摘要：自動扶梯上乘客摔倒、逆向行走、攜帶嬰兒車乘梯、出口擁堵、驅動鏈斷裂導致逆轉等危險行為或危險狀態是自動扶梯日常使用中重要的危險源。應用人工智能技術和更可靠保護的安全功能，能使自動扶梯更加智能、安全、可靠，能夠有效應對上述危險源，為乘客提供安全、便利的服務。

關鍵詞：智能自動扶梯；人工智能；安全功能；更新改造；發展趨勢

自動扶梯被廣泛用于商場、酒店、醫院、機場、車站、地鐵站點等公共場所，已成為現代建筑不可或缺的組成部分。截至2019年底，國內在用電梯(含自動扶梯類產品)總量達到709萬臺，自動扶梯類產品的臺數約占其中的10%～20%左右，數量巨大。在日常運營中，自動扶梯并非始終保持滿負荷運行狀態，尤其是商場、酒店等諸多場所的自動扶梯大多數時間是處于空載狀態。為節約能源、延長機械部件的壽命，主流制造商都陸續開發了變頻自動扶梯，目前已得到廣泛應用。但這類自動扶梯除了具有一定的節能效果外，并不具備智能交互功能，因此筆者將這類自動扶梯統稱為“傳統自動扶梯”。隨著科技和社會的不斷發展，越來越多的新技術、新模式應用到傳統行業的產品中來。本文中筆者結合上海三菱電梯有限公司最新推出的“SmartK-II智能自動扶梯”，對智能自動扶梯的應用研究及發展進行探討。

1  智能自動扶梯的特點

相比傳統自動扶梯，智能自動扶梯通過智能傳感、智能控制、智能交互及智能物聯技術(見圖1)，使自動扶梯在運行過程中對外界環境及乘客行為的變化進行智能感知、決策判斷，并進行適應性調整；以產品、監控、維保3個維度的智能化應用，提升自動扶梯的安全性。

1.1  產品智能化

上海三菱電梯最新推出的SmartK-II智能自動扶梯，在自動扶梯的扶手入口處安裝了集成多種功能的智能終端(見圖2)，該終端配置有攝像頭、光照度傳感器、雨量傳感器等多種監測設備，通過后臺數據處理可實現危險行為識別、智能語音播報、智能照明控制、智能潤滑等多種智能功能；并且同時具備傳統變頻自動扶梯的運行方向和狀態顯示功能；還可通過LCD 屏可實時顯示多種警示圖標(見圖3)，配合語音播報裝置的聲音提示，使各個年齡段的乘客輕松了解自動扶梯智能終端傳遞的各類信息。

1.1.1  危險行為識別及警示

大量事故案例顯示，乘客的危險行為如逆向行走、攜帶嬰兒車乘坐、孩童在扶手入口區域玩耍是導致自動扶梯事故的主要危險源。目前傳統自動扶梯所采取的在自動扶梯出入口附近設置“小孩必須拉住”“禁止使用手推車”等安全標志雖然有一定的警示作用，但效果有限。

通過深度學習圖像識別技術、TOF(Time-of-Flight)技術的應用，將上述這些危險行為進行有效識別，通過持續的語音播報和在終端上顯示警示圖標(見圖3)提醒乘客注意、取消危險行為，可以大幅減少此類事故的發生。

1.1.2  智能語音播報裝置

大多數傳統自動扶梯語音播報音量不能自動調整，乘坐自動扶梯時常常會發現如環境安靜語音播報的音量讓人感到異常響亮，但在環境嘈雜時又模糊不清、聽不清楚，這樣的語音播報效果不太理想。采取實時監視環境音量，結合智能濾波控制算法，根據環境噪聲自適應調整播報音量，可達到在環境嘈雜時聲音洪亮、環境安靜時舒適靜謐的理想播報效果。經驗證，當保持語音播報音量比實測環境噪聲高8～12dB(A)的自適應調整設定，可以妥善解決環境噪聲和播報音量不匹配的問題。

1.1.3  智能照明控制

智能照明控制是對環境的光照度進行實時監測，并結合自動扶梯的使用環境、營運時間設置及環境光照度對自動扶梯的裝潢類照明系統進行自動開啟或關閉。該功能既能使自動扶梯根據需要提供恰當照明，又可以根據預先設置的時間自動關閉非營運時間段的照明，減少了能源消耗；由于不需要人工開啟或關閉，節省了管理的人工支出，提高了乘客乘行安全。

1.1.4  智能潤滑系統和智能運行狀態控制(適用于室外自動扶梯)

自動扶梯上使用的多種鏈條需要有效的潤滑才能保證良好的性能，達到預期使用壽命。智能潤滑系統的工作原理是應用雨量傳感器對室外自動扶梯所處環境的降雨情況進行實時監測，降雨時不進行自動加油操作，停止下雨后自動扶梯各種鏈條自動加油潤滑；并重新自動計算下次自動加油的開啟時間，可保證對自動扶梯鏈條的始終有效潤滑。

另外，因降雨會造成自動扶梯梯級踏面、樓層板表面及周圍地面濕滑，容易造成人員摔倒，借助雨量傳感器對降雨情況的監控，通過語音播報提醒乘客注意地面的濕滑，或者采用控制、調整自動扶梯的運行狀態以減少乘客因降雨地面濕滑而摔倒的事故發生。

1.1.5  扶手帶智能殺菌消毒

乘客在乘坐自動扶梯時需要緊握扶手帶以達到安全乘梯的目的，扶手帶因此也非常容易沾染各種細菌或病毒。2018年香港媒體曾在香港地鐵沙田站自動扶梯進行測試，結果表明：當乘客觸摸扶手帶后，其總菌落的數量達到了740CFU，為觸摸前的70倍。

扶手帶智能殺菌裝置(見圖4)利用適當波長紫外線照射扶手帶表面后，可破壞細菌、病毒等病原體微生物機體細胞中的DNA(脫氧核糖核酸)或RNA(核糖核酸)分子結構以使其死亡或不能復制繁衍的原理，起到殺菌消毒的功能。將智能殺菌消毒裝置安裝在自動扶梯的內部，與乘客接觸到的扶手欄桿區域隔離，不會造成乘客手指夾入殺菌消毒裝置的傷害事故發生；結合智能控制方式，根據自動扶梯實際運營情況制訂相應的定時殺菌消毒策略，可保證自動扶梯扶手帶的衛生，讓乘客乘行自動扶梯更加放心、安全。

1.2  監控智能化(SmartEye自動扶梯智能監控系統)

經對自動扶梯日常管理進行調研分析，上海三菱電梯推出了慧眼(SmartEye)自動扶梯智能監控系統(見圖5)，引入智能圖像傳感技術、智能控制技術、智能交互技術、智能物聯技術，實現對自動扶梯的智能監控。該系統采用人工智能技術將監控系統的作用由“被動追溯”提升到“主動干預”，幫助業主提高運營效率、加強運營管理。針對乘客流量的監控分析，可確認合理的維保周期，實現按需維保。系統架構見圖6。針對智能自動扶梯的日常運營，可實現以下功能：(1)自動扶梯智能狀態監控(危險行為識別與警示)；(2)自動扶梯智能早晚開/關梯與故障預診斷服務；(3)自動扶梯自適應音量的語音播報；(4)故障履歷、操作履歷、通行履歷、交通流量履歷記錄與統計；(5)歷史運行狀態回放；(6)與樓宇監控系統對接。

該系統在上海地鐵漢中路站(2018年8月～2019年2月)19臺自動扶梯的運行試點測試證明：實現了乘客跌倒、出入口擁堵等緊急狀態的智能監視；當系統監測到異常狀態時，會在監控室內發出警報信號，由專業的管理人員根據視頻中的情況判斷是否需要進行操作；需要緊急停止自動扶梯時，可操作監控屏附帶的實體緊急停止按鈕切斷目標自動扶梯的安全回路，立即制停自動扶梯以確保安全。試點測試證明自動扶梯采用監控智能化技術，大幅提高了緊急狀態應急響應的專業性、及時性和安全性。

1.3  維保智能化(預測性維護技術)

傳統自動扶梯的維護由于缺少使用情況及關鍵部件性能的持續監控數據，在日常維護時，無法客觀評估自動扶梯潛藏的部件失效風險；而故障往往是發生在自動扶梯運營高峰和高負荷時期，除了可能帶來的乘客傷害外，故障停梯檢修對日常的運營也會造成很大的影響。維保智能化技術通過對自動扶梯關鍵性能指標(如制停距離、變頻器溫度、扶手帶速度、振動等)進行持續監測，在部件性能發生劣化至“亞健康狀態”時，在最近一次維保中采取預測性維護對策，可避免關鍵部件性能進一步劣化達到發生故障停梯的程度。正常維護工作在自動扶梯非營運時段開展，可充分保障運營時段的運輸安全和有序。

采用預測性維護對策的維保智能化技術見圖7。

2  安全功能的介紹

將智能傳感、智能控制、智能交互及智能物聯技術應用于自動扶梯，讓智能自動扶梯擁有了傳統自動扶梯所不具備的智能感知與判斷能力，使自動扶梯更加智能、安全。但是，我們并不能因此忽視安全功能的作用。安全功能就如同人體的免疫系統，自動扶梯一旦發生異常，可靠、有效的安全功能可及時檢出異常，并讓自動扶梯采取相應有效措施，避免傷害事故發生或進一步擴大，對保障乘客的安全是極其重要的。

2.1  非操縱逆轉

GB16899-2011《自動扶梯和自動人行道的制造與安裝安全規范》第5.4.2.3.1條對超速和非操縱逆轉保護的要求如下：自動扶梯和自動人行道應在速度超過名義速度的1.2倍之前自動停止運行；如果采用速度限制裝置，該裝置應能在速度超過名義速度的1.2倍之前切斷自動扶梯或自動人行道的電源。第5.4.2.3.2條規定：自動扶梯和傾斜角α≥6°的傾斜式自動人行道應設置一個裝置，使其在梯級、踏板或膠帶改變規定運行方向時自動停止運行。

自動扶梯速度及運行方向的監測方式，根據檢測元件的位置，大致分為兩種：(1)設置在電動機軸、飛輪或減速機輸入軸上，即監測傳動系統中驅動鏈之前的部分，對驅動主軸或梯級速度進行間接監測；(2)設置在驅動主軸或梯級上，即監測傳動系統中驅動鏈之后的部分，對驅動主軸或梯級速度進行直接監測。

采用間接監測或直接監測方法都能符合標準的要求，因直接監測(設置在驅動主軸或梯級側)存在較多技術難點，大多數自動扶梯制造商采用間接監測方法。圖8為目前應用較多的安裝在驅動主機飛輪側的間接監測方法。傳感器除監視電動機轉速外，根據兩個傳感器輸出波形進入重疊區的先后(見圖9)可監測運行方向。

2  安全功能的介紹

將智能傳感、智能控制、智能交互及智能物聯技術應用于自動扶梯，讓智能自動扶梯擁有了傳統自動扶梯所不具備的智能感知與判斷能力，使自動扶梯更加智能、安全。但是，我們并不能因此忽視安全功能的作用。安全功能就如同人體的免疫系統，自動扶梯一旦發生異常，可靠、有效的安全功能可及時檢出異常，并讓自動扶梯采取相應有效措施，避免傷害事故發生或進一步擴大，對保障乘客的安全是極其重要的。

2.1  非操縱逆轉

GB16899-2011《自動扶梯和自動人行道的制造與安裝安全規范》第5.4.2.3.1條對超速和非操縱逆轉保護的要求如下：自動扶梯和自動人行道應在速度超過名義速度的1.2倍之前自動停止運行；如果采用速度限制裝置，該裝置應能在速度超過名義速度的1.2倍之前切斷自動扶梯或自動人行道的電源。第5.4.2.3.2條規定：自動扶梯和傾斜角α≥6°的傾斜式自動人行道應設置一個裝置，使其在梯級、踏板或膠帶改變規定運行方向時自動停止運行。

自動扶梯速度及運行方向的監測方式，根據檢測元件的位置，大致分為兩種：(1)設置在電動機軸、飛輪或減速機輸入軸上，即監測傳動系統中驅動鏈之前的部分，對驅動主軸或梯級速度進行間接監測；(2)設置在驅動主軸或梯級上，即監測傳動系統中驅動鏈之后的部分，對驅動主軸或梯級速度進行直接監測。

采用間接監測或直接監測方法都能符合標準的要求，因直接監測(設置在驅動主軸或梯級側)存在較多技術難點，大多數自動扶梯制造商采用間接監測方法。圖8為目前應用較多的安裝在驅動主機飛輪側的間接監測方法。傳感器除監視電動機轉速外，根據兩個傳感器輸出波形進入重疊區的先后(見圖9)可監測運行方向。

2  安全功能的介紹

將智能傳感、智能控制、智能交互及智能物聯技術應用于自動扶梯，讓智能自動扶梯擁有了傳統自動扶梯所不具備的智能感知與判斷能力，使自動扶梯更加智能、安全。但是，我們并不能因此忽視安全功能的作用。安全功能就如同人體的免疫系統，自動扶梯一旦發生異常，可靠、有效的安全功能可及時檢出異常，并讓自動扶梯采取相應有效措施，避免傷害事故發生或進一步擴大，對保障乘客的安全是極其重要的。

2.1  非操縱逆轉

GB16899-2011《自動扶梯和自動人行道的制造與安裝安全規范》第5.4.2.3.1條對超速和非操縱逆轉保護的要求如下：自動扶梯和自動人行道應在速度超過名義速度的1.2倍之前自動停止運行；如果采用速度限制裝置，該裝置應能在速度超過名義速度的1.2倍之前切斷自動扶梯或自動人行道的電源。第5.4.2.3.2條規定：自動扶梯和傾斜角α≥6°的傾斜式自動人行道應設置一個裝置，使其在梯級、踏板或膠帶改變規定運行方向時自動停止運行。

自動扶梯速度及運行方向的監測方式，根據檢測元件的位置，大致分為兩種：(1)設置在電動機軸、飛輪或減速機輸入軸上，即監測傳動系統中驅動鏈之前的部分，對驅動主軸或梯級速度進行間接監測；(2)設置在驅動主軸或梯級上，即監測傳動系統中驅動鏈之后的部分，對驅動主軸或梯級速度進行直接監測。

采用間接監測或直接監測方法都能符合標準的要求，因直接監測(設置在驅動主軸或梯級側)存在較多技術難點，大多數自動扶梯制造商采用間接監測方法。圖8為目前應用較多的安裝在驅動主機飛輪側的間接監測方法。傳感器除監視電動機轉速外，根據兩個傳感器輸出波形進入重疊區的先后(見圖9)可監測運行方向。

2.3  附加制動器調試

GB16899-2011第5.4.2.2.2條新增了附加制動器動作時的減速度不應超過1m/s2的要求，目的是為了降低附加制動器制動時因減速度過大可能導致的人員摔倒風險。目前，各大主流品牌自動扶梯的附加制動器工作原理接近：在驅動主軸上裝配可隨驅動主軸同步轉動的棘輪，棘輪依靠摩擦力矩與驅動主軸連接，摩擦力矩的大小由制動力矩設定螺栓(母)調整設定；附加制動器作用時，制動執行裝置的頂桿卡入棘輪齒槽內，棘輪被限制轉動，依靠棘輪與驅動主軸之間預設的摩擦力矩制停自動扶梯。制動前棘輪與驅動主軸之間相對靜止為靜摩擦，制動時棘輪發生轉動時是動摩擦。目前，附加制動器制動力矩預設常用方法是用預定的緊固力矩去擰緊制動力矩設定螺栓(母)，部分廠商會采用拉力計測量棘輪相對驅動主軸發生轉動時的轉動力作為附加制動器制動力矩的復核驗收。螺栓(母)的緊固力矩T與緊固產生的軸向力F之間的關系可用公式T=KFd(K為擰緊力矩系數，d為螺紋的公稱直徑)來表示。擰緊力矩系數K由于與螺紋規格、螺紋升螺紋的當量摩擦角、聯結件的摩擦表面狀況等多種因素有關，因此采用緊固力矩控制軸向力的方法精度較低，誤差一般約為±25%。由于靜摩擦系數與動摩擦系數之間存在差異，而且附加制動器的制動力矩還受各相關配合件的加工精度、裝配精度等因素影響，采用拉力計測量得到棘輪剛發生轉動時的制動力矩，與附加制動器實際動作時的制動力矩也存在較大的偏差。

上海三菱電梯對每臺配置有附加制動器的驅動主軸出廠前都采用動態力矩法進行調試設定，確保一旦發生緊急制動時，既能有效制動自動扶梯，又能確保制動減速度不過大造成乘客摔倒。附加制動器動力矩調試裝置見圖12。具體調試方法如下：將力矩傳感器連接驅動主軸與測試主機，驅動主機配置較大轉動慣量的飛輪，使整個系統轉動慣量與自動扶梯產品保持一致；當驅動主軸達到目標轉速后，切斷測試主機和附加制動器的電源使附加制動器動作，驅動主軸因附加制動器的制動從目標轉速減速至零，通過力矩傳感器記錄從目標轉速減速至零過程的制動力矩，取力矩平均值作為動態制動力矩值。這種調試設定方法模擬產品實際工況，通過精確設定附加制動器制動力矩，可確保附加制動器動作時自動扶梯減速度符合標準要求，提高了安全性。