制动性能分析[j]》，中国特种设备安全2014.30(6)24-26页，依据标准gb7588-2003《电梯制造与安装安全规范》对电梯制动器制动性能的要求，通过建立简单的数学模型，对影响电梯制动性能的因素进行了分析。
[0008]
通过电梯冲顶或蹲底事故的案例解析，李广凌，《从一则电梯冲顶事件谈电梯维保应注意的问题[j]》，中国电梯2022.33(3)68、72页，介绍了一则曳引驱动乘客电梯冲顶事故的基本过程，分析了冲顶产生的原因。指出事故的直接原因是制动器未正确释放合闸，轿厢在对重的重力作用下加速向上运行，造成冲顶。王国法，《对一起电梯冲顶事故的原因分析[j]》，中国电梯2021.32(11)53-55页，分析了一则曳引驱动乘客电梯冲顶事故原因，指出事故的直接原因是曳引轮槽严重磨损导致电梯钢丝绳曳引力不足，上行超速保护装置未起到保护作用，导致电梯冲顶。毕陈帅，《两起因制动器失效引发的电梯冲顶与蹾底事故的原因分析及对策[j]》，中国电梯2018.29(5)33-37页，针对两起电梯冲顶及蹾底事故，结合事故现场勘查情况及相关试验测试技术分析，找出事故发生的直接原因是制动器电磁铁由于机械卡阻致使两个制动臂不能完全自动复位，从而使制动器失效，间接原因是制动器零部件设计、制造存在缺陷及日常维护保养不到位。针对该类事故作者分别从事前预防及事后防范环节提出若干应对措施及建议。最后呼吁有关部门及早修订和完善电梯标准和规范。薛艳梅，《两起因制动器失效引起的电梯冲顶事故分析与探讨[j]》，中国电梯2021.32(12)44-47页，对两起因制动器失效引起的电梯冲顶事故进行了分析。事故原因分别是制动器机械部件卡阻和制动闸瓦过度磨损造成的制动力不足。结合事故对上述制动器进行了风险分析，并指出加强制动器日常维护保养、采用免维护制动器和增加上行超速保护装置能够降低发生此类事故的风险。
[0009]
综上，目前对于电梯冲顶和蹲底事故的原因和相关零部件的失效分析较多，对人员损伤的研究较少且没有形成系统完整的理论，而对冲击状态下人员主动防御技术方面的研究还基本处于空白状态，尚未见相关保护装置的设计开发和试验研究。
[0010]
因此，提出一种轿厢状态监测及碰撞预警方法及系统，来解决现有技术存在的困难，是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

[0011]
有鉴于此，本发明提供了一种轿厢状态监测及碰撞预警方法及系统，来解决针对曳引驱动电梯因故障引起冲顶或蹲底现象而导致电梯轿内人员伤亡及设备破坏的问题。
[0012]
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0013]
一种轿厢状态监测及碰撞预警方法，包括以下步骤：
[0014]
s1、通过冲顶事故数据进行汇总、分类、统计，仿真模拟得出训练数据；进行预测系统的训练，并确定预测模型；
[0015]
s2、电梯在运行时，对轿厢的制停距离、运行速度、轿厢位置、加速度进行实时监控，并采集对应的数据；
[0016]
s3、根据s2中采集的轿厢的制停距离、运行速度、轿厢位置、加速度数据，如果其中的一个或多个数据超过预设值，则碰撞预测系统判断会出现冲顶情况；
[0017]
s4、当预测系统给出冲顶信号，将冲顶信号输入防御系统，即动作执行机构，防御
系统会切断主机电源和控制系统电源，并控制紧急制动装置动作。
[0018]
可选的，s2中的碰撞预测的核心算法为神经网络算法。
[0019]
可选的，神经网络算法的结构包括输入层、隐含层和输出层。
[0020]
可选的，输入层包括轿厢的制停距离、运行速度、轿厢位置、加速度，输出层包括电梯冲顶事故的发生。
[0021]
可选的，神经网络算法的具体过程为：通过对已有冲顶事故以及模拟冲顶事故，统计分析得出冲顶事故发生规律，使用神经网络算法搭建碰撞预测系统；将碰撞预测系统的结果作为防御系统输入驱动动作执行机构的信号来源，切断主机电源和控制系统电源，并控制紧急制动装置动作，用来实现完整的轿厢状态监测及碰撞预警功能。
[0022]
一种轿厢状态监测及碰撞预警系统，应用上述的一种轿厢状态监测及碰撞预警方法，包括依次连接的预测模型装置、数据采集装置、阈值判断装置、紧急制动装置；其中，
[0023]
预测模型装置：通过冲顶事故数据进行汇总、分类、统计，仿真模拟得出训练数据；进行预测系统的训练，并确定预测模型；
[0024]
数据采集装置：电梯在运行时，对轿厢的制停距离、运行速度、轿厢位置、加速度进行实时监控，并采集对应的数据；
[0025]
阈值判断装置：根据数据采集装置中采集的轿厢的制停距离、运行速度、轿厢位置、加速度数据，如果其中的一个或多个数据超过预设值，则碰撞预测系统判断会出现冲顶情况；
[0026]
紧急制动装置：当预测系统给出冲顶信号，将冲顶信号输入防御系统，即动作执行机构，防御系统会切断主机电源和控制系统电源，并控制紧急制动装置动作。
[0027]
可选的，数据采集装置包括：制动监测单元、速度监测单元、位置监测单元、加速度监测单元。
[0028]
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种轿厢状态监测及碰撞预警方法及系统，其有益效果为：
[0029]
1)针对各种因素造成的电梯轿厢蹲底和冲顶事故，研究了不同载荷状态、不同运行速度下冲击时轿内人员的损伤机理，明确了主动防御系统的关键控制策略和指标；
[0030]
2)搭建轿厢状态适时监测软硬件系统，对轿厢运行速度、位置、加速度等参数进行准确监测，并通过智能算法对轿厢蹲底和冲顶事故进行准确预警和控制；
[0031]
3)实现了适用于油、水、高温的复杂环境，在轿厢蹲底和冲顶事故发生前均能起作用的电梯导轨制动装置。
附图说明
[0032]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0033]
图1为本发明提供的一种轿厢状态监测及碰撞预警方法的流程图；
[0034]
图2为本发明提供的一种轿厢状态监测及碰撞预警系统的结构图；
[0035]
图3为本发明提供的典型的神经网络结构。
具体实施方式
[0036]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0037]
参见图1所示，本发明公开了一种轿厢状态监测及碰撞预警方法，包括以下步骤：
[0038]
s1、通过冲顶事故数据进行汇总、分类、统计，仿真模拟得出训练数据；进行预测系统的训练，并确定预测模型；
[0039]
s2、电梯在运行时，对轿厢的制停距离、运行速度、轿厢位置、加速度进行实时监控，并采集对应的数据；
[0040]
s3、根据s2中采集的轿厢的制停距离、运行速度、轿厢位置、加速度数据，如果其中的一个或多个数据超过预设值，则碰撞预测系统判断会出现冲顶情况；
[0041]
s4、当预测系统给出冲顶信号，将冲顶信号输入防御系统，即动作执行机构，防御系统会切断主机电源和控制系统电源，并控制紧急制动装置动作。
[0042]
进一步的，s2中的碰撞预测的核心算法为神经网络算法。
[0043]
进一步的，参见图3所示，神经网络算法的结构包括输入层、隐含层和输出层。
[0044]
进一步的，输入层包括轿厢的制停距离、运行速度、轿厢位置、加速度，输出层包括电梯冲顶事故的发生。
[0045]
具体的，神经网络模型的准确性不仅受网络隐含层数、神经元数以及训练方法的限制，也对训练样本数据的质量有一定要求，无关联的数据组建立出的模型很难建立出正确的神经网络预测模型。对电梯冲顶事故的原因进行了规律性的分析研究，结合可能引发冲顶的事故进行分析，为rbf电梯事故类型的预测建立仿真模型提供支持。只有在数据上能呈现一定规律的参数作为rbf神经网络的输入层，预测才能更加准确。
[0046]
进一步的，神经网络算法的具体过程为：通过对已有冲顶事故以及模拟冲顶事故，统计分析得出冲顶事故发生规律，使用神经网络算法搭建碰撞预测系统；将碰撞预测系统的结果作为防御系统输入驱动动作执行机构的信号来源，切断主机电源和控制系统电源，并控制紧急制动装置动作，用来实现完整的轿厢状态监测及碰撞预警功能。
[0047]
与图1所述的方法相对应，本发明还提供了一种轿厢状态监测及碰撞预警系统，用于对图1中方法的具体实现，其结构示意图参见图2所示，包括依次连接的预测模型装置、数据采集装置、阈值判断装置、紧急制动装置；其中，
[0048]
预测模型装置：通过冲顶事故数据进行汇总、分类、统计，仿真模拟得出训练数据；进行预测系统的训练，并确定预测模型；
[0049]
数据采集装置：电梯在运行时，对轿厢的制停距离、运行速度、轿厢位置、加速度进行实时监控，并采集对应的数据；
[0050]
阈值判断装置：根据数据采集装置中采集的轿厢的制停距离、运行速度、轿厢位置、加速度数据，如果其中的一个或多个数据超过预设值，则碰撞预测系统判断会出现冲顶情况；
[0051]
紧急制动装置：当预测系统给出冲顶信号，将冲顶信号输入防御系统，即动作执行机构，防御系统会切断主机电源和控制系统电源，并控制紧急制动装置动作。
[0052]
进一步的，数据采集装置包括：制动监测单元、速度监测单元、位置监测单元、加速度监测单元。
[0053]
具体的，紧急制动装置安装于电梯轿厢顶部导靴处，制动力作用在轿厢轨道上。电梯在设定相应行程范围内，电梯设备上的传感器检测电梯轿厢速度、加速度，测量电梯轿厢与井道顶或者地坑底之间的距离，当轿厢速度不大于额定速度，加速度处于合理的范围时，该装置不动作。反之，电梯在设定相应行程范围内，当轿厢速度大于额定速度，加速度超出设置的范围时，该装置将自动触发，并切断主机电源和控制系统电源，使轿厢减速停梯。
[0054]
电梯在超出设定行程范围，电梯设备上的传感器检测轿厢的速度及减速度，测量电梯轿厢与井道顶或者地坑底之间的距离，当电梯运行速度不大于额定速度，处于减速状态，该装置不动作。反之，电梯在超出设定行程范围，当电梯运行速度大于额定速度，处于加速状态，该装置将自动触发，并切断主机电源和控制系统电源，使轿厢减速停梯。
[0055]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0056]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种轿厢状态监测及碰撞预警方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、通过冲顶事故数据进行汇总、分类、统计，仿真模拟得出训练数据；进行预测系统的训练，并确定预测模型；s2、电梯在运行时，对轿厢的制停距离、运行速度、轿厢位置、加速度进行实时监控，并采集对应的数据；s3、根据s2中采集的轿厢的制停距离、运行速度、轿厢位置、加速度数据，如果其中的一个或多个数据超过预设值，则碰撞预测系统判断会出现冲顶情况；s4、当预测系统给出冲顶信号，将冲顶信号输入防御系统，即动作执行机构，防御系统会切断主机电源和控制系统电源，并控制紧急制动装置动作。2.根据权利要求1所述的一种轿厢状态监测及碰撞预警方法，其特征在于，s2中的碰撞预测的核心算法为神经网络算法。3.根据权利要求2所述的一种轿厢状态监测及碰撞预警方法，其特征在于，神经网络算法的结构包括输入层、隐含层和输出层。4.根据权利要求3所述的一种轿厢状态监测及碰撞预警方法，其特征在于，输入层包括轿厢的制停距离、运行速度、轿厢位置、加速度，输出层包括电梯冲顶事故的发生。5.根据权利要求2所述的一种轿厢状态监测及碰撞预警方法，其特征在于，神经网络算法的具体过程为：通过对已有冲顶事故以及模拟冲顶事故，统计分析得出冲顶事故发生规律，使用神经网络算法搭建碰撞预测系统；将碰撞预测系统的结果作为防御系统输入驱动动作执行机构的信号来源，切断主机电源和控制系统电源，并控制紧急制动装置动作，用来实现完整的轿厢状态监测及碰撞预警功能。6.一种轿厢状态监测及碰撞预警系统，其特征在于应用权利要求1-5任一项所述的一种轿厢状态监测及碰撞预警方法，包括依次连接的预测模型装置、数据采集装置、阈值判断装置、紧急制动装置；其中，预测模型装置：通过冲顶事故数据进行汇总、分类、统计，仿真模拟得出训练数据；进行预测系统的训练，并确定预测模型；数据采集装置：电梯在运行时，对轿厢的制停距离、运行速度、轿厢位置、加速度进行实时监控，并采集对应的数据；阈值判断装置：根据数据采集装置中采集的轿厢的制停距离、运行速度、轿厢位置、加速度数据，如果其中的一个或多个数据超过预设值，则碰撞预测系统判断会出现冲顶情况；紧急制动装置：当预测系统给出冲顶信号，将冲顶信号输入防御系统，即动作执行机构，防御系统会切断主机电源和控制系统电源，并控制紧急制动装置动作。7.根据权利要求6所述的一种轿厢状态监测及碰撞预警系统，其特征在于，数据采集装置包括：制动监测单元、速度监测单元、位置监测单元、加速度监测单元。

技术总结
本发明公开了一种轿厢状态监测及碰撞预警方法及系统，应用于监测预警技术领域。包括以下步骤：S1、通过冲顶事故数据进行汇总、分类、统计，仿真模拟得出训练数据；进行预测系统的训练，并确定预测模型；S2、电梯在运行时，对轿厢的制停距离、运行速度、轿厢位置、加速度进行实时监控，并采集对应的数据；S3、根据S2中采集的数据，如果其中的一个或多个数据超过预设值，则碰撞预测系统判断会出现冲顶情况；S4、当预测系统给出冲顶信号，将冲顶信号输入防御系统，即动作执行机构，防御系统会切断主机电源和控制系统电源，并控制紧急制动装置动作。本发明的方法抑制了冲顶、蹲底事故的发生，最大程度的保护乘梯人员和设备安全。程度的保护乘梯人员和设备安全。程度的保护乘梯人员和设备安全。


技术研发人员：康笃刚 贾海军 张雷 文鹏高 吕潇 袁旌杰 邹同锋 李宏俊 李佳 尹存 黄崧
受保护的技术使用者：重庆市特种设备检测研究院
技术研发日：2023.05.18
技术公布日：2023/8/23