立體車庫車位分配仿真與分析

邢麗娟，李建國

(蘭州交通大學(xué)機(jī)電技術(shù)研究所，蘭州730070)

隨著城市經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展和現(xiàn)代化水平的提高,我國汽車工業(yè)快速發(fā)展。其中，停車位嚴(yán)重不足,機(jī)動(dòng)車占道停放的問題日益嚴(yán)重。因此,具有占地面積小,庫容量大,存取車自動(dòng)迅速的立體車庫就應(yīng)運(yùn)而生[1]。

有效提高車庫車位的利用率,降低耗能已成為人們廣泛關(guān)注的問題之一。通過對3層×10的巷道堆垛式立體車庫車位采用隨機(jī)分配策略和就近分配策略,對車輛到達(dá),庫內(nèi)停放時(shí)間,車位使用效率,堆垛機(jī)的運(yùn)行距離等情況建立仿真模型，采用Matlab編制程序進(jìn)行仿真分析,對不同分配策略采用同樣參數(shù)進(jìn)行數(shù)值分析。

1 模型建立

1.1 仿真模型建立原則

以庫容量為30（3層×10）的車庫為例進(jìn)行分析,簡化模型如圖1。

模型的建立采用以下幾種原則[2]：

圖13 層×10的立體車庫簡化模型

（1）臨時(shí)車輛的到達(dá)時(shí)間間隔服從泊松分布；（2）臨時(shí)車輛在庫內(nèi)存放時(shí)間服從正態(tài)分布；（3）采用就近分配策略時(shí)臨時(shí)車輛車位的分配在當(dāng)前可用車位中就近分配；（4）采用隨機(jī)分配策略時(shí)臨時(shí)車輛車位的分配在當(dāng)前可用車位中隨機(jī)分配；（5）臨時(shí)車輛到達(dá)車庫時(shí)沒有可用車位則離去；（6）堆垛機(jī)在完成存取任務(wù)后在進(jìn)出口點(diǎn)待命；（7）每次開始仿真時(shí)均認(rèn)為給定的車位全部可用；（8）車庫每層每列的寬度相同假設(shè)為1；（9）顧客接受服務(wù)遵循先來先服務(wù)原則（FCFS）。

1.2 相關(guān)符號說明和定義

μ：車輛在庫內(nèi)存放時(shí)間的期望。

σ：車輛在庫內(nèi)存放時(shí)間的偏差。

λ：車輛到達(dá)的時(shí)間間隔。采用Matlab[3~4]編寫程序流程如圖2。

圖2 程序流程圖

1.3 仿真數(shù)據(jù)分析

本文以某立體停車庫為例，取參數(shù)為：λ=8，μ=220，σ=30，臨時(shí)停放車位數(shù)為30，仿真終止時(shí)間為1 440 min。

運(yùn)行仿真程序,隨機(jī)分配車位的仿真結(jié)果如圖3。（a）表示車輛到達(dá)時(shí)和分配給該車輛的車位；（b）表示車輛出庫時(shí)和對應(yīng)車位的釋放；(c)表示由于沒有空余車位，車輛離去時(shí)；（d）綜合a,b,c的3種情況，給出了整體的仿真結(jié)果。

就近分配車位的仿真結(jié)果如圖4。

仿真結(jié)果顯示，該立體停車庫在某天24 h中，總共有173車次到達(dá)，170車次入庫，146車次出庫，3車次由于車位已滿而離去。無論采用隨機(jī)分配還是就近分配，車輛到達(dá)和離去的車次數(shù)是相同的。車位利用率是指在一定時(shí)間內(nèi)入庫的所有車輛與所有車位的比。因此，求得本次仿真的車位利用率為5.67次/車位。

為了比較隨機(jī)分配和就近分配哪種分配方法較節(jié)省能量，本文還對堆垛機(jī)的運(yùn)行距離編制了Matlab程序，進(jìn)行了仿真分析。圖5顯示了隨機(jī)分配原則下堆垛機(jī)每次存取車時(shí)運(yùn)行的距離。當(dāng)車輛出入庫分別為175次和152次時(shí)堆垛機(jī)的運(yùn)行總距離為1 694。

圖3 隨機(jī)分配車位仿真結(jié)果

圖4 就近分配車位仿真結(jié)果

圖6顯示了就近分配原則下堆垛機(jī)每次存取車時(shí)運(yùn)行的距離。當(dāng)車輛出入庫分別為178次和152次時(shí)，堆垛機(jī)的運(yùn)行總距離為1636。

仿真結(jié)果顯示，隨機(jī)分配原則下共有175車次入庫，152車次出庫，堆垛機(jī)的運(yùn)行距離為1 694；就近分配原則下共有178車次入庫，152車次出庫，堆垛機(jī)的運(yùn)行距離為1 636。從上面結(jié)果得出就近分配原則在出入庫車次次數(shù)較多時(shí)，堆垛機(jī)的運(yùn)行距離卻小于隨機(jī)分配原則下出入庫車次次數(shù)較少的情況。 因此在本文條件下就近分配原則減小了堆垛機(jī)的運(yùn)行距離達(dá)到了降低能耗的目的。

運(yùn)行仿真結(jié)果100次后，堆垛機(jī)的運(yùn)行距離及總距離的平均值如圖7。

圖5 隨機(jī)分配車位原則下堆垛機(jī)每次存取車時(shí)運(yùn)行的距離

圖6 就近分配車位原則下堆垛機(jī)每次存取車時(shí)運(yùn)行的距離

圖7 就近和隨機(jī)仿真100次后的平均值

從結(jié)果看,大多數(shù)情況（84次）就近分配原則下堆垛機(jī)的運(yùn)行距離小于隨機(jī)分配原則下堆垛機(jī)的運(yùn)行距離；就近分配原則下堆垛機(jī)的平均運(yùn)行距離比隨機(jī)分配原則下堆垛機(jī)的平均運(yùn)行距離短。從而進(jìn)一步說明了在本文所取參數(shù)下就近分配原則相對減小了堆垛機(jī)的運(yùn)行距離,達(dá)到了降低能耗的目的。

2 結(jié)束語

模擬仿真的結(jié)果表明就近分配策略相對減少了堆垛機(jī)的運(yùn)行距離,達(dá)到了降低耗能的目的。

改變本文的參數(shù)，例如車輛入庫的時(shí)間間隔、停放時(shí)間、車位數(shù)量等，可以得到不同的仿真效果，因此對建設(shè)立體車庫的決策者有一定的幫助。

本文仍有不足，以下幾點(diǎn)需要以后進(jìn)一步研究：（1）結(jié)合智能算法，找到更節(jié)能的存取策略；（2）研究層列距離不相等時(shí)堆垛機(jī)的運(yùn)行情況，找到較優(yōu)的分配策略；（3）比較堆垛機(jī)完成一次任務(wù)后原地待命條件下的運(yùn)行距離與本文運(yùn)行距離的差異，找到堆垛機(jī)的較優(yōu)停放點(diǎn)。

[1] 周雪松，田密，馬幼捷，馬云斌，邵寶福，王輝. 智能化立體車庫存取車優(yōu)化控制策略的研究[J] . 制造業(yè)自動(dòng)化，2008，30（10）：29-34.

[2] 李建國，蔣兆遠(yuǎn). 巷道堆垛式立體車庫隨機(jī)車位分配策略仿真與分析[J] . 起重運(yùn)輸機(jī)械，2010（8）：57-59.

[3] 周品，趙新分. Matlab數(shù)學(xué)建模與仿真[M] . 北京：國防工業(yè)出版社，2009.

[4] 曹弋. Matlab教程及實(shí)訓(xùn)[M] . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.