一种基于最小加权时间距离的电梯救援站点最优选址方法与流程

本发明涉及电梯维护技术领域以及寻址技术，为一种基于最小加权时间距离的电梯救援站点最优选址方法。

背景技术：

电梯是我们日常生活中不可缺少的垂直交通工具，随着城市的发展，电梯的普及程度也越来越广泛。但伴随的是电梯安全故障所引发甚至造成人员伤亡的事件数量的增加，所以电梯维保工作的重要性日益明显。当电梯故障发生时，维保人员如何快速到达事故发生地点就显得尤为重要，对救援站点的正确选址可以使救援站点对维保范围内的电梯进行有效覆盖，实现派出维保人员到达维保范围内的各个电梯花费的平均时间最少，从而及时处理电梯故障。

对于单一选址的定量方法，常用的方法有负荷距离法(load-distance method)、网格法(Grid Method)、因素分析法和重心法(Center-of-gravity Approach)等等。现有的选址方法在衡量距离因素时采用的都是曼哈顿距离(两点之间直线距离)或是两点之间的道路距离，但这对于一个城市的实际交通情况并不适用，因为在城市交通中，地理位置上的距离并不能代表真正的远近。例如，市中心地理距离相近的两点与偏离市中心地理距离较远的两点相比较，前者车程所花费的时间可能比后者要多。且仅考虑时间因素是不够的，不同区域电梯数量发生事故概率都是不同的，现有的选址方法会出现从救援站点到达密集且事故高发的安装站点与数量少且基本无事故发生的安装站点时间均等这一种有缺陷的情况。故电梯的分布密集度，与电梯发生事故概率都应纳入选址方法所考虑的因素中。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种新的电梯救援站点的选址方法。实现了以时间距离为基础，电梯分布与故障率为权衡因素将电梯救援站点设立在救援效率最高处。

本发明的技术方案为：一种基于最小加权时间距离的电梯救援站点最优选址方法，包括如下步骤：

1)收集救援站点所需覆盖范围内所有的电梯位置数据；

2)统计每台电梯历史故障的次数，计算每个安装站点的电梯故障率，所述安装站点指根据电梯位置划分的电梯集合；

3)标出救援站点覆盖范围内，道路交通网络中所有可供机动车辆行驶的道路和交叉路口，以交叉路口为点，道路为边，构建地理道路网；

4)测量每两个存在道路连接的交叉路口之间的时间距离，即从一个路口驾车行驶到达另一个路口所花费的时间；

5)以每两个相连接的交叉路口之间的时间距离作为边的权值，结合地理道路网，构建出一张时间距离表示的时间道路网；

6)基于时间距离的时间道路网，结合安装站点的故障率和站点电梯数量计算得到加权时间距离；

7)在时间道路网中找到距所有安装站点平均加权时间距离最小的点，即为救援效率最高的点，该点即为最优的救援站点选取位置。

由于现有技术对电梯救援站点的选址方法存在的缺陷，无法考虑到行程时间、电梯分布密集度与历史故障率这些关键因素。本发明积极研究、设计了一种基于“时间距离”、“电梯数量”以及“电梯故障率”三大因素的加权时间距离，更加适用于城市中的选址方法，本发明综合考虑交通因素、电梯事故率与电梯分布的情况，选出到达维保范围内所有电梯效率最高的位置，满足救援时间、电梯分布以及发生事故概率综合情况下的救援需求，使紧急救援站点的设立地点更加符合实际情况。

附图说明

图1为整个选址方法的实施流程图。

图2为现实的道路图例。

图3为图2现实道路对应构建的道路网，边上的时间表示两个间行驶花费时间。

图4为电梯安装站点与对应路口的映射关系。

图5为电梯安装站点在道路网中标记方法。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述，但不作为对本发明的限定。

首先，对本发明的救援站点选址的方法的前提条件及涉及的部分名称进行解释如下：

1：本规划方法是在已知所有电梯安装地址的情况下在维保范围内选出救援站点建立的最佳位置。

2：基于城市内道路的特点，我们摒弃传统的曼哈顿距离，采取时间距离为度量。对于地图上的两点A、B，A与B之间的时间距离定义为T(A,B)＝A点到B点驾车行驶所花费的时间。

3：本方法采用图的存储结构表示道路网，用点表示交叉口，用边表示道路，把存在道路连接的交叉口用边连接起来即以图的方式表示道路网。图的结构可用三元组的方式存储于数据库中。

4：电梯安装站点代表着一个电梯集合，一个安装站点表示了一个小区、一个商场内所有电梯，到达故障电梯所属的安装站点即到达了该故障电梯最近位置。

5：将安装站点映射到其时间距离最近的路口上，或将电梯映射到距离其最近的边上，目的是为了将电梯在建立的道路网中标出。

6：加权时间距离表示在时间距离基础上加上电梯故障率与电梯数量两个因素的权重后得到的救援时间衡量指标。

具体实施步骤如下：

步骤1：获取救援站点覆盖范围内所有电梯的地理位置。可向电梯生产厂家查询其品牌的电梯安装地址，或人工测算每个电梯的经纬度坐标。将获得的电梯及其相应的经纬度坐标并存入数据库中。

步骤2：统计每台电梯发生故障的次数，再算出每个安装站点的电梯故障率.具体方法如下：

1)将地址相近的电梯做出划分，将整个救援站点维保范围内的电梯按照小区或商场等同一地址下的电梯划分为m个安装站点。

2)统计安装站点i内的电梯数量，记为N_i,i∈(1,2,...,m)。

3)安装站点i的经纬度可取其站点内电梯经纬度的均值表示，即

其中X、Y分别表示站点纬度、经度，x、y分别表示站点内每台电梯的纬度、经度。其中心点即加权平均值即为该安装站点的经纬度。

4)人工统计每个站点i内每台电梯j的历史故障次数，电梯j发生故障次数为(S_ij-1),其中(i∈1,2,…,m；j∈1,2,…,N_i)，S_ij表示站点i内电梯j的历史故障次数加一后的值。

5)安装站点i的故障率计算方法为：i∈(1,…,m)；j∈(1,2,…,N_i),P_i为安装站点故障率。(用S_ij作为故障次数来计算概率是为了防止P_i为0的情况出现)。

步骤3：标出救援站点覆盖范围内道路交通网络中所有可供机动车辆行驶道路的交叉路口的地理坐标。(因救援站点派出维保人员行动都是机动车辆搭载，故抽取的应是可供机动车行驶的道路网)。获得交叉路口坐标有以下方法：

1)人工现场测算经纬度；

2)若规划站点所在城市有公开城市交通数据则可直接从公开数据源导入数据；

3)利用在线地图服务，如百度、高德等，获取交叉口的位置。获得经纬坐标并存入数据库中。

获取交叉口(设共有K个路口)坐标以及地图数据后，以交叉口为点，将存在道路连接的交叉口两两相连构成一张道路网以图的结构存储在数据库中。附图2与图3分别表示原道路网和抽取后构成的道路网，其中点为路口，边为道路。

步骤4：测出所有相连接的交叉口之间的时间距离。测量时间距离有以下方法：

1)人工驾车测量每两个路口之间的行驶时间。

2)利用步骤2中获得的交叉口的地理坐标，利用在线地图服务，如百度、高德地图等，查询地图上两个经纬度坐标间的驾车行驶时间。

因不同时间段一条道路的拥堵程度不同，故时间距离也不同。可测量多个不同时间段的时间距离取平均值使道路网更加精确，例如测上下班道路车辆拥堵高峰时间段和其他正常时间段的行驶花费时间取平均值作为最终的时间距离。得到每条边的时间距离后存入数据库。

步骤5：由步骤3得到道路的时间距离后可以构建出时间距离的道路网。因步骤4得到的以图的结构表示的道路网只有交叉口与道路的关系，并未给边赋权值。有了时间距离后将每条道路行驶花费的时间作为相对应边的权值，存入数据库中。构建出一张以时间因素作为距离衡量标准的时间道路网。如附图3中所示，边上标注的时间即为该边所连接两点之间的时间距离。

步骤6：基于时间距离道路网，结合安装站点的故障率、站点电梯数量计算得到加权时间距离。具体方法如下：

1)因道路网在数据库中以图的结构存储，故可用Dijkstra算法或Floyd算法求出每两个路口之间的最短路径，因用时间距离表示边的权值则最短路径即为所求的最短到达时间。将求出每个路口到其他路口的最短到达时间存入数据库中。

2)到达故障电梯所属的站点的时间为我们所需考虑的，故将电梯安装站点在道路网中标记出。这里给出两种方法：

I.将电梯安装站点映射到与其时间距离最小的路口上，到达该路口即为到达了距安装站点最近的位置，并用路口表示站点位置，间接在道路网中标出。映射方法如下：

选择与电梯安装站点地理位置最近的N个路口，比较这些路口到安装站点花费时间距离(测量时间距离方法参考步骤5)。再从这N个路口中选出距电梯安装站点时间距离最小的作为站点映射的路口，在数据库内对该路口做标记，表示路口旁存在对应的电梯安装站点，如附图4所示，即将电梯位置在道路网中表示出来。

II.将电梯安装站点标注在与其时间距离最近的道路上，到了这条路上的该点即为到达了距电梯安装站点最近的位置，在道路网中将距电梯安装站点最近的边上做标记，方法如下：

选择与电梯安装站点地理位置最近的N条边，比较电梯安装站点到达这些边花费的时间距离(测量时间距离方法参考步骤5)。再从这N条边中选出距离电梯安装站点时间距离最小的边，过电梯安装站点位置作垂线与其相交点作为标记点代表电梯安装站点位置，如附图5所示，将该点位置存入数据库的道路网中，即将电梯安装站点在道路网中表示出来。

在上述两种方法中经过映射或标记后可将所有电梯一一映射到对应的路口上或标记在对应的道路上，故电梯安装站点位置也在构建的道路网内确定了。

3)基于到达时间距离，结合安装站点故障率与电梯数量进行计算，得到加权时间距离作为救援效率衡量指标，对原本时间距离进行修正方法如下：

救援站点的位置并非设立在平均到达所有电梯时间最短的地方最优，现实中电梯发生故障概率是不等的，电梯分布密度也是不等的，故采取在时间距离上乘以系数进行进一步修正得到加权时间距离。依照1)中最短到达时间表，每个路口k到达每个安装站点i的最短时间可表示为T_ki(k∈(1,2,…,K)i∈1,2,…,m)，对应站点i的故障概率可有步骤2得出P_i(i∈1,2,…,m)。故可根据如下公式计算出新的衡量救援效率的指标：

其中V_ki表示了从路口k到达电梯安装站点i的加权时间距离，从公式中可以看出同样的到达时间，电梯故障率越低、电梯数量越少加权时间距离会越小，故可将救援站点位置偏向于电梯密集且故障频发的地区。

步骤7：在道路网中找到距所有安装站点平均加权时间距离最小的点，即为救援效率最高的点，该点即为最优的救援站点选取位置，方法如下：

路口k到所有安装站点花费的平均加权时间是：求出每个路口到达所有安装站点的其中k∈(1,2,…,K)，从中找出的最小值，即求出时k所对应的路口，该路口即为救援站点救援效率最高的位置。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。