CN111453575A - 一种基于智能物联网技术的电梯调度系统及方法 - Google Patents

一种基于智能物联网技术的电梯调度系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于智能物联网技术的电梯调度系统及方法。该电梯包括信息获取单元、终端、信息传送单元；本发明系统的终端包括调度方案遍历模块，用于根据信息获取单元的信息，确定用以衡量效率的参数指标并定义为调度方案，遍历当前情况下所有调度方案并找到乘客平均逗留时间最短的调度方案；电梯调度方式选择模块，用于根据所找到的调度方案计算平均逗留时间、平均排队人数，根据平均逗留时间、平均排队人数通过遍历算法计算得到最高效的电梯调度方式。本发明方法与上述系统相对应。本发明由于有额外的硬件加入，因此能够提供更多的信息量，这些信息量可以使得算法的预测能力更强，能够提供更好的群控方案，从而提升电梯的效率。

Description

一种基于智能物联网技术的电梯调度系统及方法
技术领域
本发明属于物联网应用技术领域，尤其涉及一种基于智能物联网技术的电梯调度系统及方法。
背景技术
在经济不断发展、科学技术日新月异的今天，楼的高度已和经济发展同样的速度成长起来。电梯作为建筑物内的主要运输工具，像其他的交通工具一样，已经成为我们日常生活的一个不可缺少的部分。从目前传统电梯的使用情况来看，其安全性和稳定性(电梯本身的硬件技术)方面已经发展的较为成熟，但是在便捷性、面对乘客更加友好性方面却还有待提高。具体来说，目前传统电梯存在的问题包括：
(1)对于现在很多人流量大的场所，在一定的时间段内，现有的电梯调度模型算法并不能满足客户的使用需求，导致人流压力过大不能及时疏散；
(2)关于乘客等待时间较长的问题，特别是在高层电梯的运行中，常会出现乘客在按下电梯上下按键时，电梯现在所处位置距离乘客还有较长的距离，因此导致乘客等待时间过长；
(3)电梯利用率不充分，针对于大部分传统的电梯优先单向运行的运行方式，在某层乘坐人数过多的情况下，即使在高层已达到满员电梯在向下运行时依旧会进行同样的模式，但这样的模式大大的增加了冗余时间，大大降低了电梯运行效率及乘客的使用感受。
其中，关于电梯调度的算法研究其实已经有很长的时间，也已经有很多实际的成果。诸如最传统的先来先服务算法(FCFS)以及最短寻找楼层时间优先算法(SSTF)等。这些传统算法的特点是基于现有条件达到效率极致，但是其是预设在电梯系统内的，也就是说其没有实时感知能力，因此不能适应变化不定的实际使用环境。在这些传统算法的基础上，为了解决环境适应性上的问题，一些实时电梯调度算法也应运而生。例如PI算法以及FD-SCAN算法都能够给予多部电梯在不同的配置下实现相对高效率的群控，它们都能够根据实时的用户需求信息对当下的算法进行修改，有了一些智能化改良。但是，这些算法的不足之处不在算法本身，而在于其获取的信息量很低，导致其没有办法做出全局最优方案，只能做到局部最优。
当然随着建筑层数的不断发展，同一座建筑中的电梯数量也在不断增加。与之对应发展的是电梯的群控技术，包括基于专家系统的电梯群控方法、基于模糊逻辑的电梯群控方法、基于遗产算法的电梯群控方法、基于胜景网络的电梯群控方法和基于模糊神经网络的电梯群控方法等。当然这些所有的算法都是基于现有条件的，即没有改变传统的人与电梯之间的交互方式。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于智能物联网技术的电梯调度系统及方法，旨在解决基于现有电梯的硬件和运算无法实现人与电梯之间的交互方式的问题。
本发明是这样实现的，一种基于智能物联网技术的电梯调度系统，该电梯包括：设置在电梯内且用于实时获取所有用户的需求及分布信息的信息获取单元，对所述需求和分布信息进行运算以求得最高效的电梯调度方式的终端，基于物联网传输技术完成所述终端与信息获取单元之间信息交互的信息传送单元；所述终端包括：
调度方案遍历模块，用于根据信息获取单元的信息，确定用以衡量效率的参数指标并定义为调度方案，遍历当前情况下所有调度方案并找到乘客平均逗留时间最短的调度方案；
电梯调度方式选择模块，用于根据所找到的调度方案计算平均逗留时间、平均排队人数，根据平均逗留时间、平均排队人数通过遍历算法计算得到最高效的电梯调度方式。
优选地，在所述调度方案遍历模块中，所述参数指标包括：
λ：乘客的平均到达率，即单位时间内到达电梯系统的平均乘客数；
μ：电梯的平均服务率，即单位时间内电梯系统平均服务的乘客数；
N(t)：队长，即为t时刻在电梯内的乘客数；
Na(t)：等待队长，即为t时刻没有进入电梯的乘客数；
RTT：电梯的平均往返时间，
Figure BDA0002459066150000031
Wq：乘客平均候梯时间，
Figure BDA0002459066150000032
Nq是平均排队人数；
Wr：乘客平均乘梯时间；
W：乘客平均逗留时间，W＝Wq+Wr。
优选地，所述电梯调度方式选择模块具体包括：
计算模块A、将某台电梯同时服务m个乘客的成批服务转化为m个M/M/1排队系统，则同一轿厢里的m个乘客具有相同的服务状态，得到平均到达率为：
Figure BDA0002459066150000033
上式(1)中，C为电梯的额定载客人数；
计算模块B、根据上述平均到达率计算出电梯的平均服务率μn以及平均乘客数Cn：
Figure BDA0002459066150000034
Figure BDA0002459066150000035
上式(2)、(3)中，s指电梯的总数，k指可能出现的乘客数，n指的是算法中电梯的数量，u是一台电梯的平均服务率；
计算模块C、仅考虑在电梯运行高峰期的情况，根据上述平均服务率、平均乘客数计算得到实时的平均排队人数Nq(t)和平均逗留时间W：
Figure BDA0002459066150000041
Figure BDA0002459066150000042
上式(4)、(5)中，ρs＝λ/μ＝λ/Csμ，指系统的服务强度(正在接受服务的平均乘客数)，
Figure BDA0002459066150000043
为饱和服务强度；
计算模块D，根据上述公式(1)～(5)计算出某一种乘客分配方案的平均逗留时间，遍历每一种分配方案，找到平均逗留时间最小的作为最优方案。
优选地，所述信息获取单元包括用于完成人脸识别的监控设备以及供电梯内的用户输入需求信息的输入触摸屏；
所述信息传送单元包括zigbee从属设备、用于将zigbee从属设备的数据进行整合预处理的主设备，中继器，NB-IOT模块；其中，所述信息获取单元得到的数据通过各个ZigBee从设备经特定的通信协议传送到主设备，所述主设备嵌入中继器，在烧录特定程序后完成数据的传送打包处理并由NB-IOT模块输出。
优选地，所述信息获取单元还包括供用户通过移动终端实时输入需求信息的信息录入模块；所述需求信息包括对电梯进行提前预约以及获取所需乘坐的电梯；其中，信息录入模块与所述终端通过实时通讯网络技术连接。
本发明进一步公开了一种基于智能物联网技术的电梯调度方法，该电梯包括：设置在电梯内且用于实时获取所有用户的需求及分布信息的信息获取单元，对所述需求和分布信息进行运算以求得最高效的电梯调度方式的终端，基于物联网传输技术完成所述终端与信息获取单元之间信息交互的信息传送单元；所述方法包括以下步骤：
S1、根据信息获取单元的信息，确定用以衡量效率的参数指标并定义为调度方案，遍历当前情况下所有调度方案并找到乘客平均逗留时间最短的调度方案；
S2、根据所找到的调度方案计算平均逗留时间、平均排队人数，根据平均逗留时间、平均排队人数通过遍历算法计算得到最高效的电梯调度方式。
优选地，在步骤S1中，所述参数指标包括：
λ：乘客的平均到达率，即单位时间内到达电梯系统的平均乘客数；
μ：电梯的平均服务率，即单位时间内电梯系统平均服务的乘客数；
N(t)：队长，即为t时刻在电梯内的乘客数；
Na(t)：等待队长，即为t时刻没有进入电梯的乘客数；
RTT：电梯的平均往返时间，
Figure BDA0002459066150000051
Wq：乘客平均候梯时间，
Figure BDA0002459066150000052
Nq是平均排队人数；
Wr：乘客平均乘梯时间；
W：乘客平均逗留时间，W＝Wq+Wr。
优选地，所述步骤S2具体包括：
S21、将某台电梯同时服务m个乘客的成批服务转化为m个M/M/1排队系统，则同一轿厢里的m个乘客具有相同的服务状态，得到平均到达率为：
Figure BDA0002459066150000053
上式(1)中，C为电梯的额定载客人数；
S22、根据上述平均到达率计算出电梯的平均服务率μn以及平均乘客数Cn：
Figure BDA0002459066150000054
Figure BDA0002459066150000055
上式(2)、(3)中，s指电梯的总数，k指可能出现的乘客数，n指的是算法中电梯的数量，u是一台电梯的平均服务率；
S23、仅考虑在电梯运行高峰期的情况，根据上述平均服务率、平均乘客数计算得到实时的平均排队人数Nq(t)和平均逗留时间W：
Figure BDA0002459066150000061
Figure BDA0002459066150000062
上式(4)、(5)中，ρs＝λ/μ＝λ/Csμ，指系统的服务强度(正在接受服务的平均乘客数)，
Figure BDA0002459066150000063
为饱和服务强度；
S24，根据上述公式(1)～(5)计算出某一种乘客分配方案的平均逗留时间，遍历每一种分配方案，找到平均逗留时间最小的作为最优方案。
优选地，所述信息获取单元包括用于完成人脸识别的监控设备以及供电梯内的用户输入需求信息的输入触摸屏；
所述信息传送单元包括zigbee从属设备、用于将zigbee从属设备的数据进行整合预处理的主设备，中继器，NB-IOT模块；其中，所述信息获取单元得到的数据通过各个ZigBee从设备经特定的通信协议传送到主设备，所述主设备嵌入中继器，在烧录特定程序后完成数据的传送打包处理并由NB-IOT模块输出。
优选地，所述信息获取单元还包括供用户通过移动终端实时输入需求信息的信息录入模块；所述需求信息包括对电梯进行提前预约以及获取所需乘坐的电梯；其中，信息录入模块与所述终端通过实时通讯网络技术连接。
本发明克服现有技术的不足，提供一种基于智能物联网技术的电梯调度系统及方法，在本发明技术方案的设计过程中考虑以下因素：
现在需要处理的问题包括：
(1)电梯能否更佳有效率的疏散人群；
(2)能否在目标检测确定每层人口数量之后在运行方向以及停靠地点有更优化的方案在此基础上，本发明将会更加拓展的加入深度学习的算法模式，以及大数据处理的处理思想，在运行一段时间后，电梯可以智能安排之后的运行方案；
(3)在以上的基础上本发明加入手机APP小程序，提前控制电梯；
(4)为便于电梯管理者的实时监控，本发明使用了Ubuntu16.04系统，由阿里云提供，安装了Apache、PHP和MySQL的环境，各个数据节点控制器通过建立TCP连接，向服务器发送POST请求，水环境检测信息通过节点收集后打包为JSON数据，作为POST请求的参数，由后台PHP读写数据库，储存数据。前端网页结合JavaScript、Ajax，通过后台PHP访问数据库，实现数据的异步请求与动态刷新。
本发明以改变人与电梯交互方式为出发点，创新性的增加与扩展人与电梯之间的交互方式，增加电梯系统获取的信息量同时提早信息获取的时机，从而更早地给予系统更多的信息，达到更大程度上的优化算法。这种思想突破了传统算法的局限，采用软硬件结合的方式，拓宽了思路，同时也在理论上极大地提升了效率。
在具体实现上，本发明分为三个部分，分别为硬件实现并获取信息，物联网信息汇总与反馈，实时算法分析。
在硬件实现获取信息方面，电梯间内人流密度的监控以及数据采集主要通过摄像头进行图像采集，再使用人脸识别技术进行具体的采样。单一图片的人脸识别技术能够非常准确地侦测到人脸并且能反馈给终端一个精确的人数，从而使得每个楼层的人数能被上层及时地检测并对电梯调度进行调整。同时将在电梯间内设置显示器供用户提前选择期望前往的楼层，并在用户选择后即时将信息传出，等待终端算法计算完成后再将该用户将要乘坐的电梯编号(即用户将要乘坐电梯间内的哪一步电梯)及预期等待时间显示在屏幕上告知用户。
本发明中在数据信息传送到云服务器及其他数据处理系统进行电梯运行优化算法的过程中，引入了目前窄带物联网中设置有基于窄带物联网技术(Narrow BandInternet ofThings)的通信模块—NB-IoT。NB-IoT，相较于当前的4G网络，在物与物的连接上有更佳明显的优势。
在实施算法分析部分，终端系统将会通过物联网实时的收到以下信息：每个楼层目前等待的人数，已经做出选择的每一个人所选择的楼层数及选择的时间，当下每一部电梯的负荷，即运行情况(包括当下的运行状态和已经规划好的运行路线)。结合这些信息，算法将会通过遍历所有可能的相对最优可能来最终找到符合设定原则的效率最高的方案。最后通过上述物联网信息反馈的方法反馈给每一个电梯。
综上所述，本发明将为用户带来如下的乘坐体验：用户来到某一层楼的电梯间(此时用户来到该电梯间的信息被系统获取)，用户在电梯间内的显示器上选择自己期望前往的楼层(此时用户的精确需求被系统获取)，等待约2～3秒后(数据传输及缓冲用时)，显示屏上显示分配给该用户的电梯编号和预期等待时间(经算法计算后反馈)，等待对应的电梯到达后用户搭乘电梯并在需要的楼层离开(进入电梯后不需要再选择楼层)。可见，本发明不仅在效率上有极大的提高，同时也优化的用户乘坐电梯的体验。
相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：
(1)软硬件结合，优化解决方案
相比较传统的软件算法，本发明采用人脸识别，电梯间预设显示器等硬件布局，从更多的维度采集用户信息，增加了信息的来源，为后续的算法提供了可能。
(2)人数预处理，精准获取需求
在用户使用客户端之前就能通过人脸识别技术将每层人数汇总并进行算法比对，未雨绸缪，在用户下达楼层指令之前就能对电梯调度方案有一个宏观的把控，使得在执行具体算法时有更多空间进行调整，以达到最优化的效果。
同时，相比较传统电梯在用户进入电梯才知晓用户的具体需求，本发明将该过程提前至电梯厅内完成，这大大提前了信息获取的时机，从而留给算法给多空间进行调整，获得更大的自由度。
(3)物联网传输，终端算法处理
使用单片机和小型计算机就能实现互联网，物联网和算法计算以及发出调度信号的功能。单片机主要用于处理摄像头图像识别传回的预处理数据，小型计算机可以作为上层，中层终端，为算法演算提供实时精确的人数和目标楼层。并且通过物联网搭建可以做到层与层之间和算法结果到最终输出的联通以及传输。
(4)大数据处理，集合算法分析
传统的电梯算法获取的信息极为单一，而本发明的调度算法囊括了诸如每个楼层目前等待的人数，已经做出选择的每一个人所选择的楼层数及选择的时间，当下每一部电梯的负荷即运行情况等信息，极大的丰富了算法的信息源，从而为更为精准且优化的算法提供了可能。
(5)人性化服务，优化用户体验
乘坐传统电梯，用户需要不停地关注多台电梯的运行情况，同时还需要去特别注意每一台电梯的楼层限制(高层建筑中的电梯为了分流人群经常会有楼层限制，即一部电梯并不能前往所有楼层)，在上电梯后还需要挤到楼层选择按钮处去按按钮。本发明仅需用户在电梯厅内选择楼层这一次操作即可，大大减少了用户的精力消耗，同时告知用户预期等待时间，为用户合理安排等待电梯的时间提供了便利。
综上，本发明由于有额外的硬件加入，因此能够提供更多的信息量，这些信息量可以使得算法的预测能力更强，能够提供更好的群控方案，从而提升电梯的效率。
附图说明
图1是本发明基于智能物联网技术的电梯调度系统的结构示意图；
图2是人脸识别示意图；
图3是人脸检测的主要过程；
图4是本发明基于智能物联网技术的电梯调度系统中各模块之间的物联方式；
图5是本发明基于智能物联网技术的电梯调度方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明公开了一种基于智能物联网技术的电梯调度系统，如图1所示，该电梯包括：设置在电梯内且用于实时获取所有用户的需求及分布信息的信息获取单元1，对所述需求和分布信息进行运算以求得最高效的电梯调度方式的终端3，基于物联网传输技术完成所述终端与信息获取单元之间信息交互的信息传送单元2。
本发明系统的技术路线主要分为硬件实现及信息获取单元、信息传送单元、终端运算三大部分。
1、信息获取单元
在本发明实施例中，信息获取单元的主要内容包括人脸识别模块1-1。人脸识别，作为时下非常热门的技术，能在本发明的预处理数据中被很好的应用。人脸识别的完整过程分为三块，人脸检测、人脸校对以及人脸识别。由于本发明需求主要在于获取电梯间内乘客数量而非精确对应身份，所以目前仅需应用人脸检测技术即可实现。
人脸检测的目标是找出图像中所有的人脸对应的位置，算法的输出是人脸外接矩形在图像中的坐标，可能还包括姿态如倾斜角度等信息。但由于只要求返回单一的数值，所以本模块的设计会相对简化很多，这也能为终端运行节省出更多空间留给算法的运行。
目前，市面上能够应用的人脸检测算法主要有VJ以及DPM方法两种，且两种各有利弊。由于DPM技术比较复杂，会占用大量上层机器的内存，并且实时性难以达到VJ算法的效率，所以本次发明采用VJ算法进行统计工作。
VJ算法使用Hear-like特征和级联的AdaBoost分类器构造检测器进行工作，主要工作思路在于用多个AdaBoost分类器合作完成对候选框的分类，这些分类器组成一个流水线，对滑动窗口中的候选框图像进行判定，返回逻辑为是人脸或者不是人脸。
Hear-like的本质是一种简单的小波函数，其特征主要在于两个选定为采样区域内的矩形框内白色像素与黑色像素的差值。而人脸的五官特征能够符合这样的像素差值特征的，就视为捕捉到人脸。而具体的像素计算则使用了积分图的方式来实现。
积分图的原理在于，只要得知了某一像素四周的四个区域的右下角坐标，就能根据此坐标很快的计算出像素区域的面积。
如图2所示，则图2中像素则可以计算为S总＝S44-S22-S33+S11。如此，即可推导出总公式
Figure BDA0002459066150000111
即利用原始图像在任何一点处的左上角元素之和。在构造出积分图之后，借助于它可以快速计算出任何一个矩形区域内的像素之和。由像素差值就能推出Hear-like值并与人脸的相关值进行比对。
在强分器弱分器的使用上，弱分器使用仅有一个节点的决策树，强分器则比弱分器多一个阈值，并进行级联使得强分器成为一个整体，将原先的瀑布型改良成为树状或其他类型，进而使效率优化。
在判断返回值上，也可以将单纯的二值判断法改良成标量值判断法，即不单纯的返回是或者否，而是计算样本通过阈值的可能性标量，使得通过此阈值的重要性和最终得出的判断成为一个二次线性的关系。使得判断更加精准。
人脸检测的主要过程如图3所示。
2、信息传送单元
该信息传送单元基于物联网传输技术完成所述终端与信息获取单元之间信息交互，如图4所示。本发明实施例中，该物联网传输技术具体为：
(1)系统中物联网应用—完成各模块之间的信息交互
ZigBee，一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA和GSM网络。ZigBee数传模块类似于移动网络基站。通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展。对于本发明中的高层电梯调度，基于要实现对每层电梯间获取的数据，要求数据可靠性，系统运行的稳定性ZigBee是较优化的选择。
Zigbee优点如下：
A、低功耗
由于ZigBee的传输速率低，发射功率仅为1mW，而且采用了休眠模式，功耗低，因此ZigBee设备非常省电。据估算，ZigBee设备仅靠两节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间，对于本系统的实时性通信的要求，ZigBee使整个系统的功耗更小，系统实用性更强。
B、时延短
通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短，典型的搜索设备时延30ms，休眠激活的时延是15ms，活动设备信道接入的时延为15ms。因此ZigBee技术适用于对时延要求苛刻的无线控制(如工业控制)，针对本发明的电梯调控对数据获取速度的要求较高，ZigBee的短时延特性将发挥更大的优点
C、网络容量大
一个星型结构的Zigbee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备，一个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络，而且网络组成灵活。本发明中硬件实现功能的多元化，就对主设备的负载能力提供了更苛刻的要求。
D、可靠性
采取了碰撞避免策略，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避开了发送数据的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。如果传输过程中出现问题可以进行重发。基于本发明的应用场景为电梯的传送，对系统中每一步的通信及实现都提出了更高的关于安全性，可靠性方面的要求。
E、安全
ZigBee提供了基于循环冗余校验(CRC)的数据包完整性检查功能，支持鉴权和认证，采用了AES-128的加密算法，各个应用可以灵活确定其安全属性。
ZigBee作为一种个人网络的短程无线通信协议，ZigBee射频收发“芯片”实际上是一个符合物理层标准的芯片，它只负责调制解调无线通讯信号，所以必须结合单片机才能完成对数据的接收发送和协议的实现。这要求了在硬件底层系统中，根据所利用单片机的结构以及ZigBee协议实现更广的软件部分。
本发明中在设置ZigBee工作模式，信道及其相关系数之后每一个从属底层硬件模块(如每个电梯间目标人数检测系统，电梯间内的人数密度监测系统，每层乘客对将要去的楼层的预期系统等)返回的数据通过从属的ZigBee，利用ZigBee时延短网络容量大等特点，将数据更稳定更快速的传送到中继系统中的主设备模块。
利用C语言或C++，Python等语言，写出优化的控制MCU中单片机工作的程序，在烧录后单片机可以实现对主设备中接收数据并进行相应的处理的功能。单片机系统与NB-IoT焊接，将数据传送至NB-IoT。
(2)无线中继系统—更稳定更优化的方案
在无线中继系统中，本发明引用了关于第一中继器的专利(具体详见《物联网数据传输系统及第一中继器的制作方法》文章中的专利申请书中的内容以及申请号为CN201710803473.9、名称为“物联网数据传输系统及第一中继器”的专利文件)从而提高数据传输的可靠性，以及物联网网络架构更新的稳定性和实时性。其中，第三中继器首先发出广播网络接入请求，网络接入请求包括第三中继器的设备标识和位置信息；其次，环形网络中的至少一个中继器接收广播网络接入请求，并向物联网网关转发广播网络接入请求，最后，物联网网关接收广播网络接入请求，根据位置信息，确定环形网络中的第一中继器和第二中继器为第三中继器的相邻节点，根据确定的相邻节点和第三中继器更新环形网络的网络拓扑。
对于一种物联网数据传输系统，应用于物联网，物联网包括多个物联网设备、多个中继器、物联网网关和服务器，多个中继器组成环形网络，环形网络连接多个物联网设备和物联网网关，物联网网关连接服务器，多个中继器包括第-中继器和第二中继器，物联网数据传输系统包括物联网网关、环形网络和多个物联网设备，其中，第一中继器，用于确定第二中继器的故障信息；以及检测到第二中继器为第一中继器的备用下一跳节点，且第一中继器不是当前传输的上行数据的入环节点，根据当前传输的上行数据的节点标识确定上行数据的目标入环节点；以及向目标入环节点发送传输链路更新指示；目标入环节点，用于接收传输链路更新指示，根据预存的环形网络的网络拓扑，更新当前的第一数据传输链路为第二数据传输链路，并向第二数据传输链路中目标入环节点的下一跳节点发送上行数据。
针对于本发明系统中在底层硬件设计得到的数据通过各个ZigBee从设备，通过特定的选取更加稳定可靠的通信协议传送到主设备，主设备嵌入中继系统，在烧录特定程序后，完成数据的传送打包处理，由多个从设备的数据传送，优化为单个主设备对之后服务器系统的单向通信，减小服务器负担。在加入物联传输第一中继系统的技术后，本发明的无线中继模式使无线覆盖变得更容易和灵活。同时采用蜂窝移动网络的组网方式，一个中继模块可以接收来自多个底层硬件模块的数据，从而提高了传输高功效且降低了数据传输的成本，实现了异步多地同时传输的功能。
(3)NB-IoT的物联网—实现基本数据传送及更多样信息交互方式
本发明中在数据信息传送到云服务器及其他数据处理系统进行电梯运行优化算法的过程中，引入了目前窄带物联网中设置有基于窄带物联网技术(Narrow BandInternet ofThings)的通信模块—NB-IoT。
NB-IoT，相较于当前的4G网络，在物与物的连接上有更佳明显的优势。
A、相比蓝牙、ZigBee等短距离通信技术，移动蜂窝网络具备广覆盖、可移动以及大连接数等特性，能够带来更加丰富的应用场景；
B、同时NB-IoT允许用户无约束地动发送和接收数据，可实现实时获取硬件接受数据并上传至服务器云端为软件设计部分APP功能为便于用户实时掌握电梯的运行情况并进行相应的操作，上述信息获取单元还包括供用户通过移动终端实时输入需求信息的信息录入模块1-2；所述需求信息包括对电梯进行提前预约以及获取所需乘坐的电梯；其中，信息录入模块与所述终端通过实时通讯网络技术连接；
C、基于NB-IoT技术的数据传输系统的覆盖率更广。NB-IoT信号穿墙性远远超过现有的网络，类似于现在OFO，电信及华为公联手打造的智能锁系列即使用户深处地下停车场，也能利用NB-IoT技术顺利开关锁，同时可通过数据传输实现“随机密码”，针对于本发明的特殊使用行所—电梯间，对信号屏蔽功能过强的情况采用正确的物联方式以降低信号的衰减和损失率的降低也尤为重要；
D、连接更多设备，NB-IoT技术比传统移动通信网络连接能力高出100倍以上，也就是说，同一基站可以连接更多的功能设备，避免掉线情况；
E、更低功耗，NB-IoT设备的待机时间在现有电池无需充电的情况下可使用2～3年，符合当下环保节能，绿色能源的时代主题。
3、终端
在获得所有实时需求及用户分布信息后，数据传输至终端后将经过终端算法加以处理。事实上，为了保证基本的逻辑性和合理的用户乘坐体验，本发明终端运算之前约定算法的三点约束原则：
(1)根本目标是提升电梯整体运营效率，即花最少的时间将用户送至指定楼层；
(2)完整覆盖每一个用户的需求，并设置每一个用户的最长等待时间(即当整体运行效率与用户最长等待时间相矛盾时，优先保证用户最长等待时间)；
(3)逻辑因果性，即之后产生的数据不会对之前的计算结果产生影响(只会给用户提供一次计算结果，并不会因为之后的实际数据影响这次结果)。
基于上述约束原则，本发明所述终端包括：
调度方案遍历模块3-1，用于根据信息获取单元的信息，确定用以衡量效率的参数指标并定义为调度方案，遍历当前情况下所有调度方案并找到乘客平均逗留时间最短的调度方案；
电梯调度方式选择模块3-2，用于根据所找到的调度方案计算平均逗留时间、平均排队人数，根据平均逗留时间、平均排队人数通过遍历算法计算得到最高效的电梯调度方式。
在调度方案遍历模块，根据信息获取单元的信息，确定用以衡量效率的参数指标，该用以衡量“效率”的参数指标具体为：
λ：乘客的平均到达率，即单位时间内到达电梯系统的平均乘客数；
μ：电梯的平均服务率，即单位时间内电梯系统平均服务的乘客数；
N(t)：队长，即为t时刻在电梯内的乘客数；
Na(t)：等待队长，即为t时刻没有进入电梯的乘客数；
RTT：电梯的平均往返时间，
Figure BDA0002459066150000161
Wq：乘客平均候梯时间，
Figure BDA0002459066150000162
Wr：乘客平均乘梯时间；
W：乘客平均逗留时间，W＝Wq+Wr。
对于每一种调度方案，乘客平均逗留时间越短，该方案的效率最高。因此仅需遍历当前情况下所有的可能方案，找到其中乘客平均逗留时间最短的即可。
接下来即是如何计算平均逗留时间，即在电梯调度方式选择模块中完成运算。由于电梯的排队系统为成批服务的排队系统，与普通的M/M/1排队系统具有一定的差异，这里，对于s个独立服务的轿厢，每个轿厢的最大载客量为C的排队系统，做如下转换：就单一一台电梯来讲，同时服务m个乘客的成批服务可以转化为m个M/M/1排队系统，此时，同一轿厢里的m个乘客具有相同的服务状态，则电梯调度方式选择模块更具体包括以下计算模块：
计算模块A、将某台电梯同时服务m个乘客的成批服务转化为m个M/M/1排队系统，则同一轿厢里的m个乘客具有相同的服务状态，得到平均到达率为：
Figure BDA0002459066150000171
上式(1)中，C为电梯的额定载客人数；
计算模块B、根据上述平均到达率计算出电梯的平均服务率μn以及平均乘客数Cn：
Figure BDA0002459066150000172
Figure BDA0002459066150000173
上式(2)、(3)中，s指电梯的总数，k指可能出现的乘客数，n指的是算法中电梯的数量，u是一台电梯的平均服务率；
计算模块C、仅考虑在电梯运行高峰期的情况，根据上述平均服务率、平均乘客数计算得到实时的平均排队人数Nq(t)和平均逗留时间W：
Figure BDA0002459066150000174
Figure BDA0002459066150000175
上式(4)、(5)中，ρs＝λ/μ＝λ/Csμ，指系统的服务强度(正在接受服务的平均乘客数)，
Figure BDA0002459066150000176
为饱和服务强度；
计算模块D，根据上述公式(1)～(5)计算出某一种乘客分配方案的平均逗留时间，遍历每一种分配方案，找到平均逗留时间最小的作为最优方案。
本发明进一步公开了一种基于智能物联网技术的电梯调度方法，该电梯包括：设置在电梯内且用于实时获取所有用户的需求及分布信息的信息获取单元，对所述需求和分布信息进行运算以求得最高效的电梯调度方式的终端，基于物联网传输技术完成所述终端与信息获取单元之间信息交互的信息传送单元。
在本发明方法实施例中，所述信息获取单元、信息传送单元、终端运算的硬件实现和技术路线与上述系统实施例实质是相同的，在此不再赘述。在本发明实施例中，如图5所示，基于智能物联网技术的电梯调度方法包括以下步骤：
S1、根据信息获取单元的信息，确定用以衡量效率的参数指标并定义为调度方案，遍历当前情况下所有调度方案并找到乘客平均逗留时间最短的调度方案
在步骤S1中，所述参数指标包括：
λ：乘客的平均到达率，即单位时间内到达电梯系统的平均乘客数；
μ：电梯的平均服务率，即单位时间内电梯系统平均服务的乘客数；
N(t)：队长，即为t时刻在电梯内的乘客数；
Na(t)：等待队长，即为t时刻没有进入电梯的乘客数；
RTT：电梯的平均往返时间，
Figure BDA0002459066150000181
Wq：乘客平均候梯时间，
Figure BDA0002459066150000182
Nq是平均排队人数；
Wr：乘客平均乘梯时间；
W：乘客平均逗留时间，W＝Wq+Wr。
S2、根据所找到的调度方案计算平均逗留时间、平均排队人数，根据平均逗留时间、平均排队人数通过遍历算法计算得到最高效的电梯调度方式
所述步骤S2具体包括：
S21、将某台电梯同时服务m个乘客的成批服务转化为m个M/M/1排队系统，则同一轿厢里的m个乘客具有相同的服务状态，得到平均到达率为：
Figure BDA0002459066150000191
上式(1)中，C为电梯的额定载客人数；
S22、根据上述平均到达率计算出电梯的平均服务率μn以及平均乘客数Cn：
Figure BDA0002459066150000192
Figure BDA0002459066150000193
上式(2)、(3)中，s指电梯的总数，k指可能出现的乘客数，n指的是算法中电梯的数量，u是一台电梯的平均服务率；
S23、仅考虑在电梯运行高峰期的情况，根据上述平均服务率、平均乘客数计算得到实时的平均排队人数Nq(t)和平均逗留时间W：
Figure BDA0002459066150000194
Figure BDA0002459066150000195
上式(4)、(5)中，ρs＝λ/μ＝λ/Csμ，指系统的服务强度(正在接受服务的平均乘客数)，
Figure BDA0002459066150000196
为饱和服务强度；
S24，根据上述公式(1)～(5)计算出某一种乘客分配方案的平均逗留时间，遍历每一种分配方案，找到平均逗留时间最小的作为最优方案。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于智能物联网技术的电梯调度系统，该电梯包括：设置在电梯内且用于实时获取所有用户的需求及分布信息的信息获取单元，对所述需求和分布信息进行运算以求得最高效的电梯调度方式的终端，基于物联网传输技术完成所述终端与信息获取单元之间信息交互的信息传送单元；其特征在于，所述终端包括：
调度方案遍历模块，用于根据信息获取单元的信息，确定用以衡量效率的参数指标并定义为调度方案，遍历当前情况下所有调度方案并找到乘客平均逗留时间最短的调度方案；
电梯调度方式选择模块，用于根据所找到的调度方案计算平均逗留时间、平均排队人数，根据平均逗留时间、平均排队人数通过遍历算法计算得到最高效的电梯调度方式。
2.如权利要求1所述的基于智能物联网技术的电梯调度系统，其特征在于，在所述调度方案遍历模块中，所述参数指标包括：
λ：乘客的平均到达率，即单位时间内到达电梯系统的平均乘客数；
μ：电梯的平均服务率，即单位时间内电梯系统平均服务的乘客数；
N(t)：队长，即为t时刻在电梯内的乘客数；
Na(t)：等待队长，即为t时刻没有进入电梯的乘客数；
RTT：电梯的平均往返时间，
Figure FDA0002459066140000011
Wq：乘客平均候梯时间，
Figure FDA0002459066140000012
Nq是平均排队人数；
Wr：乘客平均乘梯时间；
W：乘客平均逗留时间，W＝Wq+Wr。
3.如权利要求1所述的基于智能物联网技术的电梯调度系统，其特征在于，所述电梯调度方式选择模块具体包括：
计算模块A、将某台电梯同时服务m个乘客的成批服务转化为m个M/M/1排队系统，则同一轿厢里的m个乘客具有相同的服务状态，得到平均到达率为：
Figure FDA0002459066140000021
上式(1)中，C为电梯的额定载客人数；
计算模块B、根据上述平均到达率计算出电梯的平均服务率μn以及平均乘客数Cn：
Figure FDA0002459066140000022
Figure FDA0002459066140000023
上式(2)、(3)中，s指电梯的总数，k指可能出现的乘客数，n指的是算法中电梯的数量，u是一台电梯的平均服务率；
计算模块C、仅考虑在电梯运行高峰期的情况，根据上述平均服务率、平均乘客数计算得到实时的平均排队人数Nq(t)和平均逗留时间W：
Figure FDA0002459066140000024
Figure FDA0002459066140000025
上式(4)、(5)中，ρs＝λ/μ＝λ/Csμ，指系统的服务强度(正在接受服务的平均乘客数)，
Figure FDA0002459066140000026
为饱和服务强度；
计算模块D，根据上述公式(1)～(5)计算出某一种乘客分配方案的平均逗留时间，遍历每一种分配方案，找到平均逗留时间最小的作为最优方案。
4.如权利要求1所述的基于智能物联网技术的电梯调度系统，其特征在于，所述信息获取单元包括用于完成人脸识别的监控设备以及供电梯内的用户输入需求信息的输入触摸屏；
所述信息传送单元包括zigbee从属设备、用于将zigbee从属设备的数据进行整合预处理的主设备，中继器，NB-IOT模块；其中，所述信息获取单元得到的数据通过各个ZigBee从设备经特定的通信协议传送到主设备，所述主设备嵌入中继器，在烧录特定程序后完成数据的传送打包处理并由NB-IOT模块输出。
5.如权利要求4所述的基于智能物联网技术的电梯调度系统，其特征在于，所述信息获取单元还包括供用户通过移动终端实时输入需求信息的信息录入模块；所述需求信息包括对电梯进行提前预约以及获取所需乘坐的电梯；其中，信息录入模块与所述终端通过实时通讯网络技术连接。
6.一种基于智能物联网技术的电梯调度方法，该电梯包括：设置在电梯内且用于实时获取所有用户的需求及分布信息的信息获取单元，对所述需求和分布信息进行运算以求得最高效的电梯调度方式的终端，基于物联网传输技术完成所述终端与信息获取单元之间信息交互的信息传送单元；其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、根据信息获取单元的信息，确定用以衡量效率的参数指标并定义为调度方案，遍历当前情况下所有调度方案并找到乘客平均逗留时间最短的调度方案；
S2、根据所找到的调度方案计算平均逗留时间、平均排队人数，根据平均逗留时间、平均排队人数通过遍历算法计算得到最高效的电梯调度方式。
7.如权利要求6所述的基于智能物联网技术的电梯调度方法，其特征在于，在步骤S1中，所述参数指标包括：
λ：乘客的平均到达率，即单位时间内到达电梯系统的平均乘客数；
μ：电梯的平均服务率，即单位时间内电梯系统平均服务的乘客数；
N(t)：队长，即为t时刻在电梯内的乘客数；
Na(t)：等待队长，即为t时刻没有进入电梯的乘客数；
RTT：电梯的平均往返时间，
Figure FDA0002459066140000041
Wq：乘客平均候梯时间，
Figure FDA0002459066140000042
Nq是平均排队人数；
Wr：乘客平均乘梯时间；
W：乘客平均逗留时间，W＝Wq+Wr。
8.如权利要求6所述的基于智能物联网技术的电梯调度方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
S21、将某台电梯同时服务m个乘客的成批服务转化为m个M/M/1排队系统，则同一轿厢里的m个乘客具有相同的服务状态，得到平均到达率为：
Figure FDA0002459066140000043
上式(1)中，C为电梯的额定载客人数；
S22、根据上述平均到达率计算出电梯的平均服务率μn以及平均乘客数Cn：
Figure FDA0002459066140000044
Figure FDA0002459066140000045
上式(2)、(3)中，s指电梯的总数，k指可能出现的乘客数，n指的是算法中电梯的数量，u是一台电梯的平均服务率；
S23、仅考虑在电梯运行高峰期的情况，根据上述平均服务率、平均乘客数计算得到实时的平均排队人数Nq(t)和平均逗留时间W：
Figure FDA0002459066140000051
Figure FDA0002459066140000052
上式(4)、(5)中，ρs＝λ/μ＝λ/Csμ，指系统的服务强度(正在接受服务的平均乘客数)，
Figure FDA0002459066140000053
为饱和服务强度；
S24，根据上述公式(1)～(5)计算出某一种乘客分配方案的平均逗留时间，遍历每一种分配方案，找到平均逗留时间最小的作为最优方案。
9.如权利要求6所述的基于智能物联网技术的电梯调度方法，其特征在于，所述信息获取单元包括用于完成人脸识别的监控设备以及供电梯内的用户输入需求信息的输入触摸屏；
所述信息传送单元包括zigbee从属设备、用于将zigbee从属设备的数据进行整合预处理的主设备，中继器，NB-IOT模块；其中，所述信息获取单元得到的数据通过各个ZigBee从设备经特定的通信协议传送到主设备，所述主设备嵌入中继器，在烧录特定程序后完成数据的传送打包处理并由NB-IOT模块输出。
10.如权利要求9所述的基于智能物联网技术的电梯调度方法，其特征在于，所述信息获取单元还包括供用户通过移动终端实时输入需求信息的信息录入模块；所述需求信息包括对电梯进行提前预约以及获取所需乘坐的电梯；其中，信息录入模块与所述终端通过实时通讯网络技术连接。
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