[发明专利]一种优化电梯调度管理的方法

摘要

本发明涉及一种优化电梯调度管理的方法，属于电梯调度管理技术领域。首先针对某区域内电梯上升、下降或者楼层停留建立总台控制器，控制往返各楼层的多台电梯；其次收集待乘电梯乘客发出的乘坐指令，建立乘客等待乘坐电梯时间优化函数以及电梯耗能量达到最小的函数；然后运用排队论确定理想期待值，以及运用层次分析法确定分配指标的权重；接着依据掌握数据建立调度最优目标函数，为总控制台提出方案；最后总台控制器确立优化电梯实时调度的方案。本发明可以让电梯明确智能分工在恰当的时间达到恰当的位置，既能保证整个系统有较好的服务质量，又能尽可能节约资源消耗。

主权项

1.一种优化电梯调度管理的方法，其特征在于：首先，针对区域内电梯上升、下降或者楼层停留建立总台控制器，控制往返各楼层的多台电梯；其次收集待乘电梯乘客发出的乘坐指令，建立乘客等待乘坐电梯时间优化函数以及电梯耗能量达到最小的函数；然后运用排队论确定理想期待值，以及运用层次分析法确定分配指标的权重；接着依据掌握数据建立调度最优目标函数，为总控制台提出方案；最后总台控制器确立优化电梯实时调度的方案；具体步骤为：Step1：建立总台控制器：控制某区域内往返各楼层的多台电梯，能够实时调度各台电梯的上升、下降或者楼层停留，负责安全提醒，报警及呼救等辅助的安全功能；Step2：收集指令数据：收集待乘电梯乘客发出的乘坐指令，存储在总台控制器中，为下一步建立乘客等待乘坐电梯时间优化函数以及电梯耗能量达到最小的函数做准备；Step3：确定调度方案中的理想值及实际值：运用排队论确定理想期待值，以及运用层次分析法确定分配指标的权重；Step3.1：应用排队论知识求解乘客等待电梯时间gw(i,k)与电梯空跑里程gm(i,k)的最优值，即等待电梯时间理想值与电梯空跑里程期待值Step3.1.1、基于M/M/s等待机制排队论模型，对乘坐电梯的乘客可接受等待时间，电梯空跑里程的最优值进行计算；Step3.1.2、构建服务台模型：读取乘客相继到达乘电梯点时间，按照经验值取乘客到达先后时间服从参数为λ的负指数分布，针对一辆电梯分析以得到分布规律，乘电梯时间V服从参数为μ的负指数分布；Step3.1.3、构建乘客队长分布函数：设pn＝P{N＝n}n＝0,1,2,...为电梯乘客平稳情况下人数N的概率分布，则指数λn＝λ,n＝0,1,2,...和μn＝μ,n＝0,1,2,...，定义称ρ为至少有一个乘客等待乘坐电梯的概率，定义为服务强度；n为电梯可乘载的乘客数；Step3.1.4、由设定结论：队长分布则记可得平稳状态分布函数pn＝Cnp0，其中由此知，故pn＝ρnp0,n＝1,2,…，其中因此pn＝(1-ρ)ρn,n＝1,2,…，上述两式即为顾客数为n时该电梯乘客数的概率分布；Step3.1.5、排队队长Lq： L q = Σ n = 1 ∞ ( n - 1 ) p n = L - ( 1 - P 0 ) = L - ρ = λ 2 μ ( μ - λ ) ]]>Step3.1.6、最佳电梯空跑路程比率电梯空跑路程比率即多辆电梯在响应乘客乘坐电梯需求时，在无人乘坐电梯时运行的路程，电梯所在楼层与乘客请求电梯的楼层差n，所有电梯中最大楼层差N，因此理想饱和度为Step3.1.7、计算最佳等待时间乘客乘坐电梯所需时间T，可说明它服从参数为的μ-λ复指数分布，即P{T＞t}＝e-(μ-λ)t,t≥0，因此平均乘坐电梯时间为因为乘坐电梯时间包括等待进入电梯时间Tq和搭乘电梯去往目的地时间V之和，即T＝Tq+V，故由故可得最佳等待时间为： W q = W s - 1 μ = λ μ ( μ - λ ) = g w * ; ]]>Step3.2：最佳能量消耗给出乘坐电梯能量消耗表达式电梯k为承载第i位乘客时电梯的负载质量；h(i,k)为电梯k运载第i位乘客所行驶的里程；Step3.3：给出最佳资源消耗式子：当乘客所乘坐电梯路程与乘坐人数达到最佳平衡点时，资源消耗量就达到局部最优值，其中W(i,k)'、h(i,k)'为乘客乘坐电梯人数与电梯行驶路程采取最佳组合方案时的负载质量和里程；Step3.4：应用层次分析法确定权重值：Step3.4.1、根据每组电梯的历史运行规律，确定不同时间段对应的使用频率，所述使用频率模式分为：忙时乘坐电梯模式、密集使用频率模式、稀疏使用频率模式，随机使用频率模式；求解各权重值；Step3.4.2、建立递阶层次结构：影响电梯调度目标函数的指标包括等待电梯时间、经济效益，这两个指标又可分别分解为闲时等待时间、忙时等待时间、闲时电梯空跑路程比率、忙时电梯空跑路程比率、闲时资源消耗、忙时资源消耗，建立如下目标函数指标体系；电梯调度问题指标体系分为三个层次，第一层为总目标函数G，第二层将影响第一层目标函数的指标因素集U＝{WestTime,Profit}；Step3.4.3、构造判断矩阵：针对每层各项的各下属因素两两比较来确定矩阵中各元素的值，元素i相对于元素j的重要性比例标度aij，元素j相对于元素i的重要性比例尺度为各元素对所属上一层元素构成一个以重要性标度aij为元素的两两比较判断矩阵I＝(aij)n×n，对于判断矩阵中各个元素的值由统计分析乘电梯数据并根据各层指标的重要程度结合判断尺度表给出；Step3.4.4、对于两两比较判断矩阵I，经过一致性检验后，根据IAT＝λmaxAT，可求得矩阵I的最大特征值λmax及其对应的特征向量AT，A经归一化处理后得到权重向量，权重向量表示某项的各下属因素相对于上属因素重要程度的量化评判结果，即下层各因素对上层所隶属因素的重要程度权重系数的分配；Step3.4.5、权重系数构建目标函数 G = BG ′ = b 1 g w * g w x + b 2 g w * g w m + b 3 g s x g s * + b 4 g s m g s * + b 5 g e x g e * + b 6 g e m g e * ]]>其中，该表达式是依据前述分析整理总结出来的，b1、b2、b3、b4、b5、b6表示各因素权重系数，其它变量均已在层次分析法中指出；Step4：建立调度最优目标函数：Goal＝WaitTimemin+Profitmin其中Goal表示目标函数，简记为G，将使乘客乘坐电梯最便利的条件转化为乘客等待上电梯的时间最短，即WaitTimemin，简记为Wmin；同时将电梯耗能量最小的条件表示为Profitmin，由于电梯在上升或下降阶段，单位路程耗能量分别固定，因此保证电梯在无人乘坐时空降路程最短即Mileagemin，表示电梯无人乘坐运行路程最少，同时令电梯无人乘坐时运行能量消耗最小即Energymin；将各影响因素归一化后组建出最终的目标函数形式 G ( i , k ) = a 1 g w * g w ( i , k ) + a 2 g m * g m ( i , k ) + a 3 g e * g e ( i , k ) - - - ( 2 ) ]]>式中，gw(i,k)为电梯k载第i个乘客时所估计的乘客等待乘坐电梯时间的目标函数；gm(i,k)为电梯k响应第i位乘客乘坐电梯时所响应的电梯内无人乘坐空跑里程的目标函数；ge(i,k)为电梯k响应第i位乘客乘坐电梯时所需消耗的能量的目标函数；表示期待等待乘坐电梯时间；表示电梯空跑里程期待值；表示期望资源消耗值；a1、a2、a3为权系数，即指示函数参数；由于目标函数最优就意味着使乘客等待电梯时间gw(i,k)最短，无人空跑里程gm(i,k)最短，并且电梯运行消耗能源ge(i,k)最少，将gw(i,k)，gm(i,k)，ge(i,k)取倒数，并将各因素进行归一化，即与各自的理想值即期望值做商，最后求和，得出目标函数，因此目标函数取最大值时，调度方案最优；Step5、总台控制器确立优化电梯实时调度的方案：总台控制器根据系统环境和目标函数优化后的反馈信息对电梯调度方案进行调整，发出最优运行指令。