關于智能電梯群控系統設計的研究

楊葉飛

摘 要：電梯對于目前大樓林立的居住環境已是必備的運輸設備，在大樓內上下移動需要電梯的幫忙，所以如何讓此運輸設備能以更快速、更節能的方式運作，是一個具有高度實用性的研究議題。在這種背景下，文章首先探討了電梯群控系統及設計思路，進而分析了智能電梯群控模擬系統架構。

關鍵詞：智能電梯；群控系統；設計

1 電梯群控系統及設計思路

隨著高樓大廈的迅速發展，乘客用電梯在建筑物內已是不可或缺的運輸設備，而在多數大樓里都擁有超過兩部以上的電梯，以應付建筑物內的用戶人數，若同一大樓的電梯是以各自獨立的方式運作，只會浪費電梯的使用效能且使運送效率下降，此時，適當的電梯群組控制系統便顯得格外重要。電梯群控系統能針對大樓不同時段及不同交通流量的使用模式，再依據收集的所有電梯狀態及各樓層叫車狀態參數，經由適當的派車機制，作出當時情況的最佳派車。在每棟擁有電梯的建筑物里每層樓都有兩個樓層呼叫（上行，下行）按鈕，用于告知電梯群控系統該樓層的需求用戶欲往方向，也就是當某樓層樓層呼叫有需求時，電梯群控系統將會指派一臺最適電梯服務該樓層呼叫，而被指派的電梯車廂將會移動至樓層呼叫樓層完成此需求服務。

以下為電梯群控系統控制流程：（1）當有一個乘客目前位于一樓欲往十五樓，按下上行樓層呼叫按鈕。電梯群控系統所能收集到的參數僅有一樓有乘客欲上行，并無法得知欲往十五樓層及乘客人數。（2）該該樓層呼叫信號參數傳送至電梯群控系統。（3）電梯群控系統選擇當時最適電梯車廂服務該樓層呼叫。（4）電梯群控系統傳送該樓層呼叫信號參數給指派的電梯車廂。（5）被指派的電梯車廂在收到信號后，開始移動至該樓層即呼叫樓層一樓。（6）在電梯車廂移動期間，電梯群控系統還是持續針對當時所有電梯不同情況及樓層狀況，進行最合適的電梯車廂指派，直到有電梯車廂讓乘客完成搭乘動作。（7）乘客入內搭乘后，將會在電梯車廂內按下欲往樓層十五樓按鈕。（8）電梯車廂將傳送十五樓層信號參數至電梯群控系統并開始移動至十五樓層。（9）電梯車廂到達十五樓層，乘客離開，完成此一樓層呼叫需求。（10）重復上述選擇樓層呼叫最適電梯車廂步驟，稱為派車（HallCallAssignment）。

為使電梯能在流量尖峰時段達到快速疏散人潮的目標，在流量離峰時段達到節能省電的目標，提出一基因演算法的自我調適模糊派車法，其系統架構將群控功能單元的派車模型更改為模糊派車評量函數，使派車評量能更符合電梯問題的多重評量準則，在群控功能單元中，通過模糊的派車評量函數對每一車廂評估后能夠即時回應樓層呼叫，作出最佳的電梯派車。

2 智能電梯群控模擬系統架構

為了能在電腦中模擬該電梯系統的執行，其環境參數輸入、一般參數輸入及記錄和分析，使用MATLAB語言來編寫。當建筑物各樓層發出樓層呼叫信號，電梯群控系統計算所搜集的電梯各項信息，在效率模式下以乘客平均等待時間評量最適派車，節能模式下以電力耗損評量最適派車，計算所得的最小評量值為最適指派車廂，并發送樓層呼叫信號給予被指派車廂。因電梯系統每秒環境的不斷變化，所以電梯群控系統也必須能通過重新派車機制來變更先前指派以更符合當時情況。在自我調整模糊邏輯控制機制部分，電梯群控系統能在不同時段、交通模式及乘客流量變化時，修改模糊隸屬函數及重要參數，使其作出更好及更符合當時大樓使用情況的派車方針。

2.1 基本運行條件

假設實驗大樓總樓層11樓層，擁有電梯數量4部，每部電梯最大載客量為15人，電梯移動速率每秒1樓層，加減速時間各1秒，開關門時間各4秒，預估每位乘客進出電梯時間每人0.5秒。

2.2 模擬運算程序

（1）初始狀態設定四部電梯停放于一樓且為閑置狀態。電梯狀態資料庫紀錄電梯目前位置、目前方向、是否為vip、電梯內部人數、電梯啟動時間、電梯擁擠度資料。（2）讀入資料比對樓層呼叫資料庫所產生時間。樓層呼叫資料庫紀錄樓層呼叫乘客資料包含產生時間、目前樓層、欲往方向、搭乘人數、被指派車廂、完成時間及是否為優先呼叫（3）電腦以電梯派車程序，模擬出電梯車廂呼叫需求、欲被指派的樓層呼叫需求及電梯目前運行狀態，每隔一秒預測電梯運行狀態；電梯狀態分別為上行、下行及停放。電梯狀態若為上行或下行時，則以每秒增加（上行）或減少（下行）一樓層，電梯狀態若為停放時，此刻電梯是在完全無樓層呼叫及車廂呼叫需求的狀態。當有樓層呼叫信號輸入時，電腦以電梯派車程序，指派最適當的電梯去服務該樓層呼叫。（4）若有電梯完成其被指派的外部按鍵需求時，外部按鍵資料庫加入完成時間，再以入內人數產生電梯內部按鍵乘客資料，包含入內時間、欲往樓層、欲往樓層人數及完成時間，并將入內人數加入電梯資料庫，并重新計算電梯擁擠度。（5）若有電梯完成其內部按鍵需求時，內部按鍵資料庫加入完成時間，再將電梯內部人數減去出去人數，并重新計算電梯擁擠度。

2.3 模擬資料定義與資料庫建立

資料庫的建立，利用相同的資料源可比較出各種不同派車法的差異性，在此將資料定義，根據交通模式分為上行模式（上行機率為80%、下行機率為20%、常態隨機分配）、下行模式（上行機率為20%、下行機率為80%、常態隨機分配）及一般模式（上、下行機率各為50%、均勻隨機分配），根據交通流量分為尖峰流量每分鐘平均60人次、一般離峰流量每分鐘平均20人次，進而分析各種參數變化量。資料庫的定義，步驟一，根據交通流量不同亂數增加樓層呼叫產生時間；步驟二，根據交通流量不同亂數產生樓層呼叫人數；步驟三，根據交通模式不同亂數產生樓層呼叫欲往方向；步驟四，取亂數求得樓層呼叫目前樓層，若產生樓層為最低層則必為上行，若產生樓層為最高層則必為下行。

2.4 電梯狀態決策模式

電梯可分為上行、上停、下行、下停及停放五種運行狀態，在上停及下停狀態，僅是將進出人數，以每人0.5秒增加電梯啟動時間來代表，即若電梯入內人數為4人，則將電梯啟動時間更改為目前時間點加上4*0.5秒，所以在電梯運行狀態資料庫內，僅有上行、下行及停放三種狀態。電梯若為上行狀態，以每秒增加一樓層；若為下行狀態，以每秒減少一樓層；若電梯位于樓層最高層或方向更改時，則根據更改后方向進行增或減樓層；若電梯已完成所有按鍵需求，則轉為停放狀態。

3 結束語

目前電梯派車系統大多是以電梯與需求乘客樓層最近距離或最短時間來控制達到輸送乘客的目標，若在人口密度較低或是樓層較低的大樓里，且只擁有一至二部電梯時，其工作效率可能無明顯的差異，但在人口密度較高或是樓層較高的大樓里，且同時擁有二部以上電梯時，其工作效率將會大幅的降低，因此文章嘗試設計一套自我調適的智能型電梯群控系統，能根據不同的乘客交通流量和系統管理者的要求，作出最佳派車，達到減少乘客等待時間、減少電梯能源耗損的效果。

參考文獻

[1]朱昌明，畢曉亮.電梯智能群控系統研究概況[J].現代城市研究，2003（S1）.

[2]王志敏，顧文業.考慮乘客混雜度的電梯群控智能調度算法[J].物理測試，2004（03）.endprint