基于仿真的機械立體車庫服務評價方法研究

楊國華

摘 要：機械立體車庫具有占地面積小、空間利用率高的特點，十分適合用在土地資源高度緊張的城市地區(qū)。本文將基于VISSIM仿真理論，對機械立體車庫服務評價方法進行深入研究，具體分析存取車的平均時間和出入口數(shù)量對車庫服務水平的影響，然后在此基礎上提出優(yōu)化建議。

關鍵詞：VISSIM仿真技術 機械立體車庫 服務評價方法

現(xiàn)如今隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，市場上的汽車占有量逐漸呈現(xiàn)出飽和趨勢，這不僅對城市交通帶來了極大影響，同時也產(chǎn)生了停車難的新問題，因停車難而導致的亂停亂放是交通擁堵的重要原因之一，同時還會帶來嚴重的環(huán)境污染和安全隱患。為了切實解決城市的停車難問題，技術人員基于仿真技術研究出機械立體車庫，但是由于缺少對機械立體車庫服務評價的有效方法，導致部分機械立體車庫在使用過程中不僅沒有緩解停車矛盾，甚至還引發(fā)出了新的交通擁堵。這也就要求技術人員必須對機械立體車庫的服務評價方法進行深入研究，摸索出更加完善、更加系統(tǒng)的機械立體車庫服務體系。

1 基于仿真的機械立體車庫服務模型搭建

1.1 理論基礎

通常情況來說，立體車庫的到達規(guī)律與泊松分布相一致，并且停車時長呈現(xiàn)出負指數(shù)分布，人們在使用立體車庫時選擇的位置相對隨機，存取車的時間也無規(guī)律可言，所以車輛的對應服務時間與負指數(shù)函數(shù)的分布情況相近似，技術人員根據(jù)排隊理論搭建M/M/S排隊模型，其中S為服務臺存取車的設備個數(shù)，M為服務時間，包括存車時間和取車時間。技術人員通過詳細記錄高峰期的存取車數(shù)據(jù)、設備個數(shù)以及設備服務時間等參數(shù)，科學計算出高峰期的車輛排隊情況以及取車的等待時間。

1.2 建立模型

1.2.1 存車模型

機械立體車庫的服務原則為先到先服務，也就是說如果車輛到達車庫時沒有多余的停車位，就需要排隊等待。所以假設到達立體車庫的車輛數(shù)量無限大，也就是在模型中認為客戶數(shù)為正無窮，車輛為單車到達，不同車輛的到達間隔時間與泊松分布相一致;對于存車排隊長度來說，在立體車庫的入口會設置堆垛機，堆垛機的數(shù)量就代表于服務臺的個數(shù);車輛從接受服務開始到放置到指定的停車位置，這一段時間就是車輛的服務時間。因為車輛的停放位置與存取時間都很隨機，所以相對應的車輛服務時間近似負指數(shù)分布。機械立體車庫的存車過程如圖1所示：

1.2.2 取車模型

取車模型與存車模型相類似，也需要遵循M/M/S排隊服務模型，駕駛員的取車時間符合泊松分布，那么所對應的服務時間也近似負指數(shù)分布。取車過程如圖2所示：

1.2.3 評價標準

首先，排隊長度。如果機械立體車庫的排隊長度過大，就會對周邊的交通造成影響，所以排隊長度是評價機械立體車庫服務水平的重要指標。在機械立體車庫中，一個車庫堆垛機僅能為一輛車提供服務，也就是堆垛機在進行取車服務時無法同時進行存車服務，存取車過程相對獨立。這也就是說機械立體車庫在高峰時段所提供的服務總需求為存車和取車的流量之和，即：Q=Qint+Qout，其中Qint表示存車流量，Qout代表取車流量，考慮到存取車所需要占用的時間，可以算出單位時間內(nèi)車庫的平均使用需求為，每秒鐘每個車位的服務車輛數(shù)為，其中t為存取車的平均時間。每個出入口的利用率為，其中S為出入口數(shù)量。如果ρ<1則代表在高峰時段機械立體車庫所提供的服務能夠滿足存取車需求，也就不會對周圍的道路交通造成影響。

假設，所有的出入口都沒有車輛存進或取出，那么技術人員就可算出穩(wěn)態(tài)空閑系數(shù)：

根據(jù)此公式就計算出車輛的必須等待概率為：

根據(jù)存車高峰時段，可以計算出存取車的平均排隊長度為：

其次，平均等待時間和逗留時間。為了讓機械立體車庫的使用者獲得良好的使用體驗，就必須不斷縮短他們的平均等待時間和逗留時間，車主的平均等待時間公式為：，逗留時間公式為：W=Wq+t。

1.3 VISSIM仿真模型

機械立體車庫的堆垛機雖然兼具存車與取車的功能，但是兩種功能不能同時進行。在VISSIM仿真模型中，利用相應的控制模塊即可控制堆垛機完成單一的存車或取車功能，并且在泊車狀態(tài)下不會開始新的存取功能。具體來說，技術人員需要通過VAP進行邏輯程序設計，當堆垛機被占用時，感應器就會檢測到有車信號，那么相應的信號燈紅燈亮起，從而對其他車輛形成限制;反之感應器會呈現(xiàn)綠燈，對其他車輛的限制被解除。除此之外，設計人員還需要設計一段重疊的路段分別設置堆垛位置和感應器，確保堆垛機在使用過程中不會產(chǎn)生混亂。

通過VISSIM仿真模型，技術人員就可以結合停車場的實際情況，進一步優(yōu)化停車場的服務體系，盡量減少排隊時間與等待時間，而且通過對高峰時間段的模擬運行，技術人員能夠直觀的觀察到機械立體停車庫的使用情況，進而能夠對周圍的交通疏導提供重要的參考資料。

總的來說，在VISSIM仿真模型的計算下，技術人員得出在高峰時期如果使用機械立體車庫，需要進行排隊等待，如果等待隊伍過長會對周邊交通造成嚴重影響;在高峰時間取車，也存在一定等待時間，如果超出使用者的心理預期，那么就會降低使用者的使用體驗，進而影響機械立體車庫的使用效果。

2 案例分析

本文以某一線城市的中心醫(yī)院機械立體車庫工程為例，對機械立體車庫的排隊時間和逗留時間進行深入分析。此機械立體車庫的中期存車高峰流量為483pcu/h，遠期存車高峰流量為586pcu/h，本文取最高值進行計算。根據(jù)中心醫(yī)院的實際情況，機械立體停車庫的排隊最大長度為100米。

機械立體車庫的中期取車高峰流量為262pcu/h，遠期取車高峰流量為482pcu/h，本文取最高值進行計算。結合停車庫出入口與等待時間的關系，在正常通行的情況下單車排隊等待時間不超過150秒。

2.1 高峰期存取車需求

根據(jù)對中心醫(yī)院每日訪客的綜合計算以及周邊交通環(huán)境的實地勘察，技術人員對機械立體停車庫的需求進行合理預估，得出如下表1所示：

2.2 高峰期存、取車排隊分析

由前文介紹我們可知，一個堆垛機單次只能服務于一輛車的存或取，也就是在進行存車服務的同時無法進行取車服務，那么在存車高峰時，車庫的服務量總和是存車和取車流量的疊加。在排隊論公式的輔助下，技術人員可以算得在高峰時段內(nèi)，機械立體車庫的存車排隊情況，具體如下表2所示：

以此類推，在排隊論的支持下，機械立體車庫的取車高峰排隊情況如下表3所示：

2.3 仿真驗證

通過vissim仿真模型對機械立體停車庫的排隊情況進行仿真模擬，可以得知在早高峰期間，車庫的存取車過程都相對順利，沒有明顯的排隊現(xiàn)象。但是在晚高峰時段，中期的仿真模擬車輛疏散相對順暢，遠期則存在著不同程度的排隊現(xiàn)象;在東側出口有著較大的車輛密度，但是不會影響北門入口的車流，因此不會造成嚴重阻塞。在本次項目中，機械立體車庫的所有開口都處在醫(yī)院地塊內(nèi)部，對周圍市政道路的影響相對較小，但是隨著規(guī)劃的不斷深入，醫(yī)院附近的主干道面臨著較大的交通壓力，具體的交通影響需要技術人員通過仿真模型進行分析。本次項目工程因為不存在外部開口，所以對周圍以及上下游路口的影響相對較小。

同時，正是因為所有的開口都安排在醫(yī)院地塊內(nèi)部，所以在醫(yī)院內(nèi)部的交通運輸中，經(jīng)常存在著十分明顯的車輛沖突，造成這一現(xiàn)象的主要原因有：一方面來說，因方向不同而導致交叉口的線流混亂，內(nèi)部交通承擔著著較大的交通壓力;另一方面來說，醫(yī)院內(nèi)部的交通引導措施并不完善，車輛的行進過程相對隨機，導致不同停車流線容易產(chǎn)生沖突。機械立體車庫對優(yōu)化醫(yī)院的內(nèi)部交通有著十分重要的影響，可以對即停即走、機械立體停車庫存取車輛、地下車庫存取車輛等不同的車輛線流進行分離和引導，使得內(nèi)部的通行條件進一步優(yōu)化。

通過上述研究我們可以通過仿真可得出如下結果：本項目在早高峰存取車時不存在明顯的排隊現(xiàn)象，而且通過醫(yī)院內(nèi)部的交通優(yōu)化，交通壓力相對較小，車輛沖突現(xiàn)象明顯改善。而且由于機械立體停車庫能夠提供大量的可用停車位，車輛就不會長時間堆積在醫(yī)院入口，這也會促進主干道的通行情況進一步優(yōu)化，進而提升道路的服務水平。

綜上所述，本文以具體的項目為背景，深入研究了基于仿真的機械立體停車庫的服務評價體系，在vissim仿真模擬的支持下，技術人員就可對項目的實際使用情況進行仿真測試，這可有效提高停車庫的服務水平，減少項目在投入使用后的使用矛盾，并進一步提高用戶的使用滿意度，這對于立體車庫的大范圍推廣有著十分重要的作用。

湛江市科技計劃項目：智能機械式立體車庫控制系統(tǒng)創(chuàng)新設計研究，項目編號：2020B01223。

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