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Rückwärtsfahrten und Zielkontrolle

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Wie Rückwärtsfahrten die Zielkontrolle unterstützen können, wenn die Wahrnehmung und das Verhalten der Fahrgäste berücksichtigt werden

von Stefan Gerstenmeyer und Dr. Richard Peters

Dieser Artikel wurde erstmals auf dem Vierten Symposium on Lift & Escalator Technologies (www.liftsymposium.org) vor der Bearbeitung durch ELEVATOR WORLD. . . . Editor 

Wenn ein Fahrgast in einen Aufzug einsteigt, erwartet er, in Richtung seines Ziels gebracht zu werden. Eine Rückwärtsfahrt, bei der der Fahrgast zunächst aufgenommen wird, wenn der Ruf in Abwärtsrichtung erfolgt (oder umgekehrt), kann beunruhigend sein. Rückfahrten können mit der Zielsteuerung vermieden werden, allerdings nur, wenn das System Anrufe abweisen darf. Das Ablehnen von Anrufen mit einer „Kein Aufzug verfügbar, bitte versuchen Sie es später noch einmal“-Meldung oder Hinweis ist für Passagiere frustrierend. In diesem Artikel wird untersucht, warum Zielsteuerungssysteme (DCS) anfällig für Rückwärtsfahrten sind und wie sich die Aufzugsplanung auf dieses Problem auswirkt. Wenn die Annahme einer Rückwärtsfahrt der beste Kompromiss ist, kann eine geeignete Anzeige dazu beitragen, Verwirrung bei den Fahrgästen zu vermeiden. Die Zulassung von Rückwärtsfahrten hat Auswirkungen auf die Umschlagkapazität und die Servicequalität. Diese Faktoren werden mittels Simulation untersucht.

Hintergrund

Die Steuerung einer Aufzugsgruppe zur Bedienung registrierter Hallen- und Kabinenrufe kann in zwei Ebenen unterteilt werden.[1] Das Problem der Aufzugsabfertigung auf höherer Ebene kann als Zuordnungsproblem betrachtet werden. Die untere Ebene ist in sich geschlossen und wird traditionell mit kollektiver Kontrolle gelöst.[2] Die untere Ebene beschreibt den Steuerungsalgorithmus einer einzelnen Kabine, um ihre registrierten Anrufe basierend auf einer Reihe von Regeln und Einschränkungen zu bedienen:[2-4]

  • Umgehen Sie keinen Autoruf/das Ziel eines Passagiers
  • Fahrgäste nicht von ihrem Zielort wegbefördern
  • Halten Sie nur wegen eines Kabinen- oder Hallenrufs an einer Etage an

Diese Regeln mildern die psychologischen Aspekte, die die Fahrgäste empfinden, indem sie Rückwärtsfahrten und unnötige Blindstopps vermeiden. 

Rückwärtsfahrten in konventionellen Systemen

Rückwärtsfahrten sind mit konventioneller Kollektivsteuerung mit Auf- und Ab-Etagenruftasten nicht schwer zu vermeiden. EN 81-70 fordert Fahrtrichtungsanzeiger für konventionelle Steuerungen.[5] In den meisten Fällen wird die Kabinenzuordnung erst kurz vor der Ankunft einer Kabine im Haltestellenbereich bekannt gegeben: Auffahrende Fahrgäste steigen in die Kabine ein, wenn der Aufzug auf dem Weg nach oben mit leuchtender Aufwärtsanzeige anhält; Fahrgäste, die nach unten fahren, steigen in die Kabine ein, wenn der Aufzug auf dem Weg nach unten anhält und die Abwärtsanzeige leuchtet. Dadurch kann der gleichen Kabine sowohl ein Aufwärts- als auch ein Abwärtsruf auf derselben Etage zugewiesen werden, ohne dass es zu Rückwärtsfahrten kommt. 

Rückfahrten kommen vor, jedoch nur, wenn Fahrgäste die Ansage nicht erkennen oder bewusst eine Rückfahrt wählen. Manchmal kann die Wahl einer umgekehrten Fahrt zu einer kürzeren Zeit bis zum Ziel führen, und dies wurde von den Passagieren in stark belasteten Systemen erkannt. Einige Passagiere drücken beide Druckknöpfe in der Hoffnung auf eine schnellere Ankunft des Autos. Manchmal betreten Fahrgäste einen Aufzug, obwohl er die Gegenrichtung ankündigt. In diesen Fällen steigen die Fahrgäste entweder in dem Wissen ein, dass sie letztendlich ihr Ziel erreichen werden, oder sie sehen/verstehen die Ansage nicht. 

Rückwärtsfahrten in DCSes

Bei DCS wählt der Fahrgast die Etage, zu der er fährt, und erhält sofort die Anweisung, welchen Wagen er benutzen soll. Jeder Aufzugseingang muss einzeln gekennzeichnet werden, um leicht identifiziert zu werden.[5] Wenn das Auto ankommt, werden keine Richtungsinformationen bereitgestellt. Da die Fahrgäste vor dem zugewiesenen Aufzug warten, werden Hallengongs und Laternen nicht benötigt.[6] Einige Installationen enthalten Indikatoren, die den Fahrgästen versichern, dass sie vor dem richtigen Auto für ihr Ziel warten. Wenn das Auto ankommt, ist es normal, dass die geplanten Haltestellen im Auto angezeigt werden.

Rückfahrten können mit der Zielsteuerung vermieden werden, allerdings nur, wenn das System Anrufe abweisen darf.[7] Das Ablehnen von Anrufen, auch wenn die Meldung „Kein Aufzug verfügbar, bitte versuchen Sie es später erneut“ angezeigt wird, ist für die Fahrgäste frustrierend. Es kann auch zu einer deutlichen Verlängerung der Wartezeiten führen. Aus diesen Gründen erlauben die Entwickler und Konfiguratoren von Fahrdienstleitern manchmal auch Rückwärtsfahrten.

Reverse Journey-Szenarien

Abbildung 1 zeigt drei separate Szenarien, in denen das Akzeptieren einer neuen Zuweisung eine Rückfahrt zur Folge hat. In Szenario A und C bewirkt der neue Anruf eine Rückfahrt für bestehende Passagiere. Szenario B bewirkt eine Rückfahrt für den neuen Anruf. Im Szenario C wird die Rückfahrt durch die Kombination von drei Anrufen verursacht. 

Einige Systeme können zweimal auf derselben Etage anhalten. In Szenario A könnte der Aufzug beispielsweise im Erdgeschoss sowohl in Abwärts- als auch in Aufwärtsrichtung halten. Da die Fahrgäste beim Öffnen der Türen jedoch unabhängig von Fahrtrichtungsanzeigern in den zugewiesenen Aufzug einsteigen, ist in der Praxis der zweite Halt nicht erforderlich und kann vermieden werden. Es sollte jedoch Platz im Auto für Passagiere berücksichtigt werden, die ihre Reisezeit in der falschen Richtung beginnen.

In vielen Fällen kann die Rückfahrt einfach durch die Wahl eines anderen Autos vermieden werden. Eine Kombination der beschriebenen Szenarien führt jedoch zu Zeiten, in denen entweder die Rückfahrt akzeptiert oder Anrufe mit der Meldung „keine Mitfahrgelegenheit, bitte versuchen Sie es später noch einmal“ abgelehnt werden. Dies ist in Abbildung 2 für zwei Aufzüge dargestellt, tritt aber auch bei größeren Gruppen auf, wenn mehr Rufe vorliegen.

Stornierungen und Performance

Wenn DCS gesättigt sind,[9] nicht alle Passagiere eine sofortige Zuteilung erhalten,[8] und das System lehnt Anrufe ab. Der Ausschluss von Zuweisungen, die Rückfahrten verursachen, schränkt die Möglichkeiten des Disponenten ein und macht Verweigerungen bei geringerer Nachfrage vor der Sättigung wahrscheinlicher. Verweigerungen sind für Fahrgäste irritierender als Rückfahrten.[7] Daher sollte die Möglichkeit in Betracht gezogen werden, Rückfahrten zuzulassen. 

Die Hubleistung wurde in DCS verglichen, in denen Rückwärtsfahrten zulässig sind und nicht; es zeigte sich, dass die Ergebnisse für die durchschnittliche Zeit bis zum Zielort besser sind[10] wenn Rückfahrten erlaubt sind. Die Arbeit basierte jedoch auf einem Einzelwagenbetrieb und geht nicht auf das Dispatching-Problem ein. 

In diesem Artikel wird die Auswirkung von Rückwärtsfahrten auf eine Aufzugsgruppe betrachtet, wobei der Algorithmus Estimated Time to Dispatch (ETD) angewendet wird.[11] Das Beispielgebäude verfügt über sechs Aufzüge mit einer Tragfähigkeit von 1600 kg und einer Geschwindigkeit von 2.5 mps, die 14 Stockwerke über der/den Eingangsebene(n) mit einer Bevölkerung von 60 Personen pro Stockwerk (20 Personen im obersten Stockwerk) bedienen. Der Einfachheit halber basieren die ersten Ergebnisse auf einem 4-Stunden-Test. Simulation mit konstantem Verkehrsbedarf von 12 % der Bevölkerung pro 5 min.

Rückwärtsfahrten in Bürogebäuden

Morgen-Up-Peak

In einem Bürogebäude wird der Verkehr während der morgendlichen Aufwärtsspitze typischerweise zu 85 % ankommend, zu 10 % abgehend und zu 5 % zwischen den Etagen aufgeteilt.[12] Für das Beispielbürogebäude mit einem einzigen Eingang vergleicht Abbildung 3 die Ergebnisse der durchschnittlichen Wartezeit und der Transitzeit mit und ohne zulässige Rückfahrten. Bei zulässigen Rückwärtsfahrten ist die Anzahl der Rückwärtsfahrten pro 5 min. ist auch eingezeichnet.

Mittagsspitze

Während der Mittagspause beträgt eine typische Verkehrsaufteilung 45 % eingehend, 45 % ausgehend und 10 % interfloor.[12] Abbildung 4 zeigt Simulationsergebnisse für diesen Mittagssplit mit und ohne Rückfahrt. Wie intuitiv zu erwarten ist, gibt es bei einer gleichmäßigeren Verteilung des Verkehrs in Aufwärts- und Abwärtsrichtung mehr Rückwärtsfahrten (sofern erlaubt). Da der Dispatcher-Optimierungsprozess nur dann eine umgekehrte Fahrt wählt, wenn er die Zeit bis zum Ziel verbessert, sind die Leistungsverbesserungen signifikanter als bei Aufwärtsverkehr.

Auswirkungen von Designentscheidungen

Nicht alle Aufzüge bedienen alle Etagen

Eine vernünftige Regel bei der Gestaltung von Gruppenaufzügen lautet, dass alle Aufzüge in einer Gruppe dieselben Stockwerke bedienen sollten.[6] Das Ignorieren dieser Regel ist im Allgemeinen eine falsche Ökonomie. Wenn es aus irgendeinem Grund nicht möglich ist, alle Aufzüge alle Stockwerke bedienen zu lassen, ist es eine gute Wahl, ein DCS zu verwenden, da das System weiß, welcher Aufzug die Ankunfts- und Zielstockwerke eines Passagiers bedient.[7] Allerdings sind Rückfahrsituationen wahrscheinlicher, da für einige Fahrten weniger Lifte zur Verfügung stehen. Abbildung 5 zeigt ein Beispiel, in dem der neue Anruf nur von L3 bedient werden kann. Eine Zuteilung des neuen Rufes bewirkt eine Rückfahrt für den auf Etage 2 wartenden Fahrgast. Falls das Leitsystem Zuteilungen mit Rückfahrt ausschließt, muss der Ruf abgewiesen werden.

Um den Effekt zu demonstrieren, dass ein Aufzug nicht das oberste Stockwerk bedient, wurde die Simulation mit den Ergebnissen in Abbildung 4 wiederholt, wobei nur ein Aufzug das oberste Stockwerk bedient. Die Ergebnisse in Abbildung 6 zeigen die Auswirkungen auf die Leistung, wenn nicht alle Aufzüge alle Stockwerke bedienen. Durch das Zulassen von Rückwärtsfahrten wird jedoch der Leistungsabfall verringert.

Mehrere Eingangsgeschosse

Einige Gebäude haben mehrere Eingangsgeschosse. Diese Etagen mit mehreren Eingängen können sich auf verschiedenen Straßenniveaus befinden oder Parkplätze in Untergeschossen unter der Haupteingangshalle bedienen. Ein Eingangsstockwerk wird relevant, wenn eine erhebliche Anzahl von Fahrgästen in die Aufzüge einsteigt. Mehrere Eingangsetagen führen zu zusätzlichen Haltestellen, was sich auf die Rundreisezeit auswirkt und sich sowohl auf die Servicequalität als auch auf die Abfertigungskapazität auswirkt. Shuttle-Aufzüge oder Rolltreppen, die Personen von den Untergeschossen zum Haupteingang befördern, helfen, diese zusätzlichen Haltestellen zu eliminieren.[6]

Gebäude mit mehreren Eingangsgeschossen mit gemischtem Verkehr sind besonders anfällig für Rückfahrten zu Stoßzeiten. Dies liegt daran, dass jedem Aufzug, der an einem oberen Eingang hält, damit ein Fahrgast aussteigen kann, wahrscheinlich auch ein Aufwärtsruf von diesem Eingang zugewiesen wurde. Abbildung 7 zeigt die Anzahl der Rückwärtsfahrten für das Beispielgebäude mit Einfach- und Doppeleingang. Für die Simulation mit zwei Eingängen betrug der Eingangsbias 50 % für jedes Stockwerk. Der Verkehr wurde zu 45 % eingehend, 45 % ausgehend und 10 % interfloor aufgeteilt. Sind Rückfahrten nicht erlaubt, verlängert sich die Wartezeit entsprechend.

Restaurant-, Tagungs- und andere belebte Etagen 

Viele Bürogebäude verfügen über eigene Mitarbeiterrestaurants[13] die den Morgen- und Mittagsverkehr beeinträchtigen. Restaurants, Besprechungsräume und andere stark frequentierte Etagen befinden sich vorzugsweise im Untergeschoss oder im zweiten Obergeschoss und sollten separat über Rolltreppen oder Shuttle-Aufzüge bedient werden. Der Verkehr von Restaurantetagen kann als zusätzliche Eingangsetage behandelt werden.[6] Strakosch empfiehlt, ein Restaurant/Cafeteria nie in einer Zwischenetage einer Aufzugsgruppe anzusiedeln.[6] Wie bei Etagen mit mehreren Eingängen sind diese stark frequentierten Etagen besonders anfällig für Rückfahrten zu Stoßzeiten.

Designanwendung

Die Simulation in früheren Abschnitten zeigt, welche Faktoren die Anzahl der zulässigen Rückwärtsfahrten oder, wenn nicht, die Auswirkungen auf die Warte- und Transitzeiten beeinflussen. Es ist jedoch schwierig, diese Ergebnisse zu verallgemeinern, da es viele Parameter gibt und die Leistung von Aufzugssystemen nicht linear ist. Für gebäudespezifische Ratschläge sind Nachfragevorlagen basierend auf der tatsächlichen Verkehrsnachfrage nützlicher. Abbildung 8 zeigt ein Beispiel für eine Vorlage für die Nachfrage nach Bürogebäuden.[14] Dies wurde auf eine sechsteilige Aufzugsgruppe angewendet, die 14 Stockwerke über zwei Eingangsebenen (Durchschnitt von vier Fahrten) bedient. Ohne Rückfahrten sind die Wartezeit und die Zeit bis zum Zielort über den gesamten Arbeitstag hinweg wie in Abbildung 9 dargestellt.

Durch das Zulassen von Rückwärtsfahrten verringert sich die durchschnittliche Spitzenwartezeit (für die schlimmsten 5 Min.) um mehr als 10 s. Die Ergebnisse zeigen auch, dass Rückfahrten zu Stoßzeiten häufiger sind. Die in dieser Situation über den gesamten Arbeitstag aufgetragene Wartezeit und die Zeit bis zum Zielort sind in Abbildung 10 dargestellt. Die Anzahl der Rückwärtsfahrten, die in dieser Situation nach Tageszeit aufgetragen sind, ist in Abbildung 11 angegeben.

Benutzerschnittstelle

Wenn Rückfahrten erlaubt sind, muss die Benutzeroberfläche im Hinblick auf die Servicequalität berücksichtigt werden.[15] Beginnt die Reise des Fahrgastes in die falsche Richtung (Rückwärtsfahrt), verringern Beruhigungsindikatoren die Angst der Fahrgäste und können erklären, dass die Rückwärtsfahrt kein Systemfehler ist. Durch die Reduzierung der Angst werden die Wartezeiten kürzer.[16] Auch die Qualität der Benutzeroberfläche und die Darstellung der Informationen sind wichtig, um klare Informationen aus dem Aufzugssystem bereitzustellen. Aktuelle Anzeigen zeigen die Stoppreihenfolge nicht an; Wenn ja, sind Rückfahrten leichter verständlich und werden von den Fahrgästen eher angenommen. Empfohlene Formate für Displays sind in Abbildung 12 aufgeführt. 

Schlussfolgerungen/Weitere Arbeiten

Rückfahrten können mit der Zielsteuerung vermieden werden, allerdings nur, wenn das System Anrufe abweisen darf. Anrufe abzulehnen ist für Passagiere noch frustrierender. Rückwärtsfahrten (oder längere Wartezeiten durch Nichtannahme von Rückwärtsfahrten) sind besonders häufig bei gemischtem Verkehr, zu Stoßzeiten, mit mehreren Eingangsetagen, bei denen nicht alle Aufzüge alle Etagen bedienen, bei Restaurants und anderen stark frequentierten Etagen und in untergehobenen Etagen Gebäude.

Das Zulassen von Rückwärtsfahrten verringert die durchschnittliche Wartezeit und die Zeit bis zum Ziel, kann jedoch die Passagiere verwirren. Eine verbesserte Anzeige kann dieses Problem mildern. Rückwärtsfahrten sind zwar nicht erwünscht, stellen aber manchmal den besten Kompromiss dar. Daher muss die Entscheidung des Disponenten, eine Rückfahrt zu akzeptieren, mehr berücksichtigen als die Optimierung einer Kombination aus Warte- und Transitzeiten. Die Akzeptanz von Rückwärtsfahrten wird als Überlegung mit dem Dispatcher-Algorithmus hinzugefügt, um eine Verbesserung der Servicequalität basierend auf dem besten Verständnis der Psychologie des Wartens und Fahrens in Aufzügen zu erzielen. Zukünftige Disponenten werden intelligent entscheiden, ob Einsparungen an Warte- und Laufzeiten den Nachteil von Rückwärtsfahrten rechtfertigen. 

Referenzen

[1] Sorsa, JS; Ehtamo, H.; Siikonen, M.; Tyni, T.; und Ylinen, J. „The Elevator Dispatching Problem“, Transportation Science, September 2009.

[2] Barney, G. Elevator Traffic Handbook, London: Spoon Press (2003).

[3] Levy, D.; Yadin, M.; und Alexandrovitz, A. "Optimal Control of Elevators", International Journal of Systems Science, 8 (3), 301-320 (1977).

[4] Siikonen, M. „Planungs- und Steuerungsmodelle für Aufzüge in Hochhäusern“, Forschungsberichte A68. Technische Universität Helsinki, Labor für Systemanalyse (1997).

[5] EN 81-70:2003 (2003). 

[6] Strakosch, G. und Caporale, R. The Vertical Transportation Handbook, Vierte Auflage, Hoboken New Jersey: John Wiley & Sons, Inc. (2010).

[7] Peters, R. Elevator Traffic Analysis & Simulation, 1. Auflage, Kapitel 7 Destination Control (Entwurf, 2013).

[8] Finschi, L. „State-of-the-Art Verkehrsanalysen“, Aufzugstechnik 18: Proceedings of Elevcon 2010, the International Association of Elevator Engineers (2010).

[9] ThyssenKrupp. "Sättigungskontrolle für Bestimmungsversandsysteme", Autoren/Erfinder: R. Smith und R. Peters, WO 2009032733 (2009). 

[10] Tanaka, S.; Uraguchi, Y.; und Araki, M. „Dynamische Optimierung des Betriebs von Einzelwagen-Aufzugssystemen mit Zielhallenrufregistrierung: Teil I. Formulierung und Simulationen“, European Journal of Operational Research, 167 (2), 550-573 (2005).

[11] Smith, R. und Peters, R. „ETD Algorithm with Destination Dispatch and Booster Options“ Elevator Technology 12: Proceedings of Elevcon 2002, The International Association of Elevator Engineers (2002).

[12] Die Chartered Institution of Building Services Engineers (CIBSE) CIBSE Guide D: 2010 Transportation Systems in Buildings, London (2010).

[13] Peters, R.; Smith, R.; und Evans, E. „The Appraisal of Lift Passenger Demand in Modern Office Buildings“, Building Services Engineering Research & Technology, 32 (2), 159-170 (2011).

[14] Siikonen, M. „On Traffic Planning Methodology“, Elevator Technology 10: Proceedings of Elevcon 2000, der International Association of Elevator Engineers (2000).

[15] Smith, R. und Gerstenmeyer, S. „A Review of Waiting Time, Journey Time and Quality of Service“, Symposium on Lift and Escalator Technologies, Northampton, UK (2013).

[16] Maister, D. „The Psychology of Waiting Lines“ (1985), (davidmaister.com/articles/the-psychology-of-waiting-lines, abgerufen am 12. Februar 2014).

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Stefan Gerstenmeyer und Dr. Richard Peters

Stefan Gerstenmeyer und Dr. Richard Peters

Stefan Gerstenmeyer ist leitender Ingenieur bei der ThyssenKrupp Elevator Innovation GmbH. Er ist außerdem Postgraduierten-Forschungsstudent an der University of Northampton in Northampton, Großbritannien, und war an F&E-Projekten im Zusammenhang mit Gruppen- und Dispatcherfunktionen für Aufzugssteuerungen beteiligt.

Dr. Richard Peters ist Direktor von Peters Research Ltd. und Gastprofessor an der University of Northampton. Er wurde mit dem Fellowship der Institution of Engineering and Technology und der Chartered Institution of Building Services Engineers ausgezeichnet. Peters ist der Autor der Elevate Aufzugsverkehrsanalyse- und Simulationssoftware. Er hat einen Abschluss in Elektrotechnik und einen Doktortitel für Forschung im vertikalen Transportwesen.

Aufzugswelt | Januar 2015 Titelbild

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