本发明涉及电梯物联网技术领域，尤其涉及一种电梯安全运行环境监测的多媒体预警终端及预警方法。
背景技术：
电梯作为现代人类活动最后50米的交通工具，在过去十年间已成为与市民生活密切相关的重要基础设施之一，特别是近年来我国电梯保有量迅速增加，未来还会持续上升。电梯的构成要素多，事故的发生既有一定的随机性和突发性，又有一些必然性，有统计表明，电梯构成要素中发生的事故概率分别为：厅门事故占80%左右，井道内事故占15%左右，其他占5%；厅门事故中尤以轿厢在开门区域外停止最为致命，乘客候梯时看到厅门开启就会以为轿厢在位而自然迈入，由此失控坠入井道导致伤亡。目前，电梯的安全主要靠定期维护或年检的方式，维保公司依据规程对电梯的各构成要素进行固定项目的检修，虽然且该方式存在“过修”或者“欠修”的情况，对可能发生的异常难以检测，但在过去10年间它为电梯行业的发展发挥了重要作用，随着电梯保有量的持续增长，电梯使用频率的快速提高，发生电梯事故的隐患随之进一步加大。
所谓电梯厅门误开，是指当某楼层的电梯厅门打开时，电梯轿厢在其他的楼层位置或虽然在本楼层但不处于正确的平层位置。电梯生产厂家对门系统（楼层厅门、轿厢门）等已有成熟的安全控制措施如安全触点、机械门锁、自动关门等，门系统也是维保单位日常工作的重点项目，理论上发生电梯厅门误开启的概率很低，但近年来，仍有由于厅门误开导致用户坠井伤亡的事故发生，毫无疑问，采用最新的科技成果用于对电梯特别是门系统（楼层厅门、轿厢门）进行在线监测和监管已成为推动行业发展的重要举措。目前对电梯厅门的监测，主要通过加装传感器方式采集数据然后逻辑分析为主，如文献cn105460725a、cn104192665b、cn107037767a、cn104340796a、cn107098239a。
近年来，随着科技的发展，在电梯轿厢内、轿厢外的候梯区域上方逐渐都安装了摄像头，业界研究人员围绕摄像头开展了一些机器视觉、图像识别的有趣工作，如文献cn101557506b发明了一种电梯轿厢内暴力行为智能检测装置，具有智能化、实时在线、可靠性强等特点；文献cn102126653b发明了基于视觉的智能多电梯系统，在电梯内和每层楼分别安装有摄像头，每个摄像头与电梯控制系统相连，电梯控制系统内设置有电梯人数统计模块，用于统计每层楼的等候电梯人数和电梯内的人数；文献cn104961009b发明一种基于机器视觉的多电梯并联运行协调控制方法及系统，可以得出梯内外人数；通过对电梯内外的人数统计，综合考虑各楼层候梯人数、各电梯梯内剩余容量及距离候梯位置，采用协调控制算法对电梯运行进行调度；文献cn105035887b提供一种基于计算机视觉检测的智能电梯主控系统，它通过检测电梯候梯区域和电梯轿厢内固定区域中人员数目，智能控制电梯的运行，智能控制轿厢内照明系统的工作，并将特定电梯的运行状态和特定电梯的乘梯人数通过互联网发送给特定用户；文献cn105480806b设计了一种电梯物联网系统和管理方法，通过采集到的不同信息进行组合，自动判断电梯是否处于故障或事故状态，并由物联网终端实现自动向远程监控报警，同时存储整个故障或事故期间的电梯信息和处理过程。
上述方案在相当程度上已经实现了电梯运行安全监测的信息化系统，普遍采取的方法是基于远程监控的电梯物联网监测方法，获取电梯本身的运行状态信号和视频信息。如果将机器视觉与运行姿态、环境参量进行数据融合应用于电梯安全监测，具有稳定性强、安全监测范围广、监控效率高、维护成本低、安装简单、综合应用效果好等优点，无疑有助于大幅度降低电梯安全事故。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电梯安全运行环境监测的多媒体预警终端及预警方法，通过机器视觉、姿态评估和空间环境传感数据巧妙融合，其能够对电梯状态、运行姿态和轿厢环境进行跟踪监测的智慧物联设备。
本发明采用的技术方案是：
一种电梯安全运行环境监测的预警方法，其包括以下步骤：
步骤1：在电梯轿厢内安装摄像头，并通过摄像头获取轿厢内视频，摄像头的摄像范围包含有电梯轿门区域；
步骤2：通过九轴姿态传感器实时监测获取电梯运行参数，电梯运行参数包括角速度和加速度；
步骤3：在摄像轿门区域的中上方定义检测窗口，根据检测窗口对监控视频进行截取，并对截取图像进行分析分割后判定轿门处于开门或关门状态；
步骤4：对监控视频中对应摄像区域的中下方区域的视频流进行特征提取，来判定轿厢内是否有人；
步骤5：基于电梯运行参数应用姿态估计算法获取电梯的运行方向和运行速度，结合二次积分得到的平动位移来捕捉三维空间的完整运动信息；
步骤6：对完整运动信息进行数字分类，并进行电梯运行姿态判定；当判断电梯运行出现异常时，立即通过通讯模块向远程服务端发送警报。
进一步地，电梯运行是否异常的具体判断方法为：当摄像头监测到轿厢内有人，超过5分钟摄像头未同时监测到轿厢开门，认为是电梯困人；当摄像头监测到轿厢开门状态时，同时九轴姿态传感器采集到电梯在运行，则认为是溜梯；当姿态传感器采集到垂直运行加速度接近重力加速度时，认为是电梯失去控制急速下坠或急速上升。
进一步地，步骤6中电梯运行姿态包括稳定运行、一般运行和异常运行三种运行姿态。
进一步地，步骤6中当电梯异常运行的同时通过摄像头判断有困人故障，则启用语音识别模块的语音呼叫远程报警功能。
进一步地，步骤6中进一步提供视频对讲，并开启预设的备用灯光，通过显示屏播放安抚视频。
本发明还公开了一种电梯安全运行环境监测的多媒体预警终端，其包括主处理器以及与主处理器连接的摄像头、九轴姿态传感器、空气质量传感器、电梯供电取样电路、移动通讯模块、语音识别模块、后备电源模块和声光电路；摄像头设于轿厢内，摄像头的摄像范围包含有电梯轿门区域，九轴姿态传感器实时监测电梯运行的角速度和加速度参数，空气质量传感器实时监测轿厢内环境的温湿度数据、二氧化碳等级和总挥发性有机化合物指标，电梯供电取样电路采集电梯的供电状态，主处理器通过移动通讯模块与远程服务端连接并发送警报，主处理器通过语音识别模块实现语音呼叫远程报警功能，后备电源模块用于电梯紧急情况下的电源供给，声光电路提供电梯的声光报警。
进一步地，摄像头通过usb接口与主处理器连接。
进一步地，九轴姿态传感器通过第一通道iic接口与主处理器连接。
进一步地，空气质量传感器通过第二通道iic接口与主处理器连接。
进一步地，空气质量传感器连接有显示器，显示器直接读显乘梯空间环境的空气质量。
本发明采用以上技术方案，运用视觉机器、高性能三维运动姿态传感器和空气质量传感器采集到的不同信息组合，智慧判断电梯是否处于故障或事故状态，智慧评估乘梯环境、安全等级，预判电梯机电运行表征性能，并由物联网及时向远程服务端报警预警。整个系统稳定性强、监测效率高、安装简单、维护成本低、综合应用效果好，有益于大幅度降低电梯安全事故。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；
图1为本发明一种电梯安全运行环境监测的预警方法的流程示意图；
图2为本发明一种电梯安全运行环境监测的多媒体预警终端的安装位置示意图；
图3为本发明一种电梯安全运行环境监测的多媒体预警终端的结构示意图；
图4为本发明一种电梯安全运行环境监测的多媒体预警终端的涉及数据采集的电路示意图。
具体实施方式
如图1-4之一所示，本发明公开了一种电梯安全运行环境监测的预警方法，其包括以下步骤：
步骤1：在电梯轿厢内安装摄像头，并通过摄像头获取轿厢内视频，摄像头的摄像范围包含有电梯轿门区域；
步骤2：通过九轴姿态传感器实时监测获取电梯运行参数，电梯运行参数包括角速度和加速度；
步骤3：在摄像轿门区域的中上方定义检测窗口，根据检测窗口对监控视频进行截取，并对截取图像进行分析分割后判定轿门处于开门或关门状态；
步骤4：对监控视频中对应摄像区域的中下方区域的视频流进行特征提取，来判定轿厢内是否有人；
步骤5：基于电梯运行参数应用姿态估计算法获取电梯的运行方向和运行速度，结合二次积分得到的平动位移来捕捉三维空间的完整运动信息；
步骤6：对完整运动信息进行数字分类，并进行电梯运行姿态判定；当判断电梯运行出现异常时，立即通过通讯模块向远程服务端发送警报。
进一步地，电梯运行是否异常的具体判断方法为：当摄像头监测到轿厢内有人，超过5分钟摄像头未同时监测到轿厢开门，认为是电梯困人；当摄像头监测到轿厢开门状态时，同时九轴姿态传感器采集到电梯在运行，则认为是溜梯；当姿态传感器采集到垂直运行加速度接近重力加速度时，认为是电梯失去控制急速下坠或急速上升。
进一步地，步骤6中电梯运行姿态包括稳定运行、一般运行和异常运行三种运行姿态。
进一步地，步骤6中当电梯异常运行的同时通过摄像头判断有困人故障，则启用语音识别模块的语音呼叫远程报警功能。
进一步地，步骤6中进一步提供视频对讲，并开启预设的备用灯光，通过显示屏播放安抚视频。
如图2-4之一所示，本发明还公开了一种电梯安全运行环境监测的多媒体预警终端，
其包括主处理器u301以及与主处理器u301连接的摄像头u302、九轴姿态传感器u303、空气质量传感器u304、电梯供电取样电路u305、移动通讯模块u306、语音识别模块u307、后备电源模块u308和声光电路u309；摄像头u302设于轿厢内，摄像头u302的摄像范围包含有电梯轿门区域，九轴姿态传感器u303实时监测电梯运行的角速度和加速度参数，空气质量传感器u304实时监测轿厢内环境的温湿度数据、二氧化碳等级和总挥发性有机化合物指标，电梯供电取样电路u305采集电梯的供电状态，主处理器u301通过移动通讯模块u306与远程服务端连接并发送警报，主处理器u301通过语音识别模块u307实现语音呼叫远程报警功能，后备电源模块u308用于电梯紧急情况下的电源供给，声光电路u309提供电梯的声光报警。
具体地，如图2所示，电梯安全运行环境监测的多媒体预警终端1装于轿厢2内的轿门对面轿厢2壁的中上方位置。
如图3所示，主处理器u301是主处理器，摄像头u302是摄像头，九轴姿态传感器u303是九轴姿态传感器，空气质量传感器u304是空气质量传感器，电梯供电取样电路u305是电梯供电取样电路，u306是移动通讯模块，u307是语音识别模块，u308是后备电源模块，u309是声/光电路。其中，主处理器u301分别和摄像头u302、九轴姿态传感器u303、空气质量传感器u304、电梯供电取样电路u305、移动通讯模块u306、语音识别模块u307、后备电源模块u308、声光电路u309相连。
如图4所示，摄像头u302、九轴姿态传感器u303、空气质量传感器u304、电梯供电取样电路u305共同构成终端1的数据采集电路，主处理器u301是主处理器，摄像头u302是摄像头，九轴姿态传感器u303是九轴姿态传感器，空气质量传感器u304是空气质量传感器。主处理器u301的usb1和摄像头u302的usb端相连；主处理器u301的sda1端分别和九轴姿态传感器u303的sda端、电阻r302的一端相连，主处理器u301的scl1端分别和九轴姿态传感器u303的scl端、电阻r301的一端相连，电阻r301、r302的另一端和vcc相连；主处理器u301的sda2端分别和空气质量传感器u304的sda端、电阻r304的一端相连，主处理器u301的scl2端分别和空气质量传感器u304的scl端、电阻r303的一端相连，电阻r303、r304的另一端和vcc相连；主处理器u301的ain1端分别和电容c301、电阻r305、电阻r306的一端相连，电容c301、电阻r306的另一端和gnd地相连，电阻r305的另一端和二极管d301的一端相连，二极管d301的另一端和市电变换的ac12v端相连。
进一步地，空气质量传感器u304连接有显示器，显示器直接读显乘梯空间环境的空气质量。
本发明采用以上技术方案，运用视觉机器、高性能三维运动姿态传感器和空气质量传感器采集到的不同信息组合，智慧判断电梯是否处于故障或事故状态，智慧评估乘梯环境、安全等级，预判电梯机电运行表征性能，并由物联网及时向远程服务端报警预警。整个系统稳定性强、监测效率高、安装简单、维护成本低、综合应用效果好，有益于大幅度降低电梯安全事故。