大型專用停車庫出入口數(shù)量與服務(wù)時間的計算方法

祝華婷，胡 盼，朱全軍

(1.上海紫竹新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，上海 201100;2.上海濟(jì)祥智能交通科技有限公司，上海 200092;3.湖南省交通科學(xué)研究院，湖南長沙 410015)

0 引言

隨著城市小汽車保有量的不斷增加，城市停車的需求也隨著越來越大。各種高容量、智能化管理的停車設(shè)施在城市中，尤其是高密度開發(fā)區(qū)不斷涌現(xiàn)，這就對停車、收費系統(tǒng)、排隊等提出了問題。

目前流行的智能停車管理系統(tǒng)普遍擁有多級停車誘導(dǎo)、車輛自動識別、出入口智能控制、智能收費管理、自動泊車引導(dǎo)、車位自動檢測等功能。這些功能提高了停車場管理效率、停車設(shè)施資源的利用率以及增強了停車場的安全性，并且在一定程度上緩解了周邊的交通壓力。但是，隨著停車場容量需求的不斷增大以及對服務(wù)質(zhì)量要求不斷提高，智能停車場的規(guī)劃、建設(shè)的難度也隨著增加。主要體現(xiàn)在:①高峰小時過度集中的車流量容易造成停車場出入口的交通擁堵，即降低了停車場的服務(wù)水平和地區(qū)路網(wǎng)的服務(wù)水平;②在保證停車場服務(wù)質(zhì)量的前提下，停車場泊位數(shù)量以及出入口缺乏合理的規(guī)劃方法，容易造成停車場容量不足或者資源利用率低下。因此，在智能停車場規(guī)劃過程中，必須對停車場出入口服務(wù)時間、出入口數(shù)量以及車位數(shù)量進(jìn)行合理的規(guī)劃，做出適當(dāng)?shù)挠嬎愫皖A(yù)測，確保滿足一定的停車庫服務(wù)水平的需要，并且控制其對路段動態(tài)交通的影響程度，滿足城市規(guī)劃和交通管理的需要。

1 停車場庫出入口交通特性

停車場按照車輛性質(zhì)可以分為:機動車停車場、非機動車停車場;按照停車場的服務(wù)對象分為專用停車場、公用停車場。停放方式和特點分析如下。

1.1 車輛停放方式

1)平行式:平行式停車車身方向與通道平行，是路邊停車帶或狹長地段停車的常用形式。特點:所需停車帶最小，駛出車輛方便，但占用的停車面積最大。用于車道較寬或交通較少，且停車不多、時間較短的情況，還用于狹長的停車場地或作集中駛出的停車場布置，也適用停放不同類型車輛及車輛零來整走。例如，體育場、影劇院等停車場。

2)垂直式:垂直式停車車身方向與通道垂直，是最常用的停車方式。特點:單位長度內(nèi)停放的車輛最多，占用停車道寬度最大，但用地緊湊且進(jìn)出便利，在進(jìn)出停車時需要倒車一次，因而要求通道至少有兩個車道寬。

3)斜放式:斜放式停車車身方向與通道成角度停放，一般有 30°、45°、60°三種角度。特點:停車帶寬度隨車長和停放角度有所不同，適用于場地受限制時采用，車輛出入方便，且出入時占用車行道寬度較小。有利于迅速停車與疏散。缺點:單位停車面積比垂直停放方式要多，特別是30°停放，用地最費。

1.2 停車及發(fā)車特點分析

1)前進(jìn)式停車、后退式發(fā)車:停車迅速，發(fā)車費時，不宜迅速疏散，常用于斜向停車;

2)后退式停車、前進(jìn)式發(fā)車:停車較慢，發(fā)車迅速，平均占地面積少，是常用的停發(fā)車方式;

3)前進(jìn)式停車、前進(jìn)式發(fā)車:停車迅速，發(fā)車迅速，但平均占地面積較大，常用于公共汽車和大型貨車停車場。

2 停車場庫模型及評價

2.1 計算模型

停車場的車流狀況與出入口車輛服務(wù)時間的分布具有以下特征。

2.1.1 輸入過程

泊松輸入——車輛到達(dá)時距服從負(fù)指數(shù)分布。

2.1.2 排隊規(guī)則

等待制——車輛到達(dá)時，若所有服務(wù)臺均被占，它們就排成隊伍，等待服務(wù)。服務(wù)次序先到先服務(wù)。

2.1.3 服務(wù)方式

停車場運行過程中，每一個出入口每次只服務(wù)一輛車，服務(wù)時間的分布符合負(fù)指數(shù)分布，即每輛車的服務(wù)時間相互獨立，服從相同的負(fù)指數(shù)分布［1］。

符合以上三個條件的服務(wù)問題可運用排隊論來解析。排隊論是研究“服務(wù)”系統(tǒng)因“需求”擁擠而產(chǎn)生等待排隊的現(xiàn)象，以及合理解決“需求”與“服務(wù)”關(guān)系的一種數(shù)學(xué)理論，或稱“隨機服務(wù)系統(tǒng)理論”［2］。停車場的出入道一般為一條，可視為“單通道服務(wù)”。因此，停車場出入道服務(wù)系統(tǒng)為M/M/1或M/M/S單通道隨機服務(wù)系統(tǒng)。

2.2 評價指標(biāo)

為了合理規(guī)劃停車場出入口服務(wù)時間，出入口的數(shù)量以及停車場容量，應(yīng)該選取合適的指標(biāo)作為評價標(biāo)準(zhǔn)。

在停車場(庫)使用的可行性評估中，以其入口處排隊車輛長度是否對相鄰道路造成較大影響為評估的主要標(biāo)準(zhǔn);另外，車輛的平均等待時間涉及到車庫服務(wù)水平，也是重要的參考標(biāo)準(zhǔn)［3］。

由于車輛的平均排隊等待時間w與平均排隊長度L成正比(L=w·λ)，因此可以用平均排隊長度L作為停車場交通影響評估和服務(wù)質(zhì)量水平的參考標(biāo)準(zhǔn)。

文中將停車庫服務(wù)水平如下定義，高峰小時內(nèi)，出入口無車排隊時服務(wù)水平定義位A級;只有1輛車排隊時定義為B級;只有2輛車排隊時定義為C級;排隊車輛大于2輛時定義為D級。

3 計算方法

根據(jù)以上分析，可以用排隊論的方法描述停車場出入口車輛的排隊等候問題。下面以一個簡單的智能停車場管系統(tǒng)為例，按照M/M/1隨機服務(wù)系統(tǒng)理論計算出入口的服務(wù)時間和停車場泊位數(shù)、出入口個數(shù)、排隊長度之間的關(guān)系。

由排隊論的推導(dǎo)公式可知:

式中:λ為平均到達(dá)率;μ為接受服務(wù)后的輸出率;ρ為交通強度(利用系數(shù))平均排隊長度。

式中:T為車輛在出入口的服務(wù)時間;t為停車場所有車輛進(jìn)入或出入的時間;N為出入口個數(shù)(以單進(jìn)單出出入口為例);Q為停車場泊位數(shù)。

根據(jù)式(2)和式(5)可以計算出在不同服務(wù)水平下，出入口單進(jìn)單出設(shè)計的停車庫，在高峰期1h內(nèi)，其出入口應(yīng)達(dá)到的服務(wù)時間要求。計算結(jié)果如表1。

表1 高峰小時停車庫服務(wù)時間計算結(jié)果表

4 工程應(yīng)用實例

4.1 分析計算

以某市行政中心、文化中心地下停車庫出入口個數(shù)規(guī)劃為例。停車庫分兩期建設(shè)，一期建設(shè)300個車位以及2個單進(jìn)單出的出入口，二期建設(shè)700個車位，經(jīng)調(diào)查高峰期為半小時。為了確保建成后，停車庫車流高峰期運行暢通，不產(chǎn)生大規(guī)模排隊現(xiàn)象，即最多只有1輛車排隊，對出入口閘機的服務(wù)時間和出入口個數(shù)進(jìn)行分析計算，以得出合理的規(guī)劃方案?？紤]到高峰期各個出入口的車流量并不平均，即有的出口流量較大，有的出口流量較少，因此取不同的流量需求水平進(jìn)行計算，計算結(jié)果如表2。

表2 出入口服務(wù)時間計算表

根據(jù)以上計算結(jié)果可知:

1)一期建設(shè)中:

為使進(jìn)出口在上下班高峰期間達(dá)到最多只有1輛車排隊的服務(wù)水平，系統(tǒng)延誤(含減速、服務(wù)時間、加速三部分)應(yīng)控制在6s左右。

2)二期建設(shè)中:

若為6個出入口，系統(tǒng)延誤必須在6s以內(nèi)，才能保證不出現(xiàn)排隊現(xiàn)象;

若為5個出入口，系統(tǒng)延誤必須在5s以內(nèi)，才能保證不出現(xiàn)排隊現(xiàn)象;

若為4個出入口，系統(tǒng)延誤必須在5s時基本滿足流量需求，但會出現(xiàn)小規(guī)模排隊，服務(wù)時間在4s內(nèi)將運行通暢。

故通過以上計算，為了確保高峰時段停車庫出入口運行暢通以及服務(wù)設(shè)備的實際性能，地下車庫出入口應(yīng)為6個，且服務(wù)時間控制在6s以內(nèi)為宜。

4.2 仿真驗證

4.2.1 服務(wù)時間的仿真驗證

將高峰小時內(nèi)車輛每5min的到達(dá)率進(jìn)行分配，可得地下車庫高峰小時內(nèi)流量大致的時間分布圖。見圖1。

圖1 高峰小時流量分布圖

根據(jù)上述的流量分布情況，通過交通微觀仿真軟件VISSIM，模擬停車庫出入口出入過程，并分別給出停車場高峰小時和最高峰的15min內(nèi)車輛排隊所產(chǎn)生最大排隊長度和延誤值。見圖2。

圖2 高峰小時排隊長度和延誤流線圖

從以上仿真結(jié)果可知，高峰小時和最高峰15min期間，停車場閘機延誤和排隊長度在6s以后大幅增加，因此，停車場閘機服務(wù)時間應(yīng)控制在6s以內(nèi)才能確保高峰期運行暢通。

5 結(jié)束語

本文分析了停車庫出入口車流的運行特征，探討了停車場高峰小時內(nèi)不同的服務(wù)水平下，對應(yīng)的閘機服務(wù)時間、泊位數(shù)及出口數(shù)量的計算方法，給出停車庫出入口服務(wù)時間和數(shù)量的應(yīng)用實例，并運用交通仿真和計算通行能力的方法進(jìn)行了驗證。結(jié)果表明，該計算方法在停車庫規(guī)劃中確定出入口服務(wù)時間、出入口數(shù)量以及泊位數(shù)，以確保高峰期順暢通行具有有效性和準(zhǔn)確性。

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