智能化立體車庫存取車優(yōu)化控制策略的研究

亢偉超

【摘要】立體車庫在運(yùn)行過程中，最突出的問題是如何科學(xué)地管理車位和存取車次序。為了使立體車庫的應(yīng)有功效得到最大限度的發(fā)揮，我們有必要對其存取車控制進(jìn)行優(yōu)化。本文正是基于這一立場，對智能化立體車庫的存取車優(yōu)化控制策略進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】智能化立體車庫；存取車；控制策略

對立體車庫而言，傳統(tǒng)意義上的自動化只是利用相關(guān)技術(shù)將車輛自動進(jìn)行存取操作，沒有考慮到實際使用中的耗時、耗能等指標(biāo)，車輛的存取還沒有達(dá)到合理化、智能化、科學(xué)化。所以如何提高車庫整體效率，減少車輛存取時間是智能化立體車庫當(dāng)前研究的重要內(nèi)容。

1、立體車庫的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（1）占地面積小，空間利用率高。一般情況下，其占地面積約為平面停車場的1/2～1/25，是土地資源緊缺、車輛容量大的場所最佳停車方式。（2）自動化操控，使用方便，效率高。機(jī)械式立體車庫采用電腦控制，存取車輛無須在車庫內(nèi)行駛，機(jī)械自動記憶調(diào)車，耗費(fèi)時間少，效率高，存取車時間一般為12秒～35秒。（3）安全可靠、美化環(huán)境。配備自動檢測系統(tǒng)，各種安全機(jī)構(gòu)，自動報警，消防系統(tǒng)及其他防范設(shè)施。因地制宜，利用零星空地，配以外形美觀的車庫，美化城市環(huán)境。（4）配置靈活。機(jī)械式立體車庫具有多種形式，可適應(yīng)各種不同形式的建筑物。（5）經(jīng)濟(jì)性好，立體車庫建設(shè)成本大大低于傳統(tǒng)停車場。機(jī)械式立體車庫占地面積少，空間利用率高，便于合理規(guī)劃、優(yōu)化設(shè)計，綜合性經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較高。

2、智能化立體車庫存取車優(yōu)化控制策略

本文以巷道堆垛式和電梯提升式為例，對其存取車優(yōu)化控制策略進(jìn)行了詳細(xì)討論。

2.1巷道堆垛式

巷道堆垛式車庫主要依靠堆垛機(jī)來實現(xiàn)車輛存取，其機(jī)械化運(yùn)動系統(tǒng)主要由沿巷道方向的橫向移動部分、垂直于巷道方向的縱向移動部分和升降部分組成。其中，橫向移動部分負(fù)責(zé)將車輛輸送到車位在巷道上的相對位置，可以采用電機(jī)驅(qū)動主軸的運(yùn)動方式，并設(shè)置導(dǎo)軌來為橫向移動提供導(dǎo)向；縱向移動部分主要是運(yùn)用載車板等搬運(yùn)器來將車輛從橫向移動設(shè)備上搬送至車位。

通常來說，巷道堆垛式車庫的存取車策略可以分為以下三種：第一，存車優(yōu)先策略，即當(dāng)堆垛的存取操作結(jié)束后，應(yīng)優(yōu)先回到車輛出入口待命，使得后續(xù)車輛一到就可以盡快存入；第二，原地待命策略，即當(dāng)堆垛完成車輛存取操作后，應(yīng)就地停止并等待后續(xù)操作；第三，交叉存取策略，即當(dāng)需要同時存取多輛汽車時，應(yīng)按照存車和取車對車輛進(jìn)行分組，然后在兩組對象間進(jìn)行存取車交叉服務(wù)。

2.2電梯提升式

與巷道堆垛式類似，電梯提升式立體車庫的存取過程也是通過三個坐標(biāo)軸上的機(jī)械運(yùn)動實現(xiàn)。其中，高度方向上的運(yùn)動依靠電梯的機(jī)械升降來完成，水平橫向運(yùn)動和縱向運(yùn)動則分別借助行走小車的前后行走以及載車板的橫移來實現(xiàn)。電梯提升式立體車庫的存取車控制策略主要包括以下四種：第一，存車優(yōu)先策略，即每當(dāng)車輛存取操作結(jié)束后，電梯都回到基層，并且在電梯上還保持有一塊托車板來便于后續(xù)車輛直接開進(jìn)電梯，進(jìn)而實現(xiàn)最快存入；第二，取車優(yōu)先策略，即每當(dāng)車輛存取操作結(jié)束后，電梯上都沒有托車板，這樣便于進(jìn)行快速取車；第三，停車優(yōu)先和取車優(yōu)先組合策略，即當(dāng)車庫的存取率達(dá)到預(yù)設(shè)的規(guī)定值后，智能實現(xiàn)停車優(yōu)先與取車優(yōu)先間的自主切換；第四，原地待命策略，即每當(dāng)一次車輛存取操作結(jié)束后，電梯都停留在原地進(jìn)行待命。存取車控制策略不僅會對存取車耗時產(chǎn)生影響，而且還會影響到車庫設(shè)備的損耗和能耗。具體而言，在對電梯提升式車庫的存取車控制策略進(jìn)行優(yōu)化時，可以建立這兩個方面的綜合優(yōu)化控制目標(biāo)，通過對各種策略的多目標(biāo)綜合評價結(jié)果進(jìn)行仿真分析來制定最佳的控制策略。

2.3多目標(biāo)模糊綜合評判算法在立體車庫中的應(yīng)用

由以上兩種典型的立體車庫所采用的存取優(yōu)化控制策略可以看出，它們采用的存取車輛的控制策略可以說相差無幾，但它們選取的目標(biāo)函數(shù)卻不一樣，巷道式選取存取車客戶的等待時間為目標(biāo)函數(shù)，而電梯式立體車庫選取了存取車能耗為目標(biāo)函數(shù)。一般而言，立體車庫的服務(wù)對象關(guān)心的是存車/取車所耗的時間，而車庫的經(jīng)營者出于盈利的目的和對設(shè)備的損耗考慮更關(guān)心的是車庫的運(yùn)行能耗。

對于立體車庫各種優(yōu)化控制策略對車庫中升降橫移之類裝置的控制，傳統(tǒng)的算法只有一個控制目標(biāo)?；蚴且粤Ⅲw車庫客戶的最小等待時間為控制目標(biāo)，因為單個顧客在發(fā)出存取車信號后可以在短時間內(nèi)存取車輛；或是以立體車庫的最低能耗為控制目標(biāo)，它能滿足立體車庫經(jīng)營者對車庫低能耗高效運(yùn)行的要求。

但因為單純追求最小等待時間或是低能耗，忽略其他存車取車信號、能量損耗、等待時間等因素，只能達(dá)到局部的最優(yōu)，不一定能滿足所有影響車庫控制系統(tǒng)的要素。現(xiàn)有的研究工作有采用多目標(biāo)模糊綜合評判算法實現(xiàn)立體車庫控制系統(tǒng)的全局最優(yōu)，目的就是彌補(bǔ)上述控制方法的缺陷，實現(xiàn)控制系統(tǒng)升降裝置的合理調(diào)度。模糊綜合評判是在模糊的環(huán)境中，應(yīng)用模糊變換原理和最大隸屬度原則，考慮被評價事物相關(guān)的各個因素，對事物做出的綜合評價。

如通過該控制算法可以在存車/取車高峰時，選擇控制系統(tǒng)中升降裝置的控制方式為以減小顧客等待時間為主要考慮因素，節(jié)約能源為輔；當(dāng)顧客稀少時，比如在晚上，則以節(jié)約能源為主。而在通常情況下車庫控制系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)先考慮的是存車/取車時間，其次才考慮能量消耗。與該多目標(biāo)模糊綜合評判算法相似的是，目前亦有基于專家系統(tǒng)的自動化立體車庫出入庫調(diào)度策略方面的研究，它也可以實現(xiàn)立體車庫的優(yōu)化調(diào)度控制，使得車輛出入庫更加流暢，縮短了等待時間，提高了車庫整體的運(yùn)行效率。

綜上，智能化立體車庫目前在我國應(yīng)用還較少，而我國城市人口和車輛普遍較多，智能化立體車庫必將成為解決都市停車難問題的方法之一，本文對智能化立體車庫存取策略的研究結(jié)果同樣適用于倉儲和貨架系統(tǒng)，可廣泛應(yīng)用。