编者按：在5G通讯、AI及人机交互技术下，不仅能满足电梯群落高可靠、高效率地安全运营；而始终电梯处于使用受控、运行受控、维修受控、专用受控及远程受控状态；并适用于任何人群都能操纵它，使之操作便捷。
一、前言
电梯操纵箱，又称之为操作盘。其操纵箱可设在轿厢或侯梯厅内。设在轿厢内的称轿厢操纵箱;设在侯梯厅内的称为侯梯厅登记箱(或预选层站装置)。用指令开关、按钮、触摸屏或刷卡等操纵轿厢运行，仅在层间操作方式中方可把侯梯厅内操纵轿厢运行的称为层站操纵箱。通常操纵箱面板设计分有外凸式、横置式和直通式(从壁板顶直通到壁板底)、凸肚波浪式等，并增大按钮文字尺寸以提高可操作性。
二、问题的提及
对于电梯操纵箱大多数人都使用过它，但并不熟悉其众多功能。其功能在于操纵其轿厢载人（或物品）上下运行至所需达到的楼层，以及其它装置的运转控制。现在，随着人们生活与需求的不断提升，可见，对于电梯的正确使用及安全性要求越来越高，则原设计的操纵装置及系统也显得力不从心，老百姓也不满意。而且，有的地方不符合人类功效学原理。它主要凸显处乘客或维修人员，在使用或操作过程中存在不尽人意的地方。具体表现如下：
1） 当轿厢进入的乘客较多时，且轿厢较大人员又拥挤，至部分乘客够不到所需楼层按钮，只得请人帮忙，比较尴尬。
2） 有时候乘客手中均提拉物件，一个人又不便于放下手中东西，去揿按楼层按钮，只得用手中什物去触碰按钮，使其按钮易损坏。
3） 一般来说，上了年纪的乘客，进了轿厢易将所到楼层不小心按钮按错，想更正没办法，则会增加电梯一停靠楼层，影响电梯运行效率。
4） 当楼层较高时，人多又拥挤，到站门开了，却没有相关提示，不知道电梯停哪一层啦！对急于到站的乘客心里很焦虑。
5） 电梯因故而突然停梯困人，在操纵箱上没有故障显示或语音提示。或操作警铃时铃响而无人应答，手机却又不在身边。长时间等待，人想死的心情都有啦！
6） 当轿厢停在大厅时，已进入轿厢人员拥挤，有人还站在厅门与轿厢门之间想进入，此时，轿厢内没有语音提示或警铃声响，使门口乘客进退两难，不知所措。
7） 乘客进入轿厢按下按钮后，电梯不运行，或重新关门也不行。这时，操纵箱窗口不显示故障或警铃声响，使乘客感到很焦急，不知如何是好。
8） 对于普通乘客电梯而言，当有残障人员或行动不便的人，使用其操纵箱时，则显得无从下手、或操作不便，需要求助别人。
9） 有些大型写字楼有多排电梯，且有一处或多处人流量出入较多的楼层。候梯时许多人不知道需要乘坐那台电梯，而左顾右盼。还不清楚电梯要等多久，心中茫然。
10）对于困人救援时，存在诸多不确定因素。尤其电梯管理员需要与被困人员的联系，如何快速确认轿厢所处楼层和内部状况，以及被困人员的状态等。
11）当乘客被困轿厢时，担心的是有危险吗？或还要关多久；最关键地是能否一个人操作轿厢内的装置尽快逃生吗？！
12）在城市人群密集区，当电梯管理员需要远程调控或监管电梯时，在运作过程中稍不注意时，易与乘客发生矛盾及场地的拥挤，有时诱发相应安全事故。并且，能如何通过设备终端，掌控及了解电梯群落的运行动态及人群的流量状态。
三、方案的抉择
从上所述情形可知，电梯此类问题或使用不便时有发生。所以，电梯的使用等不仅牵涉到电梯的正常运行和运营效率，而且关系到老百姓生活和工作的便捷。下面我们来了解一下，讨论如何正确设计操纵箱及运载功能，如何做到化解乘客心里的焦虑感及人性化的操作。
1. 硬件设计
操纵箱上设计要有明确的乘客、维修人员及电梯管理员运作空间，最大限度的利用人体视觉、听觉等器官来便捷操纵电梯运行。并相关零配件的使用及功能应符合人类功效学原则。
2. 软件设计
电梯操作智能化是智能电梯设计的重要组成部分，也是检验电梯智能化设计水平的重要标志。从设计的角度来说，电梯运行操作系统应充分利用人机界面嵌入式技术，结合人体心理和生理功能特点，以及符合我国国民的日常生活与工作习惯，在控制系统中，最大限度地采取智能化自动监测及操纵电梯。
3.标准要求
本发明主要依据下面几项标准及相关规则：
a.在GB/T7588.1-2020标准中与操纵箱相关联要求；
b.在GB/T10058-2023标准中与操纵箱相关联要求；
c.近期，中国电梯协会起草了一份关于操纵箱技术标准。
由上可知，本发明将依据上述标准中相关电梯运行与使用配置要求，以及开关门运行机理、乘客乘梯习惯等，运用物联网、AI及嵌入式技术等，利用5G通讯高速传输的特点与人机交互语言芯片等新产品、新技术，落实诸多人机界面操作难点，旨在有效提高电梯运营效率，以及其操作的安全与便捷性。
四、方案及架构
总体方案在电梯智能化总成构架下，轿厢内装设一人机界面操纵箱及配置人机交互操纵系统硬件；而运行控制以物联网分布式布置，采用5G和北斗系统通讯方式进行数字化系统操作；此外，在运行系统设备终端上以智能嵌入式技术平台展开交互式管理与监控。可见，电梯轿厢人机界面操纵箱和配置人机交互操纵系统，以及配套链接电梯安全运行监控系统及装置。即为本发明的中心思想及要点。
图1 人机界面操作位置示意图
下图1所示为电梯轿厢与之配套人机界面操纵箱、电梯安全运行监控装置及人机交互操纵系统组成图，简称人机界面操作构成示意图。具体由电梯轿厢总成7、轿厢安全运行监控装置2及人机界面操纵箱9等组成；而装置2主要由双目传感器、智能传感器（图像处理器）、电路板及软件等构成。其安全运行监控装置2中探测头4装设在轿厢10顶部，其照射范围覆盖轿厢内部、厅/轿门出入口及门的全高。其操纵箱3主要由操纵箱面板和箱体、传感器、各类操作元器件和电控芯片及相关软件等构成。
关键点在于操纵箱面板上各种操作元器件的布局与组合，及相应系统软件的配置。其功能主要在面板上分为基本区域、辅助区域及特定区域。它既有普通电梯操作功能，兼有电梯特定操作方法。同时，具有困人自动救援的人机交互辅助与电梯远程生态安全监控的特点。具体详见图2所示。
图2所示操纵箱面板区域功能分为三大块。
由基本区域、辅助区域及特定区域组成。基本区域组成有铭牌区、楼层按钮、开关门按钮等，具体可参见图6所示。辅助区域由故障显示、视频对话、投放播报、显示屏和应急灯区、运行显示、语音通话及专用操作等组成。而特定区域组成有界面启动键、检修对讲键、独立运行键、远程操控键、检修操作区。详见图2、图3、图4及图5所示。
从图6可见，基本区域及功能总体基本与现在电梯轿厢操纵箱配置大致相同，不同之处增加了辅助区域和特定区域相关功能及要求。且特定区域安置在操纵箱盒体内，配有专用三角钥匙开启。下面逐一介绍其辅助区域和特定区域两部分功能：
图2 操纵箱面板区域功能示意图
图3 辅助区域功能示意图
图4 基本区域功能示意图
图5 特定区域功能示意图
1. 辅助区域分别介绍其功能如下。
1）故障显示：当电梯电气安全回路上一旦出现故障点，均在显示屏上显示。同时，故障在基本区域（见图3）语音播报处以语音方式播放。
2）视频对话：当电梯发生轿厢困人或特殊情况时，如电梯无法自动识别就近平层开门放人时间数秒后，则自启动电梯远程自动救援监控系统，通过轿厢双目传感器，在其显示屏上与救援人员展开互动视频对话。
3）投放播报：当电梯在正常运营时，用户可在其显示屏上投放广告、小区会议信息及通知等内容。
4）显示屏和应急灯区：显示屏正如手机显示屏，图像与文字即为数字化。而应急灯在电梯停电时，则自动点燃显示屏，时间保持至少1小时，确保轿厢地面照度不低于50lx。
5）运行显示：在电梯正常运行过程中，乘客能清晰通过显示屏，看到轿厢实时运行信息；同时，能听到到站、报站及运行时间等相关语音提示或注意事项。
6）语音通话：通过此区点击，能启动电梯远程自动救援监控系统中的呼叫装置，在语音播报处与救援人员展开互动对话。
7）专用操作：该区为特殊装置，如替代IC卡，当点击打开此窗口时，轿厢双目探测头展开人脸识别扫描乘客的头部，则乘客可登记所到楼层，不用IC卡刷卡，因在服务台入住登记时已录像。
图6 操纵箱基本区域配置
2. 特定区域分别介绍其功能如下：
1）运行启动键：本键启动时，将辅助区域各功能开启运行，使电梯操纵箱操控进入智数化场景。否则，辅助区域暂停运行，只有显示屏和应急灯区正常运行。
2）维修对讲键：启动本键，展开维修人员在维修现场不同地方的通话及救助等功能。
3）独立运行键：此键开通，则电梯进入专职人员（或大楼管理员）操纵电梯运行及各楼层停靠使用。并自动进入电梯远程自动救援监控系统（平台）。
4）辅助控制键：电梯管理员操纵，将电梯分别置于单梯、并联或群梯控制状态运营。
5) 检修操作区：即为维修人员专用检修安全操作装置。即对电梯维修过程中的检修操作，可操纵电梯以检修速度运行到井道中任意位置或停靠。
3. 图4基本区域功能中具有几点与现结构不同之处。
1）警铃：本按钮除了五方通讯报警外，此警铃还直通电梯远程安全监控设备终端（如维修人员手机鸣叫等），以及在各楼层召唤盒处鸣叫。
2）语音播报：不但具备5方通话功能，而当乘客进入轿厢不便于使用楼层按钮登记时，可采用此语音播报选层站方式；也用于语音通话或视频对话。
3）楼层按钮：各楼层按钮复按后，即可取消该层站。另外，对于不方便的乘客可采取在语音播报处呼叫所到楼层，则其按钮自动点燃登记。
下面就展开电梯轿厢人机界面交互操纵系统的硬件和软件地设计及布局。
1）系统组成结构框图
本发明为操纵箱嵌入式系统硬件总体布局结构图。它运用人机交互技术，基于语音、肢体、视线跟踪、面部等输入手段的多通道交互特点，其目的是使人能以声音、动作、表情、头像等自然方式在轿厢与操纵箱位置进行人机界面交互操作。即以网关方式配置诸多功能模块构成，具体详见图7所示。其硬件组成有微处理器、传感器、语音等操作芯片。
图7 系统硬件总体布局结构图
2）系统软件程序流程图，如图8所示。整个系统软件采用模块化设计方法，也称结构化程序流程图。对于系统的软件设计，包括系统软件的总体设计方案、人机界面系统功能模块、人机界面区域模式运行程序流程以及软件中的抗干扰技术。而图9为人机界面交互系统区域模式运行流程图。
图8 系统软件程序流程图
由此，依据图9中系统区域模式运行流程图，我们来梳理几种区域模式方案的实施。
1）基本区域模式：当电梯进入该模式后，按照如今电梯运行模式，详见图6各功能区。
图9 界面交互系统区域模式运行流程图
即电梯随着乘客进入轿厢手动登记楼层后，自启动正常运行到登记楼层，开门放人后自动关门。一是等候数秒后，如无人呼梯则自行下到基站候梯；二是若其他楼层有人呼梯，则启动运行至所呼楼层开门等候。
2）辅助区域模式：当电梯启动进入该模式时，即自动进入辅助区域各功能区，详见图3所示。在正常运营时，电梯进入运行显示功能，则显示屏上动态显示实时电梯运行状态等数据与文字。同时，在图4基本区域的语音播报窗口，听到到站、报站及运行时间等相关语音提示或注意事项。其它功能可实时酌情显现，并配有相关语音提示或警铃鸣叫。
3）特定区域模式：图5区域为电梯管理员和维修人员专用操作。通常操控运行启动键与辅助控制键。一是启动电梯进入辅助区域各功能；二是对电梯是否自动联入单梯、并联或群梯控制方式，即为进入辅助介入模式。
4）远程介入模式：对电梯启动进入各区域模式时，在电梯运营过程中，一旦发生相关安全故障或问题时，一是其系统自动联入电梯远程安全监控终端，可与电梯管理员或维修人员进行管控、调度及联系；二是电梯发生困人时，不能就近平层放人状态数秒后，则系统自启动进入电梯人工《电梯困人应急救援预案》模式，具体参见本企业申报的发明专利号：2023118096544。
综上所述，本发明专利内容包含执行上述各结构、电子元器件（如GPU芯片）及智能传感器，以及在电梯运行过程中相关功能的应用等软件程序。同时，其运行程序运用当今5G（含地基增强型系统）通讯、人工智能及嵌入式等技术，并将电梯运行时相关数据链接进入集群式物联网交互运行及生态监控管理系统（平台）。
五、方案优势与说明
由上所知，本发明旨在通过以上电梯轿厢人机界面操作系统展开一系列装置的配套设计，以及相应运行程序的模式识别与控制算法，使电梯人机交互操作系统，其构成的各子系统始终处于受控状态下运行，能及时运算和可靠地监管，避免出现“爆梯”或“爬窝”等现象，以确保乘客放心地使用。
本系统地发明，使电梯在实际应用中，除了进一步完善了在电梯群落各类人群的使用及方便外，而在于以智能数字化的形式，系统性解决了目前电梯行业所面临亟待解决了电梯操作不易的窘境。关键在两个方面佐证：可见，其优势及特点主要有如下几点：
1）对于轿厢乘客监控装置而言，它不是仅在候梯大厅设置，而是将摄像头放置在轿厢内，可以检测到候梯厅乘客人流量大体信息，对其人多拥挤的底层或其他层实行优先调度服务，尽快解决乘客拥挤纷杂的状况。
2）在5G通讯、人工智能技术及人机交互技术下，不仅能满足电梯群落高可靠、高效率地安全运营；并将电梯处于使用受控、运行受控、维修受控、专用受控及远程受控状态，而适用于如何人群都能操纵它。
3）采用数字电路技术，电梯群控系统中待时与音响预报子系统，既能在层站指示灯上及时预报待时数字式动态显示功能。也能在候梯厅显示器与轿厢显示器上，显示电梯运营信息、大楼电梯信息及其他信息等。同时，在候梯厅的登记箱、层站召唤箱以及轿厢内配置音响，其声音信息有运行方向信息、到站信息及指导信息等。
4）由于对其系统选用了专家规则与模糊神经网络控制作为变量分析，针对电梯运行过程中的人流量进行动态特性量化评定，则有效控制了轿厢内挤满乘客的状况。即在合适的轿内拥挤度下，提高了乘客的乘坐舒适感。
5）利用人机界面嵌入式技术，在大楼管理员室备有“电梯运营监控子系统”，该系统CRT显示电梯运行情况的同时，还可对运行方式的转换、电梯故障的查询与处置，以及服务层的停放等进行及时调度；轿厢内结合人机界面操作装置，可输出帮助乘客应用及操作电梯的指导信息，防范于未然。
六、产品专利说明
本发明专利于2024年12月申请，现已获得国家发明专利申请号：202411955531.6。
2025年1月18日于佛山整理
