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第 22 卷

单的位置 速度模型, 具有全局搜索能力. 与免疫规
划 K 均值聚类算法相比, 粒子群聚类算法需要调整
的参数少, 易于实现, 计算速度快, 且具有稳定的收
敛特征, 能满足群控系统实时性的要求.

2

电梯交通流特征数据

电梯交通模式识别是以电梯系统交通流特征数

据为基础. 交通流是指由乘客数、乘客出现的周期及
乘客分布情况描述的状态量, 反映了电梯群控系统
所处的交通状况.

交通流的变化规律主要与建筑物的用途有关,

在不同类型的大楼呈现出不同的特点. 对于典型的
办公大楼, 主要的交通模式有: 上行高峰模式、下行
高峰模式、

午间交通模式、

层间交通模式以及空闲模

式等.

在交通模式识别中, 通常采用的交通流特征数

据包括: 单位时间内进入门厅的人数、离开门厅的人
数以及层间移动的人数等. 为了进一步识别 2 路和
4 路交通模式, 可增加最大层和次大层客流数据. 通
常选取 5 m in 作为客流特征数据收集和交通模式识
别的时间间隔.

3

粒子群优化算法简述

[ 8 10]

粒子群优化 算法( PSO) 是 基于群体的演 化算

法, 它源于对鸟群捕食 行为的模拟. 与遗传算 法类
似, 它也是基于群体迭代的方法, 但没有交叉和变异
算子, 粒子群在解空间中追随最优粒子进行搜索.

在 PSO 求解优化问题时, 问题的解对应于搜索

空间中一个粒子的位置, 每个粒子都有自己的位置
和速度( 决定飞行的方向和距离) 以及由优化函数决
定的适应值. 在每一次迭代中, 粒子通过记忆跟踪两
个极值来更新自己: 一个是粒子本身搜索到的最好
解, 称为个体极值点( 用 P

id

表示其位置) ; 另一个是

整个粒子群体找到的最好解, 称为 全局极值点( 用

P

gd

表示其位置) . 在找到这两个最好解后, 粒子根

据下式来更新自己的速度和位置:

V

l+ 1
id

=

V

l
id

+

1

r and( ) ( P

l
id

- X

l
id

) +

2

rand( ) ( P

l

gd

- X

l

id

) ,

( 1)

X

l+ 1
id

= V

l
id

+ X

l
id

.

( 2)

其中: V

id

表示第i 个粒子在第d 维上的速度, 为惯

性权值,

1

2

为学习参数, rand( ) 定义为( 0, 1) 之

间的随机数.

粒子群初始位置和速度随机产生, 重复应用式

( 1) 和( 2) 进行迭代, 直到找到满意的解.

4

应用粒子群聚类算法的交通模式识别

4. 1

聚类算法的数学描述

设模式样本集为 X = { x

i

, i = 1, 2,

, n} , 其中

x

i

为 D 维模式向量. 聚类问题就是要找到一个划分

C = { C

1

, C

2

,

, C

K

} , 满足

X =

K

i= 1

C

i

, C

i

, i = 1, 2,

, K ;

C

i

C

j

=

, i , j = 1, 2,

, K , i

j .

并使总的类间离散度之和

J =

K

i= 1 x

j

C

i

d

2

( x

j

, c

i

)

( 3)

达到最小. 其中: c

i

为第 i 个聚类的中心坐标, d( x

j

,

c

i

) 为样本 x

j

到对应聚类中心c

i

的距离. 聚类判别准

则函数 J 即为各类样 本到对应聚类中心距离的总
和.

4. 2

粒子群聚类算法编码

在粒子群聚类算法中, 一个粒子表示待求解的

聚类中心集合, 粒子 z

i

构造如下:

z

i

= ( c

i1

,

, c

ij

,

, c

iK

) .

其中: K 表示聚类的中心个数, c

ij

表示第 i 个粒子的

第 j 个聚类中心.

4. 3

适应度函数设计

适应度函数设计是聚类算法的核心. 为了增强

聚类算法的鲁棒性, 本文采用代替欧氏距离的基于
高斯函数的一种距离度量

[ 11, 12]

, 可表示为

d( u, v) =

1 - e

(-

u- v

2

)

,

( 4)

其中 u 和 v 为同一欧氏空间中的两点.

设粒子群中每个粒子对应 K 个聚类中心. 当聚

类中心确定时, 数据点 x

j

的所属聚类由下列最近邻

法则决定: 若 x

j

和 i 满足

1 - e

(-

x

j

- c

i

2

)

=

min

k= 1, 2,

, K

( 1- e

( -

x

j

- c

k

2

)

) ,

( 5)

则 x

j

属于第 i 类, 其中

=

(

n

j = 1

x

j

- x

2

n

)

- 1

, x =

n

j = 1

x

j

n

.

根据式( 3) 和( 4) , 聚类问题的目标函数可表示

J =

K

i = 1 x

j

C

i

{ 1- e

(-

x

j

- c

i

2

)

} .

适应度函数设计为

F =

r

0

eps + J

.

( 6)

其中: r

0

是正的常数, eps 是微小的正数.

4. 4

交通模式识别

电梯交 通流 数 据的 采样 间隔 为 5 min, 即每

5 min 产生一个数 据点, 作为当前交通流模式识别
的数据, 而当前的交通流模式决定电梯群控调度算

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