编者按：群梯控制关键是满足乘客生理、心理上承受力与舒适感，有效地解决高层建筑物内大量电梯地运营,寻求最优的设计方案,调度多部（十台以上）电梯群落，以提高其运行效率、服务质量及降低能耗,这将在电梯智能化上系统性地解决。
一、前言
群控是指将两台以上电梯组成一排，由一个专门的群控系统负责处理群内电梯的所有层站呼梯信号。群控系统可以是独立的，也可以隐含在每一个电梯控制系统中。群控系统和每一个电梯控制系统之间均有相互通信联系。根据群内每台电梯的楼层位置、已登记的指令信号、运行方向、电梯状态、轿内载荷等信息，实时将每一个层站呼梯信号分配给最适合的电梯去应答与服务，以最大程度地提高群内电梯运行效率。其系统，通常具有选配上下班高峰模式、特别楼层服务、分散待梯等，多种满足特殊场合使用要求的操作功能及应用。
我们知晓，电梯群控系统又叫电梯群管理系统,由硬件和软件两大部分组成。
硬件: 安装群控系统软件的电脑（或虚拟主机）、运营和操作装置，以及有关通讯线路等；
软件：运行在群控电脑中的软件，根据乘客的内外呼叫操纵和电梯实时运行情况，对电梯群进行优化计算与调度的程序。
二、群控系统现状
我国群控系统通常是外资掌控，这主要是由于我国自主研发的群控系统与国外还存在着较大的差距。国内企业生产的电梯速度通常低于3m/s，这样的电梯只能够在中层建筑物中使用，并不适用于高层建筑。因此，对我国电梯群控系统的应用也造成了严重的影响。从电梯群控系统的技术角度进行分析，国内的研究成就远远达不到国外的先进水平，核心技术方面也存在差距。由此，为促进我国电梯群控系统的发展，除了不断学习及引用国外先进技术外，更要立足于国内电梯工业企业不断创新，加快研发并完善其具有自主知识产权的群控技术及产品，有着重大而深远的现实意义。
当今的人工智能技术实为模糊逻辑控制理论和神经网络技术等组成，这些技术在群控系统中使用都能发挥出极大的优势。在现有5G等通讯技术高速发展过程中，将这些智能技术进行联系，加强多种技术之间的有机结合，能够使它们进行优势互补，针对群控系统控制功能的差异来设计相应的模块，从而在电梯群控系统中，对多种信息技术进行集成与应用，则其控制技术将成为电梯群控系统中一项重要技术突破。因此，加强对电梯运行有效控制，进而提高我国电梯的群控水平，才能确保电梯运行安全性，有效提升电梯整机性能。
下面简要介绍电梯群控管理系统在理论与实践中存在的相关现实问题。
在理论上有两点仍需突破:一是由于通讯系统的时运行的快捷性，导致电梯群控台数无法超过10台及以上。如某一商业大型写字楼需求15台电梯群控，企业能否满足其要求吗？另一点，乘客及物体进入轿厢时，其实际载客人数是模拟或评估的，而非数字式。此时，轿厢乘客人数能否做到数字化仿真而具体应用吗？目前来说，此两点为否定回答。
我们再看看现在电梯运行中，还有哪些常见问题存在或亟待需要解决的？
过站不停（电梯经过某一楼层，有呼叫也不停）；
等待时间过长，也不知道啥时能到；
电梯停靠太频繁，还不如走楼梯；
等等……
三、群控系统方案抉择
1.系统方案要求
纵观全局，电梯系统从微观来说，应由主机房、轿厢、内外呼、井道等各个部分组成的一个单一电梯控制系统。宏观来说，应有外部多台电梯组成的群控系统、电子安全监测系统及远程监控安全管理平台，共同组成了一个电梯的总控制系统。当电梯在这种复杂的工况及环境中能正常工作,必然要寻找一种可靠、快速而便利的通讯方式，来实现这几个系统之间的信号（数据）传输,只有这样，才能保证整个电梯系统安全而有效地运行。
2.群控系统的分析
电梯群控其实指对多台电梯进行的最优化调度,其复杂性是由电梯交通系统的固有特性所决定的,其动态特性具体表现在非线性、扰动性、不完备性和多目标性几个方面。
1）电梯交通系统的非线性
2）电梯交通系统的扰动性
3）电梯交通系统信息链的不完整性
4）电梯交通系统的多目标性
a. 平均候梯时间要求短
b. 平均乘梯时间要求短
c. 系统能耗要求低
d. 客流的输送能力要求高
e. 轿内拥挤度要求低（即乘梯的舒适度）
以上几点是群控系统的主要使用性能评价指标。由上可知，它是一个动态且多目标地控制系统。问题是该系统各个目标之间相互矛盾。如要求轿厢内的拥挤度较小，则会使其他乘客候梯时间增长等问题发生。所以，各个指标之间的相互平衡协调成为电梯群控系统控制的难点。
3. 客流量运行数据处理
电梯根据称重装置装载实际负载，给出相应启动电流，将其数字量传输到电梯控制系统中，由操作系统与虚拟主机进行整机运行功能处理及调节，使电梯控制变得平稳顺畅，其运行的舒适感达到最佳状态。
因此，对于高层建筑物客流量大，具有多台电梯参与运营，常会利用计算机实现电梯群落集中控制。为了使电梯运行达到最佳的调度状态，需对每台电梯的客流量或承载情况做统计分析，然后选择合适的群控调度等方式。随着物联网技术、AI技术及5G通讯等技术的成熟，以及相应传感器新技术及新工艺走向实用化，则为我们解决上述问题及要求提供了必要条件。所以，我们面对上述群控电梯的特点及标准等相关要求，在其安全正点运营的前提下，如何确保称重装置装置及其他部件与之配套，应考虑选用可靠性的设计方案。这是我们研究本课题面临所要解决的现实问题，以及本发明的理解和要点所在。
四、方案设计及布局
1. 系统交通模式识别分析
电梯群控系统交通模式识别，在群梯控制中是一项十分重要的环节，也是梯群控制的基础。没有群控系统交通模式识别的群控系统是不符合实际的，这样的群控调度不但不会提高电梯群对大厦的服务效率，反而会降低电梯的服务质量，增加电梯能耗。因为在不同的交通模式下采用适合的群控算法，可提高电梯系统的性能，即提高其服务的效率(处理能力)和质量(服务时间)。
下面分析其模式识别的功能及分类。
1）最大最小功能模式。
2）常见人流量模式
3）特定人流服务模式
在完成电梯群控系统交通模式识别后，还必须对不同的电梯交通模式进行控制算法的设计。根据交通流量的状态实时地切换实现不同算法，需要有一个实时的交通分析模块，以辨识当前的交通模式，然后切入到相应的算法中。
2. 群控系统调度算法
1）进化（遗传）算法应用
2）专家系统（规则）调度
3）模糊逻辑理论调度
4）神经网络技术调度
5）模糊神经网络调度
由上可见，电梯群控系统控制算法的多样性，是由于其多目标性、随机性、非线性的特性决定的，如果从不同的角度或者为了着重满足不同的性能指标的要求，电梯群控系统的控制算法就可以是多种多样的，有单一评价指标算法、有多目标控制算法等。
3. 基于领域知识的电梯动态优化设计
上述常规的群控算法，虽然实现方法各有优势，具有一定的实用性，但由于电梯群控系统控制的多目标性，以及电梯系统本身所固有的随机性和非线性等特点，其控制方法很难提高控制系统安全而快捷的总体效果。由此，本发明提出一种新技术下的电梯群控算法——即在5G网联数字化系统控制下，基于领域知识的电梯动态优化设计。
1）优化调度主要目标分析
本方案应综合选择三个控制目标:减小乘客平均候梯时间、减少乘客平均乘梯时间、降低系统运行能耗。即在保证候梯者与乘梯者都满意的前提下，有效地控制能量的消耗。
a. 乘客平均候梯时间——满足乘客的侯梯时间要少 (Waiting Time)，用W表示；
b. 乘客平均乘梯时间——使轿厢乘客的乘梯时间要短 (Short Ride Time)，用S表示；
c. 降低系统运行能耗——在一定时间内电梯运行次数减小 (Runing Numerical Count)，用R表示。
2）确定设计变量和约束条件
依据上述其模式识别的具体功能及分类，选用系统控制调度算法中的专家规则与模糊神经网络技术算法作为变量考虑。现根据群控系统的动态特性，针对性提出如下相应约束条件：
a. 最大最小功能作为基本要求，即就近平层模式，使候梯时间最短。用X1表示；
b. 以轿厢载荷量大小或人流量多少落实常见人流量模式运行。用X2表示；
c. 按楼层呼梯信号，满足乘客平均候梯时间为最小。用X3表示；
d. 在人机界面下操作信号自动转为特定人流服务模式。用X4表示；
e. 已满载的电梯不再被分配。且满载电梯到达服务层站时不应答停靠。用X5表示；
f. 单台轿厢按照集选控制方式运行。即运行方向的规则为同向优先，逆向记忆。同向服务完后，再转至逆向服务。用X6表示；
g. 在上/下行交通高峰交通状况下，其中1台或2台电梯不响应下/上层站召唤。用X7表示；
h. 处于故障状态或检修中的电梯从梯群中撤出，不再参加分配。用X8表示。
3）数学模型的优化设计
上述电梯群控系统的控制，其动态优化设计问题化为如下数学模型：
设计变量：
目标函数：极小化
（i = 1,2,3,4,....n）
Xj为权重系数，X∈(0,1)，其大小依次为X1>X2>X3。
满足约束条件：if{电梯j有该层外呼同层的内指令，且j不等于1；and CD(j)<=CD(i)，or CD(j)<=0.5}
then i梯作为该外呼指令的预响应梯。
即有：
4. 多目标优化调度算法
根据上述电梯群控系统数学模型的优化设计，针对其控制算法的多样性，确定同时选用有多目标的混合控制算法。即在专家规则下，应用模糊神经网络的调度理论，在优化外呼指令(泛指厅外待梯人数)工况下，实施轿厢容积率与载荷率相结合的调度方法。
1）模糊神经网络调度分析
2）建立优化调度评定函数
当有一台i电梯被应召时，应同时综合考虑几个目标值。下面分析以一个目标评定函数中，将几个目标值进行综合判定。因评定函数也是多目标制算法的模型，其评定函数构建如下:
Fi = Y1Ei+Y2Ni ...............................（4）
其中 Fi -- 评定函数，表示第i台电梯响应某个层站召唤信号的判定度，i=1-n (n为电梯台数)；
Yj -- 权重系数，Y∈(0,1)，当Y=1时，Yj:表明了对其2个评定指标的不同侧重的选择；
Ei--第i个电梯的E值（简称容积率）；
Ni--第i个电梯的N值（简称载荷率）。
如在j=1时，电梯进入人与物品混装的工况下,判断电梯是否应召时，以轿厢容积率为主要考虑因素，而轿厢载荷率为辅，则Ei的权重相对要大一些。当电梯处于上下班人流量高峰工况下，Ni的权重则应大一些，而Ei的权重则小一些。
3）确定设计变量和约束条件
依据上述模糊神经网络调度分析的方法，选用专家规则与模糊控制作为变量考虑。现针对电梯运行过程中的人流量动态特性，提出如下约束条件：
a. 在轿厢有效面积下，采取人均面积（0.12m2/人）与物品拟人均面积（0.12m2/人）之和，作为限载人数。用Y1表示；
b. 在轿厢有效面积下，采取人均载重量（75kg/人）的人头数之和，作为限载载重量。用Y2表示。
4）其数学模型的优化设计
上述电梯群控系统的优化调度算法，其动态优化设计问题可简化为如下数学模型：
设计变量：
.jpg)
目标函数：边界化
（i = 1,2,3,4,....n）
Yj为权重系数，X∈(0,1)，其大小依次为Y1>Y2。
满足约束条件：if{电梯j有该层外呼同层的内指令，且j不等于1；and CD(j)<=CD(i)，or CD(j)<=0.5}
then i梯作为该外呼指令的预响应梯。
即有：
5）轿厢容积率模糊算法
现进一步介绍模糊控制在轿厢有效面积（电梯标准规定）中人数及物品的应用。
在电梯的运行过程中，采取用数个压力传感器检测出电梯内具体的数字化重量。即通过总载荷值能直接得到电梯人数（按75kg/人）。在另一种状态时，乘客进入轿厢除了携带行李箱外，或还有货物同时进入的情况下，则人数失去准确度，容易得到错误的参数。有时，在此状态下超载量不够，造成人员拥挤，使乘客心理上产生不舒服感觉。下面分析此种状态下的模糊算法。
这里取成年人体重平均值75kg为基准，绘制一张电梯当前载重量对当前电梯内人数的隶属函数图，参见图1所示。
图1 人体重隶属函数图
图2 人数与物品的隶属函数图
对于轿厢附加若干人及物品时，此刻就不能肯定电梯中的人数，先得到至少存在的乘客，再判断模糊区域，相加之后为预估乘客数量。由此，将模糊集改为轿厢容积率来处理。即将人数与物品按0.12m2/人作为一个变量来计算，以轿厢有效面积作为限定变量数。因此，本发明在轿厢中配置一轿厢监控装置，用于对乘客及物品进入轿厢时，当轿厢关闭时的实时面积扫描，以此确定具体人数与物品所占面积。具体功能详见下面轿厢乘客监控装置说明（参见本企业发明专利：202111575491.9）。
对于一个以轿厢容积率的两个变量，转化为只有一个变量的直线方程来说，当前电梯内人数与物品的隶属函数图像，可以简化为上图2所示。
5. 群控系统组成与硬件
通过上面电梯群控系统的模式识别控制和优化调度算法，展开了其动态优化设计各数学模型的建立，并确立了其约束条件，这为群控系统软件程序的编制做好了扎实地铺垫。下面进一步安排群控系统组成与硬件布局。
1）系统组成结构框图
图3所示为电梯群控系统，为本发明构思的硬件总体结构图。图中即为n台电梯组成的群控系统。从图中可以看出，整个群控系统大致可分成七个组成部分：虚拟主机、群控控制器、各单梯控制器、外召系统、内呼系统、执行电子元器件（含称重装置）和轿厢（含双目探测头装置）等。
群控控制器通过采集厅召、内呼、电梯运行状态信息（如轿厢载荷量及人数）等电梯系统的实时信号，依据设定的群梯控制原则，虚拟主机进行边缘运算（逻辑等）后，将计算数据输入群梯控制器，而后将指令分别输出给各单梯控制器，各控制器再通过相关执行元件，使电梯群获得最优调度。
下面对本发明在应用层面的功能介绍与相关子系统的配置：
2）功能的构成与配置
图3 群控系统总体结构图
电梯群通常应具备下列装置：
a.与乘客相互通讯的装置；
b.与“大楼服务设施（乘客上下的大厅与各层站、轿厢内、机房及大楼管理员监控室等）”之间的通讯装置。
本发明电梯群对前述这些人机通讯装置，添加及补充了几种功能，从而提高了电梯有效使用率与可靠性，使乘客使用电梯更为便捷与安全。同时，增进了向乘客提供信息的功能，加强了大楼的信息传递与畅通。
（1）与乘客的通讯功能
这些装置设置于图4所示的候梯厅和图5所示的轿厢内，其功能使乘客与电梯之间进行高密度的信息交换，使人机两者动作配合协调。
先对具备向乘客提供信息功能的子系统及装置加以解说。
图4 候梯厅
图5 轿厢内
图4所示的“大楼层站信息子系统”和图5所示的“轿厢运行信息子系统”。在候梯厅及轿厢内的显示屏上显示电梯运营信息、大楼电梯信息及其他信息等，乘客看到这些信息时，能正确使用电梯。并得到有益的信息。
图4与图5所示的“待时与音响预报子系统”。待时预报信息以图示动态形式，显示轿厢到站所需时间（预测等待时间），乘客看了就一目了然，并耐心等待。而音响预报信息可唤起乘客的注意力，利用音响作为信息传递的介质。即从候梯厅及轿厢内的扬声器发出声音，告知电梯运行方向及到站情况。
图4所示的“预选层站子系统”，根据设于图5轿厢在乘客进出入状态下，双目探测头将摄像的候梯厅乘客图像，分析乘客候梯人流量情况，对已检出拥挤情况的楼层候梯厅优先分配电梯，尽快解决乘客拥挤情况，缓解乘客焦虑情绪。这里需要说明的一点，通常只在基站大厅安装厅外预选层装置的登记板上登记，而其他楼层只有召唤登记。当然，对于特定楼层（如会议室或餐厅等）可设置“预选层站子系统”的厅外预选层装置。
（2）与大楼设施通讯的功能
对高度信息化社会的大楼来说，安全是重要课题。电梯群控系统备有“特定人流召唤子系统”，该系统能登记大楼管理员室层站及工作人员层站等特定的召唤。并限制乘客，可分为六种服务方式：
a. 特别楼层服务；
b. 独立操作服务；
c. 分散备用控制；
d. 紧急电源操作；
e. 隔层停靠服务；
f. 故障备份操作。
可见，上述服务操作，能发挥特定人流召唤子系统的功能，可限定特定层站的交通，加强大楼安全性与私密性。
3）系统构成和运作
电梯群控系统的各功能，通过相关显示器、CRT显示及人机界面操作等，具有特殊功能的设备及群控附加控制装置、操纵信号装置的系统来实现。
对于相关子系统及装置的主要构成及运作特点，除通常群控电梯具备外，现作出以下说明。
（1）信息显示功能
图6为信息显示系统构成图：一是候梯厅显示器。采用LED电子显示屏结构，具有亮度高、色彩饱和度高及使用寿命长等特色，使进入候梯厅的乘客一目了然。二是轿厢显示器，则可装在操纵箱上，同样配备LED电子显示屏，便于轿厢内乘客辨认。这些显示器上显示电梯运营信息、大楼电梯信息及其他信息等。
图7 图示层站指示灯
此外，在大楼管理员室配备的“电梯运营监控子系统”，该系统CRT也同步显示上述电梯运行情况及其他信息等。这样，便于大楼管理员随时了解及掌握大楼电梯运营状况。并及时作出处理与跟踪调度。
（2）待时预报功能
在图4“待时与音响预报子系统”，选用及时预报方式系统的群控附加待时显示功能。该功能用电梯群控附加控制装置，对已做过预报的轿厢到站预测待时进行运算，然后传送到设置于候梯厅的图示层站指示灯进行显示。
图示层站指示灯如图7所示，采用高清LED电子显示器，用跳跃式数字与箭头组成计时器型式。箭头上端及下端部分分别表示电梯上行或下行的层站指示灯，两端数字表示预测电梯上行或下行等待时间的信号灯。
乘客揿下候梯厅按钮时，处于为乘客服务状态的电梯信号灯点亮。此时，计时器就显示预测时间相应的数字。以后，随着时间的流逝，数字倒计时归1时，则轿厢到站。且层站指示灯开始闪烁，轿厢开门。
（3）厅外预选层装置
该装置不仅包括在基站门厅的附近设有选层按钮，还在其它层站设有上下行按钮。详见图8所示。并且，在轿厢中设有检查乘客进入轿厢的装置（包括称重装置及双目探测头装置）。
候梯厅的选层按钮被乘客揿按后，群控装置就登记出向层站，选层按钮点亮。然后，群控装置根据选层信息，分析候梯时间（心理方面），实现最佳群控调度，决定哪台轿厢为乘客服务。受命为乘客服务的轿厢，其控制装置用层站指示灯及谐音钟召唤乘客。当轿厢达到设有选层按钮的层站后，轿厢运行前方的去向按钮灯全部熄灭。当称重装置及双目探测头装置检出乘客进入轿厢的载荷或人数后，电梯控制装置再由群控装置登记的去向层中，将轿厢去向层作为召唤层，并全部进行自动登记，使轿厢内去向按钮灯点亮。
如上所述，如果在其他人流密集层站选用附加选层按钮，那么乘客在设有选层按钮的候梯厅内，只要揿按一次按钮，就可以前往自己要去的楼层，大大提高了群控功能及时疏散人群的效果。
图8 预选层站子系统构成
（4）厅外人流量监控功能
轿厢乘客监控子系统，该系统还具有厅外人流量监控作用。即同时具有两项功能的应用。
a. 电梯在开门状态下，轿厢双目探测头对厅外的乘客人流量进行扫描，将乘客流量预报给群梯控制器，及时进行优化调度。扫描后人流量检测处理过程，图9所示为厅外人流量混杂度检测处理程序框图。
但是，在此工况下，只能估算相关层站厅外的乘客流量数大小，因厅外人流是动态的。仅为电梯群控系统的人流量交通模式提供调度依据。
b. 在轿厢关门时，检测轿厢内乘客人数，因为轿厢载客人数设有限制数量。又当乘客进入携带物品时，则在两者的情况下，只能选用轿厢有效面积作为限制数量。由此，采取双目探测头的扫描获取轿厢的容积率，以此调度本电梯是否运行前方应召。
图10 厅外人流量混杂度检测处理程序框图
综上所述，本发明专利内容应包含执行上述各结构、电子元器件及数字传感器，在电梯运行过程中及功能的应用等软件程序。同时，其运行程序运用当今5G（含北斗地基增强型系统）通讯等技术，将电梯运行时相关数据链接进入集群式物联网交互运行及远程监控生态安全管理平台。
五、群控系统及优势
由上所述，本发明旨在通过以上电梯群控系统展开一系列装置的配套设计，以及相应运行程序的优化设计与调度算法，使电梯群控系统的总体构成的各子系统始终处于电梯在运行时，能实时运算和可靠地监管，避免出现“黑屏”或“爬窝”等现象，以确保乘客放心地使用。
本系统地发明，在电梯行业实际应用中，除了进一步完善了电梯群控系统的相应功能及作用外，而在于以智能数字化的形式，系统性解决了目前电梯行业所面临亟待解决的难点。可见，其优势及特点主要有如下几点：
1）对于轿厢乘客监控装置而言，它不是在候梯大厅设置，而是摄像头放置在轿厢内，可以检测到候梯厅乘客人流量大体信息，对其人多拥挤的基站或其他楼层实行优先调度服务，能解决乘客拥挤纷杂状况。
2）利用5G通讯低时延特点及人工智能技术等，不仅能确保十台以上电梯群落高可靠地运行，从而将电梯运营安全指数大大提升。
3）采用数字电路技术，电梯群控系统中待时与音响预报子系统，既能在层站指示灯上及时预报待时数字式动态显示功能。也能在候梯厅显示器与轿厢显示器上，显示电梯运营信息、大楼电梯信息及其他信息等。同时，在候梯厅的登记箱、层站召唤箱以及轿厢内配置音响，其声音信息有运行方向信息、到站信息及指导信息等。
4）由于对群控系统展开了模糊神经网络调度优化设计，选用专家规则与模糊控制作为变量考虑，针对电梯运行过程中的人流量进行动态特性量化评定，则有效控制了轿厢内挤满乘客的状况。
5）对电梯群控系统运行交通模式，提出的基于领域知识的电梯动态优化设计，不仅能保证有一个足够短的候梯时间让乘客满意，还能有效地控制乘梯时间。并且在限制拥挤度、控制能量损耗等方面具有卓有成效的表现。
此外，当电梯群控系统现今存在的问题，采用数字化处理或解决时，使电梯网联控制智能化才能链接进入电梯远程监控安全生态管理平台，以及电子系统安全自动监测平台将成为现实。只有这样，将使我国庞大的电梯群落安全运营确保无虞，以及能有效满足老百姓乘梯时安全感及舒适感。
本发明已申报国家发明专利。其发明专利号为：202310404887.X。
吴哲 2024年12月22日整理于益阳
