摘 要：針對電梯群控系統，本文提出了一種基于面向對象分析的設計與實現方法。在電梯群系統模型的基礎上給出了電梯群系統的層次劃分和基本類之間的關系。實際運行結果表明，提出的方法能顯著地提高系統性能指標。
關鍵字：電梯群控制系統，電梯群模型，面向對象
Abstract: For the elevator group control system, a designing and implementation method based on object-oriented analysis is proposed in this paper. Following the elevator group system model, the layer compartmentalization and the relationship between those basic classes of the system are discussed. It is proved in practice that this method can improve system performance indexes remarkably.
Keywords: EGCS，Elevator group model, Object-oriented
1 引言
隨著現代社會的發展，科學技術的進步，世界上出現了眾多的高層建筑和智能化建筑。電梯，作為高層大廈內部的一種交通重要，甚至是唯一的交通工具，其應用規模日益擴大、復雜化，人們對電梯系統的性能也提出了越來越高的要求，并且往往有多臺電梯在同時在同一幢建筑物內被使用。電梯群控系統（Elevator Group Control System: EGCS）正是應這樣一種需求而產生和發展的。
電梯群控制系統是一種對同一建筑物內部多臺電梯進行優化調度的系統，群控系統追求的目標是在給定的電梯設備空間內求得最優的調度方案，如最大的乘客輸送能力、盡可能短的乘客候梯時間和盡可能低的能耗等等。對電梯群的控制，一方面，工程技術人員在硬件上不斷改進電梯群控制系統的拓撲結構和群內梯間的通信方式，以爭取做到高速、可靠的調度控制和通信連接，另一方面，國內外的研究人員也從研究電梯交通系統的統計特性和動態特性入手，利用專家系統、人工神經網絡、模糊神經網絡、免疫算法等人工智能技術對電梯群控制系統進行建模，以期建立更為優化的控制算法對電梯群施以控制。
在電梯群控制系統的設計與實現方面，有一些方法被提了出來。例如分布式控制方法【1】，模糊神經網絡控制方法【2】，模糊專家系統控制方法【3】。而本文則提出了一種面向對象的電梯群控系統的設計與實現方法。
2 面向對象方法介紹
2.1 面向對象方法的特點
人們認識世界是以一種“面向對象”的方式進行的。客觀世界的問題都是由客觀世界的實體及客觀實體間的相互關系構成的。我們把客觀世界的實體稱為問題空間（問題域）的對象，而復雜的對象可以由相對比較簡單的對象以某種方式組成。
而傳統地，人們分析解決問題卻是以一種面向問題或者說面向過程的方式，分析過程不關心今后的設計和實現過程，系統的問題模型和設計模型之間沒有直接的聯系，是一種自頂向下，功能分解的方法。
面向對象方法的提出正是為了解決認識一個系統的過程和方法與分析、設計一個系統的過程和方法不一致這一問題。所謂對象，是指問題領域中，現實世界和具體的或抽象的事務，在面向對象的方法中，首先將問題分解為多個對象，然后對對象進行數據抽象以及在該數據集合上的操作集合，得到抽象數據類型（Abstract Data Type）【4】。對象一般至少具有一下的特征【4】【5】：
（1） 模塊性。一個對象事一個可以獨立存在的實體，通過功能接口與外界進行信息交換。
（2） 繼承和類比性。同屬某一分類的對象中下一層次的對象應具有上一層次的對象的某些屬性。
（3） 動態連接性。對象和對象之間應具有一種統一、方便、動態的連接和傳遞消息的能力和機制。
（4） 易維護性。對象功能的實現細節都會被隱藏在該對象的內部，因此，對象功能的完善或者修正都不會傳遞到對象外部，這就增強了整個系統的易維護性。
2.2 面向對象分析方法
在處理復雜問題域或系統任務時，抽象（abstraction）、封裝（encapsulation）、繼承（inheritance）、相關（association）、消息通信（communication with messages）、組織方法（method of organization）、比例（scale）和行為范疇（categories of behavior）等是通常的考慮原則。而面向對象法可以表示為：
面向對象法=對象+類+繼承+消息通信
面向對象分析是建立在信息模擬（實體關系圖和語義數據類型）和面向對象程序設計語言的概念基礎上的，如圖1所示【5】。
面向對象分析方法從信息模擬中吸取了屬性、關系、結構以及對象作為問題域中某些事物的實例的表示方法等概念;也從面向對象的程序設計語言中吸取了屬性和方法的封裝、屬性和方法作為一個不可分割的整體，以及分類結構和繼承性等概念。面向對象分析方法都是直接將問題域映射成模型的，在本文中，我們將之映射成一個群控電梯運行模型。
3 面向對象方法在電梯群控系統設計中的應用
3.1 電梯群控系統的分析
電梯群控系統是一類復雜的非線性動力系統，在時間和空間上具有離散性和隨機性。為了更好的研究電梯群控技術和檢驗群控算法的運行效果，首先應該建立電梯群控系統的數學模型。有多種理論和方法可以應用在建立電梯群控模型。在利用細胞自動機模型模擬電梯運動行為的基礎上，本文建立了完整的電梯群控系統模型。如圖2所示。
3.2 電梯群控系統的面向對象實現
圖2所示模型采用了Coad/Yourdon提出的面向對象分析（OOA）方法進行分析，用 Visual C++計算機編程語言進行程序編寫。根據上面陳述的面向對象分析原理，將整個模型分為類及對象層、屬性層和服務層、結構層和主題層五個層次。類及對象層描述待開發電梯群控系統的基本類模塊;屬性層定義類與對象的屬性;服務層定義對象的服務，即類的操作及其消息連接。圖3則給出電梯群控系統模型的基本類模塊關系圖。
圖3具體描述了系統模型中五大基本類的屬性、服務以及各個類模塊之間的關系。模型中各個類模塊通過消息傳遞進行通訊。由乘客（PASSENGER）按鍵產生的呼梯信號（CALL），被存入呼梯信號緩沖隊列（CALLQUEUE），將其中的外呼信號（Hall call）送入群控算法模塊（GROUP- CONTROL）進行派梯計算，把成功的派梯命令放入派梯隊列（ALLOCATION）并由分派的電梯（ELEVATOR）進行呼梯響應，電梯完成呼梯命令后對該次停梯進行信息記錄。尚未被分派的呼梯信號以及由于轎廂滿員、群控策略等原因造成的派梯失敗的呼梯信號仍然存放在緩沖隊列中，等待下次電梯分派計算。內呼信號（Car call）不需進行群控計算，而直接按照邏輯關系放入相應電梯的派梯隊列。細胞自動機模型對電梯行為的模擬在ALLOCATION 和ELEVATOR類中共同完成。
4 群控算法實際運行結果
以下表1是實際運行中檢驗得到的幾組數據的對比。
表1 群控運行效果比較
從表中我們可以看出，采用面向對象方法分析和實現的群控算法具有良好的效果，群控系統各評價指標都有明顯的改善和提高，最大待梯時間和長時間候梯率更是減少到原來的1/2強。
5 結論
針對作為一類復雜的非線性動力系統，在時間和空間上具有離散性和隨機性的電梯群控制系統這一問題域，本文提出了基于面向對象分析的一種分析和實現方法。在提出電梯群控模型的基礎上將群控系統分為5個層次，并給出了系統模型的基本類關系圖。運行結果表明，該用面向對象分析方法實現的電梯群控系統具有良好的實際應用效果。
本文作者創新點：在電梯群系統細胞自動機模型的基礎上給出并分析了電梯群系統的各基本類以及它們之間的關系。
參考文獻：
【1】 劉國才等，《電梯的分布式控制技術》，《測控技術》1999年18卷第6期;
【2】 ChangBum Kim，《Design and Implementation of aFuzzy Elevator Group Control System》，IEEE TRANSACTIONS ON SYSTEMS, MAN, AND CYBERNETICS —PART A: SYSTEMS AND HUMANS, VOL. 28, NO. 3, MAY 1998;
【3】 T. Ishikawa A. Miyauchi and M. Kaneko, 《Supervisory Control for Elevator Group by Using Fuzzy Expert System which also Addresses Traveling Time》，Proceedings of IEEE International Conference on Industrial Technology, vol. 2, pp. 87 - 94,2000;
【4】 仇芒仙，《面向對象程序設計方法》，《微計算機信息》，1996年01期;
【5】 汪成為，《面向對象分析、設計及應用》，北京：國防工業出版社，1992年，1-322;
