关于智能电梯群控系统设计的研究

杨叶飞

摘 要：电梯对于目前大楼林立的居住环境已是必备的运输设备，在大楼内上下移动需要电梯的帮忙，所以如何让此运输设备能以更快速、更节能的方式运作，是一个具有高度实用性的研究议题。在这种背景下，文章首先探讨了电梯群控系统及设计思路，进而分析了智能电梯群控模拟系统架构。

关键词：智能电梯；群控系统；设计

1 电梯群控系统及设计思路

随着高楼大厦的迅速发展，乘客用电梯在建筑物内已是不可或缺的运输设备，而在多数大楼里都拥有超过两部以上的电梯，以应付建筑物内的用户人数，若同一大楼的电梯是以各自独立的方式运作，只会浪费电梯的使用效能且使运送效率下降，此时，适当的电梯群组控制系统便显得格外重要。电梯群控系统能针对大楼不同时段及不同交通流量的使用模式，再依据收集的所有电梯状态及各楼层叫车状态参数，经由适当的派车机制，作出当时情况的最佳派车。在每栋拥有电梯的建筑物里每层楼都有两个楼层呼叫（上行，下行）按钮，用于告知电梯群控系统该楼层的需求用户欲往方向，也就是当某楼层楼层呼叫有需求时，电梯群控系统将会指派一台最适电梯服务该楼层呼叫，而被指派的电梯车厢将会移动至楼层呼叫楼层完成此需求服务。

以下为电梯群控系统控制流程：（1）当有一个乘客目前位于一楼欲往十五楼，按下上行楼层呼叫按钮。电梯群控系统所能收集到的参数仅有一楼有乘客欲上行，并无法得知欲往十五楼层及乘客人数。（2）该该楼层呼叫信号参数传送至电梯群控系统。（3）电梯群控系统选择当时最适电梯车厢服务该楼层呼叫。（4）电梯群控系统传送该楼层呼叫信号参数给指派的电梯车厢。（5）被指派的电梯车厢在收到信号后，开始移动至该楼层即呼叫楼层一楼。（6）在电梯车厢移动期间，电梯群控系统还是持续针对当时所有电梯不同情况及楼层状况，进行最合适的电梯车厢指派，直到有电梯车厢让乘客完成搭乘动作。（7）乘客入内搭乘后，将会在电梯车厢内按下欲往楼层十五楼按钮。（8）电梯车厢将传送十五楼层信号参数至电梯群控系统并开始移动至十五楼层。（9）电梯车厢到达十五楼层，乘客离开，完成此一楼层呼叫需求。（10）重复上述选择楼层呼叫最适电梯车厢步骤，称为派车（HallCallAssignment）。

为使电梯能在流量尖峰时段达到快速疏散人潮的目标，在流量离峰时段达到节能省电的目标，提出一基因演算法的自我调适模糊派车法，其系统架构将群控功能单元的派车模型更改为模糊派车评量函数，使派车评量能更符合电梯问题的多重评量准则，在群控功能单元中，通过模糊的派车评量函数对每一车厢评估后能够即时回应楼层呼叫，作出最佳的电梯派车。

2 智能电梯群控模拟系统架构

为了能在电脑中模拟该电梯系统的执行，其环境参数输入、一般参数输入及记录和分析，使用MATLAB语言来编写。当建筑物各楼层发出楼层呼叫信号，电梯群控系统计算所搜集的电梯各项信息，在效率模式下以乘客平均等待时间评量最适派车，节能模式下以电力耗损评量最适派车，计算所得的最小评量值为最适指派车厢，并发送楼层呼叫信号给予被指派车厢。因电梯系统每秒环境的不断变化，所以电梯群控系统也必须能通过重新派车机制来变更先前指派以更符合当时情况。在自我调整模糊逻辑控制机制部分，电梯群控系统能在不同时段、交通模式及乘客流量变化时，修改模糊隶属函数及重要参数，使其作出更好及更符合当时大楼使用情况的派车方针。

2.1 基本运行条件

假设实验大楼总楼层11楼层，拥有电梯数量4部，每部电梯最大载客量为15人，电梯移动速率每秒1楼层，加减速时间各1秒，开关门时间各4秒，预估每位乘客进出电梯时间每人0.5秒。

2.2 模拟运算程序

（1）初始状态设定四部电梯停放于一楼且为闲置状态。电梯状态资料库纪录电梯目前位置、目前方向、是否为vip、电梯内部人数、电梯启动时间、电梯拥挤度资料。（2）读入资料比对楼层呼叫资料库所产生时间。楼层呼叫资料库纪录楼层呼叫乘客资料包含产生时间、目前楼层、欲往方向、搭乘人数、被指派车厢、完成时间及是否为优先呼叫（3）电脑以电梯派车程序，模拟出电梯车厢呼叫需求、欲被指派的楼层呼叫需求及电梯目前运行状态，每隔一秒预测电梯运行状态；电梯状态分别为上行、下行及停放。电梯状态若为上行或下行时，则以每秒增加（上行）或减少（下行）一楼层，电梯状态若为停放时，此刻电梯是在完全无楼层呼叫及车厢呼叫需求的状态。当有楼层呼叫信号输入时，电脑以电梯派车程序，指派最适当的电梯去服务该楼层呼叫。（4）若有电梯完成其被指派的外部按键需求时，外部按键资料库加入完成时间，再以入内人数产生电梯内部按键乘客资料，包含入内时间、欲往楼层、欲往楼层人数及完成时间，并将入内人数加入电梯资料库，并重新计算电梯拥挤度。（5）若有电梯完成其内部按键需求时，内部按键资料库加入完成时间，再将电梯内部人数减去出去人数，并重新计算电梯拥挤度。

2.3 模拟资料定义与资料库建立

资料库的建立，利用相同的资料源可比较出各种不同派车法的差异性，在此将资料定义，根据交通模式分为上行模式（上行机率为80%、下行机率为20%、常态随机分配）、下行模式（上行机率为20%、下行机率为80%、常态随机分配）及一般模式（上、下行机率各为50%、均匀随机分配），根据交通流量分为尖峰流量每分钟平均60人次、一般离峰流量每分钟平均20人次，进而分析各种参数变化量。资料库的定义，步骤一，根据交通流量不同乱数增加楼层呼叫产生时间；步骤二，根据交通流量不同乱数产生楼层呼叫人数；步骤三，根据交通模式不同乱数产生楼层呼叫欲往方向；步骤四，取乱数求得楼层呼叫目前楼层，若产生楼层为最低层则必为上行，若产生楼层为最高层则必为下行。

2.4 电梯状态决策模式

电梯可分为上行、上停、下行、下停及停放五种运行状态，在上停及下停状态，仅是将进出人数，以每人0.5秒增加电梯启动时间来代表，即若电梯入内人数为4人，则将电梯启动时间更改为目前时间点加上4*0.5秒，所以在电梯运行状态资料库内，仅有上行、下行及停放三种状态。电梯若为上行状态，以每秒增加一楼层；若为下行状态，以每秒减少一楼层；若电梯位于楼层最高层或方向更改时，则根据更改后方向进行增或减楼层；若电梯已完成所有按键需求，则转为停放状态。

3 结束语

目前电梯派车系统大多是以电梯与需求乘客楼层最近距离或最短时间来控制达到输送乘客的目标，若在人口密度较低或是楼层较低的大楼里，且只拥有一至二部电梯时，其工作效率可能无明显的差异，但在人口密度较高或是楼层较高的大楼里，且同时拥有二部以上电梯时，其工作效率将会大幅的降低，因此文章尝试设计一套自我调适的智能型电梯群控系统，能根据不同的乘客交通流量和系统管理者的要求，作出最佳派车，达到减少乘客等待时间、减少电梯能源耗损的效果。

参考文献

[1]朱昌明，毕晓亮.电梯智能群控系统研究概况[J].现代城市研究，2003（S1）.

[2]王志敏，顾文业.考虑乘客混杂度的电梯群控智能调度算法[J].物理测试，2004（03）.endprint