專利名稱：調(diào)度建筑物中電梯系統(tǒng)多個(gè)轎廂的方法和電梯調(diào)度器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般說(shuō)來(lái)，本發(fā)明涉及調(diào)度電梯轎廂，更確切地說(shuō)，涉及考慮到將來(lái)乘客的電梯調(diào)度方法。
背景技術(shù)：
在大的建筑物中調(diào)度電梯是眾所周知的工業(yè)難題。所述問(wèn)題的特征在于非常大的狀態(tài)空間和顯著的不確定性，參見(jiàn)Barney，“ElevatorTraffic Handbook，”Spon Press，London，2003。典型情況下，乘客通過(guò)按下召喚按鈕而請(qǐng)求電梯服務(wù)。這導(dǎo)致電梯調(diào)度器分配電梯轎廂對(duì)所述乘客服務(wù)。
最早期的電梯調(diào)度器使用集體控制原理。在這種直觀推斷中，把當(dāng)前運(yùn)行方向上最近的轎廂分配給對(duì)所述乘客服務(wù)，參見(jiàn)Strakosch，“Vertical transpotationelevators and escalators，”John Wiley & Sons，Inc.，1998。這種調(diào)度是亞最優(yōu)的和不可預(yù)測(cè)的。由于這種原因，當(dāng)乘客期望在進(jìn)行所述召喚之后，立即通知哪個(gè)轎廂將搭載他們時(shí)，集體控制是不可接受的。
另一種直觀推斷使每位乘客的剩余響應(yīng)時(shí)間(RRT)最短。所述RRT定義了由當(dāng)前的調(diào)度表規(guī)定的、使每位乘客上轎廂所需的時(shí)間，參見(jiàn)1992年9月8日授予Powell等人的5,146,053號(hào)美國(guó)專利，“Elevator dispatching based on remaining response time”。這種直觀推斷僅僅密切關(guān)注使乘客的等候時(shí)間最短，而完全忽略了當(dāng)前分配對(duì)將來(lái)乘客等候時(shí)間的影響。
在基于RRT的最小化之內(nèi)，在忽略與乘客所期望目的樓層相關(guān)聯(lián)的不確定性，參見(jiàn)Bao，“Elevator dispatchers for down-peak traffic，”Technical Report，University of Massachusetts，Department ofElectrical and Computer Engineering，Amherst，Massachusetts，1994，以及恰當(dāng)?shù)卮_定每位乘客關(guān)于目的地所期望的RRT，參見(jiàn)Nikovski etal.，“Decision-theoretic group elevator scheduling，”13thInternationalConference on Automated Planning and Scheduling，Trento，Italy，June 2003以及Brand等人2002年6月3日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)10/161,304“Method and System for Dynamic Programming ofElevators for Optimal Group Elevator Control，”的這些方法之間，可以進(jìn)行進(jìn)一步的區(qū)分。上述內(nèi)容在此引用作為參考。
不過(guò)，由于至少兩種原因，與將來(lái)乘客相關(guān)聯(lián)的不確定性是全新的問(wèn)題。恰當(dāng)?shù)乜紤]當(dāng)前的決策對(duì)全體將來(lái)乘客等候時(shí)間的影響是極為復(fù)雜的問(wèn)題。首先，因?yàn)榈竭_(dá)時(shí)間、到達(dá)樓層和目的樓層都未知，所以與將來(lái)乘客相關(guān)聯(lián)的不確定性高得多。其次，當(dāng)前的決策可能影響將來(lái)任意時(shí)刻乘客的等候時(shí)間，它使得所述問(wèn)題的理論最優(yōu)化限度為無(wú)限。
無(wú)論計(jì)算難度如何，忽略將來(lái)的乘客往往導(dǎo)致亞最優(yōu)的調(diào)度結(jié)果。當(dāng)前的分配影響轎廂的將來(lái)移動(dòng)，而且影響其在最短時(shí)間內(nèi)對(duì)將來(lái)召喚的服務(wù)能力。
示范將來(lái)乘客重要性的一種具體情形是高峰客流量。例如在下行高峰客流量期間，在或接近下班時(shí)，大多數(shù)將來(lái)的乘客選擇主樓層作為其目的地。因?yàn)檫@些將來(lái)的乘客最可能分布在樓上，調(diào)度下行高峰客流量是個(gè)大難題。
在上行高峰客流量期間，大多數(shù)將來(lái)的乘客到達(dá)所述主樓層并請(qǐng)求上樓的服務(wù)。典型情況下，所述上行高峰客流量比所述下行高峰客流量短得多、繁忙得多、集中得多。所以，通常上行高峰載客量是限制因素，它確定了電梯系統(tǒng)對(duì)于建筑物是否合適。所以，重要的是對(duì)上行高峰客流量?jī)?yōu)化所述調(diào)度過(guò)程。
考慮以下情形。在樓上某層進(jìn)行召喚。單一的轎廂停靠在所述主樓層，所述調(diào)度器僅僅根據(jù)乘客的預(yù)計(jì)等候時(shí)間，決定以該轎廂服務(wù)于所述召喚。如果派遣在所述主樓層的轎廂服務(wù)于所述召喚，所述主樓層就保持無(wú)轎廂，將來(lái)的乘客將不得不等候比所述轎廂停留時(shí)長(zhǎng)得多的時(shí)間。在常規(guī)調(diào)度器中常見(jiàn)的這種短視的決策在上行高峰客流量期間具有尤為嚴(yán)重的后果，因?yàn)樵S多等候的乘客很快就擠滿了所述主樓層，而所述轎廂卻在為樓上的單一乘客服務(wù)。
幾種公知的電梯調(diào)度方法考慮了將來(lái)的乘客，并有不同程度的成功。某些調(diào)度器使用模糊規(guī)則以識(shí)別類似于以上討論的情形，并作出對(duì)將來(lái)的事件更加靈敏的決定，參見(jiàn)Ujihara et al.，“The revolutionaryAI-2000 elevator group-control system and the new intelligent optionseries，”Mitsubishi Electric Advance，455-8，1988。不過(guò)，該方法有嚴(yán)重的缺點(diǎn)。首先，所述規(guī)則需要手工編碼。所以，所述系統(tǒng)僅僅像“專家”一樣好。其次，所述規(guī)則之間模糊規(guī)則推論的解釋往往表現(xiàn)出無(wú)規(guī)律，尤其是當(dāng)對(duì)于某種特定情形沒(méi)有可應(yīng)用的規(guī)則時(shí)。因此，所述電梯往往運(yùn)行在出乎意料的無(wú)規(guī)律狀態(tài)。
另一種方法認(rèn)識(shí)到集體電梯調(diào)度是序列決策的問(wèn)題。該方法使用Q學(xué)習(xí)算法異步地更新所述電梯系統(tǒng)的全部將來(lái)狀態(tài)，參見(jiàn)Crites etal.，“Elevator group control using multiple reinforcement learningagents，”Machine Learning，33235，1998。他們利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)應(yīng)對(duì)所述系統(tǒng)的巨大狀態(tài)空間，它近似為全部將來(lái)狀態(tài)的成本。他們的方法顯示出顯著的前途。不過(guò)，其計(jì)算量需求反映出它對(duì)于商業(yè)系統(tǒng)完全不實(shí)用。所述方法完成單一的客流量圖表要花費(fèi)大約60000小時(shí)的模擬電梯操作，比其他快得多的算法最終減少的等候時(shí)間僅僅2.65％，與其計(jì)算量成本不相稱。
現(xiàn)有技術(shù)的方法或者勞動(dòng)密集，或者計(jì)算昂貴，或者兼而有之。所以需要的方法能夠最優(yōu)化地調(diào)度電梯轎廂，同時(shí)考慮將來(lái)的乘客，尤其是在上行高峰客流量期間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于調(diào)度建筑物中電梯系統(tǒng)的多個(gè)轎廂的方法。所述方法包括接收召喚；根據(jù)所述電梯系統(tǒng)的將來(lái)狀態(tài)，對(duì)于每個(gè)轎廂，如果所述轎廂被分配為服務(wù)于所述召喚，確定全體現(xiàn)有乘客的第一等候時(shí)間；根據(jù)所述多個(gè)轎廂的?？磕Ｊ剑瑢?duì)于每個(gè)轎廂，如果所述轎廂被分配為服務(wù)于所述召喚，確定將來(lái)乘客的第二等候時(shí)間；對(duì)于每個(gè)轎廂，結(jié)合所述第一和第二等候時(shí)間以產(chǎn)生調(diào)整后的等候時(shí)間；以及分配具有最短的調(diào)整后等候時(shí)間的具體轎廂服務(wù)于所述召喚并使全體乘客的平均等候時(shí)間最短。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1是使用本發(fā)明之電梯系統(tǒng)的框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明調(diào)度電梯轎廂所用方法的流程圖；圖3是一個(gè)網(wǎng)格，顯示了根據(jù)本發(fā)明的馬爾可夫鏈。
具體實(shí)施例方式
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的電梯調(diào)度器200，用于建筑物101，其中有若干樓上層102、主樓層103、若干電梯井104、若干電梯轎廂105。所述主樓層往往是地面或大廳層，換言之，進(jìn)入所述建筑物的大多數(shù)乘客主要到達(dá)的樓層。
對(duì)于本發(fā)明的目的，按照已知的描述變量把乘客形式上劃分為幾種類別。所述變量把不確定性引入所述電梯調(diào)度器的決策過(guò)程。所述類別為乘用的、等候的、新的和將來(lái)的乘客。
對(duì)于每位乘用乘客111，到達(dá)時(shí)間、到達(dá)樓層和目的地樓層都已知。所述乘用乘客在轎廂中，所以不再等候。
對(duì)于每位等候乘客112，到達(dá)時(shí)間、到達(dá)樓層和行進(jìn)方向已知。目的地樓層未知。已經(jīng)分配了轎廂服務(wù)每位等候乘客。
對(duì)于新乘客113，因?yàn)樗鲂鲁丝鸵呀?jīng)發(fā)出120召喚信號(hào)，所以到達(dá)時(shí)間、到達(dá)樓層和行進(jìn)方向已知。一般的問(wèn)題是分配轎廂服務(wù)所述新乘客的召喚。在任何一個(gè)時(shí)刻，只有一位新乘客。
上述三類乘客111-113統(tǒng)稱為現(xiàn)有乘客。我們稱這些乘客為現(xiàn)有乘客的理由是因?yàn)樗麄円呀?jīng)確實(shí)到達(dá)了，而且所述系統(tǒng)知曉所有這些乘客的某些特征。在所述現(xiàn)有乘客中，僅有所述等候乘客和所述新乘客具有非零等候時(shí)間。
對(duì)于尚未存在的將來(lái)乘客114，一無(wú)所知。所述乘客變量最多可以由隨機(jī)變量來(lái)隨機(jī)地描述，或者按照過(guò)去的數(shù)據(jù)估計(jì)。全體乘客包括現(xiàn)有的和將來(lái)的乘客。
特定的問(wèn)題是分配轎廂服務(wù)所述新乘客，使得對(duì)于現(xiàn)有的和將來(lái)的全體乘客，預(yù)期的等候時(shí)間最短。
操作方法圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明調(diào)度所述電梯系統(tǒng)100中轎廂所用的方法。響應(yīng)召喚201，執(zhí)行所述方法100。所述召喚可以在任何樓層。首先，所述調(diào)度器200根據(jù)所述電梯系統(tǒng)的將來(lái)狀態(tài)209，對(duì)于每個(gè)轎廂確定所述轎廂分配為服務(wù)于所述召喚時(shí)全體現(xiàn)有乘客111-113的第一預(yù)期等候時(shí)間211。其次，所述調(diào)度器根據(jù)所述若干轎廂105的?？磕Ｊ?19對(duì)于每個(gè)轎廂確定所述轎廂分配為服務(wù)于所述召喚102時(shí)將來(lái)乘客114的第二預(yù)期等候時(shí)間221。對(duì)于每個(gè)轎廂，結(jié)合230所述第一和第二預(yù)期等候時(shí)間以產(chǎn)生調(diào)整后的等候時(shí)間231，并且分配240具有最短的調(diào)整后等候時(shí)間的所述轎廂服務(wù)于所述召喚201。
理想情況下，所述電梯調(diào)度器在進(jìn)行分配之前，對(duì)不確定性的全部來(lái)源完全積分，確定全部可能分配的臨界成本。不過(guò)，由于調(diào)度問(wèn)題不可逾越的計(jì)算復(fù)雜性，典型情況下大多數(shù)商業(yè)電梯調(diào)度器采用直觀推斷方法，忽略了這種不確定性的一部分或全部。
在典型的上行高峰客流量期間，實(shí)質(zhì)上許多將來(lái)的乘客，如80％和95％之間的乘客，到達(dá)所述主樓層。這些主樓層到達(dá)者的等候時(shí)間是上行高峰客流量期間電梯系統(tǒng)整體等候時(shí)間的主要成分，所以電梯調(diào)度器的當(dāng)前決策應(yīng)當(dāng)力圖使所述主樓層乘客的預(yù)期等候時(shí)間最短。
因此，我們開(kāi)始于簡(jiǎn)化假設(shè)，全體將來(lái)乘客都到達(dá)所述主樓層。不模擬其他樓層將來(lái)到達(dá)者的效果是把預(yù)測(cè)等候時(shí)間準(zhǔn)確的時(shí)間限度縮短到最近的將來(lái)。不過(guò)，這個(gè)效果顯然作用于以后的計(jì)算作為減少因子。此外，對(duì)于上行高峰客流量期間，大多數(shù)將來(lái)乘客事實(shí)上確實(shí)到達(dá)所述主樓層。
利用這種假設(shè)，所述電梯調(diào)度器的當(dāng)前決策通過(guò)轎廂將來(lái)到達(dá)所述主樓層，影響將來(lái)乘客的等候時(shí)間。我們把轎廂到達(dá)所述主樓層的這個(gè)序列稱為?？磕Ｊ?。
為了本發(fā)明的目的，由以下因素確定轎廂在所述主樓層的?？磕Ｊ?19。首先，樓上的乘用乘客可以選擇主樓層作為其目的地。其次，空閑轎廂在等候下一次召喚時(shí)可以自動(dòng)選擇主樓層作為?？课恢谩４_定所述?？磕Ｊ?19有效地忽略了各個(gè)將來(lái)乘客214。
在2002年11月13日由Brand等人提交的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)10/293,520“Optimal Parking of Free Cars in Elevator Group Control”中，介紹了最優(yōu)?？坎呗约捌鋵?duì)所述?？磕Ｊ降挠绊?，在此引用作為參考。
優(yōu)先服務(wù)主樓層乘客的一種策略是在每個(gè)轎廂已經(jīng)完成對(duì)最后乘用乘客的服務(wù)后立即把它發(fā)送到主樓層。對(duì)于具有C個(gè)轎廂的建筑物，?？磕Ｊ?19是時(shí)間向量T＝[T1，T2，...，TC]，Tj≥0，Tj是轎廂j＝1，...，C已經(jīng)把其全體乘用乘客送達(dá)后到達(dá)主樓層的時(shí)間。
因?yàn)樗龅群虺丝?12和所述新乘客113的目的地有不確定性，所述?？磕Ｊ絋是具有概率分布P(T)的向量值隨機(jī)變量，T∈全部可能?？磕Ｊ絋 219的空間上的T。
理想情況下，所述調(diào)度器200應(yīng)當(dāng)對(duì)于每種可能的?？磕Ｊ絋∈T，確定預(yù)期等候時(shí)間V(T)，并且取時(shí)間對(duì)于所述概率分布P(T)的期望為⟨P(T)⟩=∫T∈TP(T)V(T)dT]]>此處<>表示期望算子。確實(shí)，這是在全體新乘客都到達(dá)主樓層的以上假設(shè)條件下，主樓層乘客等候時(shí)間的精確估計(jì)。不過(guò)，確定所述概率分布P(T)卻沒(méi)有實(shí)用的方法。即便有，全部?？磕Ｊ降目臻g尺寸也是巨大的。在這個(gè)空間上積分在計(jì)算量上不實(shí)用。
我們改用了替代停靠模式，它包括每個(gè)轎廂在主樓層的各個(gè)預(yù)期到達(dá)時(shí)間T＝[T1，T2，...，TC]＝[<T1>，<T2>，...，<TC>]，并且使用近似<V(T)≈V(<T>)＝V(T)>。注意，因?yàn)閷?duì)于j＝1，...，C，所述分量Tj中的每一個(gè)都是獨(dú)立的隨機(jī)變量，其不確定性僅僅取決于分配給轎廂j之乘用和等候乘客目的地的概率分布，所以等式<T>＝T成立。
同理，這種近似對(duì)平均值也相當(dāng)好。每個(gè)轎廂的精確?？繒r(shí)間Tj當(dāng)然取決于對(duì)現(xiàn)有乘客作出的前期分配，以及其不確定的目的地。換言之，所述?？磕Ｊ介g接地取決于所述現(xiàn)有乘客111-113的預(yù)期等候時(shí)間211。Nikovski等人在“Decision-theoretic group elevatorscheduling，”13thInternational Conference on Automated Planningand Scheduling，June 2003中，以及Brand等人2002年6月3日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)10/161,304“Method and System for DynamicProgramming of Elevators for Optimal Group Elevator Control，”介紹了確定210所述現(xiàn)有乘客111-114的預(yù)期等候時(shí)間211所用的方法，在此引用作為參考。簡(jiǎn)而言之，這種方法被稱為“由動(dòng)態(tài)規(guī)劃清空所述系統(tǒng)的算法”(ESA-DP)方法。
至此我們已經(jīng)考慮了所述停靠模式T和T作為把乘客對(duì)轎廂的固定現(xiàn)有分配。不過(guò)，所述調(diào)度器200的當(dāng)前決策，即哪個(gè)轎廂應(yīng)當(dāng)分配給服務(wù)所述新乘客113，改變了這種分配。因?yàn)樗稣{(diào)度器能夠選擇C個(gè)轎廂中的任何一個(gè)，有C種可能的最終分配，因此所述?？磕Ｊ?19有C種可能的分布。如果我們使用上述假設(shè)，那么我們需要所述?？磕Ｊ絋‾(i)=[T‾i1,T‾i2,···T‾iC],i=1,···,C]]>當(dāng)把所述新乘客113分配給轎廂i時(shí)它就會(huì)發(fā)生。每個(gè)元素Tij的意義為當(dāng)把所述新乘客113分配給轎廂i時(shí)轎廂j的預(yù)期停靠時(shí)間。
對(duì)于所述C和轎廂已經(jīng)建立了所述?？磕Ｊ?19的矩陣之后，就能夠確定所述停靠模式即所述矩陣的行中的每一個(gè)對(duì)應(yīng)的、將來(lái)乘客214的預(yù)期累積等候時(shí)間221。
我們提供了一種過(guò)程，用于確定將來(lái)乘客214的預(yù)期等候時(shí)間，作為任何?？磕Ｊ?19T＝[T1，T2，...，TC]的函數(shù)。
因?yàn)樗鰧?lái)乘客214的等候時(shí)間221不隨轎廂到達(dá)的具體次序而變，即是轎廂“2”在10秒內(nèi)到達(dá)，轎廂“3”在50秒內(nèi)到達(dá)，還是反過(guò)來(lái)，沒(méi)有差異。我們把所述?？磕Ｊ絋 219排列為以上升次序0≤T1≤T2≤...≤TC。利用這種假設(shè)，我們定義V0(T)為時(shí)間區(qū)間t∈
之內(nèi)全體將來(lái)乘客114的預(yù)期累積等候時(shí)間221V0(T)=∫0TCn(t)dt,]]>其中n(t)為t時(shí)刻在主樓層103等候之乘客的預(yù)期數(shù)目。
在介紹我們的轎廂分配過(guò)程之前，我們引入將來(lái)等候時(shí)間221的指數(shù)衰減，這是因?yàn)樗鲛I廂預(yù)期?？繒r(shí)間的偏差。所述偏差是由于我們近似假設(shè)在所述當(dāng)前停靠模式結(jié)束之前在主樓層之上沒(méi)有發(fā)生將來(lái)的到達(dá)者。
實(shí)際上，這種將來(lái)的到達(dá)者確實(shí)會(huì)發(fā)生，雖然不經(jīng)常。這些乘客將被分配給帶有乘用和等候乘客的轎廂。那么這些轎廂到達(dá)主樓層的時(shí)間會(huì)延遲。因此，由所述ESA-DP過(guò)程估計(jì)的?？繒r(shí)間可能在最近將來(lái)預(yù)測(cè)中稍微低估了實(shí)際時(shí)間，而在遠(yuǎn)期將來(lái)預(yù)測(cè)中或許顯著低估。
所述最近將來(lái)可以定義為轎廂從主樓層起往返所用的平均時(shí)間，例如對(duì)于中等規(guī)模的建筑物40-60秒。這段時(shí)間是可計(jì)算的。
使估計(jì)結(jié)果在遠(yuǎn)期將來(lái)衰減的一種方法是把所述估計(jì)結(jié)果乘以exp(-βt)，其中β＞0為衰減因子。
類似于上述情況，我們定義將來(lái)乘客的預(yù)期衰減累積等候時(shí)間為Vβ(T)=∫0TCe-βtn(t)dt.]]>所述區(qū)間
能夠劃分為C個(gè)不同的區(qū)間[Ti-1，Ti]，i＝1，...，C，設(shè)定T0＝0。由于轎廂最后一次?？吭谥鳂菍邮?Ti-1)，在時(shí)刻t∈[Ti-1，Ti]等候之乘客的預(yù)期數(shù)目與經(jīng)歷的時(shí)間成正比。
如果我們把將來(lái)乘客114的到達(dá)模擬為具有速率λ的泊松過(guò)程，那么在主樓層之乘客的預(yù)期數(shù)目為n(t)＝λ(t-Ti-1)，而且上述積分也劃分為能夠求取的C個(gè)部分。我們假設(shè)所述轎廂能夠立即承載在主樓層等候的全體乘客，因?yàn)榈翘輹r(shí)間與等候時(shí)間相比很短。
不過(guò)，如果轎廂i到達(dá)主樓層并發(fā)現(xiàn)它是空的，那么它不是在其到達(dá)時(shí)刻Ti立即離開(kāi)。所述轎廂而是在主樓層等候，直至將來(lái)乘客114轉(zhuǎn)變?yōu)樾鲁丝?13，發(fā)出120召喚信號(hào)。如果在時(shí)刻t＝0在主樓層有j個(gè)轎廂，那么最初的j位乘客根本不等候。每位乘客立即登上一個(gè)轎廂，沒(méi)有等候時(shí)間。在這種情形中所述顯著的然而卻是猜測(cè)的節(jié)省，與沒(méi)有使用這些轎廂服務(wù)樓上的新乘客造成的真實(shí)成本保持平衡。為了定量這些節(jié)省，準(zhǔn)確地模擬主樓層的所述電梯轎廂。
半馬爾可夫模型為了正確地估計(jì)將來(lái)乘客214的等候時(shí)間221，給定了在主樓層沒(méi)有人正在等候時(shí)轎廂的實(shí)際行為，我們采用半馬爾可夫鏈，其狀態(tài)和轉(zhuǎn)換描述了?？吭谥鳂菍又I廂的行為。
半馬爾可夫鏈包括有限數(shù)目的狀態(tài)Si，i＝1，...，NS，每對(duì)狀態(tài)Si和Si之間轉(zhuǎn)換的平均瞬時(shí)成本iij、預(yù)期轉(zhuǎn)變時(shí)間τij、概率Pij，以及初始分布π(Si)，它指定了所述系統(tǒng)從狀態(tài)Si開(kāi)始時(shí)的概率，參見(jiàn)Bertsekas，“Dynamic Proramming and Optimal Control，”AthenaScientific，Belmont，Massachusetts，2000.volumes 2，pages 261-264。不僅如此，每條半馬爾可夫鏈都包含在離散時(shí)間進(jìn)化的嵌入全馬爾可夫鏈，其累積轉(zhuǎn)換成本Rij定義為Rij＝τijrij，而且假設(shè)所有轉(zhuǎn)換都發(fā)生在單位時(shí)間之內(nèi)。我們的問(wèn)題所用的半馬爾可夫鏈中的狀態(tài)標(biāo)注為三元組(i，j，m)，其中i是要?？吭谥鳂菍又I廂的數(shù)目，j是當(dāng)前停靠在主樓層等候乘客之轎廂的數(shù)目，m＝C-i-j是已經(jīng)從主樓層離開(kāi)之轎廂的數(shù)目。
如圖3所示，我們把所述半馬爾可夫鏈的狀態(tài)組織在二維網(wǎng)格或者說(shuō)矩陣中。所述矩陣300中的每個(gè)元素Sim301對(duì)應(yīng)一個(gè)狀態(tài)(i，j，m)。圖3中的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)是用于具有四座電梯井之建筑物的嵌入半馬爾可夫鏈。所述模型的行302i包含著剛剛在轎廂已經(jīng)在Ti時(shí)刻到達(dá)并且已經(jīng)承載了可能已經(jīng)在主樓層等候的全體乘客之后，所述系統(tǒng)的全部可能狀態(tài)。注意，垂直時(shí)間軸303未按比例繪制。僅有以加粗箭頭304顯示的轉(zhuǎn)換具有非零成本。全部其他轉(zhuǎn)換的成本為零。當(dāng)n位或更多乘客到達(dá)時(shí)，采取以某個(gè)數(shù)字n的n+305標(biāo)注的轉(zhuǎn)換。
首先，我們求解這個(gè)模型表達(dá)的一般情形，即在當(dāng)前決策時(shí)間(T1＞0)沒(méi)有轎廂?？吭谥鳂菍訒r(shí)，以后再把所述解擴(kuò)展到當(dāng)某些轎廂?？吭谥鳂菍訒r(shí)的情況。
對(duì)于所述一般情況，所述鏈的起始狀態(tài)為狀態(tài)(C，0，0)，即全部C個(gè)轎廂都將要?？吭谥鳂菍?。最終狀態(tài)是當(dāng)全部C個(gè)轎廂都已經(jīng)?？繒r(shí)在所述模型底行中的狀態(tài)，并且取決于在區(qū)間t∈
中有多少將來(lái)乘客已經(jīng)到達(dá)?；蛘呤侨哭I廂都已經(jīng)承載著乘客離開(kāi)，即狀態(tài)(0，0，C)210，或者是在主樓層仍然有某些轎廂，即某個(gè)j＞0的狀態(tài)(0，j，C-j)。
底行以上諸行(i＞0)中的每種狀態(tài)(i，j，m)，其中j＝C-i-m，能夠轉(zhuǎn)換為兩種或更多的后續(xù)狀態(tài)。這嚴(yán)格取決于在時(shí)間區(qū)間t∈[Ti，Ti]期間有多少將來(lái)乘客到達(dá)。例如，所述鏈從狀態(tài)(4，0，0)僅僅在T1時(shí)刻沒(méi)有乘客到達(dá)時(shí)才轉(zhuǎn)換到(3，1，0)，在該時(shí)刻有一個(gè)或多個(gè)乘客到達(dá)時(shí)轉(zhuǎn)換到狀態(tài)(3，0，1)。圖3中的每項(xiàng)轉(zhuǎn)換都標(biāo)注了采取這種轉(zhuǎn)換時(shí)應(yīng)當(dāng)?shù)竭_(dá)之乘客的數(shù)目。完成每項(xiàng)轉(zhuǎn)換的時(shí)間不難確定為兩個(gè)轎廂到達(dá)之間的間隔ΔTi＝Ti-Ti。因?yàn)楦鶕?jù)具有到達(dá)速率λ的泊松過(guò)程，每項(xiàng)轉(zhuǎn)換都等于在固定間隔之內(nèi)特定數(shù)目的將來(lái)乘客到達(dá)的概率，所以也能夠確定所述轉(zhuǎn)換的概率。因此，在時(shí)間ΔTi內(nèi)精確地有x位乘客到達(dá)的概率p(x)為p(x)＝(λΔTi)xe-λΔTi/x！。對(duì)于以到達(dá)乘客的精確數(shù)目標(biāo)注的轉(zhuǎn)換，可以直接使用這個(gè)公式。對(duì)于以n+標(biāo)注的轉(zhuǎn)換，意味著當(dāng)有n位或更多新乘客到達(dá)時(shí)采取它們，所述轉(zhuǎn)換的概率為1減去從這種狀態(tài)中除去的所有剩余轉(zhuǎn)換的概率之和p(n+)=1-Σx-0n-1p(x).]]>因?yàn)榈竭_(dá)乘客的數(shù)目小于或等于在主樓層?？恐I廂的數(shù)目，所以確定以乘客的精確數(shù)目標(biāo)注之轉(zhuǎn)換的成本是順理成章的。這些乘客都不必等候，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換的成本為零。不過(guò)，從每項(xiàng)狀態(tài)確定最后或者說(shuō)最右端轉(zhuǎn)換的成本卻相當(dāng)棘手。這種轉(zhuǎn)換對(duì)應(yīng)于有n位或更多乘客到達(dá)主樓層，同時(shí)具有n-1個(gè)轎廂?？吭谀抢锏那闆r。所述計(jì)算必須考慮以下事實(shí)如果有x位將來(lái)乘客到達(dá)，而且x≤n，那么最初n-1位乘客乘用轎廂并離開(kāi)而不等候，僅有剩余的x-n+1位乘客必須等候。
圖3顯示出，對(duì)于所述網(wǎng)格的任何狀態(tài)Sim，正如以上的定義以及j＝C-i-m，在不止j位將來(lái)乘客到達(dá)時(shí)，即n＝j(luò)-1，采取加粗顯示的轉(zhuǎn)換。因此，如果采取該轉(zhuǎn)換并且有x位將來(lái)乘客到達(dá)，那么僅有最后的x-j位乘客必須等候。換言之，如果在某段時(shí)間t之內(nèi)出現(xiàn)了x位乘客，那么在該時(shí)間的微分或者說(shuō)瞬時(shí)成本rim為x-j。
因?yàn)檫@種轉(zhuǎn)換適用于出現(xiàn)了大于j之某個(gè)數(shù)目乘客的情況，而且即使在有限時(shí)間區(qū)間中這個(gè)數(shù)目理論上也可以任意大，所以所述轉(zhuǎn)換的預(yù)期成本以到達(dá)者所有可能數(shù)目x(從j+1到無(wú)限)之和加權(quán)，所述權(quán)重為x位到達(dá)者發(fā)生時(shí)的概率，正如泊松分布所給定的。
此外，在時(shí)間t的微分成本能夠以exp(-βt)的因子衰減，如上所述。對(duì)于從狀態(tài)Sim(j＝C-i-m)開(kāi)始的最后轉(zhuǎn)換期間，主樓層乘客的預(yù)期衰減累積等候時(shí)間Rβim，這種推理產(chǎn)生了以下表達(dá)式Ri,mβ=∫TC-iTC-i+1e-βtΣx=j+1∞[λ(t-TC-i)]xe-λ(t-TC-i)x!(x-j)dt]]>在改變積分變量、簡(jiǎn)化和按照x-j之間差異的兩個(gè)分量分部積分之后，成本表達(dá)式變?yōu)榍笕βim=e-βTC-1[F(ΔTC-i+1)-F(0)],]]>此處利用了函數(shù)F(t)=Σx=0jλxe-(λ+β)t(x-j)Σl=0xtx-l(x-l)!(λ+β)l+1+(βj-βλt-λ)e-βtβ2+c0]]>對(duì)于某個(gè)任意卻固定的積分常數(shù)c0，為了方便起見(jiàn)我們?cè)O(shè)定為零。
在如上所述已經(jīng)確定了所述半馬爾可夫模型的全部成本和概率之后，當(dāng)所述系統(tǒng)從所述模型的任何狀態(tài)開(kāi)始時(shí)，它導(dǎo)致的等候累積成本就能夠利用動(dòng)態(tài)規(guī)劃而高效地確定，從所述模型的底行開(kāi)始向上進(jìn)行，參見(jiàn)Bertsekas，“Dynamic Proramming and OptimalControl，”Athena Scientific，Belmont，Massachusetts，2000.volumes 1，pages 18-24。因?yàn)樗龅仔械臓顟B(tài)是最終的，表明所述?？磕Ｊ降慕Y(jié)束，我們?cè)O(shè)定其等候時(shí)間為零，即我們不關(guān)注最后?？恐罄鄯e的等候時(shí)間量。
在確定了全部狀態(tài)的等候時(shí)間之后，我們就能夠獲得從所述模型的初始狀態(tài)開(kāi)始整個(gè)模式T的累積等候時(shí)間。在所述一般情況下，如果在時(shí)間t＝0時(shí)在主樓層沒(méi)有轎廂，那么所述初始狀態(tài)永遠(yuǎn)是(C，0，0)。在時(shí)間t＝0時(shí)有一個(gè)或多個(gè)轎廂停靠在主樓層的特殊情況同樣不難應(yīng)對(duì)。在這種特殊情況下，所述起始狀態(tài)是時(shí)間(C-l，l，0)，其中l(wèi)是在主樓層之轎廂的數(shù)目，所述整個(gè)模式的遠(yuǎn)期衰減累積等候?yàn)檫@種起始狀態(tài)(SC-l，0)的等候時(shí)間。這樣就不必與所述一般情況區(qū)分而單獨(dú)應(yīng)對(duì)這種特殊情況。
以上介紹的過(guò)程根據(jù)把所述當(dāng)前召喚201分配給轎廂i，i＝1，...，C的決策得出的每種?？磕Ｊ絋i219，提供了將來(lái)乘客114之預(yù)期累積衰減等候時(shí)間221的估計(jì)結(jié)果Viβ＝Vβ(Ti)。
同時(shí)，步驟210中的所述ESA-DP過(guò)程確定當(dāng)把所述召喚分配230給轎廂i，i＝1，...，C時(shí)，所述現(xiàn)有乘客211-213(包括發(fā)出所述召喚信號(hào)201的所述新乘客213)之累積非衰減等候時(shí)間211的估計(jì)結(jié)果Wi。
為了達(dá)到平衡現(xiàn)有乘客的等候211和將來(lái)乘客的等候221的最優(yōu)決策，結(jié)合230數(shù)值Viβ和Wi的兩個(gè)集合，以便確定調(diào)整后的等候時(shí)間231。
這兩種方法之間有顯著的差異等候乘客112和新乘客213的累積等候時(shí)間211Wi不衰減，而將來(lái)乘客214的累積等候衰減221衰減。
不僅如此，調(diào)度過(guò)程200的一個(gè)目標(biāo)是使平均等候時(shí)間最短，并非在某個(gè)區(qū)間上的累積等候時(shí)間。為了最優(yōu)化的目的，僅僅在對(duì)于全部可能的決策所述時(shí)間區(qū)間都相等時(shí)這兩種方法才能互換。
一般說(shuō)來(lái)，情況并非如此。對(duì)于每個(gè)轎廂，所述?？磕Ｊ讲痪哂邢嗤难永m(xù)區(qū)間。所以，所述調(diào)度過(guò)程200必須對(duì)等候時(shí)間及其累積等候時(shí)間進(jìn)行平均。
從所述累積等候時(shí)間Wi獲得現(xiàn)有乘客11-113的平均預(yù)期等候時(shí)間Wi211是順理成章的?，F(xiàn)有乘客11-113的數(shù)目總是為所述調(diào)度器所知曉，不取決于候選轎廂號(hào)i，所以Wi＝Wi/N。反之，從?？磕Ｊ?19的延續(xù)區(qū)間上累積衰減等候時(shí)間Viβ獲得將來(lái)乘客214的平均等候時(shí)間Vi221就不這么明顯了。
所述?？磕Ｊ降难永m(xù)區(qū)間TC已知。如果在主樓層的到達(dá)速率是λ，那么TC時(shí)間單位之內(nèi)到達(dá)者的預(yù)期數(shù)目就是λTC。不過(guò)，Vi除以λTC無(wú)意義，因?yàn)閂i已經(jīng)以衰減速率β衰減了。
衰減因子exp(-βt)卻是t時(shí)刻的平均權(quán)重。如果n(t)為t時(shí)刻到達(dá)乘客的預(yù)期瞬時(shí)數(shù)目，如同馬爾可夫模型的成本中的反映，那么Viβ=∫0TCeβtn(t)dt]]>表明在時(shí)間區(qū)間
期間到達(dá)乘客的預(yù)期累積加權(quán)數(shù)目。所以，量n‾=∫0TCeβtn(t)dt/∫0TCeβtdt]]>為這個(gè)區(qū)間之內(nèi)到達(dá)之將來(lái)乘客的預(yù)期平均數(shù)目，由全部加權(quán)因子的積分和恰當(dāng)?shù)貧w一化。不僅如此，Little定律指出n＝λVl參見(jiàn)Cassandras et al.，“Introduction todiscrete event systems，”Kluwer Academic Publishers，Dordrecht，TheNetherlands，1999。這就最終產(chǎn)生了將來(lái)乘客的、時(shí)間歸一化的預(yù)期等候V‾i=Viββ/(λ-λe-βt).]]>已經(jīng)獲得了現(xiàn)有和將來(lái)乘客等候時(shí)間的可比較估計(jì)結(jié)果Wi211和Vi221，就把這些等候時(shí)間結(jié)合成單一的調(diào)整后等候時(shí)間231，例如利用權(quán)重0≤α≤1，使得所述調(diào)整后等候時(shí)間為αWi+(1-α)Vi。
現(xiàn)有和將來(lái)等候之間的平衡取決于所述系統(tǒng)能夠怎樣快地通過(guò)運(yùn)送乘客而使它自己擺脫目前的約束。
因此根據(jù)所述電梯系統(tǒng)的物理操作特征，能夠按經(jīng)驗(yàn)確定α的最優(yōu)值。我們發(fā)現(xiàn)，無(wú)論所述建筑物的高度和電梯井的數(shù)目如何，在區(qū)間
中的加權(quán)值都穩(wěn)定地產(chǎn)生可接受的結(jié)果。
本發(fā)明的效果與常規(guī)調(diào)度過(guò)程相比，本文介紹的系統(tǒng)和方法能夠顯著縮短等候時(shí)間，節(jié)省的范圍是5％-55％。這些改進(jìn)歸功于對(duì)將來(lái)乘客的預(yù)測(cè)。典型情況下，上行高峰客流量中的電梯性能確定了建筑物需要的電梯井?dāng)?shù)目。使用建筑物中安裝電梯的標(biāo)準(zhǔn)原則，本發(fā)明往往能夠使中高層和超高層寫(xiě)字樓所需的電梯井?dāng)?shù)目減少一座，同時(shí)仍然提供優(yōu)越的服務(wù)。對(duì)于中等規(guī)模的建筑物，如25-30層，每臺(tái)電梯的成本可能是大約$200,000。減少電梯并不僅降低了建筑物的成本，而且也降低了維持成本，同時(shí)增加了可用的樓層空間。
雖然已經(jīng)利用優(yōu)選實(shí)施例的實(shí)例介紹了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解，在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍之內(nèi)可以作出多種其他的適應(yīng)和修改。所以，所附帶的權(quán)利要求書(shū)的目的就是包括在本發(fā)明真正的實(shí)質(zhì)和范圍之內(nèi)出現(xiàn)的全部此類變化和修改。
權(quán)利要求
1.用于調(diào)度建筑物中電梯系統(tǒng)的多個(gè)轎廂的方法，包括接收召喚；根據(jù)所述電梯系統(tǒng)的將來(lái)狀態(tài)，對(duì)于每個(gè)轎廂，如果所述轎廂被分配為服務(wù)于所述召喚，確定全體現(xiàn)有乘客的第一等候時(shí)間；根據(jù)所述多個(gè)轎廂的?？磕Ｊ?，對(duì)于每個(gè)轎廂，如果所述轎廂被分配為服務(wù)于所述召喚，確定將來(lái)乘客的第二等候時(shí)間；對(duì)于每個(gè)轎廂，結(jié)合所述第一和第二等候時(shí)間以產(chǎn)生調(diào)整后的等候時(shí)間；以及分配具有最短的調(diào)整后等候時(shí)間的具體轎廂服務(wù)于所述召喚并使全體乘客的平均等候時(shí)間最短。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述現(xiàn)有乘客包括所述多個(gè)轎廂中的若干乘用乘客，具有已知到達(dá)時(shí)間、到達(dá)樓層和目的地樓層；分配給所述多個(gè)轎廂的若干等候乘客，具有已知到達(dá)時(shí)間、到達(dá)樓層和行進(jìn)方向；以及發(fā)出所述召喚信號(hào)的新乘客，全體乘客包括所述現(xiàn)有和將來(lái)乘客。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述確定所述第一等候時(shí)間進(jìn)一步包括對(duì)成本函數(shù)求值，以便確定每種將來(lái)狀態(tài)的成本；以及分配特定轎廂，它關(guān)聯(lián)到具有最低成本的一組狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，主要數(shù)目的所述將來(lái)乘客在上行高峰客流量期間到達(dá)選定的樓層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，在選定的樓層電梯轎廂的?？磕Ｊ绞窍蛄恐档碾S機(jī)變量T，在全部可能的停靠模式T的空間上具有概率分布P(T)，T∈T。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中，全部可能的?？磕Ｊ饺Q于所述多個(gè)轎廂的停靠時(shí)間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，為最近將來(lái)時(shí)間區(qū)間確定所述?？磕Ｊ健?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中，所述最近將來(lái)時(shí)間區(qū)間是所述多個(gè)轎廂從所述建筑物的主樓層起往返行程所用的平均時(shí)間。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中，遠(yuǎn)期將來(lái)時(shí)間區(qū)間t的停靠模式由exp(-βt)衰減，其中β＞0為衰減因子。
10.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中，將來(lái)乘客按照帶有速率λ的泊松過(guò)程到達(dá)所述主樓層。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，由具有多個(gè)狀態(tài)和轉(zhuǎn)換的半馬爾可夫鏈模擬所述?？磕Ｊ健?br> 12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，所述第一等候時(shí)間W和第二等候時(shí)間V按照αW+(1-α)V結(jié)合，其中α為范圍0≤α≤1中的權(quán)重。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中，最優(yōu)權(quán)重α在區(qū)間
中。
14.根據(jù)權(quán)利要求4或5的方法，其中所述選定的樓層是所述建筑物的主樓層。
15.一種電梯調(diào)度器，用于調(diào)度建筑物中電梯系統(tǒng)的多個(gè)轎廂，包括接收召喚的裝置；根據(jù)所述電梯系統(tǒng)的將來(lái)狀態(tài)，對(duì)于每個(gè)轎廂，如果所述轎廂被分配為服務(wù)于所述召喚，確定全體現(xiàn)有乘客的第一等候時(shí)間的裝置；根據(jù)所述多個(gè)轎廂的?？磕Ｊ?，對(duì)于每個(gè)轎廂，如果所述轎廂被分配為服務(wù)于所述召喚，確定將來(lái)乘客的第二等候時(shí)間的裝置；對(duì)于每個(gè)轎廂，結(jié)合所述第一和第二等候時(shí)間以產(chǎn)生調(diào)整后的等候時(shí)間的裝置；以及分配具有最短的調(diào)整后等候時(shí)間的具體轎廂服務(wù)于所述召喚并使全體乘客的平均等候時(shí)間最短的裝置。
全文摘要
一種調(diào)度建筑物中電梯系統(tǒng)的若干轎廂的方法。無(wú)論何時(shí)只要有新到達(dá)的乘客按下向上或向下按鈕以產(chǎn)生服務(wù)召喚，就開(kāi)始執(zhí)行所述方法。根據(jù)所述電梯系統(tǒng)的將來(lái)狀態(tài)，對(duì)于每個(gè)轎廂，如果所述轎廂被分配為服務(wù)于所述召喚，確定全體現(xiàn)有乘客的第一等候時(shí)間。根據(jù)所述若干轎廂的?？磕Ｊ?，對(duì)于每個(gè)轎廂，如果所述轎廂被分配為服務(wù)于所述召喚，確定將來(lái)乘客的第二等候時(shí)間。對(duì)于每個(gè)轎廂，結(jié)合所述第一和第二等候時(shí)間以產(chǎn)生調(diào)整后的等候時(shí)間，所述方法結(jié)束于分配具有最短的調(diào)整后等候時(shí)間的具體轎廂服務(wù)于所述召喚并使全體乘客的平均等候時(shí)間最短。
文檔編號(hào)B66B1/18GK1705610SQ20048000128
公開(kāi)日2005年12月7日 申請(qǐng)日期2004年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月24日
發(fā)明者丹尼爾·N.·尼科沃思克, 馬修·E.·布拉恩德 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社