Verso gli ascensori intelligenti: l'esperienza KLEEMANN

Con quattro innovazioni: rilevamento dell'emergenza passeggeri (PED), misurazione elettronica del vano (ESM), sistema di assistenza per ascensori G-Braille per persone con problemi di vista e informazioni sull'ambiente sicuro (ISE)

del Dott. Giorgos Georgiadis

Questo documento è stato presentato al Simposio internazionale sugli ascensori e le scale mobili del 2023 a Edimburgo, Scozia.

Le industrie stanno abbracciando le operazioni intelligenti grazie ai vantaggi ineguagliabili che offrono. Forniscono un ambiente operativo più agile, reattivo e interattivo con l'utente.

L'ascensore è un apparecchio fondamentale per la vita quotidiana delle persone. Per il settore degli ascensori, l’integrazione della tecnologia intelligente è una necessità, piuttosto che un’opzione, considerando l’importanza che riveste nella vita quotidiana.

Questo articolo esplora quattro funzioni/prodotti innovativi e intelligenti per ascensori che migliorano la sicurezza, la costruzione, l'accessibilità e la comodità dei passeggeri. Queste funzioni sono:

1. Sistema di rilevamento emergenza passeggeri (PED)
2. Sistema elettronico di misurazione dell'albero (ESM)
3. Sistema G-Braille
4. Informazioni sul sistema Ambiente Sicuro (ISE)

1. PED, Sistema di Rilevamento Emergenza Passeggeri

Il sistema PED mira a rilevare automaticamente situazioni di emergenza sanitaria (come infarto, svenimento) per i passeggeri che non sono in grado di rispondere durante questa situazione urgente. Attraverso l'uso di telecamere di profondità e algoritmi AI, il sistema rileva la perdita di coscienza di un passeggero all'interno della cabina e innesca una reazione immediata da parte dell'ascensore. Avvia una serie di azioni, come chiamare automaticamente i servizi di emergenza, spostare l'ascensore al piano terra, aprire le porte e avvisare gli ospedali vicini tramite l'Internet delle cose (IoT).

Il sistema utilizza telecamere e algoritmi AI avanzati^[1] riconosce la presenza di persone all'interno dell'ascensore. Il sistema PED utilizza la tecnologia con telecamere di profondità, che non registrano dati personali, quindi non rientrano nella normativa generale sulla protezione dei dati. La metodologia di rilevamento degli incidenti comprende tre fasi:

1. Rilevamento e tracciamento di oggetti in movimento
2. Estrazione delle caratteristiche dell'evento indicative dello stato degli elementi
3. Un metodo Hidden Markov Model (HMM) che riconosce gli incidenti che si verificano in base alle caratteristiche dell'evento

Per ottenere il rilevamento delle cadute viene utilizzato un modello Markov a tre stati (Figura 1) che considera l'evento di cui sopra.

Il primo stato (S1) si riferisce ad uno stato di non caduta, ad esempio una persona in piedi o un leggero movimento.

Il secondo stato (S2) rappresenta la caduta effettiva, che è caratterizzata da una velocità verticale fortemente decrescente (quando l'altezza diminuisce, la velocità assume valori negativi) e da una varianza dell'area crescente.

Il terzo stato (S3) indica la fine della caduta e dichiara il rilevamento dell'incidente.

Le probabilità di transizione si basano sulle caratteristiche dell'evento e sono definite nella seguente matrice:

La probabilità F,

costituisce una funzione sigmoidea che favorisce con valori elevati prossimi a 1, casi con velocità verticale elevata (negativa) e elevata covarianza dell'area, cioè casi che corrispondono allo stato di caduta. Qui, T è una costante definita dall'allenamento.

Funzione u,

dichiara che lo stato S3 che indica il rilevamento della caduta non può essere raggiunto se la persona caduta non si trova al di sotto di una soglia allentata HT.

Nello schema seguente (Figura 2), è mostrata una descrizione del sistema.

La fotocamera di profondità e l'algoritmo riconosceranno la forma umana. Funzionalità specifiche saranno monitorate dal sistema. La prima caratteristica è la velocità verticale del punto più alto della persona monitorata, che verrà misurata molte volte al secondo per una finestra temporale costante. La seconda caratteristica si riferisce alla varianza dell'area. Quando una persona cade, l'area misurata aumenta. Questa caratteristica viene misurata nella stessa finestra di frequenza e tempo della velocità. L'ultima caratteristica utilizzata è l'altezza e, a parte la sua importanza per il calcolo della velocità verticale, facilita l'evitamento di falsi allarmi perché una persona caduta non può essere più alta di 1 m. Tutte queste funzionalità vengono estratte dalla telecamera di profondità. Dopo aver alimentato il nuovo HMM per il rilevamento delle cadute con queste tre caratteristiche, viene estratta una probabilità di caduta come descritto in precedenza.

Quando l'HMM estrae un'elevata probabilità di caduta (Figura 3), verrà avviato il contatore del tempo. Se dopo un limite specifico (10 s) non si verifica alcun ripristino, verrà avviato uno stato di allarme. Come accennato in precedenza, verranno eseguite una serie di azioni, come la chiamata automatica ai servizi di emergenza, lo spostamento dell’ascensore al piano terra, l’apertura delle porte, l’impostazione del ventilatore dell’aria della cabina sulla massima potenza e la notifica agli ospedali vicini tramite l’IoT.

PED è un sistema rivoluzionario che garantisce una risposta tempestiva ed efficiente alle situazioni critiche 24 ore su XNUMX, salvando potenzialmente vite umane.

2. ESM, sistema elettronico di misurazione dell'albero

L'ESM (Figura 4) è un sistema in grado di misurare automaticamente le dimensioni del vano ascensore utilizzando approcci di visione artificiale e sensori ottici senza intervento umano. Il sistema rileva deviazioni nelle dimensioni della costruzione, deviazioni dalla direzione verticale teorica ed errori nelle dimensioni della superficie della parete. Inoltre, calcola il volume massimo del vano disponibile per il sistema di ascensore. L'ESM garantisce misurazioni accurate, consentendo un'installazione e una manutenzione precise dell'ascensore, migliorando così le prestazioni e la sicurezza complessive.

Lo strumento ESM è leggero (con un sistema di montaggio che pesa meno di 8 kg), portatile e alimentato a batteria. Si monta all'ultimo piano e non necessita di alcun foro nel muro.

Lo schema architettonico del sistema di misurazione sviluppato è presentato in Figura 5. Più specificamente, un power bank portatile alimenta con corrente l'unità di calcolo utilizzata, come il Jetson Nano, fornendo così la possibilità di effettuare diverse misurazioni senza bisogno di carica.

Per quanto riguarda l'unità di misurazione e i sensori applicati, tre diversi dispositivi sono collegati direttamente al computer NVIDIA Jetson^[2] che è responsabile della comunicazione dei sensori, nonché dell'esecuzione degli algoritmi di visione artificiale, come illustrato nella Figura 6. Il primo è un LiDAR ad alta risoluzione con 11 rotazioni al secondo che fornisce le coordinate orizzontali dell'albero . Il secondo sensore, invece, è il laser della distanza in altezza che calcola l'altezza del dispositivo che rappresenta la coordinata verticale. Il terzo è un sensore Magnetic Pickup (MPU), che è responsabile dell'ispezione dell'orbita della disposizione sperimentale misurando gli angoli di beccheggio e rollio, che possono essere modificati a causa di piccole correnti d'aria all'interno dell'albero misurato. Per quanto riguarda il calcolo dell'angolo di imbardata, vengono applicate metodologie di visione artificiale.

Per evitare risultati imprecisi dovuti alla rotazione incontrollabile dell'unità a causa delle correnti d'aria sviluppate all'interno dell'albero, è stato incorporato un sensore MPU. Innanzitutto vengono calcolate le deviazioni di beccheggio e rollio e i valori catturati dal LiDAR (valori X e Y) vengono corretti di conseguenza. In situazioni in cui i valori di beccheggio e rollio sono superiori a 3° per più di 10 secondi consecutivi, appare un messaggio all'utente che lo informa sullo stato, suggerendo la ripetizione del processo per garantire una misurazione affidabile. Nella Figura 7 è illustrata schematicamente una deviazione del passo, abbinata ai valori calcolati e reali degli assi X, Y e Z.

Il sistema sarà montato all'ultimo piano, come mostrato in precedenza, e inizierà a scendere con l'aiuto di un piccolo motore elettrico ad una velocità di circa 45 mm/s. L'algoritmo^[3] prende i dati dal LiDAR. Successivamente vengono calcolate le inclinazioni di rollio, imbardata e beccheggio. L'angolo di imbardata viene calcolato utilizzando tecniche di visione artificiale, mentre beccheggio e rollio sono derivati ​​dal sensore MPU. Viene applicato un algoritmo per la registrazione della nuvola di punti. Nel passaggio successivo viene applicato un metodo per misurare il rettangolo massimo all'interno della nuvola. Successivamente vengono estratti gli scostamenti del vano rispetto a quello teorico, il vano massimo dell'ascensore (disponibile per l'installazione) e l'inclinazione effettiva del vano, come mostrato in Figura 8.

Inoltre, sono stati forniti diversi moduli, come uno strumento di manipolazione del punto della nuvola nello spazio 3D per ispezionare accuratamente il pozzo e uno strumento di misurazione che calcola la distanza tra due punti selezionati della nuvola, come presentato nella Figura 9.

Considerando l'accuratezza dei risultati del calcolo e l'interfaccia utente grafica intuitiva dell'applicazione, l'utente può facilmente dimensionare l'albero analizzato, risparmiando ore di misurazione manuale dell'interno dell'albero, raggiungendo a sua volta nuovi ed elevati standard nell'esigente settore degli ascensori.

3. G-Braille, sistema di assistenza per persone con problemi di vista

Il sistema G-Braille (Figura 10) facilita l'uso dell'ascensore per le persone ipovedenti. È costituito da un trasmettitore piccolo e compatto con pulsanti che rappresentano il sistema braille a 6 punti che si accoppia con il controller dell'ascensore. Una volta accoppiato, la persona non vedente può selezionare il piano desiderato premendo i pulsanti in G-Braille secondo la codifica braille a 6 punti. Con questo nuovo metodo, l'ascensore “legge” dal trasmettitore G-Braille il piano desiderato senza imporre alla persona ipovedente l'onere di “leggere” toccando tutti i pulsanti sul pannello operativo di cabina (COP). Questo sistema innovativo migliora l'accessibilità e l'indipendenza dei passeggeri non vedenti.

La configurazione consiste in un telecomando per ciascun utente chiamato "G-Braille", un'unità di piano posizionata all'interno di ciascun pannello operativo di piano di un impianto di ascensore e, infine, un nodo gateway posizionato all'interno della cabina dell'ascensore chiamato "gateway G-Braille". Tutti i dispositivi sono dotati di un microcontrollore in grado di comunicare con il protocollo Bluetooth Low Energy (BLE). Quando il dispositivo di controllo remoto è acceso, esegue la scansione attiva delle caratteristiche del servizio Bluetooth avviate dall'unità da pavimento e dal gateway braille. La funzione delle unità da pavimento è quella di pubblicizzare una caratteristica del servizio Bluetooth al quale i dispositivi remoti si trovano nelle immediate vicinanze e possono connettersi e abbonarsi. Dopo che la connessione è stata stabilita per un certo periodo di tempo, la postazione di piano eccita la pulsantiera del piano, chiamando così l'ascensore al rispettivo piano. Dopo l'esito positivo della procedura di chiamata dell'ascensore tra il telecomando e l'unità di piano, quest'ultima termina la sessione Bluetooth affinché il telecomando possa connettersi al gateway G-Braille una volta arrivata la cabina.

Il telecomando si connette al gateway G-Braille attraverso una procedura di accoppiamento e viene stabilito un collegamento crittografato. Il gateway G-Braille funge da nodo nella rete CAN bus dell'ascensore. L'utente può inserire comandi riguardanti la preferenza del piano tramite codice Braille sull'unità G-Braille del telecomando al gateway, che interpreta i comandi ricevuti ai piani selezionati.

Un motore vibrante e un altoparlante acustico nell'unità G-Braille hanno il compito di avvisare la persona non vedente se la cabina dell'ascensore è arrivata o se un comando Braille è stato digitato con successo. Il gateway G-Braille può supportare fino a sei connessioni di controllo remoto simultanee. I dispositivi remoti collegati con successo per la prima volta vengono collegati al gateway e ogni connessione successiva avviene automaticamente senza la necessità di un processo di accoppiamento. Inoltre, supporta la memorizzazione dei dati relativi alle preferenze del piano dell'utente, in modo che un utente possa essere trasportato in futuro a un piano predefinito senza interagire con il telecomando. La Figura 11 mostra la sequenza degli eventi come descritto nei paragrafi precedenti.

La Figura 12 mostra un'altra variante del sistema G-Braille in cui l'unità è fissata permanentemente al COP. In tal caso, l'utente proverà a localizzare il localizzatore a quattro dita e quindi utilizzerà il pollice per premere i pulsanti G-Braille e selezionare il piano. 

4. ISE, Informazioni sull'Ambiente Sicuro

Il sistema ISE (Figura 13) si concentra sul benessere dei passeggeri fornendo informazioni in tempo reale sulla qualità dell'aria all'interno della cabina dell'ascensore. Utilizza una telecamera di profondità (che non registra dati personali) per raccogliere informazioni sul numero dei passeggeri all'interno della cabina. Fornisce informazioni come l'ultima volta che è stato utilizzato l'ascensore, il numero di occupanti durante l'ultima corsa e il livello di freschezza dell'aria (ricambio d'aria completo). Sulla base dei dati di ricerca nel 2019,^[4] Gli utenti dell'ascensore desiderano un "odore gradevole nella cabina e un'atmosfera pulita nell'ascensore". Questa preferenza si è trasformata in un’assoluta necessità durante la pandemia di COVID-19.

La funzione ISE copre tale esigenza. Informa le persone in attesa di entrare nella cabina dell'ascensore, con parametri relativi alla qualità dell'aria all'interno della cabina, al numero di passeggeri nell'ultima corsa dell'ascensore e al numero di persone all'interno della cabina quando l'ascensore è in movimento. Fornisce all'utente una stima del tempo necessario per riciclare completamente l'aria nella camera, in base alle funzioni di correlazione del sistema di circolazione dell'aria della cabina. L'utente che desidera chiamare l'ascensore da una fermata (non dal piano terra) mentre l'ascensore è in movimento ha informazioni su quanti passeggeri sono presenti in cabina. L'utente può quindi decidere se salire o meno sull'ascensore o se sono necessarie misure protettive aggiuntive come le maschere. Nei casi in cui è coinvolto un sistema di controllo della destinazione, è possibile selezionare una modalità che invia alla cabina il livello più alto di aria riciclata disponibile.

La soluzione ISE è disponibile anche come app per telefoni cellulari, come mostrato nella Figura 14.

Il sistema ISE fornisce all'utente uno strumento informativo semplice e conveniente sulla qualità dell'aria prevista all'interno dell'abitacolo. Inoltre, aiuta ad aumentare la consapevolezza del gruppo di persone sensibili ai problemi di salute.  

Referenze

[1] Krinidis, S., Stavropoulos, G., Ioannidis, D. e Tzovaras, D. (2014). "Un sistema di estrazione dell'occupazione multispazio robusto e in tempo reale che sfrutta i sensori che preservano la privacy." ISCCSP.
[2] S. Cass, "Nvidia semplifica l'integrazione dell'intelligenza artificiale: Jetson Nano racchiude molta potenza di apprendimento automatico nei progetti fai-da-te", [pratico] IEEE Spectrum, vol. 57, n. 7, 2020, pp. 14-16.
[3] Vrochidis Alexandros, Charalampous Paschalis, Dimitriou Nikolaos, Kladovasilakis Nikolaos e Georgiadis Georgios, "Ispezione automatica del vano ascensore utilizzando un sistema di misurazione multisensore e tecniche di visione artificiale".
[4] KLEEMANN HELLAS, Università Nazionale Capodistriana di Atene, Dipartimento di Psicologia, 2019, "Studio di atteggiamenti, percezioni sulla sicurezza, paure e richieste degli utenti riguardo al funzionamento degli ascensori".