基于局部優(yōu)化+區(qū)域整合的停車場設計方案

蘇暢 鄭鑫浩 李灝 李佳豪 李政誼

摘 ?要：文章針對停車場位置有限與停車過程復雜的實際問題，通過建立局部優(yōu)化非線性規(guī)劃模型，獲得單一規(guī)則區(qū)域的具體設計方案。以此為基礎分別考慮多區(qū)域規(guī)劃整合問題以及消防因素和出入口設計。給出復雜區(qū)域的實際設計方案。通過Lingo程序進行數(shù)據(jù)處理，得出合理結論。并且按照比例尺將實際停車場精確復制。再將復雜的區(qū)域合理劃分為三個單一、規(guī)則區(qū)域，然后就各個單一區(qū)域進行計算求解。三個矩形區(qū)域求解很容易進行規(guī)劃設計。使模型結果更加可靠，魯棒性強[1]。本設計方案建立的停車場模型基于實際狀況擬合真實，擁有較高的可實現(xiàn)度。且模型建立過程中充分考慮現(xiàn)實因素，同時考慮安全系數(shù)與效益系數(shù)。真實程度高，在消防設計上，依據(jù)模型自身優(yōu)勢。設計方案高效且完備。

關鍵詞：停車場設計;局部優(yōu)化模型;區(qū)域整合;權重系數(shù)

中圖分類號：U491.7 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）19-0105-02

Abstract： In this paper， aiming at the practical problems of limited parking location and complex parking process， the specific design scheme of a single regular area is obtained by establishing a local optimization nonlinear programming model. On this basis， the integration of multi-area planning， fire protection factors and entrance design are considered respectively. The actual design scheme of the complex area is given. Through data processing by the Lingo program， a reasonable conclusion is drawn， and the actual parking lot is accurately copied according to the scale. Then the complex region is reasonably divided into three single， regular regions， and each single region is calculated and solved. The solution of three rectangular regions is easy to plan and design， which makes the results of the model more reliable and robust. The parking lot model base established by this design scheme is true to the actual situation， and has a high degree of realizability. The practical factors are fully considered in the process of establishing the model， and the safety factor and benefit coefficient are taken into account at the same time， and with a high degree of truth. In the fire protection design， according to the advantages of the model itself， the design is efficient and complete.

Keywords： parking lot design; local optimization model; regional integration; weight coefficient

1 問題重述

隨著人們生活水平地不斷提高，停車已成為城市難題，這里實現(xiàn)在有限的空間區(qū)域內(nèi)，讓停車場獲得較大的停車能力。這里建立了基于局部優(yōu)化模型的露天停車場模型、分別解決了以下三個問題：（1）對停車場進行合理的規(guī)劃設計，并給出該停車場的設計方案及平面示意圖。（2）在限制出入口的情況下，考慮消防等因素，使停車位盡量多的停車場設計方案。（3）在不限制出入口的情況下，考慮消防等因素，建立合理的數(shù)學模型，使停車位盡量的多，更符合該大型商場的停車場設計方案。

2 模型的建立及求解

2.1 對停車場合理的仿真[2]規(guī)劃設計

在此模型中，假設在此平面內(nèi)不考慮其他因素，由于實際中的停車場很少采用平行泊車（即？茲=0）的方式，一般采用斜列式泊車。？茲存在一個極限值？茲0，當？茲角小于這個角度時，停車方式就變?yōu)槠叫惺讲窜?，由式?）

其中Dl為車位長，Dw為車位寬。

從一輛車駛入停車位開始分析，已知停車場長度L為79m，寬度W為26.5m。我們可以獲得此停車場設計方案并畫出基于局部優(yōu)化模型的最終停車場的平面示意圖（見圖1）。

由圖1可知設計方案：（1）共建造四排停車位，停車位傾角θ=50.29°;（2）每一排建造23個停車位，每個停車位長度為5.0m，停車位寬度為3.2m;（3）由于汽車轉向最小半徑R1=5.5m，建造通道寬度為3.1m的車道。

2.2 在限制出入口的情況下停車場設計方案

我們根據(jù)已知條件將此停車場分為三個區(qū)域進行單一規(guī)劃，為了使設計方案更加合理，從第一題的基礎上優(yōu)化模型，增加權重系數(shù)α和？茁安全系數(shù)α%=47%，效益系數(shù)增加？茁%=53%。模型適用程度M為：

分別對三個區(qū)域初步的進行規(guī)劃

區(qū)域一：

我們通過Lingo計算后獲得：輸出最優(yōu)解Mbest=6.355

此時AW=4、Ad=2、P=10.5m、N區(qū)域1=nbest*AW=400

同理：

區(qū)域二：輸出最優(yōu)解Mbest=4.908;

區(qū)域三：輸出最優(yōu)解Mbest=4

2.3 區(qū)域整合與模型優(yōu)化求解

上一小節(jié)計算得的N區(qū)域x是一個半理想化的數(shù)據(jù)，這里決定在停車區(qū)內(nèi)添加消防栓并停放小型消防車進行火災預防。處于效益角度考慮，盡可能的設置了四個消防栓，能夠在比較經(jīng)濟的情況下實現(xiàn)停車場的消防設施全覆蓋。

假設1為區(qū)域整合導致停車位缺失量。？準2為消防栓導致的停車位缺失量。

由此獲得此停車場的模型輸出最大停車量

根據(jù)計算結果得出N2=1062

2.4 不限制出入口的情況下進行區(qū)域最優(yōu)

此問題的關鍵點在于出入口的設計將會分別對停車位數(shù)量和場內(nèi)行駛距離（便易程度）產(chǎn)生影響，這里考慮出入口的設計對停車位數(shù)量影響，由于區(qū)域一、二、三修改出入口無法明顯增加。停車區(qū)域的限制導致停車位數(shù)量已經(jīng)無法實現(xiàn)大量增加。

假設整個區(qū)域內(nèi)便易程度為式（5）

使用matlab進行擬合求解后。最終可以求出此題的出入口位置設計。

3 模型的評價

3.1 模型的優(yōu)點

（1）這里巧妙地使用了消防栓進行火災預防，相比較開設消防通道，我們本身車道足夠寬，消防栓提供了更多的水源。節(jié)約了更多的停車區(qū)域，使停車場空間利用率達到效益最大化。（2）我們運用比例尺，模擬出大型商場周邊停車場的精準模型，充分聯(lián)系實際，根據(jù)停車場的實際情況，將復雜區(qū)域進行區(qū)域劃分，再進行區(qū)域整合。使設計變得簡潔明了。（3）這里實現(xiàn)了在有限的空間區(qū)域內(nèi)，讓停車場獲得較大的停車能力。該模型具有有效的利用時間和空間資源的能力，本模型充分保障了停車場的效率性。（4）在建立模型的過程中，我們考慮了權重系數(shù)α和β，α是安全系數(shù)，β是效益系數(shù)，在停車場建造的過程中，我們既要考慮停車場的安全又要考慮停車場的效益，安全考慮了道路的寬度，效益即停車位的數(shù)量，使模型更加真實。（5）在建立模型的過程中，我們充分考慮了停車場的便捷性，根據(jù)便易程度c，即停車位與出入口的距離，根據(jù)便易程度c來設計停車場的出入口，使停車場出入口的設計更加合理。

3.2 模型缺點

（1）由于我們計算使用程序簡略，故在數(shù)據(jù)的計算方面會存在一些誤差，但是深刻聯(lián)系實際，結合實際情況，因此，本模型的數(shù)據(jù)可信度和普遍適用度較高。（2）由于駕駛員每個人駕駛熟練程度不同，我們所設置的停車場的道路寬度在實際情況中可能給個別駕駛員帶來不便，但是我們在建立模型的過程中充分考慮實際情況，所設計的停車場模型滿足大多數(shù)駕駛員的需求。

4 誤差分析

（1）利用Lingo軟件對數(shù)據(jù)進行處理，但是由于我們設置的自變量指標有限，會在該模型的求解過程中出現(xiàn)結果誤差。（2）在進行停車場設計規(guī)劃時考慮充分，與實際緊密聯(lián)系，本設計方案和本文中大型商場周圍的停車情況切合度非常高，但是模型存在部分基本理想假設，導致跟實際情況會出現(xiàn)一定的誤差。但是本模型的精確度在誤差范圍之內(nèi)，可信度較高。

5 模型的改進與推廣

5.1 模型的改進

模型的建立過程中，使用lingo計算程序，計算結果準確度可能不夠，并且未將個人系數(shù)按照泊松分布[3]進行泊車過程分析。而且我們?yōu)榱撕喕Ｐ?，設置了部分理想化假設，如果時間充足，我們可充分結合現(xiàn)實情況，各方面多重考慮實際，使模型擬合程度更高。

5.2 模型的推廣

我們建立的停車場模型是基于國家標準設計的，與實際狀況擬合真實，擁有較高的可實現(xiàn)度。擁有安全系數(shù)與效益系數(shù)權重分析，用于設計停車場規(guī)劃具有很大的優(yōu)勢，我們進一步改進優(yōu)化后，可以實現(xiàn)模型的進一步推廣。

參考文獻：

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