機(jī)械式停車設(shè)備車輛存取車策略研究

李永恒+李晶晶+張接信

摘 要：針對(duì)六層結(jié)構(gòu)的垂直升降類機(jī)械式停車設(shè)備，分析不同的存取車策略。采取交叉存取和原地待命結(jié)合的策略并運(yùn)用計(jì)算機(jī)對(duì)存取過(guò)程的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行仿真，結(jié)果表明：該結(jié)構(gòu)停車設(shè)備在采取了交叉存取和原地待命結(jié)合的策略后能使該機(jī)械式停車設(shè)備存取效率提高8%到15%之間。

關(guān)鍵詞：機(jī)械式停車設(shè)備；存取效率；仿真

中圖分類號(hào)：F253.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： Put forward a kind of 6 layer structure of vertical lifting mechanical parking equipment and analyse different vehicle access strategies. Then combine interleaving access with await order as the main strategy and use computer to simulate the mathematical model of the access process. The simulation results shows that the parking equipment can improve access efficiency between 8% and 15% by adopting the strategy.

Key words： mechanical parking equipment； access efficiency； simulation

隨著國(guó)民生活質(zhì)量提高，購(gòu)買力顯著提高，小車漸漸成了每個(gè)家庭的必需品。而隨著小車數(shù)量增多而衍生出的機(jī)械式停車設(shè)備，占地面積少，儲(chǔ)存空間大，安裝位置多樣化，與一般場(chǎng)地式停車場(chǎng)相比有較大的優(yōu)勢(shì)。而且隨著汽車保有量增多，越來(lái)越多的機(jī)械式停車設(shè)備運(yùn)用于大眾的生活之中。

1 機(jī)械式停車設(shè)備種類、結(jié)構(gòu)

我國(guó)機(jī)械式停車設(shè)備發(fā)展起步較晚，但到現(xiàn)在已經(jīng)門類齊全。根據(jù)存取方式的不同，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)將其分為：升降橫移類機(jī)械式停車設(shè)備、水平循環(huán)類機(jī)械式停車設(shè)備、多層循環(huán)類機(jī)械式停車設(shè)備、簡(jiǎn)易升降類機(jī)械式停車設(shè)備、巷道堆垛類機(jī)械式停車設(shè)備、垂直升降類機(jī)械式停車設(shè)備、平面移動(dòng)類機(jī)械式停車設(shè)備、垂直循環(huán)類機(jī)械式停車設(shè)備、汽車專業(yè)升降機(jī)[1]。

在上述九大類停車設(shè)備當(dāng)中，垂直升降類因其可依附于建筑物，因此占地面積更少，成本更低，而且擁有停車數(shù)量和住戶數(shù)量匹配的優(yōu)點(diǎn)。圖1為6層垂直升降類機(jī)械式停車設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖[2]。其中1層是地面層，供車輛進(jìn)出車庫(kù)通行，不停車，2～6層是停車層，這種車庫(kù)的進(jìn)出口是可以雙向選擇的。

2 車庫(kù)的存取車策略

車庫(kù)可以采用取車優(yōu)先的存取策略，這樣能盡量為同一時(shí)間存車的用戶提供更多待選車位。也有部分車庫(kù)采用存車優(yōu)先的策略，這樣能減少等候存車的用戶的隊(duì)列長(zhǎng)度。也有的車庫(kù)采用先到先服務(wù)的原則，而交叉存取、原地待命則能優(yōu)化存取時(shí)間[3]。

車庫(kù)的存取車用戶到達(dá)停車場(chǎng)的時(shí)間間隔在一天中絕大部分時(shí)間內(nèi)服從泊松分布（不考慮上下班高峰期）。

參數(shù)λ表示單位時(shí)間內(nèi)隨機(jī)事件的發(fā)生次數(shù)，也就是單位時(shí)間內(nèi)汽車平均存取次數(shù)，可以通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)記錄得到。

通過(guò)監(jiān)測(cè)得到t時(shí)間內(nèi)汽車平均存取次數(shù)。那么PX=1則可以表示為每?jī)蓚€(gè)存取車用戶之間到達(dá)停車場(chǎng)的時(shí)間間隔恰好為t的概率。當(dāng)概率最大時(shí)，記錄時(shí)間間隔Tm。

機(jī)械式停車設(shè)備每輛車的存取時(shí)間是和車庫(kù)的結(jié)構(gòu)、控制步驟有關(guān)的，根據(jù)設(shè)計(jì)好的車庫(kù)參數(shù)能得到每輛車的平均存取時(shí)間，將其記錄為Tn。

如果Tm>>Tn，車庫(kù)采用先到先服務(wù)的策略是比較好的。如果Tm>Tn，車庫(kù)進(jìn)車口道路面積大時(shí)，可以考慮取車優(yōu)先。而車庫(kù)進(jìn)車口道路面積小時(shí)，可以考慮存車優(yōu)先。如果Tm≈Tn，則考慮交叉存取的策略，為了進(jìn)一步提高效率，同時(shí)引入原地待命策略。

3 不同存取策略模型及其仿真

3.1 當(dāng)Tm>>Tn的情況時(shí)，可以認(rèn)為車庫(kù)車位余量充足，用戶可自行選取車位或交由系統(tǒng)分配，存取車流程如圖2所示。

3.2 當(dāng)Tm≈Tn的情況時(shí)，即車位余量可能不充足的情況，為了減少總存取時(shí)間，將采用交叉存取和原地待命相結(jié)合的策略。這種情況下存取車流程如圖3所示。

本文所采取的策略主要目的是能提高存取車效率，將存取車總時(shí)間作為目標(biāo)函數(shù)，為了得到確切的效率優(yōu)化值，將使用Matlab軟件對(duì)兩種存取策略進(jìn)行仿真。

3.3 仿真過(guò)程

將用戶的每個(gè)操作以編碼的形式記錄，每個(gè)編碼的書寫格式為a，b，c，其中a為0或1，0表示存車，1表示取車。b為0或1，為0時(shí)表示A棟樓，為1時(shí)表示B棟樓。C為1到5之間的數(shù)，分別對(duì)應(yīng)2～6層[4～6]。

3.3.1 第一種（不采取任何策略）

3.3.2 第二種（采取策略后）

第k次存車時(shí)間：

Matlab仿真：用randsample函數(shù)隨機(jī)生成m+n個(gè)操作碼。但根據(jù)常識(shí)可知，離得最近的對(duì)應(yīng)同一個(gè)車位的操作碼，不可能同為取或者同為存，在編程時(shí)應(yīng)注意這一點(diǎn)。最后分別模擬相同編碼情況下5次存車，3次取車的存取時(shí)間，得到的結(jié)果如圖4所示。

不采取任何策略的情況下的存取時(shí)間為348s，交叉存取和原地待命結(jié)合的情況下的存取時(shí)間為296s，可以看出采取交叉存取和原地待命結(jié)合的優(yōu)化效果明顯。接下來(lái)分三種情況比較存取時(shí)間：存車數(shù)少于取車數(shù)、存車數(shù)和取車數(shù)相當(dāng)、存車數(shù)多于取車數(shù)。

存車數(shù)少于取車數(shù)的情況（存車數(shù)1，取車數(shù)7），一共迭代50次，每次隨機(jī)生成8個(gè)操作碼，其中存車碼1個(gè)，取車碼7個(gè)，這50次存取時(shí)間分布如圖5所示。

不采取任何措施的情況下，平均存取時(shí)間為334s，采取交叉存取和原地待命策略的情況下，平均存取時(shí)間為305.12s，提高了存取效率8.6%。

存車數(shù)和取車數(shù)相當(dāng)（4次存車，4次取車），存取時(shí)間分布如圖6所示。

不采取任何措施的情況下，平均存取時(shí)間為336.8s，采取交叉存取和原地待命策略的情況下，平均存取時(shí)間為289.44s，提高了存取效率14.1%。

存車數(shù)遠(yuǎn)大于取車數(shù)（7次存車，1次取車），存取時(shí)間分布如圖7所示。

不采取任何措施的情況下，平均存取時(shí)間為326.48s，采取交叉存取和原地待命策略的情況下，平均存取時(shí)間為299.44s，提高了存取效率8.3%。

由結(jié)果得知，交叉存取和原地待命結(jié)合的策略能提高存取效率8%到15%之間，其中當(dāng)存取車數(shù)量相當(dāng)時(shí)存取效率提高最多。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著高層建筑數(shù)量的增多，垂直升降類機(jī)械式停車設(shè)備因其能附著于建筑物的特點(diǎn)，成為了主要的停車設(shè)備之一。仿真研究結(jié)果表明：采用交叉存取和原地待命結(jié)合的策略較之與不采取任何策略的自由存取方法存車數(shù)少于取車數(shù)時(shí)效率提高8.6%；存車數(shù)和取車數(shù)相當(dāng)時(shí)效率提高14.1%；存車數(shù)多于取車數(shù)時(shí)效率提高8.3%。

總之，采用交叉存取和原地待命結(jié)合的策略可提高機(jī)械式立體車庫(kù)的存取效率，充分發(fā)揮立體車庫(kù)的效應(yīng)，使立體車庫(kù)存取車快速完成，從而緩解城市停車難以及交通堵塞的狀況。

參考文獻(xiàn)：

[1] 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). GB/T 26476—2011，機(jī)械式停車設(shè)備術(shù)語(yǔ)[Z]. 2011.

[2] 劉曉娟，潘宏俠. 垂直升降式立體車庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2011（5）：48-50.

[3] 徐格寧，程紅玫. 基于排隊(duì)論的立體車庫(kù)車輛存取調(diào)度原則優(yōu)化[J]. 起重運(yùn)輸機(jī)械，2008（5）：51-55.

[4] 張芳芳，梁飛，朱敏哲. 基于排隊(duì)論的升降橫移立體車庫(kù)控制策略研究[J]. 計(jì)算機(jī)仿真，2013，30（1）：208-211.

[5] 李劍鋒，段文軍，方斌，等. 基于改進(jìn)遺傳算法立體車庫(kù)存取調(diào)度優(yōu)化[J]. 控制工程，2010，17（5）：659-661.

[6] 周雪松，田密，馬幼捷，等. 智能化立體車庫(kù)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.