1.介紹

電梯已被用于建筑物中運(yùn)送人和貨物，在今天的多層建筑中是很常見的景象。這就允許了建筑的高度。技術(shù)的進(jìn)步進(jìn)一步提高了這一效果，但與更大的建筑需要更多的電梯空間來滿足不斷增長的人口上下樓需求。

為提高電梯群的容量，提出了不同的調(diào)度算法。這些策略的目的是提高電梯系統(tǒng)的容量，而不是增加對空間的需求。進(jìn)一步的發(fā)展集中在尋找新的系統(tǒng)提高容量，同時(shí)需要比傳統(tǒng)電梯轎廂更少的空間。

2014年，就已經(jīng)開發(fā)出一種新型電梯不依賴于繩子的電梯。這個(gè)電梯系統(tǒng)應(yīng)該是基于磁懸浮技術(shù)不僅能使轎廂上上下移動，而且在不同的井道之間橫向移動。這就引入了一個(gè)新的因素——電梯轎廂的調(diào)度需要開發(fā)新的調(diào)度算法來控制它們。

1.1問題陳述

傳統(tǒng)的調(diào)度算法不能直接控制磁懸浮電梯系統(tǒng)，因此控制這類電梯系統(tǒng)的算法將是簡單的。將這些算法與傳統(tǒng)的一節(jié)電梯轎廂進(jìn)行了比較，將使用標(biāo)準(zhǔn)平均等待時(shí)間和總旅行時(shí)間來看他們表現(xiàn)如何。為了限制研究，調(diào)度算法將被用來調(diào)度一個(gè)模擬電梯，一幢25層的辦公樓里的系統(tǒng)。此外，電梯轎廂內(nèi)將被限制為只能容納10名乘客。

1.2假設(shè)

預(yù)期的結(jié)果是，磁懸浮電梯將有一個(gè)類似的平均等待和總旅行時(shí)間，作為一個(gè)傳統(tǒng)的系統(tǒng)與電梯轎廂數(shù)量相等。

1.3術(shù)語

高峰期到來的人群：進(jìn)入大廳到上面的樓層；下行的人涌出高峰：離開上層去大堂；層間交通：建筑物不同樓層之間的交通；從上層到大廳的交通流量；從大廳到上層樓的交通流量；升降轎廂在豎井中上下移動的轎廂；等待時(shí)間：乘客進(jìn)入電梯前的時(shí)間；乘客從到達(dá)：到達(dá)目的地樓層電梯所花費(fèi)的總時(shí)間；傳統(tǒng)的電梯系統(tǒng)：每個(gè)電梯井只有一部電梯，不能改變井道。磁懸浮系統(tǒng)：一種電梯系統(tǒng)，多個(gè)電梯轎廂可以在一個(gè)電梯井內(nèi)，他們可以改變井道。

2.背景

第一部分介紹了不同類型的電梯系統(tǒng)的背景，傳統(tǒng)的每個(gè)井道使用一輛以上的轎廂，接下來的部分將介紹一些用于電梯調(diào)度的算法，集團(tuán)控制（群控），在最后一節(jié)中，介紹電梯交通的一些重要方面。

2.1電梯變體

下圖顯示了兩個(gè)不同的電梯系統(tǒng)。左邊是一個(gè)傳統(tǒng)的系統(tǒng)，右邊是一個(gè)多電梯轎廂的例子。在傳統(tǒng)的電梯轎廂總是與所在的豎井相連，但情況并非總是如此，適用于多電梯轎廂單井系統(tǒng)。下面幾節(jié)將介紹不同的方法

2.1.1每個(gè)井道一個(gè)轎廂

電動電梯自1889年就已存在，普遍的設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)，到處都是一種類型的電梯轎廂。常見的系統(tǒng)是一個(gè)按鈕或一個(gè)向上和向下按鈕設(shè)計(jì)。在使用多個(gè)電梯井的系統(tǒng)中增加容量，不同的電梯井群，采用控制算法以提高效率。

2.1.2每個(gè)井道兩個(gè)轎廂

較大的建筑需要幾個(gè)電梯井，樓層越多，電梯空間越大，這使得建造巨大的建筑是不可行的，因?yàn)椴怀杀壤臄?shù)量電梯空間需求?，F(xiàn)在有很多變體，同一個(gè)電梯井里有兩個(gè)電梯轎廂。兩部電梯在同一個(gè)豎井里，引入一些問題，比如一部電梯不能到達(dá)每一層樓。為了解決這個(gè)

多個(gè)轎廂共用井道

雙梯電梯井與傳統(tǒng)的雙電梯系統(tǒng)配套使用。這個(gè)設(shè)計(jì)是用來增加現(xiàn)有豎井的容量。一個(gè)使用它的例子是一家在韓國的醫(yī)院，三個(gè)普通的電梯井被兩個(gè)電梯所取代，雙電梯和一個(gè)普通電梯。本系統(tǒng)使用一個(gè)基于目的地的系統(tǒng)，用于增加系統(tǒng)的容量。

2.1.3超過兩個(gè)以上多轎廂

該系統(tǒng)的早期設(shè)計(jì)允許每個(gè)電梯井有兩個(gè)以上的電梯轎廂。這個(gè)系統(tǒng)通過允許電梯轎廂離開用來抬它們的平臺。通過讓轎廂這樣移動，轎廂能夠轉(zhuǎn)換軸和使用專用的裝載站。這就導(dǎo)致了大多數(shù)電梯在同一時(shí)間在一個(gè)豎井里，但總的來說，系統(tǒng)可以有多個(gè)電梯在電梯井里。

現(xiàn)在，每個(gè)電梯井可以安裝兩部以上的電梯的想法越來越多，Thyssenkrupp正在開發(fā)一種名為Multi的新型電梯。將使用磁懸浮，允許單井道多個(gè)電梯轎廂。電梯之間的運(yùn)動在不同的井道，以及橫向軸將是可能的。

2.2電梯調(diào)度策略

已經(jīng)制定了一些策略來解決這個(gè)問題，哪個(gè)轎廂應(yīng)該響應(yīng)哪項(xiàng)請求。其中一些策略非常簡單——集體控制，而其他的更復(fù)雜，涉及進(jìn)化的算法或更多詳細(xì)的信息，如乘客進(jìn)入機(jī)場前知道目的地電梯。以下各節(jié)將介紹其中的一些戰(zhàn)略。

2.2.1集體控制

集體控制是一種比較簡單的調(diào)度算法，適用于電梯系統(tǒng)只有一個(gè)呼叫按鈕，在每層樓和在系統(tǒng)有一個(gè)方向指定按鈕。在單鍵系統(tǒng)中，第一個(gè)通過樓層的電梯，將停止信號響應(yīng)，而在一個(gè)雙按鈕系統(tǒng)中，與乘客響應(yīng)呼叫的方向相同。如果有乘客想下去的話，最近的轎廂正在下降，目前是在地板以上的乘客被選中，只要一個(gè)轎廂在地板上停下，就會發(fā)出呼叫信號重新設(shè)置，使其他轎廂不要停在地板上，直到它有乘客前往或另一個(gè)呼梯需求。

該策略可以修改，使空轎廂停在指定的樓層時(shí)，根據(jù)交通類型的不同，人們有望進(jìn)入建筑并均勻地分布，當(dāng)人們被要求離開大樓時(shí)，就在上面幾層，這將減少等待時(shí)間。

2.2.2目的地的基礎(chǔ)策略

調(diào)度電梯有更先進(jìn)的算法，如基于目的地的系統(tǒng)。該系統(tǒng)是基于用戶選擇他想去的樓層之前進(jìn)入電梯，而不是在進(jìn)入電梯后做正確的方向。這允許安排電梯的時(shí)間，讓它們停得更少、更近，這樣就增加了系統(tǒng)的容量。使用基于目的地的系統(tǒng)也可以用于雙電梯的系統(tǒng)，Thyssenkrupp電梯的工作原理是讓用戶不能誤選電梯。

2.3五分鐘峰值

在辦公樓里，電梯系統(tǒng)承受最大壓力的時(shí)間被稱為五分鐘高峰，這是大多數(shù)人開始工作和所有人都需要的時(shí)間，從大廳前往他們各自的樓層，在此期間，下行流量為大約占總流量的10%。上升的峰值比下降的峰值要大，在下午，由于下班時(shí)間通常更分散，因?yàn)槿藗兏敢鈹D在電梯里而增加工資。根據(jù)五分鐘的高峰，規(guī)劃電梯系統(tǒng)的容量。

3.方法

在這個(gè)項(xiàng)目中，一個(gè)電梯模擬器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，在一座25層的辦公樓里，收集等待和乘客們的旅行時(shí)間的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)已經(jīng)收集好了，通過對兩種不同類型電梯系統(tǒng)——傳統(tǒng)電梯系統(tǒng)和傳統(tǒng)電梯系統(tǒng)的仿真，每個(gè)系統(tǒng)都使用自己的調(diào)度算法進(jìn)行仿真服務(wù)。為了對傳統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度，選擇了集體控制算法，因?yàn)樗子趯?shí)現(xiàn)，并且通常用于較小的系統(tǒng)中。這也是該算法作為調(diào)度的基礎(chǔ)，被認(rèn)為是一種較好的比較算法。

3.1模擬器

該模擬器由乘客生成程序、調(diào)度程序、電梯控制器組成，共25個(gè)樓層和一些豎井和電梯轎廂。模擬是在系統(tǒng)上運(yùn)行的，包含4、6、8個(gè)電梯轎廂。對傳統(tǒng)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，每部電梯轎廂的豎井和磁懸浮系統(tǒng)與所有的電梯轎廂平展成兩部分梯井里。模擬器是用Java編寫的，因?yàn)樗且环N雙方都熟悉的語言

3.1.1模擬蜱蟲

在仿真中，時(shí)間用刻度表示。蜱蟲是一個(gè)離散的時(shí)間單位，并與之對應(yīng)大約3秒。在每一次滴答中會發(fā)生三個(gè)事件。第一個(gè)事件是新乘客出現(xiàn)在地板上的機(jī)會。如果有新乘客出現(xiàn)，他或她就會出現(xiàn)，通過按地板上兩個(gè)按鈕中的一個(gè)來實(shí)現(xiàn)所需的向上或向下呼叫。

第二個(gè)事件是調(diào)度程序處理來自不同電梯的所有調(diào)用，并將其分配給系統(tǒng)中的電梯轎廂。調(diào)用的賦值是重新計(jì)算每個(gè)標(biāo)記，并將每個(gè)調(diào)用分配給調(diào)度程序，視為根據(jù)其戰(zhàn)略選擇最佳方案。

最后，所有電梯轎廂都執(zhí)行當(dāng)前動作。如果動作完成在滴答期間，一個(gè)新的滴答將在下一個(gè)滴答中執(zhí)行。

3.1.2電梯轎廂

電梯轎廂可以移動到不同的樓層或豎井，開啟或關(guān)閉門、接送乘客、空轉(zhuǎn)。正如上節(jié)所提到的，每節(jié)電梯轎廂在每一節(jié)期間執(zhí)行一個(gè)動作，如果完成一個(gè)新的動作被分配給下一個(gè)滴答。電梯轎廂的下一步動作取決于先前的動作完成動作和電梯轎廂狀態(tài)。這使得它不可能例如

在開門之前讓乘客下去。

每個(gè)電梯轎廂有兩個(gè)呼叫隊(duì)列。第一個(gè)隊(duì)列包含乘客的呼叫，在電梯轎廂內(nèi)，并在進(jìn)入電梯轎廂時(shí)進(jìn)行更新。第二個(gè)隊(duì)列包含調(diào)度程序分配給電梯轎廂的所有調(diào)用。當(dāng)電梯轎廂應(yīng)答時(shí)，它會在兩個(gè)隊(duì)列中找到同一方向的最近呼叫，并移動一層，電梯轎廂繼續(xù)這樣做，直到它到達(dá)目標(biāo)層或直到當(dāng)前方向沒有目的地。如果當(dāng)前方向沒有目的地在另一個(gè)方向上，電梯轎廂會改變方向，否則它會一直空轉(zhuǎn)直到它被給出處理響應(yīng)。

當(dāng)電梯轎廂到達(dá)當(dāng)前目的地樓層時(shí)，它會打開門，電梯轎廂內(nèi)的乘客可以提前下去，任何新乘客都可以進(jìn)入，將移動限制在一個(gè)方向上，每次最多三名乘客。電梯轎廂只要保持靜止，乘客移動或直到客滿。然后它關(guān)上門，試圖回答最近的信號響應(yīng)