CN104150296B - 一种基于统计分析的节能优先电梯调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于统计分析的节能优先电梯调度方法，所述方法包括：计算不同时段各楼层当量载荷；以楼层当量载荷为权重选取该时段电梯总控制域；电梯服务单元以选取的控制域为基准进行一次调整；将总控制域分配到各台电梯，得到各电梯控制域；电梯服务单元根据各电梯控制域进行二次调整；以二次调整后的服务单元确定各电梯额外等待时间。本发明提供的方法有利于提高电梯满载率、降低电梯能耗、提高电梯资源利用率。

Description

一种基于统计分析的节能优先电梯调度方法

技术领域

本发明涉及电梯节能调度方法，尤其涉及基于统计分析的节能优先电梯调度方法。

背景技术

随着智能化楼宇建设的不断加深，建筑能耗已成为当前社会能源消耗量最主要的项目之一。电梯作为影响建筑能耗的重要因素，其运行能耗的有效控制对提高建筑资源利用率、改善能源环境问题有着重要意义。除了硬件设备改善，控制电梯运行能耗的核心体现在其调度方法上。随着计算机技术高速发展、人工智能技术的普及应用，电梯调度方法研究已成为电梯运行能耗控制的重点、热点。

常见电梯调度方法以侯梯人等待时间最小为目标，对电梯呼叫服务立即做出反应，以最快速度到底呼叫楼层，完成本次呼叫服务，给侯梯人提供了最高的便捷性，但电梯载客率低、未考虑任何节能措施；现有以节能优先、兼顾等待时间的电梯群组调度方法较少，基本未能有效地对电梯控制域进行优化，乘客侯梯时间也缺乏合理安排。

发明内容

为解决上述技术问题与缺陷，本发明基于统计分析，提出一种以节能为主、兼顾候梯人等待时长并引入动态等待时间的电梯局外调度方法。

本发明的目的通过以下的技术方案来实现：

一种基于统计分析的节能优先电梯调度方法，包括：

计算不同时段各楼层当量载荷；

以楼层当量载荷为权重选取该时段电梯总控制域；

电梯服务单元以选取的控制域为基准进行一次调整；

将总控制域分配到各台电梯，得到各电梯控制域；

电梯服务单元根据各电梯控制域进行二次调整；

以二次调整后的服务单元确定各电梯额外等待时间

与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：

基于电梯群组能效实时监测装置的统计分析数据，设定各电梯控制域并引入动态额外等待时间，对电梯进行优化调度，充分降低电梯能耗、提高电梯资源利用率。

附图说明

图1是节能优先电梯调度方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。

如图1所示，展示了节能优先电梯调度方法流程，包括以下步骤：

计算不同时段各楼层当量载荷；

以楼层当量载荷为权重选取该时段电梯总控制域；

电梯服务单元以选取的控制域为基准进行一次调整；

将总控制域分配到各台电梯，得到各电梯控制域；

电梯服务单元根据各电梯控制域进行二次调整；

以二次调整后的服务单元确定各电梯额外等待时间。

楼层总数为N_floor，楼层L_x高度为H_x，电梯数量为N_rated，额定载客量为N_rated，额定载荷为W_rated，电梯门开/关一次、人一出一进平均时间分别t_door、t_swap，单人平均重量为W_solo。

电梯运行任务由电梯基于服务单元U(i)组成。电梯基本服务单元U(i)为电梯在启动时间t_on(i)至停止时间t_off(i)，从楼层L_on(i)运动到楼层L_off(i)，其过程载荷为W(i)，即所有服务单元构成全集U，服务单元总数为N_service，根据启动时间t_on(i)从小到大，将所有电梯基本服务单元U(i)进行排序，可得电梯基本服务流程。

表明电梯在楼层L_off(i)完成服务单元U(i)后，人员进出，继续执行服务单元U(j)。像此类两紧密连接服务单元，若电梯在楼层L_off(i)完成服务单元U(i)后出来n_out(i)人，进入n_in(j)人，则该进出人数估算公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{n}_{\mathrm{out}}\left(i\right),n_{\mathrm{in}}\left(j\right)\&Element;N\\ n_{\mathrm{out}}\left(i\right)\&le;N_{\mathrm{rated}};n_{\mathrm{in}}\left(j\right)\&le;N_{\mathrm{rated}}\\ [n_{\mathrm{out}}\left(i\right)+n_{\mathrm{in}}\left(j\right)]\frac{t_{\mathrm{swap}}}{2}\&ap;t_{\mathrm{on}}\left(j\right)-t_{\mathrm{off}}\left(i\right)-t_{\mathrm{door}}\\ |W\left(i\right)-W\left(j\right)-[n_{\mathrm{out}}\left(i\right)-n_{\mathrm{in}}\left(j\right)\left]W_{\mathrm{solo}}\right|<W_{\mathrm{solo}}\end{array}\right.---\left(2\right)$

楼层L_x当量载荷为时间段Δt内，在楼层L_x进出电梯重量之和，即：

$W_{\mathrm{eq}\_L_x}=\mathrm{\&Sigma;}\left\{\right\{W\left(i\right)|U\left(i\right)\&Element;({\stackrel{\&OverBar;}{U}}_{\mathrm{swap}\_L_x}\&cap;U_{L_x})\}+\left\{\right[n_{\mathrm{out}}\left(i\right)+n_{\mathrm{in}}\left(i\right)\left]W_{\mathrm{solo}}\right|U\left(i\right)\&Element;U_{\mathrm{swap}\_L_x}\left\}\right\}---\left(3\right)$

式中，为在楼层L_x启动或停止的服务单元集，为属于集合且满足式(1)的服务单元集。当量载荷越大，表明在时间段Δt内，在楼层L_x进出电梯的重量越大，电梯总控制域包括楼层L_x时的节能效果及便捷性越强。

电梯总控制域选取既要优先节能，又需保证电梯使用便捷性，故根据各楼层当量载荷大小选取前n层楼层作为时间段Δt内电梯总控制域，以覆盖80％服务单元U(i)，若优化后电梯总控制域为D＝{L′x(1),L′x(2),…,L′x(n)}，即：

$\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{U}_{L_x^{\&prime;}\left(i\right)}\&GreaterEqual;0.8\underset{i=1}{\overset{N_{\mathrm{service}}}{\mathrm{\&Sigma;}}}U\left(i\right);n\&le;N_{\mathrm{floor}}---\left(4\right)$

电梯总控制域优化完成后，所有服务单元U要根据该控制域进行一次调整拟合，使得调整后服务单元U′(i)启动楼层L′_on(i)、停止楼层L′_off(i)均在控制域D内。服务单元调整采用就近原则，即：

$\left\{\begin{array}{c}{L}_{\mathrm{on}}^{\&prime;}\left(i\right)\&Element;D;L_{\mathrm{off}}^{\&prime;}\left(i\right)\&Element;D\\ {|H}_{\mathrm{on}}\left(i\right)-H_{\mathrm{on}}^{\&prime;}\left(i\right)|\&le;|H_{\mathrm{on}}\left(i\right)-H_x\left(k\right)|,(k=\mathrm{1,2},...,n)\\ |H_{\mathrm{off}}\left(i\right)-H_{\mathrm{off}}^{\&prime;}\left(i\right)|\&le;|H_{\mathrm{off}}\left(i\right)-H_x\left(k\right)|\end{array}\right.---\left(5\right)$

一次调整后服务单元U′需分配到各台电梯，由于单个服务单元实际关联着两层楼层，故服务单元二次调整通过对电梯控制域分配来实现。控制域分配采用均分原则以充分利用电梯资源，一次选取楼层必须满足当次候选楼层相关性最大，而两楼层相关性以该楼层间传输的总能耗来衡量，即：

${\mathrm{\&rho;}}_{L_x{L}_y}=\mathrm{\&Sigma;}{W}^{\&prime;}\left(i\right)g|H_{\mathrm{off}}^{\&prime;}\left(i\right)-H_{\mathrm{on}}^{\&prime;}\left(i\right)|---\left(6\right)$

式中，U′(i)∈{U′(i)|L′_on(i),L′_off(i)∈{L_x,L_y}}。

因为电梯数目为N_lift，故每台电梯控制域包含层楼(余数放到最后一台电梯)，电梯m(1≤m≤N_lift,m∈N⁺)控制域D_lift(m)＝{L_liftm(1),L_liftm(2),…,L_liftm(N_domain)}，满足：

$\underset{i=1}{\overset{N_{\mathrm{domain}}}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{j=1,j\&NotEqual;i}{\overset{N_{\mathrm{domain}}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&rho;}}_{L_{\mathrm{lift\; m}}\left(i\right)L_{\mathrm{lift\; m}}\left(j\right)}\&GreaterEqual;\underset{i=1}{\overset{N_{\mathrm{domain}}}{\mathrm{\&Sigma;}}}\underset{j=1,j\&NotEqual;i}{\overset{N_{\mathrm{domain}}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{\&rho;}}_{L_x\left(i\right)L_y\left(j\right)}---\left(7\right)$

其中，

至此，各台电梯在时间段Δt内的控制域划分完成。而一次调整后的服务单元U′还需根据各电梯控制域进行二次调整，对无法在任一电梯完成的任务单元U′(i)按照一次调整原理，采用就近原则进行拟合调整。使得二次调整后服务单元U″(i)启动楼层L″_on(i)、停止楼层L″_off(i)均在同一电梯控制域内。

电梯额外等待时间为正常情况下电梯启动前额外增加的停留时间，额外等待时间引入，有助于提高电梯满载率、减少电梯启/停次数、缩减电梯运行里程，从而降低电梯能耗。电梯m的额外等待时间t_add(m)大小与当前时间段Δt内该电梯交通量相关。此外，最大额外等待时间t_addmax(m)需满足人类正常心理容忍范围，而一般正常人容忍时长为50s，故t_addmax(m)＝50s。

电梯m服务单元集U_liftm，服务单元数N_liftm，服务单元 额外等待时间t_add(m)的加入，其本质是提高电梯满载率以实现节能，故t_add(m)加入后，服务单元期望状态至少达到80％满额载荷运行：

$\left\{\begin{array}{c}{t}_{\mathrm{add}}\left(m\right)\&le;t_{\mathrm{add}\max }\left(m\right)\\ t_{\mathrm{add}}\left(m\right)=\frac{t_{\mathrm{add}\max }\left(m\right)\underset{i=1}{\overset{N_{\mathrm{lift\; m}}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{W}_{\mathrm{lift\; m}}\left(i\right)g|H_{\mathrm{off}\_\mathrm{lift\; m}}\left(i\right)-H_{\mathrm{on}\_\mathrm{lift\; m}}\left(i\right)|}{0.8\underset{i=1}{\overset{N_{\mathrm{lift\; m}}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{W}_{\mathrm{rated}}\left(m\right)g|H_{\mathrm{off}\_\mathrm{lift\; m}}\left(i\right)-H_{\mathrm{on}\_\mathrm{lift\; m}}\left(i\right)|}\end{array}\right.---\left(8\right)$

调度方法的性能以其控制下电梯运行能耗的大小进行衡量。故实验以电梯运行能耗作为评价指标，分别计算对比原始服务单元下的电梯运行能耗E_initial和本文提出的调度方法优化后的运行能耗E_algol。

电梯运行能耗包括电梯启动/停止能耗、运行过程能耗，为简化计算，假定电梯每次启动/停止能耗E_on/off为定值，故启动/停止能耗E_on/off仅与电梯启动、停止次数相关，而过程能耗受运行载荷影响。原始服务单元的电梯运行能耗E_initial为:

$E_{\mathrm{initial}}=N_{\mathrm{service}}{E}_{\mathrm{on}/\mathrm{off}}+\underset{i=1}{\overset{N_{\mathrm{service}}}{\mathrm{\&Sigma;}}}W\left(i\right)g|H_{\mathrm{off}}\left(i\right)-H_{\mathrm{on}}\left(i\right)|---\left(9\right)$

把二次调整后服务单元U_liftm(i)的启动时间t_{on_liftm}(i)增大至t′_{on_liftm}(i)＝t_{on_liftm}(i)+t_add(m)，若服务单元U_liftm(j)满足：

$\left\{\begin{array}{c}i<j\\ t_{\mathrm{on}\_\mathrm{lift\; m}}^{\&prime;}\left(i\right)\&GreaterEqual;t_{\mathrm{on}\_\mathrm{lift\; m}}\left(j\right)\\ L_{\mathrm{on}\_\mathrm{lift\; m}}\left(i\right)=L_{\mathrm{on}\_\mathrm{lift\; m}}\left(j\right)\end{array}\right.---\left(10\right)$

将服务单元U_liftm(i)、U_liftm(j)进行合并，得 然后服务单元U′_liftm(j)重复公式(10)直至历遍所有服务单元，最终得到服务单元集合U′_liftm。调度方法优化后的运行能耗E_algol为：

$E_{\mathrm{algol}}=\underset{m=1}{\overset{N_{\mathrm{lift}}}{\mathrm{\&Sigma;}}}(N_{\mathrm{service\; lift\; m}}^{\&prime;}{E}_{\mathrm{on}/\mathrm{off}}+\underset{i=1}{\overset{N_{\mathrm{service\; lift\; m}}^{\&prime;}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{W}_{\mathrm{lift\; m}}^{\&prime;}\left(i\right)g|H_{\mathrm{off}\_\mathrm{lift\; m}}^{\&prime;}\left(i\right)-H_{\mathrm{on}\_\mathrm{lift\; m}}^{\&prime;}\left(i\right)\left|\right)---\left(11\right)$

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (4)

1.一种基于统计分析的节能优先电梯调度方法，其特征在于，所述方法包括：

计算不同时段各楼层当量载荷；

以楼层当量载荷为权重选取该时段电梯总控制域；

电梯服务单元以选取的总控制域为基准进行一次调整；

将总控制域分配到各台电梯，得到各电梯控制域；

电梯服务单元根据各电梯控制域进行二次调整；

以二次调整后的电梯服务单元确定各电梯额外等待时间；

通过采集各电梯运行时间、运行楼层及载荷参数，并采用统计分析数据得出各楼层当量载荷；

以覆盖80％电梯服务单元U(i)为基准，根据当量载荷大小选取前n层楼层作为时间段Δt内电梯总控制域D；

将所述电梯服务单元U(i)采用就近原则并参照总控制域D进行一次调整，使得调整后的电梯服务单元U′(i)启动楼层L′_on(i)、停止楼层L′_off(i)均在总控制域D内；

所述电梯服务单元U(i)为电梯在启动时间t_on(i)至停止时间t_off(i)，从楼层L_on(i)运动到楼层L_off(i)，其过程载荷为W(i)，即其中，H_on(i)为电梯服务单元U(i)的启动楼层高度，H_off(i)为电梯服务单元U(i)的停止楼层高度。

2.根据权利要求1所述的基于统计分析的节能优先电梯调度方法，其特征在于，将所述总控制域通过均分配原则分配各电梯控制域D_lift(m)，选取楼层需满足当次候选楼层相关性最大，而两楼层相关性以该楼层间传输的总能耗来衡量，相关性公式为：

${\mathrm{\&rho;}}_{L_x{L}_y}={\mathrm{\&Sigma;W}}^{\&prime;}\left(i\right)g|H_{off}^{\&prime;}\left(i\right)-H_{on}^{\&prime;}\left(i\right)|$

式中，W′(i)为调整后的电梯服务单元U′(i)的过程载荷、H′_on(i)为调整后的电梯服务单元U′(i)的启动楼层高度、H′_off(i)为调整后的电梯服务单元U′(i)的停止楼层高度；

将电梯服务单元参照各电梯控制域D_lift(m)做二次调整，对不能在任何一电梯完成的服务单元U′(i)按照一次调整原则，采用就近原则进行拟合调整，使得二次调整后电梯服务单元U″(i)启动楼层L″_on(i)、停止楼层L″_off(i)均在同一电梯控制域D_lift(m)内，其中，变量m为：电梯m。

3.根据权利要求1所述的基于统计分析的节能优先电梯调度方法，其特征在于，根据二次调整后的服务单元U″(i)确定各电梯额外等待时间t_add(m)，使得t_add(m)加入后服务单元期望状态至少达到80％满额载荷运行；其中，变量m为：电梯m。

4.根据权利要求1所述的基于统计分析的节能优先电梯调度方法，其特征在于，通过所述调度方法优化后的电梯运行能耗E_algol为评价指标，其公式为：

$E_{a\lg ol}=\underset{m=1}{\overset{N_{lift}}{\mathrm{\&Sigma;}}}(N_{serviceliftm}^{\&prime;}{E}_{on/off}+\underset{i=1}{\overset{N_{serviceliftm}^{\&prime;}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{W}_{liftm}^{\&prime;}(i)g|H_{off\_liftm}^{\&prime;}\left(i\right)-H_{on\_liftm}^{\&prime;}\left(i\right)|)$

式中，N_lift为电梯数，N′_serviceliftm为电梯m服务单元数，E_on/off为电梯开/关一次能耗，W′_liftm(i)、H′_{on_liftm}(i)和H′_{off_liftm}(i)分别为服务单元U′_liftm(i)的过程载荷、启动楼层高度、停止楼层高度。