陈玉仙等一种基于信息融合的新颖电梯调度算法统的电梯调度中存在如下问题调度系统未能敏捷地反映客流信息的变化电梯可能出现满载情况在这种情况下当电梯经过某一外呼楼层时若不存在对应于该楼层的内呼信号电梯不应停留但是在传统的控制系统中电梯常常开门候客从而降低了乘梯效率多部电梯之间未能准确

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孜狄
7 years ago
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1 "%7 %! 计算机工程与科学 "-'.+,$)++,) ; /+/+ 第 7 卷第期年月 1-07%-:+/ 文章编号! 一种基于信息融合的新颖电梯调度算法陈玉仙罗三定长沙航空职业技术学院湖南长沙中南大学信息科学与工程学院湖南长沙摘要针对传统电梯调度过程中调度策略较为复杂难以准确适应乘梯客流变化的缺点提出了一种基于信息融合的电梯调度算法该算法通过对乘梯客流变化形势的分析对电梯的运动方向实行整体决策和分步调度算法有效地兼顾了客流乘梯需求和电梯资源供给的相关条件对传统电梯调度策略进行了改进实例分析表明该算法的相关性能指标要优于传统的调度算法对电梯服务质量进行了有效的改进关键词电梯调度信息融合分步调度服务质量中图分类号文献标志码!!! "#$% &' () "*)*+,-'./01-/.-0(+/*/0"-0+)+"*)* /*--0--,.-/+/+($)++,)"+.,0-'.*+,."*)*"* *+/-0+.,.+).,( ,/*+('0),-/+,+'0..*+(/'0.-.)+)+,-,.-/*)+*+,+-, ,/*+('0)0)-,.*2+(- -,.-'-.+/*-0-)3,--+(.*+,.*+2-04)/*)+.,+(- +)+,0-3.*++0+.-, -.-(,+/.-(+/(+(2/-2))0-20(+/-(.+2.+ /*+('0)*+,--+(0)-,.*,-+.*+.,( ,/*+('0).,.+)2++/.+0 /-(+,).*+(+(-+)+,0-3(.*+'0-.*++0+.-,,+-',/ (+-.,.+.*..*+0)-,.*-'.+,-,.*+.,(.-0+.*-(((++(++/.+0,-+.*+6'0.-+,/ , "#$+0+.-,/*+('0)-,.-'-.+2.+/*+('0)6'0.-+,/+ % 引言电梯调度问题是一类典型的 % 完全问题由于电梯运行环境的复杂性和各部电梯相互之间运行规则的耦合性使得获取最优的调度方案变得非常困难一般而言电梯调度算法所遵循的方案中包括了先到先服务和不达最终目的层不换向等主要原则这些原则的制定在一定意义上简化了电梯调度的算法然而随着高层建筑数量的增加人们的出行对电梯的依赖性也逐渐增大常规的电梯调度算法开始变得不适应突增的客流需求同时随着楼宇自动化技术的不断完善各种信号检测技术为发展电梯调度算法提供了技术保障在这个意义上新的电梯调度规则更注重于从全局意义上去协调电梯运行决策尽可能充分利 7 用电梯运载能力来满足乘客出行的整体要求一般而言由于缺乏良好的信息融合技术传收稿日期 7 修回日期基金项目教育部高等学校博士学科点专项科研基金资助项目中央高校基本科研业务费资助项目 8%9 通讯地址湖南省长沙市长沙航空职业技术学院航空电子电气工程系 :+,.+.-+,-'./0$0+/.,-/($0+/.,/0$)++,)"*)*+,-'./01-/.-0(+/*/0"-0+)+ "*)*#'5"*

2 陈玉仙等一种基于信息融合的新颖电梯调度算法统的电梯调度中存在如下问题调度系统未能敏捷地反映客流信息的变化电梯可能出现满载情况在这种情况下当电梯经过某一外呼楼层时若不存在对应于该楼层的内呼信号电梯不应停留但是在传统的控制系统中电梯常常开门候客从而降低了乘梯效率多部电梯之间未能准确配合当某一楼层存在外呼信号时可能出现多部电梯同时响应的情况这时先到的电梯已将乘客运输完毕由于外呼信号有时并没能及时解除可能另一部电梯也会在此楼层停留出现了不必要的启停情况电梯运行未能顾及客流整体趋势的变化由于乘客达到电梯服务区时间的随机性可能导致在一个时刻进入轿厢的人数较小而当电梯启动时客流量又出现猛增这时电梯如果仍按原计划运行将导致平均候梯时间的急剧上升电梯服务效率下降我们注意到上述诸种情况出现的原因大多是因为调度算法无法敏捷地反映客流情况的变化随着乘梯信息采集技术的进一步发展为电梯决策系统提供了较为准确的客流形势判断同时硬件技术的进步为本文所提出的算法提供了良好的技术保障 & 电梯系统建模为了详细阐述文中所提出的算法本节对单部电梯的控制规则进行举例说明由此可以推广到多部电梯本文将平均候梯时间和平均乘梯时间两个性能指标作为主要优化的指标将它们的加权平均函数作为代价函数建立数学模型并根据实时数据来计算代价函数的变化量进而根据计算结果判断电梯的运行情况从以下的分析可以看出本文所提出的调度算法有效地顾及了客流信息的全局变化例如对第节所提出的第三种问题可以通过适度地延长电梯停留时间改变电梯的调度策略就能够改进服务质量为了尽量减小派梯的滞后性对综合性能指标的影响本算法采用时变的采样周期即本采样周期与电梯所处的位置相关当电梯位于两楼层的中间即中间层时系统要判断电梯运行到下一整数层是否停如果停则电梯要在适当位置开始减速否则电梯继续匀速运行当电梯到达整数层停下来时系统会根据此刻的所有信息判断电梯的运动方向由此思想建立的电梯停止代价函数计算式如式所示设电梯当前所处楼层为层大楼总共高层各变量说明如下电梯停时的代价函数表示电梯静止权系数乘客候梯时间的权系数乘客乘梯时间的权系数电梯运行时第个采样周期从层到层的呼梯请求人数轿厢中到层的乘客数一部电梯静止时的代价函数综合考虑了候梯时间和乘梯时间两个性能指标根据实际物理意义知当时说明此时既没有轿厢外的呼梯请求轿厢中也没有乘客据此电梯上行及下行时的代价函数如式式所示 ' ' (-3 (-3 其中为电梯上行时的代价函数表示电梯向上运行为电梯下行时的代价函数表示电梯向下运行 ' 为电梯停靠在层时层向上的乘客进入轿厢所需时间其计算公式如式所示 ' 其中为每个乘客进出轿厢所需时间 (-3 为电梯停靠在层时层向下的乘客进入轿厢所需的时间其计算公式如式 7 所示

3 "-'.+,$)++,) ; /+/+ 计算机工程与科学 7 (-3 7 为电梯从层上行到层停或从层下行至层停所需的时间为轿厢的开关门时间总和即开门时间为关门时间为表示乘客未到达目的层而电梯返向时轿厢中乘客的心理影响因子当有乘客在轿厢中已被返向一次后如果即将发生第二次被返向时即每个乘客在一次乘梯过程中最多只发生一次返向现象单部电梯调度算法的程序流程图如图所示当电梯位于中间层时根据采样得到的相关信息进行下一个整数层电梯是否停靠的判断当电梯停于整数层时再一次进行采样对电梯的运动状态上行下行或停止做出判断当所有请求均响应完毕后电梯停靠在对应楼层等待后续的呼梯请求 )',+0-3/*,.-(+/-,-), -,+0+.-,((0+0--, 图电梯位于中间层时的判断过程程序流程图据判断电梯下一时刻的运行状态其判断过程的程序流程图如图所示在图中电梯在整数层停靠后如果采样到此时所有响应均已响应完毕则电梯停止在当前层如果采样到仍有请求未完成响应则需计算上下行代价函数如果上行代价函数小于下行代价函数则电梯向上运行否则电梯向下运行 )',+0-3/*,.-/*+('0)0)-,.*-, , 图单部电梯调度算法流程图电梯位于中间层时的判断过程对应的程序流程图如图所示在图中当电梯位于中间层时首先判断轿厢中是否有乘客到达下一整数层如果有则电梯在下一整数层停靠在适当位置电梯将开始减速直至到下一整数层时速度减为如果没有那么电梯将检测轿厢是否满载如果满载则不停如果未满载则将此时的所有信息代入电梯上下行的代价函数表达式中进行计算如果计算结果中代价函数变化量较小的值对应的运行方向与电梯当前运行方向一致则电梯在下一整数层不停靠否则电梯将停靠在下一整数层这样电梯位于中间层的判断过程结束电梯停靠于整数层后系统根据此时的采样数 )',+0-3/*,.-(+/-,-), -,+0+.-,.+)+,0--, 图电梯位于整数层时下一时刻运行状态判断过程的程序流程图 ' 调度算法比较研究 '% 分步调度算法与先到先服务调度算法的对比分析先到先服务是调度算法中一种最常用的规

4 陈玉仙等一种基于信息融合的新颖电梯调度算法则它通过对对象到达目的地的先后次序进行排队根据排队结果对处于队列位置靠前的对象进行优先服务一般而言除非有特定的情形出现对象到达服务点的时间越早所享受服务的优先权也就越高对于电梯调度而言先到先服务是指对所产生呼梯请求的先后时刻进行排序系统将优化响应那些产生时刻较早的呼梯请求这种调度规则相对而言较为简明实施方便但缺乏对系统所有信息的综合考虑该规则对局部范围的系统优化有一定作用但当系统规模较大时其优化性能将显著降低本课题在程序流程图图的基础上以电梯停止上行下行的代价函数为判断依据以平均候梯时间平均乘梯时间电梯启停次数和长时间候梯率!" 作为性能指标编写计算机程序对本文提出的算法进行仿真验证其中电梯楼层设为层随机产生各楼层进出电梯人数及呼叫信号相关仿真参数如下电梯的额定速度 # 为 $7 电梯的加减速度 % 为 $ 电梯的开关门时间为每个乘客出入轿厢的时间为 $ 标准楼所以轿厢从层上行到层或从层下行到层停时所需时间为 777$ 设电梯从层上行到层或从层下行到层停中间没有停站时所需时间为 $ '# $ &$$7 按照先到先服务的调度算法电梯的调度过程如图图所示在图中左侧为电梯轿厢中间分别用上行和下行两列数字来表示各楼层候梯乘客呼梯请求方向某一层无呼梯请求时将显示有呼梯请求时将显示发出请求的乘客数候梯乘客数旁的圆圈的半径与候梯乘客数成正比右侧为各楼层乘客的目的楼层按键乘客每按下一次按键系统将记录一个呼梯乘客当呼梯乘客进入轿厢后对应的呼梯请求将被清零图中显示电梯位于楼轿厢内无乘客楼有人请求向下到楼楼有人请求下到楼层层距! 为 $ 轿厢核定载客人数 " 核为 7 人为了较为客观地研究本文所提算法的性能避免个别参数数值大小对电梯性能产生干扰课题组通过多次仿真研究分析电梯性能改善的统计特性下面以一个实例说明本文所提算法的优势设当电梯停靠于楼时楼出现了人下到楼的请求 $7 秒后楼出现了人下到楼的请求此后 7 分钟内没有其它的请求说明如果轿厢从层上行到层或从层下行到层停时轿厢经历了一个加速匀速到减速的过程因此这段时间为加速时间匀速时间减速时间之和因电梯从静止匀加速到额定速度和从额定速度匀减速到静止是一个相反的过程故先计算电梯运行的这段时间由于 % # 故 7 则电梯在时间 )',++./*-,+0+.-,.*+.*0--, 图电梯位于楼时示意图图 7 显示电梯到达楼后停下个乘客进入轿厢段内运行的距离 % $ 则电梯在时间段内运行的距离 $ 又因为电梯在时间段内运行的距离和电梯在时间段内运行的距离之和为 &$$ 因该值小于标准楼层层距所以电梯还有一段匀速运行的时间 ' # $$$77 )',+7+./*-,+0+.-,.*+.*0--, 图 7 电梯位于楼时的示意图

5 "-'.+,$)++,) ; /+/+ 计算机工程与科学 7 图显示电梯载着楼要下行的个乘客向楼运行 $7$ $ 此次调度过程中电梯的启停次数为次因为楼个乘客的候梯时间为故此次调度过程的长候梯率为综上此次基于先到先服务规则的调度过程的性能指标如下所示平均候梯时间 $ 平均乘梯时间 $ 启停次数次长时间候梯率!" )',++./*-,+0+.-,,'),-.*+.*0--,.-.*+.0--, 图电梯从楼向楼运行时的示意图从图图可以看出电梯响应这些请求的运行路径为楼楼楼楼楼这个调度过程中的相关性能指标计算如下楼个乘客的总的候梯时间为依据本文算法电梯的调度过程如图和图所示图显示电梯经过楼直接到达楼停靠后楼向下的个乘客进入轿厢图显示电梯从楼向下运行到楼停靠后楼向下的个乘客全部进入轿厢此后电梯将向楼运行 $$$ 楼个乘客的总的乘梯时间为 $ $ $7 $ $ 楼个乘客的总的候梯时间为 $ $7 $ $7 $7$$ 楼个乘客的总的乘梯时间为 $ $ $7 $ 7$ 由此可得到此次调度的平均候梯时间和平均乘梯时间分别为 $$ $ )',++./*-,+0+.-,,'),-.*+.*0--,.-.*+.*0--, 图电梯经过楼直接到达楼的运行示意图 )',++./*-,+0+.-,,'),-.*+.*0--,.-.*+.*0--, 图电梯从楼下到楼的运行示意图由于该算法对电梯运行过程实行分步优化能够综合考虑不同楼层之间的呼叫关联故此时的电梯的运行路径修正为楼楼楼楼

6 陈玉仙等一种基于信息融合的新颖电梯调度算法计算此次调度过程中的性能指标此次计算过程同先到先服务算法中性能指标的计算过程相同这里不再赘述结果如下平均候梯时间 $7 平均乘梯时间 $ 启停次数次长时间候梯率!" 针对此次呼梯请求两种不同的调度过程对应的性能指标如表所示 %! $#!! 表 % 分步调度算法与先到先服务调度算法的性能指标对比算法次!" 先到先服务算法分步调度算法 7 )',++./*-,+0+.-,,') ,( 0--,(.* 0--, 图电梯运行至 7 楼时的状态示意图比较可以看出本文提出的分步调度算法对电梯调度过程中的平均候梯时间长时间候梯率!" 及能量损耗对应启停次数三个方面的性能指标均有所改善由实例分析可得本文算法与先到先服务算法相比平均候梯时间减小了 7 能量损耗减小了完全避免了长时间候梯现象的发生 '& 分步调度算法与不达最终目的层不换向调度算法的对比分析电梯基本运行参数与上一节一致现当轿厢载有个到楼的乘客运行至 7 层时采集到此时楼有个乘客向上呼梯至楼根据不达最终目的层不换向调度算法的相关原理电梯的调度过程如图图所示图显示轿厢中有个乘客要上行至楼电梯正向上运行至楼此时楼出现了上行至楼的个呼梯请求图显示轿厢依然载着个乘客向上运行至楼此时电梯的运行路径为楼楼楼楼计算此次调度过程中的性能指标计算同先到先服务算法中性能指标的计算过程不再赘述结果如下平均候梯时间 7$ 平均乘梯时间 $ 启停次数次长时间候梯率!" 基于本文所提出的分步调度算法结合引言中所提出的相关策略电梯的运行路径更正为楼楼楼楼仿真过程同节中分步调度算法的仿真此次不再赘述这种运行策略通过牺牲少数人的乘梯时间换取了乘客整体乘梯效率的 7 改善同理可计算出此次调度过程中的性能 )',++./*-,+0+.-,,').-.*+.*0--, 图电梯向楼运行的示意图指标数值如下平均候梯时间 $ 平均乘梯时间 $7 启停次数次长时间候梯率!" 针对此次呼梯请求两种不同的调度过程对应的性能指标如表所示 &! $#!! 表 & 分步调度算法与不达最终目的层不换向调度算法性能指标对比算法次!" 不达最终目的层不换向算法分步调度算法 7 7 由表可以看出本文提出的分步调度算法对电梯调度过程中的平均候梯时间长时间候梯率!" 两个方面的性能指标有所改善由实例分析可得本文算法与不达最终目的层不换向

7 "-'.+,$)++,) ; /+/+ 计算机工程与科学 7 的算法相比平均候梯时间减小了 7 并完全避免了长时间候梯现象的发生 ( 结束语本文提出了一种基于数据融合的分步调度派梯方案建立了电梯运行的数学模型并构造了对应的调度算法分别与传统的先到先服务算法和不达最终目的层不换向算法进行了比较仿真结果表明本文所提出的调度算法的性能指标较之传统算法有了一定的改善在一定程度上证实了本算法的优越性参考文献.,/(+(-,+0+.-,),-'/-.,-0.+').+,.+0+,)"-.,-0( :+/- 7"*++ 9-)8'-))!'+*'5++,/*-.+0)+. -.0(./*) +.*-(+0+.-,),-'/-.,-0.+"-.,-0(:+/- "*++ 79*':+3+'<'-)$0+.-,),-'/-.,-0.+/*-0 -)?=+)"*$0+/.,/-3+,,+"* ++ 附中文参考文献杨祯山邵诚电梯群控技术的现状与发展方向控制与决策 7 宗群窦立谦刘文静鲁棒优化与多智能体协调的电梯群控调度计算机集成制造系统 77 朱昌明毕晓亮电梯智能群控系统研究概况现代城市研究 7 董骊高层建筑电梯群控调度算法研究 : 长沙中南大学徐进基于数据融合的入侵检测系统 : 西安西安电子科技大学沈娟娟陈耀武网络化电梯远程监控系统设计现代机械戴必锋基于无线网络技术的电梯综合信息传输系统 : 大连大连海事大学杨涛基于领域知识的电梯动态最佳群控方法 : 重庆重庆大学宗群蔡昱基于电梯交通流概率仿真模型的空闲交通模式电梯调度方法控制与决策杨祯山邵诚马海丰电梯群控系统交通需求的迭代学习预测方法控制与决策 7 宗群童玲薛丽华电梯群控系统智能优化调度方法的研究控制与决策 7 朱德文付国江电梯群控技术? 北京中国电力出版社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作者简介陈玉仙女山西昔阳人硕士讲师研究方向为电梯调度和智能控制 )/*+/- *+),-.2-,?0+/.',+,*+,,++,/*.+,+./0'(++0+.-,/*+('0)(.+0)+./-.,-0 罗三定 77 男湖南浏阳人博士教授研究方向为计算机视觉模式识别和控制工程 )(0'-/'+(' / /012-,77*:,- +-,*,++,/*.+,+./0'(+/-'.+,-..+,,+/-).-(/-.,-0+)++,)

Microsoft Word - A doc

Microsoft Word - A doc 基于规则化描述方法的电梯控制系统建模及仿真韩江洪, 魏正佳, 魏振春合肥工业大学计算机与信息学院, 安徽合肥 (230009) E-mail:wzj@ialab.hfut.edu.cn 摘要 : 本文针对电梯控制系统的高度离散性和动态性, 使用规则化描述方法 (RDM,Rule Description Method) 对电梯控制系统进行建模相对传统的基于规则的系统,RDM 引入了分模块消息耦合思想,