石美

摘要：伴隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市中出現(xiàn)了大量的高層建筑，單臺電梯已經(jīng)無法滿足A-4門乘坐電梯的需求?；跍p少乘客候梯時間、乘梯時間的目的，需要安裝若干臺電梯并且開展統(tǒng)一合理控制。這種同時控制多臺電梯的優(yōu)化調(diào)度即電梯群控系統(tǒng)。文章主要針對電梯群的算法及優(yōu)化進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：電梯群算法；電梯調(diào)度；電梯系統(tǒng)

伴隨著社會與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展進(jìn)步，高層建筑數(shù)量不斷增加，電梯作為一種常見的運輸工具得到了十分廣泛的運用。基于減少能源消耗，降低人們候梯時間的目的，一般一棟高樓會安裝若干部電梯?；谔嵘娞菹到y(tǒng)服務(wù)效率與質(zhì)量的目的，對電梯群的算法及優(yōu)化進(jìn)行研究十分有必要。

1 電梯及其系統(tǒng)特性

電梯系統(tǒng)是一種存在明顯不確定性的復(fù)雜系統(tǒng)，并且擁有十分顯著的特點，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：第一，不確定性。電梯系統(tǒng)中存在著眾多不確定性，例如建筑物內(nèi)在因素、呼梯信號的形成、呼梯者的目的層等。第二，擾動性。電梯系統(tǒng)必然存在擾動因素，乘客錯誤登記廳外呼叫、錯誤登記目的層導(dǎo)致不必要的停站；錯誤的操作使得電梯轎廂門無法正常關(guān)閉，從而導(dǎo)致電梯正常的運行。第三，非線性。電梯系統(tǒng)存在著非線性同一組廳呼。在不同時間維度下，轎廂的分配存在不同，轎廂分配的變化是非持續(xù)的；所可以分配的轎廂數(shù)量是優(yōu)先；轎廂的容量是有限的；當(dāng)轎廂處于飽和點狀態(tài)時，會在運行中改變樓層，不停而過。

2 電梯調(diào)度算法及優(yōu)化

2.1 電梯調(diào)度算法

電梯調(diào)度算法可以分為先來先服務(wù)算法與實時電梯調(diào)度算法。第一，先來先服務(wù)FCFS（First Come First Serve）算法，是一種隨即服務(wù)算法，是一種最為簡單的算法，主要根據(jù)乘客需求乘坐電梯的先后順序來進(jìn)行調(diào)度，這一算法的優(yōu)勢在于平等、簡單，每一位乘客的需求都可以根據(jù)順序得到處理，不會出現(xiàn)某一乘客需求長時間無法得到滿足的情況。這一算法在電梯荷載輕松的情況下可以使用，在電梯荷載較重的情況下該算法使用性能將會大大下降。先來先服務(wù)算法主要分為最短尋找樓層時間優(yōu)先算法（SSTF）以及掃描算法（SCAN）。其中SSTF算法關(guān)注電梯尋找樓層過程的優(yōu)化，其選擇下一個服務(wù)對象的原則是最短尋找樓層的時間，即為在眾多請求隊列中距離其當(dāng)前可以最先達(dá)到的請求信號即為下一個服務(wù)對象。如在電梯載荷較重的情況下，其平均響應(yīng)時間較短，但是響應(yīng)時間方差較大，隊列中部分請求有可能長時間無法滿足。SACN算法則是一種根據(jù)樓層順序來依次響應(yīng)請求的算法，其將電梯反復(fù)在最底層與最頂層連續(xù)運行，并且在過程中響應(yīng)處于電梯運行方向相同的各個樓層的請求。該算法是一種較為高效的算法，其能夠較為妥善的解決電梯移動的問題。在這一算法中，電梯響應(yīng)乘客需求的順序是根據(jù)乘客發(fā)出請求的位置及電梯所處位置之間的距離來決定的，從而避免電梯高頻的反復(fù)移動。第二，實時電梯調(diào)度算法。該算法主要包括最早截止期優(yōu)先EDF（Earliest Deadline First）以及FD-SCAN（FeasibleDeadline SCAN）。其中EDF算法是最為簡單的實時電梯群算法，其缺陷在于使得電梯會任意尋找樓層，從而降低了電梯的吞吐率，其響應(yīng)請求隊列中最早的請求。FD-SCAN算法是首選從請求隊列中尋找出最早、從電梯目前為止開始移動又能夠滿足其時限要求的請求作為移動方向。這一算法忽視了使用SCAN算法響應(yīng)其他請求的需求，因此無法使得乘客需求的時限得到滿足。

2.2 電梯調(diào)度問題分析

在設(shè)計電梯數(shù)量與承載能力過程中是根據(jù)該建筑的功能與預(yù)計進(jìn)出樓人流大小來決定的，一般是在建筑設(shè)計初期確定，在建筑的使用過程中難以做出改變。但是在建筑的后期使用過程中實際的人流量將會與初期預(yù)測的人流量存在一定出入，并且超出預(yù)計容量。因此，怎樣高效、合理的來對電梯進(jìn)行調(diào)控，全面提升電梯的工作效率，降低使用者等候電梯與乘梯時間成為電梯管理的重點之一。在電梯調(diào)度控制管理中最為常見的包括電梯不分區(qū)與電梯分區(qū)兩種情況。其中，不分區(qū)為即為使用某一部電梯可以達(dá)到該建筑的任意樓層，可以在建筑的每一層上下客。而分區(qū)調(diào)度則是電梯群控最為常見的方式之一。要全面提升電梯的使用效率，就要充分兼顧到分區(qū)的效果。圖1為分為三區(qū)的電梯系統(tǒng)，在圖1中白色部分為電梯服務(wù)樓層，灰色樓層表示電梯直達(dá)但不停站的樓層，將電梯臺數(shù)與建筑物層數(shù)劃分為若干個區(qū)域，不停的電梯響應(yīng)不同分區(qū)的需求。

2.3 電梯調(diào)度方法優(yōu)化

如電梯系統(tǒng)使用分區(qū)域調(diào)度方式進(jìn)行工作，就需要明確最為合適的分區(qū)點。如將建筑分為兩個區(qū)域，每個區(qū)域使用兩部電梯的話，使用窮舉法就可以盡快的找出最為合適的分區(qū)點。然而如果將建筑分為若干個區(qū)域，則計算量則會相應(yīng)地增加。因此，在選擇合適分區(qū)點的過程中可以使用動態(tài)規(guī)劃的方式來明確分區(qū)點。動態(tài)規(guī)劃方式需要符合最優(yōu)化原理，其并不需要所全部路徑進(jìn)行搜索與過濾，只要滿足狀態(tài)的無后效性就能夠獲得各個階段的關(guān)鍵路徑。假設(shè)在某一建筑中有4部電梯，現(xiàn)將其劃分為4個區(qū)域來進(jìn)行合理規(guī)劃，如圖2所示。

根據(jù)電梯的區(qū)域特征來對動態(tài)規(guī)劃的階段進(jìn)行劃分，不同的階段屬于不同的區(qū)域，每個階段可以分配最低層至最高層的動態(tài)規(guī)劃模型。假如將寫字樓的四部電梯劃分為4個不同的區(qū)域，可以將起始層零層使用A來代表，而E則代表19層。則從A至E分別包括A-B，B-C，C-D，D-E共4個不同的階段?，F(xiàn)假設(shè)k=1，2，3，4，則S_k為已經(jīng)決定階段所選擇的狀態(tài)。相對分區(qū)來說，第k階段代表的分區(qū)區(qū)間為[S_k1，S_k1]。假如S₁=2，S₂=2，S₃=5，相對應(yīng)的樓層分區(qū)為第一層、第二層到第三層，直至最高層的不同的4個區(qū)域。為了使得動態(tài)規(guī)劃最優(yōu)化，將電梯系統(tǒng)平均停留時間最少作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，則可以使用Dijkstra算法來得出最短路徑和對應(yīng)的分區(qū)區(qū)間。除了使用上述動態(tài)規(guī)劃法來對電梯進(jìn)行分區(qū)，以減少乘客的等待時間，還可以使用樓層優(yōu)先調(diào)度法來減少乘客等候的時間。處于不同時間環(huán)節(jié)中，乘客對于電梯的使用需求是截然不同的，因此可以根據(jù)這一點來設(shè)置樓層優(yōu)先級。例如，在早高峰上班使用電梯過程中一樓電梯使用頻率是最高的，因此可以將一樓設(shè)置成為有限樓層，進(jìn)而減少一層乘客等待電梯的時間。

3 結(jié)語

通過電梯群控系統(tǒng)的不確定性、擾動性與非線性可以充分說明電梯控制系統(tǒng)是一個十分復(fù)雜的控制系統(tǒng)。伴隨著信息技術(shù)的發(fā)展，相信在不久的以后電梯群控制系統(tǒng)能夠可以自動智能制定運行計劃，讓電梯能夠?qū)崟r、高效運行。