Скрытая наука лифтов

Насколько мощные алгоритмы решают, когда кабина лифта, наконец, приедет за вами.



Вы подходите к лифту, нажимаете кнопку и ждёте. Ждёте. И ждёте…

Есть веская причина, по которой лифт заставляет вас ждать. И это не кармическая расплата за то, что не вернули ножницы своему соседу. Каждое нажатие кнопки ставит перед лифтом кучу вычислительных задач. Лифтовая система должна решить, какую кабину отправить за вами и когда. Она должна решить, подняться ли с пятого этажа, чтобы забрать людей на седьмом, прежде чем спуститься в фойе и отреагировать на ваш вызов. Он должен учитывать, кто ждёт дольше и какой из множества путей является наиболее эффективным и наименее болезненным для всех. Движение лифта – сложный, деликатный танец, и мы не можем не склониться перед инженерами, которые ставят всю эту хореографию.

Маршрут лифта не всегда был столь сложным. Самые ранние электрические лифты управлялись людьми. Сотрудник, который находился внутри, вёл лифт вверх и вниз при помощи дроссельной заслонки, останавливаясь там, где он или диспетчер видел ожидающего пассажира. Но люди были неуклюжими, дорогими и склонными к забастовкам. К 1950-м годам электрические выключатели взяли верх.




Чтобы лифты стали самостоятельными, инженеры должны были прописать правила. Самый простой способ состоял в том, чтобы лифты перемещались туда-сюда между определёнными этажами с запланированными интервалами. Это было похоже на автобус; вы ждали кабину в 15:10, чтобы подняться на 10-й этаж, а оттуда спуститься вниз. Это, конечно же, было крайне неэффективно. Во время оживлённых часов кабины лифтов отнимали у людей драгоценное время, следуя расписанию. В обычное же время они совершали бессмысленные передвижения.

К 1965 году инженеры лифтов остановились на модели, которую мы все знаем и любим, а иногда и ненавидим: пассажиры нажимают кнопки для вызова лифтов, которые, в свою очередь, отвечают на эти запросы. Но здесь всё становится сложнее. Поскольку запросы с различных этажей здания накапливаются, как лифт решает, куда ехать?

Индекс боли

Что такое идеальная система лифта? Служит ли он человеку, который ждёт дольше всех? Или всегда едет на ближайший вызов? Когда он делает компромисс между быстрым обслуживанием и снижением потребления энергии?

Лифтовые инженеры борются со всеми этими вопросами, и ни один из них не так прост, как кажется. Очевидно, что лифт должен пытаться сократить время передвижения. Но как ему подстроиться под вас? Если вы подождёте минуту, а не 20 секунд, пока кабина приедет, это хуже в три раза, или, возможно, в шесть или даже девять? Даже самая основная из этих целей не является данностью.

Иногда бывает лучше, если поездка пассажира длится дольше. Представьте два сценария: в первом лифт прибывает за 10 секунд, но тратит минуту, чтобы доставить вас до места назначения, а во втором каждый этап занимает 30 секунд. Многие люди находят ожидание настолько болезненным, что они предпочли бы первый вариант, даже если бы они достигли места назначения на 10 секунд позже. Таким образом, некоторые лифты ориентируются не по времени, а по индексу боли, в соответствии с которым компьютерная система взвешивает ужасность каждого вида задержки.

Ещё больше усложняют дело многочисленные ограничения лифта. У него есть физические ограничения на скорость, и у него есть только секунда или две, чтобы выбрать свой следующий шаг. Он также не должен делать ничего, что серьёзным образом разозлит пассажиров, например, проезжать мимо чьего-то желаемого этажа без остановки. Хорошая система способна сбалансировать все эти цели и заботы.

Алгоритм лифта

Самый ранний и простой разумный подход к диспетчеризации лифта всё ещё удивительно распространён. Известный как «коллективный контроль», или просто «алгоритм лифта», он состоит из двух правил:

1) Пока есть кто-то внутри или в ожидании лифта, кто хочет ехать в текущем направлении, продолжать двигаться в этом направлении.

2) Как только лифт исчерпал запросы в своём текущем направлении, переключить направление, если есть запрос в другом направлении. В противном случае остановиться и дожидаться вызова.

Вот почему в вашем типичном лифтовом отсеке есть кнопки вызова вверх и вниз: кабина, которая уже направляется наверх, может остановиться и забрать любого, кому нужно подняться. Эта политика не учитывает большинства факторов, упомянутых ранее, но это неплохо для начала. Алгоритм лифта прост в использовании и довольно энергоэффективен, и каждый получает лифт в течение одной поездки туда и обратно. (Тот же самый алгоритм управляет головкой чтения/записи на многих жёстких дисках.)




Небольшие офисные и многоквартирные здания, которым не нужно выжимать всю эффективность из лифтов, как правило, используют этот простой подход. Однако в больших зданиях коллективный контроль начинает вызывать проблемы. Лифт обслуживает средние этажи каждый раз, когда он проезжает мимо, но он никогда не остановится на цокольном этаже на своём пути к седьмому. Так что ожидание на самом верху и в самом низу, в местах, наиболее нуждающихся в лифтах, может быть кошмаром.



Что ещё более важно, в больших зданиях обычно есть несколько лифтов, а не один. Если каждый из них следует лифтовому алгоритму, то при интенсивном движении лифты начинают соревноваться друг с другом. И они собираются в середине здания, потенциально даже обслуживая одни и те же вызовы дважды.



Чтобы справиться с этими проблемами, инженеры разработали множество трюков. Если кабина 1 направляется вверх, кабина 2 должна обрабатывать вызов из фойе. Кроме того, лифты могут быть отнесены к определённым группам этажей. Вы также, возможно, видели лифты, которые стоят в фойе с широко открытыми дверьми. Это стратегия, согласно которой простаивающие лифты возвращаются на самый востребованный этаж. Благодаря прогнозированию движения и мониторингу в реальном времени лифты могут переключаться между стратегиями, чтобы адаптироваться к утренней или деловой спешке.

Сложность вычислений

Событие, которое в действительности привело к программированию лифтов, произошёл в 1970-х годах, когда на сцену вышли перепрограммируемые компьютеры. Если у кого-то была новая стратегия маршрутизации лифта, им больше не нужно было ждать возведения здания. Вместо этого они могли протестировать свои идеи с помощью программного моделирования.

Шквал новых алгоритмов обрушился на шахты. Одна из стратегий, которая до сих пор популярна сегодня, называется «контроль расчётного времени прибытия». По сути, компьютер учитывает все кабины, движущиеся к вызову, и назначает ту, которая, по его мнению, доберётся туда быстрее всего. Ещё одной отличительной особенностью было всегда передавать самый срочный вызов кабине, которая обеспечит наилучший результат для того или иного пассажира: минимизирует время в пути, использует наименьшее количество энергии или сделает то, что было приоритетным для дизайнеров. Вершиной компьютеризированного управления является диспетчеризация места назначения, которую вы можете испытать, если посетите небоскрёбы, построенные или модернизированные, начиная с 1990-х годов. В этих зданиях, вместо того чтобы просто нажимать кнопки «Вверх» или «Вниз», вы вводите этаж, на который вас нужно доставить, и вам говорят, какой лифт приедет, чтобы отвезти вас туда.

Наука о лифтах




Поскольку эти системы точно знают, куда вам нужно, они приближаются к идеальной эффективности. Люди, направляющиеся на один этаж, сбиваются в кучу, превращая каждый лифт в экспресс. Следовательно, вам, возможно, придётся дольше ждать, поэтому системы диспетчеризации места назначения часто меняют свои приоритеты в зависимости от времени суток. Во время утренних часов, когда чистая вместимость является ключевой, вы будете чуть дольше ждать, чтобы система смогла уменьшить общее время поездки. Во второй половине дня, когда меньшее количество людей едет в одно и то же время, они могут позволить себе забрать вас раньше, чтобы уменьшить душевные муки ожидания.

Со всеми этими вариантами стратегии инженеры сталкиваются с новой проблемой выбора наилучшего алгоритма. Одним из наиболее успешных подходов было позволить компьютеру принимать решения. Используя методы машинного обучения, инженеры могут указать, как выглядит успех, а затем позволить контроллеру лифта экспериментировать самостоятельно в симуляции. Всё время система проверяет состояние каждого моделируемого лифта и параметры каждого невыполненного запроса, решает, что делать, и измеряет результаты. Программное обеспечение в конечном итоге изучает политику для каждой комбинации факторов. С такими сложными политиками даже люди, которые создали программное обеспечение, часто не знают, почему оно делает то, что делает.

Специально для читателей моего блога Muz4in.Net – по материалам сайта popularmechanics.com

Copyright Muz4in.Net © - Данная новость принадлежит Muz4in.Net, и являются интеллектуальной собственностью блога, охраняется законом об авторском праве и не может быть использована где-либо без активной ссылки на источник. Подробнее читать - "об Авторстве"

Почитать ещё:

• Первая в мире автокатастрофа со смертельным исходом
• Метеорная радиосвязь
• Zenith Flash-Matic – первый беспроводной пульт для телевизора
• Водный компьютер Владимира Лукьянова