CN113543105A - 一种面向电梯安全监控的边缘计算网关及其监控系统、方法 - Google Patents

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CN113543105A CN202110821285.5A CN202110821285A CN113543105A CN 113543105 A CN113543105 A CN 113543105A CN 202110821285 A CN202110821285 A CN 202110821285A CN 113543105 A CN113543105 A CN 113543105A
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Abstract

本发明公开了一种面向电梯安全监控的边缘计算网关及其监控系统、方法，该系统包括：边缘计算网关；具有NFC功能与蓝牙功能的维保人员专用设备，用于与边缘计算网关进行近场通信，实现身份认证和鉴定以保证仅与可信的NFC智能终端进行通信，并在边缘计算网关的主控芯片模块被激活后实现利用蓝牙模块与边缘计算网关的蓝牙通信模块的配对，与配对成功后通过蓝牙通信方式将维保过程中产生的数据通过蓝牙通信方式传送给边缘计算网关；定制RFID标签，用于在边缘计算网关的超高频读写器模块被激活后与其通信并向边缘计算网关报告维保人员信息；云服务器，用于通过边缘计算模块的NB‑IoT通信模块与边缘计算网关进行通信以存储维保数据。

Description

一种面向电梯安全监控的边缘计算网关及其监控系统、方法
技术领域
本发明涉及电梯安全监控技术领域，特别是涉及一种面向电梯安全监控的边缘计算网关及其监控系统、方法。
背景技术
随着高层建筑的增多，大量的电梯被投放到楼宇中，电梯事故也逐渐增多，其主要问题往往来源于电梯安装、改造、维修和日常维护保养等环节，而这其中由于维保人员未能按时对电梯进行日常监测、维护，则是电梯产生事故的主要原因，因此，提供一种技术手段以解决电梯安全问题、辅助监部门对维保人员的工作有效监管，则具有非常重要的意义。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种面向电梯安全监控的边缘计算网关及其监控系统、方法，实现对维保人员工作的有效监管以及确保监测数据的真实性，从而建立和完善电梯安全监控体系。
为达上述及其它目的，本发明提出一种面向电梯安全监控的边缘计算网关，包括：
NFC读写器模块，用于与维保人员专用设备通信进行鉴定并在接收到维保人员专用设备的激活信号时激活主控芯片模块；
主控芯片模块，用于被激活信号激活后，启动超高频读写器模块进行标签的读取操作，根据接收的定制RFID标签返回的信号判断维保人员是否在现场对电梯进行维护，并启动蓝牙通信模块与维保人员专用设备建立无线通信链路进行数据传输，以及启动NB-IoT通信模块，对维护过程中接收的数据进行处理并在维护过程中实时或维护结束时通过NB-IoT通信模块上传至远端的云服务器；
超高频读写器模块，用于在所述主控芯片模块的控制下对定制RFID标签进行读取操作，并接收定制RFID标签返回的标签信息及信号强度提供给所述主控芯片模块；
蓝牙通信模块，用于在被所述主控芯片模块启动后与具有蓝牙功能的设备进行配对，与配对成功的具有蓝牙功能的设备进行蓝牙通信；
NB-IoT通信模块，用于在被所述主控芯片模块启动后与云服务器建立无线连接。
优选地，所述主控芯片模块根据定制RFID标签返回信号的强度变化以及ID号码判断检查人员是否根据规定维保。
优选地，所述主控芯片模块实时判断所述定制RFID标签每次返回的信号的强度变化是否小于当前信号强度变化阈值，若返回的标签信号的强度变化小于所述当前信号强度变化阈值时，则判断当前维修人员在工作过程中离开岗位。
优选地，所述当前信号强度变化阈值通过内部随机数发生器单元产生随机值，并根据产生的随机值从预先设定好的信号强度变化阈值中选取生成。
优选地，当返回的标签信号的强度变化小于所述当前信号强度变化阈值时，通过所述蓝牙通信模块向所述维保人员专用设备产生告警信号，若告警后接收到的标签信号的强度变化仍小于所述当前信号强度变化阈值，则判定当前维保人员在工作过程中离开岗位。
优选地，若在工作过程中所述超高频读写器模块盘寻不到当前维护人员的定制RFID标签时，控制所述超高频读写器模块自动提高盘询次数，并通过所述蓝牙通信模块向维保人员专用设备产生告警信号，告警后若仍检测不到定制RFID标签返回的信号，则判定该维保人员在工作过程中离开岗位。
为达到上述目的，本发明还提供一种面向电梯安全的监控系统，包括：
上述边缘计算网关；
具有NFC功能与蓝牙功能的维保人员专用设备，用于与所述边缘计算网关进行近场通信，实现身份认证和鉴定以保证仅与可信的NFC智能终端进行通信，并在所述边缘计算网关的主控芯片模块被激活后实现利用蓝牙模块与所述边缘计算网关的蓝牙通信模块的配对，与配对成功后通过蓝牙通信方式将维保过程中产生的数据通过蓝牙通信方式传送给所述边缘计算网关；
定制RFID标签，用于在所述边缘计算网关的超高频读写器模块被激活后与其通信以向所述边缘计算网关报告维保人员信息；
云服务器，用于通过所述边缘计算模块的NB-IoT通信模块与所述边缘计算网关进行通信以存储维保数据。
为达到上述目的，本发明还提供一种面向电梯安全的监控方法，包括如下步骤：
步骤S1，边缘计算网关在维保人员专用设备的激活下启动超高频读写器模块对定制RFID标签的读取，接收定制RFID标签返回的信号，同时启动蓝牙通信模块及NB-IoT通信模块；
步骤S2，根据接收的所述定制RFID标签返回的信号判断维保人员是否在现场对电梯进行维护；
步骤S3，通过蓝牙通信模块获取维保人员专用设备维护过程中产生的数据，并将获取的数据处理后通过NB-IoT通信模块上传至远端的云服务器。
优选地，于步骤S2中，根据接收的定制RFID标签返回的标签信号的强度变化以及ID号码判断维保人员是否在现场对电梯进行维护。
优选地，当返回的标签信号的强度变化小于生成的当前信号强度变化阈值时，通过所述蓝牙通信模块向所述维保人员专用设备产生告警信号，若告警后接收到的标签信号的强度变化仍小于所述当前信号强度变化阈值，则判定当前维保人员在工作过程中离开岗位。
与现有技术相比，本发明一种面向电梯安全监控的边缘计算网关及其监控系统、方法通过利用RFID技术、蓝牙通信技术、NFC技术以及NB-IoT通信，实现了对维保人员工作的有效监管以及确保监测数据的真实性，从而建立和完善电梯安全监控体系。
附图说明
图1为本发明一种面向电梯安全的监控系统的结构示意图；
图2为本发明一种面向电梯安全的监控方法的步骤流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图1为本发明一种面向电梯安全的监控系统的结构示意图。如图1所示，本发明一种面向电梯安全的监控系统，包括：边缘计算网关10、维保人员专用设备20、定制RFID标签30以及云服务器40。
其中，边缘计算网关10用于在维保人员专用设备20的控制下实现对定制RFID标签30读取，根据接收的定制RFID标签30返回的信号判断维保人员是否在现场对电梯进行维护，同时与维保人员专用设备20建立蓝牙通信链路以传输数据，并将经过处理的数据上传至远端的云服务器40。在本发明中，边缘计算网关10设置于电梯内，其在维保人员专用设备20的控制下激活后，对定制RFID标签30实时读取，根据接收的定制RFID标签30返回的标签ID及信号强度变化判断维保人员是否在现场对电梯进行维护，并与维保人员专用设备20建立蓝牙通信，获取维保人员专用设备20维护过程中产生的数据，并将获取的数据处理后上传至远端的云服务器40。
在本发明中，边缘计算网关10进一步包括：NFC读写器模块101、主控芯片模块102、超高频读写器模块103、蓝牙通信模块104及NB-IoT通信模块105，NFC读写器模块101、超高频读写器模块103、蓝牙通信模块104及NB-IoT通信模块105分别与主控芯片模块102连接，蓝牙通信模块104通过蓝牙无线链路与维保人员专用设备20进行连接，定制RFID标签30则通过超高频无线信号与超高频读写器模块103连接，NB-IoT通信模块105与云服务器40用无线方式连接。
其中，NFC读写器模块101用于与维保人员专用设备20通信进行鉴定并在接收到维保人员专用设备20的激活信号时激活主控芯片模块102。具体地，当电梯维护人员携带维保人员专用设备20进入电梯，通过维保人员专用设备20的NFC功能与NFC读写器模块101进行通信鉴定后发送激活信号至NFC读写器模块101以激活主控芯片模块102；主控芯片模块102，用于被激活信号激活后，启动超高频读写器模块103进行标签的读操作，根据接收的定制RFID标签30返回的信号的强度变化以及标签ID判断相应的维保人员是否在现场对电梯进行维护，启动蓝牙通信模块104与维保人员专用设备20建立无线通信链路进行数据传输，并且主控芯片模块102还启动NB-IoT通信模块105，对维护过程中接收的数据进行处理和打包，在维护过程中实时或维护结束时通过NB-IoT通信模块105上传至远端的云服务器40；超高频读写器模块103，用于在主控芯片模块102的控制下对定制RFID标签30进行读操作，并接收定制RFID标签30返回的标签信号提供给主控芯片模块102；蓝牙通信模块104，用于在被主控芯片模块102启动后与具有蓝牙功能的设备进行配对，与配对成功的具有蓝牙功能的设备进行蓝牙通信，在本发明具体实施例中，维保人员专用设备20可以在与边缘计算网关10的蓝牙通信模块104配对成功后通过其蓝牙模块将维护过程中产生的数据通过蓝牙通信模块104发送给主控芯片模块102，同时电梯使用者在电梯使用过程中发现故障时，也可使用其随身携带的具有蓝牙功能的设备与边缘计算网关10进行配对并连接通信，将电梯的故障情况发送边缘计算网关10，从而通过边缘计算网关10发送给云端的云服务器40；NB-IoT通信模块105，用于在被主控芯片模块102启动后与云服务器40建立无线连接，便于主控芯片模块102将获得的数据处理后传送给云服务器40。
维保人员专用设备20，可以是具有NFC功能与蓝牙功能的智能终端，例如智能手机，用于与边缘计算网关10进行近场通信，实现身份认证和鉴定以保证仅与可信的NFC智能终端进行通信，并在主控芯片模块102被激活后实现利用蓝牙模块与边缘计算网关10的蓝牙通信模块104的配对，与配对成功后通过蓝牙通信方式将维保过程中产生的数据通过蓝牙通信方式传送给边缘计算网关10。
定制RFID标签30，为维保人员所佩戴的无源RFID标签，用于在边缘计算网关10的超高频读写器模块103被激活后与其通信并向边缘计算网关10报告维保人员信息；
云服务器40，用于通过边缘计算模块10的NB-IoT通信模块105与边缘计算网关10进行通信以获取维保数据予以存储和展示。
具体地，当维保人员佩戴定制RFID标签30进入电梯后，使用随身携带的维保人员专用设备20例如智能手机，激活边缘计算网关10，在电梯检查阶段，主控芯片模块101激活超高频读写器模块103，超高频读写器模块103对维保人员所佩戴的定制RFID标签30进行盘询(Inventory)，接收定制RFID标签30返回的信号并传递给主控芯片模块102，主控芯片模块102通过定制RFID标签30返回信号的强度变化以及ID号码(定制RFID标签30的唯一编号)判断检查人员是否在维保以及维保时间是否符合规定：1)首先主控芯片模块102的微控制器根据上电后的内部随机数发生器单元产生随机值，根据随机值从预先设定好的信号强度变化阈值{k1,k2,…..kn-1,kn}中选取当前的生成信号强度变化阈值，例如，当前随机数发生器单元产生随机值为3，则与其映射的信号强度变化阈值为k3，从而获得k3作为当前的生成信号强度变化阈值，也就是说，在本发明中，该信号强度变化阈值电压不是固定不变的，其是一个随机值，不可预测，这样可以有效防止作弊行为。实时判断定制RFID标签30每次返回的信号的强度变化是否小于生成的当前信号强度变化阈值，若返回的标签信号的强度变化小于当前信号强度变化阈值时，此时则认为是该维保人员将定制RFID标签30留在电梯内而自身离开了工作岗位，则通过蓝牙通信模块104向维保人员专用设备20产生告警信号，若告警后接收到的标签信号的强度变化仍小于当前信号强度变化阈值，则认定当前维保人员在工作过程中离开岗位，并将此信息通过NB-IoT通信模块105传送至云服务器40；2)在工作过程中当超高频读写器模块103盘寻不到维护人员RFID标签时，控制超高频读写器模块103自动提高盘询次数，并通过蓝牙通信模块104向维保人员专用设备20产生告警信号，报警提醒维护人员，告警后仍检测不到定制RFID标签30返回信号，则认定该维保人员在工作过程中离开岗位，同时将此信息传送至云服务器40。
在正常工作中，电梯维保人员通过维保人员专用设备20例如智能手机，与边缘计算网关10进行连接蓝牙通信，并将实时的检测结果上报至远端的云服务器40，确保数据及时的上传，无法进行事后的篡改。
当电梯使用者在电梯使用过程中发现故障，使用者也可使用自身携带的具有蓝牙功能的智能手机与边缘计算网关10进行连接通信，将电梯的故障情况发送至云服务器40。
图2为本发明一种面向电梯安全的监控方法的步骤流程图。如图2所示，本发明一种面向电梯安全的监控方法，包括如下步骤：
步骤S1，边缘计算网关在维保人员专用设备的激活下启动对超高频读写器模块定制RFID标签的读取，接收定制RFID标签返回的信号，同时启动蓝牙通信模块及NB-IoT通信模块。
在本发明具体实施例中，所述维保人员专用设备为具有NFC功能与蓝牙功能的智能终端，例如智能手机，与边缘计算网关通过NFC进行近场通信，实现身份认证和鉴定以保证边缘计算网关仅与可信的NFC智能终端进行通信，当电梯维保人员通过维保人员专用设备的NFC功能与NFC读写器模块进行通信鉴定后发送激活信号至NFC读写器模块以激活主控芯片模块，主控芯片模块在被激活信号激活后，启动超高频读写器模块对维保人员所佩戴的定制RFID标签进行盘询，即进行标签的读取操作，接收定制RFID标签返回的标签信号。
步骤S2，根据接收的定制RFID标签返回的标签信息及信号强度判断维保人员是否在现场对电梯进行维护。
在本发明中，边缘计算网关根据接收的定制RFID标签30返回的标签信号的强度变化以及ID号码判断维保人员是否在现场对电梯进行维护，具体地，首先主控芯片模根据上电后的内部随机数发生器单元产生随机值，根据随机值从预先设定好的信号强度变化阈值{k1,k2,…..kn-1,kn}中选取当前的生成信号强度变化阈值，例如，当前随机数发生器单元产生随机值为3，则与其映射的信号强度变化阈值为k3，从而获得k3作为当前的信号强度变化阈值，实时判断定制RFID标签每次返回的信号的强度变化是否小于当前生成的当前信号强度变化阈值，若返回的标签信号的强度变化小于当前信号强度变化阈值时，则认为是该维保人员将其定制RFID标签留在电梯内而自身离开了工作岗位，此时则通过蓝牙通信模块向维保人员专用设备产生告警信号，若告警后接收到的标签信号的强度变化仍小于当前信号强度变化阈值，则认定当前维保人员在工作过程中离开岗位，并将此信息通过NB-IoT通信模块传送至云服务器。
步骤S3，通过蓝牙通信模块获取维保人员专用设备维护过程中产生的数据，并将获取的数据处理后通过NB-IoT通信模块上传至远端的云服务器。
在本发明具体实施例中，维保人员专用设备可以在边缘计算网关的蓝牙通信模块激活后与其配对，在配对成功后则可通过其蓝牙模块将维护过程中产生的数据通过蓝牙通信模块发送给主控芯片模块，同时电梯使用者在电梯使用过程中发现故障时，也可使用其随身携带的具有蓝牙功能的设备与边缘计算网关进行配对并连接通信，将电梯的故障情况发送边缘计算网关，从而通过边缘计算网关发送给云端的云服务器；主控芯片模块则将获得的数据处理后通过NB-IoT通信模块传送给远端的云服务器
优选地，在工作过程中若超高频读写器模块盘寻不到维护人员RFID标签时，则控制超高频读写器模块自动提高盘询次数，并通过蓝牙通信模块向维保人员专用设备产生告警信号，报警提醒维护人员，告警后仍检测不到定制RFID标签返回信号，则认定该维保人员在工作过程中离开岗位，同时将此信息传送至云服务器。
实施例
在本实施例中，边缘计算网关10为智能网关设备，设置于电梯内，定制RFID标签30佩戴于电梯维保人员身上，同时维保人员专用设备20为电梯维保人员随身携带的具有NFC功能和蓝牙功能的智能手机，利用定制RFID标签30和超高频读写器模块103实时监测维保人员是否定期、定时、定点对电梯运行状况进行检查：
在维保人员使用维保人员专用设备20(智能手机)激活边缘计算网关10(智能网关设备)后，在电梯检查阶段，超高频读写器模块103对维保人员所佩戴的定制RFID标签30进行盘询(Inventory)，通过定制RFID标签30返回信号的强弱变化以及ID号码(定制RFID标签30的唯一编号)判断相应的维保人员是否在维保以及维保时间是否符合规定：1)在维保人员工作过程中，实时判断定制RFID标签30返回的信号强度变化，若定制RFID标签30每次返回的信号的强度变化很小(比如说变化在当前信号强度变化阈值1dBm以内，该当前信号强度变化阈值根据随机产生的随机数生成)，则立即向维保人员的智能手机发出告警，如告警后标签返回信号强度仍变化很小，则认定该维保人员在工作过程中离开岗位，同时将此信息传送至云服务器40；2)在工作过程中若超高频读写器模块103盘寻不到维护人员RFID标签时，超高频读写器模块103自动提高盘询次数并向维保人员的智能手机报警提醒维护人员，若告警后仍检测不到定制RFID标签30返回信号，则认定该维保人员在工作过程中离开岗位，同时将此信息传送至云服务器40。
电梯维保人员通过维保人员的智能手机与智能网关设备(边缘计算网关10)进行连接蓝牙通信，并将实时的检测结果上报至远端的云服务器40，确保数据及时的上传，无法进行事后的篡改。
当电梯使用者在电梯使用过程中发现故障，电梯使用者也可使用具有蓝牙功能的手机与智能网关设备(边缘计算网关10)进行连接蓝牙通信，将电梯的故障情况通过蓝牙发送给智能网关设备，进而发送至云服务器40。
综上所述，本发明一种面向电梯安全监控的边缘计算网关及其监控系统、方法通过利用RFID技术、蓝牙通信技术、NFC技术以及NB-IoT通信，实现了对维保人员工作的有效监管以及确保监测数据的真实性，从而建立和完善电梯安全监控体系。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种面向电梯安全监控的边缘计算网关，包括：
NFC读写器模块，用于与维保人员专用设备通信进行鉴定并在接收到维保人员专用设备的激活信号时激活主控芯片模块；
主控芯片模块，用于被激活信号激活后，启动超高频读写器模块进行标签的读取操作，根据接收的定制RFID标签返回的信号判断维保人员是否在现场对电梯进行维护，并启动蓝牙通信模块与维保人员专用设备建立无线通信链路进行数据传输，以及启动NB-IoT通信模块，对维护过程中接收的数据进行处理并在维护过程中实时或维护结束时通过NB-IoT通信模块上传至远端的云服务器；
超高频读写器模块，用于在所述主控芯片模块的控制下对定制RFID标签进行读取操作，并接收定制RFID标签返回的标签信息及信号强度提供给所述主控芯片模块；
蓝牙通信模块，用于在被所述主控芯片模块启动后与具有蓝牙功能的设备进行配对，与配对成功的具有蓝牙功能的设备进行蓝牙通信；
NB-IoT通信模块，用于在被所述主控芯片模块启动后与云服务器建立无线连接。
2.如权利要求1所述的一种面向电梯安全监控的边缘计算网关，其特征在于：所述主控芯片模块根据定制RFID标签返回信号的强度变化以及ID号码判断检查人员是否根据规定维保。
3.如权利要求2所述的一种面向电梯安全监控的边缘计算网关，其特征在于：所述主控芯片模块实时判断所述定制RFID标签每次返回的信号的强度变化是否小于当前信号强度变化阈值，若返回的标签信号的强度变化小于所述当前信号强度变化阈值时，则判断当前维修人员在工作过程中离开岗位。
4.如权利要求3所述的一种面向电梯安全监控的边缘计算网关，其特征在于：所述当前信号强度变化阈值通过内部随机数发生器单元产生随机值，并根据产生的随机值从预先设定好的信号强度变化阈值中选取生成。
5.如权利要求4所述的一种面向电梯安全监控的边缘计算网关，其特征在于：当返回的标签信号的强度变化小于所述当前信号强度变化阈值时，通过所述蓝牙通信模块向所述维保人员专用设备产生告警信号，若告警后接收到的标签信号的强度变化仍小于所述当前信号强度变化阈值，则判定当前维保人员在工作过程中离开岗位。
6.如权利要求2所述的一种面向电梯安全监控的边缘计算网关，其特征在于：若在工作过程中所述超高频读写器模块盘寻不到当前维护人员的定制RFID标签时，控制所述超高频读写器模块自动提高盘询次数，并通过所述蓝牙通信模块向维保人员专用设备产生告警信号，告警后若仍检测不到定制RFID标签返回的信号，则判定该维保人员在工作过程中离开岗位。
7.一种面向电梯安全的监控系统，包括：
上述权利要求1-5项中任一项所述的边缘计算网关；
具有NFC功能与蓝牙功能的维保人员专用设备，用于与所述边缘计算网关进行近场通信，实现身份认证和鉴定以保证仅与可信的NFC智能终端进行通信，并在所述边缘计算网关的主控芯片模块被激活后实现利用蓝牙模块与所述边缘计算网关的蓝牙通信模块的配对，与配对成功后通过蓝牙通信方式将维保过程中产生的数据通过蓝牙通信方式传送给所述边缘计算网关；
定制RFID标签，用于在所述边缘计算网关的超高频读写器模块被激活后与其通信以向所述边缘计算网关报告维保人员信息；
云服务器，用于通过所述边缘计算模块的NB-IoT通信模块与所述边缘计算网关进行通信以存储维保数据。
8.一种面向电梯安全的监控方法，包括如下步骤：
步骤S1，边缘计算网关在维保人员专用设备的激活下启动超高频读写器模块对定制RFID标签的读取，接收定制RFID标签返回的信号，同时启动蓝牙通信模块及NB-IoT通信模块；
步骤S2，根据接收的所述定制RFID标签返回的信号判断维保人员是否在现场对电梯进行维护；
步骤S3，通过蓝牙通信模块获取维保人员专用设备维护过程中产生的数据，并将获取的数据处理后通过NB-IoT通信模块上传至远端的云服务器。
9.如权利要求8所述的一种面向电梯安全的监控方法，其特征在于：于步骤S2中，根据接收的定制RFID标签返回的标签信号的强度变化以及ID号码判断维保人员是否在现场对电梯进行维护。
10.如权利要求9所述的一种面向电梯安全的监控方法，其特征在于：，其特征在于：当返回的标签信号的强度变化小于生成的当前信号强度变化阈值时，通过所述蓝牙通信模块向所述维保人员专用设备产生告警信号，若告警后接收到的标签信号的强度变化仍小于所述当前信号强度变化阈值，则判定当前维保人员在工作过程中离开岗位。
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