CN107021392A - 负载不均衡的电梯楼层分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种负载不均衡的电梯楼层分配方法，它包括以下步骤：步骤1、控制器收集电梯的运行信息；步骤2、控制器检测距离上次服务范围分配后，电梯的运行时间是否超过或等于预设值；如果是，则转步骤3；如果否，则程序结束；步骤3、依据电梯运行开销数学式，确立电梯额外的服务楼层分配算法，对电梯额外的服务楼层进行分配；步骤4、控制器发送控制信号重新调整每一个电梯的服务范围；步骤5、电梯收到控制信号后，在完成调整后发出确认信号到控制器。本发明的技术优点是：根据请求数量调整电梯的服务楼层，使每一个电梯的载人均衡，提高了电梯的运载效率，减少了乘客的平均等待时间。

Description

负载不均衡的电梯楼层分配方法

技术领域

本发明属于电梯控制技术领域，具体涉及一种负载不均衡的电梯楼层分配方法。

背景技术

当今的建筑中往往采用多个电梯来服务整栋大楼，在多个电梯运行的条件下，一个电梯可以只服务于一些特定的楼层，只要保证每个楼层至少有一个电梯可以到达即可。但是，在某一搭乘电梯的高峰期，有可能会有很多人同时要到同一个楼层，而此时就会出现某一个电梯很忙，而其它电梯处于空闲状态的情况。此时就需要针对这种情况对电梯的服务楼层做出动态的调整，尽可能让所有电梯都能够负载均衡，而不会出现有些电梯忙碌，有些电梯处于空闲的状态。因此，需要一种方法可以调整电梯所服务的楼层，使电梯运载效率最大化。

现有技术的第一种电梯运载方案是：每一个电梯分配一个固定的连续的服务楼层范围，所有电梯服务的楼层覆盖了楼房中的所有楼层。例如一栋楼房共有20层，共有4部电梯，每部电梯都从第一层开始服务。1号电梯服务2-5层，2号电梯服务6-10层，3号电梯服务11-15层，4号电梯服务16-20层。

这样的电梯运载方案是固定的，也就是说服务的楼层一经确定，就不会变动。如果遇到某一时段的人流高峰期，就会产生有的电梯很忙碌，用户需要长时间等待，而有的电梯又很空闲的情况。例如：假设一个电梯最多容纳20人。如果在某一高峰期，有50人要从1楼到13楼(参加会议)，有5人到7楼(办公)，那么3号电梯就需要频繁工作，而1号电梯和4号电梯都处于空闲状态，导致了极大的资源浪费，并且用户需要长时间的等待。

事实上，50人需要分3次乘坐3号电梯才能够到达目的楼层。而此时如果我们改变一下1号电梯的服务楼层，让1号电梯也同时服务第13楼，则可以明显减少3号电梯的负载。我们称13楼层(在原本服务范围外的楼层)是1号电梯要服务的特殊楼层。

由此可见，第一种电梯运载方案的缺点是：电梯的运载效率较低。在人流量的高峰时期，尤其是很多用户都要同时到达同一楼层的时候，会出现一个电梯很忙，其他电梯空闲的情况，导致用户等待时间较长。

现有技术的第二种电梯运载方案是基于出票模型的电梯调度系统：附加一个出票设备，该出票设备与控制中心是相连的。每一个用户要乘坐电梯前，需先在出票设备上选择需要到达的楼层，出票设备把信息发送给控制中心，控制中心会根据当前各个楼层的请求人数等条件来决定该用户要乘坐哪一部电梯，最终出票设备会打印楼层以及分配的电梯等信息给该用户。

假设一栋楼房共有20层，共有4部电梯。有一位用户要乘坐电梯到15楼，那么他需要先在出票设备上按下自己要到达的楼层，即15层。控制中心会根据当前请求的人数以及用户的目标层等信息做相应的计算，最终决定将该用户分配给2号电梯，并打印一张票给用户。用户得到票后就知道自己要去坐2号电梯。

第二种电梯运载方案存在以下问题：

1、出票设备维护存在较大的开销。具体来说，由于需要额外的打印机、墨水、票据等，该系统的建造和维护成本都很高。

2、受用户自觉性的影响。假设有10个人同时要到15楼去，如果他们是朋友，可能只会让其中的一部分人(假如说只有5人)去取票，其他的人想直接跟着取票了的人一起进电梯。然而每部电梯最多只能承载12人。由于控制器只得到了5人要乘坐电梯到15楼的信息，就将这5个人都分配到一个电梯里面了。当负载不大的时候，可能也没其他人要乘坐该电梯，所以没取票的五个人可以和其他人一同进入电梯到达目的地。但是当该楼层的请求数量较多(如会议结束)时，这就会导致坐电梯时，一部分人无法乘坐到电梯的问题，大大增加了用户的等待时间，用户体验很差。

发明内容

针对现技术存在的问题，，本发明所要解决的技术问题就是提供一种电梯群控系统负载不均衡的电梯楼层分配方法，在电梯请求数量不均衡时，它能调整电梯的服务楼层，使每一个电梯的载人均衡，提高电梯的运载效率。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括以下步骤：

步骤1、控制器收集电梯的运行信息；

步骤2、控制器检测距离上次服务范围分配后，电梯的运行时间是否超过或等于预设值；如果是，则转步骤3；如果否，则程序结束；

步骤3、依据电梯运行开销数学式，确立电梯额外的服务楼层分配算法，对电梯额外的服务楼层进行分配；

步骤4、控制器发送控制信号重新调整每一个电梯的服务范围；

步骤5、电梯收到控制信号后，在完成调整后发出确认信号到控制器。

本发明的技术优点是：

根据请求数量调整电梯的服务楼层，使每一个电梯的载人均衡，提高了电梯的运载效率，减少了乘客的平均等待时间。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为本发明应用的一种电梯群控系统分布图；

图2为本发明的流程图；

图3为图2中电梯额外的服务楼层分配算法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

随着嵌入式系统的发展，当今的建筑中往往采用电梯群控系统(elevator groupcontrol system)来服务整栋大楼。与传统的多部电梯不同的是，在电梯群控系统中，有一个中央控制器来管理每一个电梯并且在每一个电梯上都装有一个小型的嵌入式系统，并且每一部电梯可以专门负责服务某些楼层。

本发明的一种应用场景如图1所示，它由一个控制器和六部电梯组成电梯群控系统。控制器通过发送控制信号，可以决定电梯的运行状态以及服务楼层。电梯通过确认信号定期返回该电梯的状态信息和收集到的其他信息。因此，控制器根据这些信息能对电梯的服务范围等做出更改。

为了能够准确衡量不同的电梯分配方案对电梯的负载运行状况影响，本发明建立了一个衡量电梯运行开销的数学式：

公式(1)中，e_i为第i个电梯；

L(e_i)为电梯e_i的整体开销；

LC为电梯向上或向下移动一层的固定时间开销；

hf_i为电梯e_i服务的最高层；

lf_i为电梯e_i服务的最低层；

O_i为电梯e_i服务的楼层集合(楼层可以是不连续的，如2，5，6，8层)；

|O_i|表示集合O_i里面的元素数量，也就是电梯e_i服务的楼层数量；

R_f为一段时间内第f层要乘电梯的人数(请求数量)；

N_f为在第f层提供服务的电梯的数量；

f为电梯ei服务的每一个楼层；

OC为电梯e_i服务1层楼的时间开销(开关门)；

α为权重系数。

在式(1)中，LC×(hf_i-lf_i)衡量了电梯e_i上下移动的时间开销。因为该电梯的最低和最高服务楼层为lf_i以及hf_i，因此该电梯从最低层上升的最高层需要的时间即为LC×(hf_i-lf_i)。除去电梯上升下降的时间，电梯还需要在其服务的楼层上下乘客，这将会导致额外的开关门以及停留时间，在式(1)中，OC×|O_i|衡量了这一部分时间。另一部分衡量了电梯载客量的多少，对于电梯e_i服务的每一个楼层f，如果有多个电梯服务该楼层，本专利假设所有电梯均分楼层f的乘客。因此电梯e_i在楼层f所需要运载的客人数即为将所有服务楼层所需要运载的客人数量加起来，衡量了电梯e_i载客量的多少。最后，由于时间和载客量的量纲不同，我们添加一个权重因子α将这两部分组合在一起，称为电梯e_i的开销。

下面举个例子来具体介绍式(1)的计算过程。假设电梯上升或下降一层的时间LC为3秒，在一层楼停留以及开关门的时间OC为10秒，权重因子α＝1。电梯1服务楼层O₁为1-10楼，电梯2的服务楼层O₂为9-15楼以及1楼，该建筑共有15层，一段时间内各个楼层的请求数量如下表所示：

下面我们举例说明如何计算电梯e₂的开销。由于该电梯的最低和最高运行楼层为1楼和15楼，因此该电梯从最底层需要向上移动14层才能到达最高层，带来的时间为14*3＝42秒。于此同时，该电梯一共服务了8个楼层，带来的开关门以及停留时间为80秒，所以其时间开销一共为122秒。

接下来，我们计算该电梯的载客量。在电梯e₂的服务楼层中，由于1，9，10三层楼两个电梯都服务，所以按照假设电梯e₂只承担一半的用户请求。因此，我们可以得到

因此，按照式(1)我们可以计算出电梯e₂的开销为1*122+149.5＝271.5，电梯e₁的计算方式是同样的。

假设一栋楼房共有26楼，表1显示了每一个电梯的服务楼层范围以及相应的开销(开销是根据公式(1)计算获得的)：

表1电梯的服务范围和开销

电梯编号

E1

E2

E3

E4

E5

E6

管理楼层

[1,16]

[17,26]

[1,7]

[8,13]

[14,20]

[21,26]

开销

37

158

15

23

132

32

在电梯群控系统中，位于每个电梯上的嵌入式系统可以监控每一个电梯的运行情况，例如每个电梯的运行状况和一段时间内每一个楼层的请求数量等信息。电梯会定期将这些信息通过确认信号发送给控制器。控制器从电梯中收集这些信息并计算出每部电梯的开销，根据这些信息对电梯的服务范围做出更改。

本发明提出一种算法实现优化电梯的服务楼层。该算法在为每一个电梯分配一些特殊楼层(在连续服务区间外的楼层)，从而应对不均匀的用户需求，增加电梯系统的吞吐量。在表1中，假设是18层较大的请求量导致电梯E₂和E₅具有较大的开销，那么控制器可让电梯E₃和E₄也服务18层，从而均衡电梯的负载，达到更高的吞吐率。

本发明提供的电梯群控系统负载不均衡的电梯楼层分配方法，如图2所示，包括以下步骤：

步骤201、电梯上的嵌入式系统实时监测电梯的运行信息，控制器收集一段时间内每个楼层的请求数量信息；

电梯的运行信息包括电梯在每一个楼层的上下电梯的乘客数量(通过重量传感器、摄像头等设备可以获取)，将这些信息发送给控制器；控制器收集会汇总这些信息，便可以获得一段时间内每个楼层的请求数量信息。

步骤202、控制器检测距离上次服务范围分配后，电梯的运行时间是否超过或等于预设值；若是，则执行步骤203；若否，则执行步骤206；

如果电梯距离上次服务范围分配的时间已经达到了预设值，那么控制器需要运行后面的程序步骤，进行服务范围的重新分配。

步骤203、依据电梯运行开销数学式，确立电梯额外的服务楼层分配算法，对电梯额外的服务楼层进行分配；

电梯额外的服务楼层分配算法的输入是在一段时间内每一个楼层的请求数量；输出为每一个电梯额外的服务楼层编号。

步骤204、控制器发送控制信号重新调整每一个电梯的服务范围；

步骤205、电梯收到控制信号后，并在完成调整后发出确认信号到控制器；

步骤206、程序结束。

本发明由控制器根据目前每个楼层的请求数量情况(从收集的信息中获得)以及当前每个电梯的服务范围，为每个电梯分配一些额外的服务楼层，额外的服务楼层可以是一个或者是多个。

上述步骤203中，电梯额外的服务楼层分配算法的流程如图3所示，包括以下步骤：

步骤S01、输入每个电梯的服务范围和每个电梯需要服务的特殊楼层数量N；

电梯的服务范围就是这个电梯一开始的服务范围，例如某楼以往常年固定的服务范围，这是一个能获取的输入信息；

特殊楼层是依据以下步骤所要确定的，本步骤只是要限定一个电梯最多能服务多少个特殊楼层，就是N。

步骤S02、初始化可分配的电梯集合每个电梯e_i又初始化一个特殊服务楼层集合初始化可被分担开销的电梯集合H；初始化可分担开销楼层集合F，初始化所有电梯的最大开销PC＝∞；

对于若存在至少一个电梯e_j以及一个楼层f∈o_i使得那么电梯e_i∈H。也就是说，只有当其他所有电梯的服务范围都包含了电梯e_i的服务范围时，电梯

可分配的电梯就是指要服务的特殊楼层还不超过N个的那些电梯。因为一开始的时候所有电梯都没有服务任何特殊楼层，所以集合E就是所有的电梯。

可分担开销楼层集合F包括了那些尚未被全部电梯服务的楼层，只要有一个电梯没有服务到楼层f，那么该楼层就是可分担开销的，属于集合F。

步骤S03、在集合H中选择开销最大的电梯E_B，每个电梯的开销由电梯运行开销数学式(1)计算获得；

步骤S04、将电梯E_B的服务楼层集合o_B和集合F取交集，记为集合E_F

该步骤的作用是找出电梯E_B服务的楼层中，未被全部电梯服务的楼层。

步骤S05、判断E_F是否是空集；若不是，说明电梯E_B服务的楼层中至少存在一个楼层没有被其他电梯服务到，执行步骤S07；若是，说明电梯E_B服务的楼层已被其他所有电梯所覆盖，将电梯E_B从集合H中剔除，执行步骤S06；

步骤S06、判断集合H是否为空集；若是，说明当前所有的电梯已经服务了所有的楼层，执行步骤S15；否则，执行步骤S03，重新选择电梯E_B；

步骤S07、在集合E_F中选择请求数量最大的楼层，记为F_M；

步骤S08、在可分配的电梯集合E中选取开销最小，并且服务范围和特殊楼层不包括楼层F_M的电梯E_S；

步骤S09、更改电梯的服务分配，在电梯E_S的特殊服务楼层集合S_S中加入楼层F_M，也就说用电梯E_S去分担电梯E_B服务楼层F_M的开销；

步骤S10、判断是否所有电梯都已经服务于楼层F_M；若是则在可分担开销楼层集合F中去除楼层F_M，执行步骤S11；否则，直接执行步骤S11；

步骤S11、判断是否电梯E_S的特殊服务楼层已经达到N个；若是则在可分配的电梯集合E中去除电梯E_S，执行步骤S12；否则，直接执行步骤S12；

步骤S12、利用电梯运行开销数学式(1)求取当前电梯分配下的每一个电梯的开销，并把最大的开销记为MC；

步骤S13、将MC和PC进行比较；如果MC<PC，说明找到了一个更好的分配，令PC＝MC，跳回执行步骤S3，继续进行优化；否则，说明本次迭代得到的分配不如之前的分配，执行步骤S14；

步骤S14、在E_S的特殊楼层集合中删除楼层F_M，执行步骤S15；

由于在E_S的特殊楼层集合中加入楼层F_M后分配的结果变差了，采用加入楼层F_M之前的特殊楼层分配方案，因此在E_S的特殊楼层集合中删除楼层F_M即可。

步骤S15、输出特殊楼层分配；

步骤S16、程序结束。

本发明的技术效果：

1、增大电梯系统的吞吐量。本发明的楼层分配方法可以均衡负载，通过让电梯系统所有电梯的最大开销最小，使得每一个电梯都拥有相似的负载，从而增大电梯群组系统的吞吐量。

2、乘客的平均等待时间可以降低。因为电梯系统的吞吐率大大提高了，一定时间内可以运载的乘客数量可以大大增加，乘客的平均等待时间能降低。

Claims (3)

1.负载不均衡的电梯楼层分配方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1、控制器收集电梯的运行信息；

步骤2、控制器检测距离上次服务范围分配后，电梯的运行时间是否超过或等于预设值；如果是，则转步骤3；如果否，则程序结束；

步骤3、依据电梯运行开销数学式，确立电梯额外的服务楼层分配算法，对电梯额外的服务楼层进行分配；

步骤4、控制器发送控制信号重新调整每一个电梯的服务范围；

步骤5、电梯收到控制信号后，在完成调整后发出确认信号到控制器。

2.根据权利要求1所述的负载不均衡的电梯楼层分配方法，其特征是，在步骤3中，所述电梯运行开销数学式为：

公式(1)中，e_i为第i个电梯；

L(e_i)为电梯e_i的整体开销；

LC为电梯向上或向下移动一层的固定时间开销；

hf_i为电梯e_i服务的最高层；

lf_i为电梯e_i服务的最低层；

O_i为电梯e_i服务的楼层集合；

|O_i|表示集合O_i里面的元素数量，也就是电梯e_i服务的楼层数量；

R_f为一段时间内第f层要乘电梯的人数；

N_f为在第f层提供服务的电梯的数量；

f为电梯ei服务的每一个楼层；

OC为电梯e_i服务1层楼的时间开销；

α为权重系数。

3.根据权利要求2所述的负载不均衡的电梯楼层分配方法，其特征是，在步骤3中，所述电梯额外的服务楼层分配算法包括以下步骤：

步骤S01、输入每个电梯的服务范围和每个电梯需要服务的特殊楼层数量N；

步骤S02、初始化可分配的电梯集合每个电梯e_i又初始化一个特殊服务楼层集合初始化可被分担开销的电梯集合H；初始化可分担开销楼层集合F，初始化所有电梯的最大开销PC＝∞；

步骤S03、在集合H中选择开销最大的电梯E_B，每个电梯的开销由电梯运行开销数学式(1)计算获得；

步骤S04、将电梯E_B的服务楼层集合o_B和集合F取交集，记为集合E_F；

步骤S05、判断E_F是否是空集；若不是，说明电梯E_B服务的楼层中至少存在一个楼层没有被其他电梯服务到，执行步骤S07；若是，说明电梯E_B服务的楼层已被其他所有电梯所覆盖，将电梯E_B从集合H中剔除，执行步骤S06；

步骤S06、判断集合H是否为空集；若是，说明当前所有的电梯已经服务了所有的楼层，执行步骤S15；否则，执行步骤S03，重新选择电梯E_B；

步骤S07、在集合E_F中选择请求数量最大的楼层，记为F_M；

步骤S08、在可分配的电梯集合E中选取开销最小，并且服务范围和特殊楼层不包括楼层F_M的电梯E_S；

步骤S09、更改电梯的服务分配，在电梯E_S的特殊服务楼层集合S_S中加入楼层F_M；

步骤S10、判断是否所有电梯都已经服务于楼层F_M；若是则在可分担开销楼层集合F中去除楼层F_M，执行步骤S11；否则，直接执行步骤S11；

步骤S11、判断是否电梯E_S的特殊服务楼层已经达到N个；若是则在可分配的电梯集合E中去除电梯E_S，执行步骤S12；否则，直接执行步骤S12；

步骤S12、利用电梯运行开销数学式(1)求取当前电梯分配下的每一个电梯的开销，并把最大的开销记为MC；

步骤S13、将MC和PC进行比较；如果MC<PC，说明找到了一个更好的分配，令PC＝MC，跳回执行步骤S3，继续进行优化；否则，说明本次迭代得到的分配不如之前的分配，执行步骤S14；

步骤S14、在E_S的特殊楼层集合中删除楼层F_M，执行步骤S15；

步骤S15、输出特殊楼层分配。