自動化立體車庫存取車優化策略的研究

王明凱

（通力電梯有限公司，江蘇　昆山　215300）

自動化立體車庫存取車優化策略的研究

王明凱

（通力電梯有限公司，江蘇昆山215300）

對立體車庫而言，針對傳統意義上的自動化技術，其只是利用相關技術將車輛進行自動的存取操作，但是沒有考慮到實際使用中的耗時、耗能等指標，也沒有考慮車輛存取的合理化、智能化、科學化。針對車庫整體效率低、車輛存取時間不合理的問題，以提高立體車庫的存取車輛作業效率和降低能耗為目標，提出三種調度原則。以排隊論為基礎，總存取時間為目標，建立三種調度策略的數學模型，并對其進行仿真實驗，分析比較在不同策略下存取車時間的長短，得出最優的調度策略。進而將不同調度策略靈活組合起來，針對不同時間段采用不同的調度策略，可以有效地減少存取車時間。

立體車庫；調度策略；排隊論

隨著社會經濟的發展以及人們生活水平的提高，我國城市汽車的保有量迅速增長，而與之配套的停車設施發展卻相對滯后，難以滿足停車需求。城市泊車壓力越來越大，嚴重影響廣大市民的日常生活，在寸土寸金的城市里不可能大量建造停車場來緩解停車難的問題，因此，建設具有占地面積小、方便安全、庫容量大的立體車庫既能緩解城市道路空間狹小的矛盾，又能適應城市高節奏快速發展的需要，為城市向更大規模發展提供了有利的條件。

對立體車庫而言，傳統意義上的自動化只是利用相關技術將車輛自動進行存取操作，沒有考慮到實際使用中的耗時、耗能等指標，車輛的存取還沒有達到合理化、智能化、科學化［1］。所以如何提高車庫整體效率，減少車輛存取時間是立體車庫當前研究的重要內容。本論述以排隊論為基礎，對巷道堆垛式立體車庫采用不同的存取車策略分別建模，并對車輛存取時間進行仿真對比，分析實驗結果，確定最優調度策略，為車庫的前期設計提供參考。

1　模型建立

1.1巷道堆垛式立體車庫概述

巷道堆垛式立體車庫是20世紀60年代歐洲根據自動化立體倉庫原理設計的一種專門用于停放小型汽車的立體停車設備，其原理是依靠巷道堆垛機或橋式起重機將進到搬運器的車輛水平且垂直移動到存車位，并用存取機構存取車輛的機械式停車設備。該類型的車庫是集機、光、電、自動控制為一體的全自動化立體停車設備，技術含量和智能化程度較高，可以靈活設置在室外、室內、地下等場地，市場占有率較高。

1.2車庫模型建立

圖1　巷道堆垛式立體車庫模型

圖1是巷道堆垛式立體車庫模型，對于多層多巷道的立體車庫的存取操作，每個巷道內存取車過程是相同的，因此只需選取單個巷道來考慮。在單個巷道內進行一次存取車操作可分為三個基本動作，即三個方向上的運動——沿巷道方向上的水平運動X，用來選擇所要存取的車在X方向所處的車位；垂直升降運動Z，用來選擇車位所處的層數；橫向存取運動 Y，實現存取操作。對于不同的車位，Y向存取操作相同，因此可將模型簡化為單巷道內（X，Z）的二維運動，圖2為車位坐標編號。

圖2　巷道堆垛式立體車庫坐標編號

2　立體車庫存取策略

最大限度提高巷道堆垛式立體車庫的存取車效率，減少用戶等待時間是立體車庫研究的重點內容。尤其是在存取車的高峰期，效率低下可能會導致車主的長時間等待，造成車庫外交通擁堵，降低用戶的使用體驗，因此如何減少立體車庫工作時耗尤為重要，也是立體車庫設計之初最先考慮的問題。

2.1車庫調度原則

立體車庫存在以下幾種調度策略［2］：

（1）存車優先策略：當堆垛機完成存取操作后回到出入口待命，當有下一輛車來到時可以直接存入，不需要等待，這種模式適合早晚時段的存車高峰期。

（2）原地待命策略：堆垛機在執行完上一次存取任務后原地不動，等待下一次的操作。

（3）交叉存取策略：當同時有幾輛車需要存取時，按照存車和取車進行分組，對分組后的存取任務進行交叉操作。

對立體車庫而言，存取車服務的時間和車位的分配有關，離出入口近的存取車時間短，離出入口遠的存取車時間長，因此我們按照由近及遠，由低層到高層的方案就近存取車輛。

2.2模型參數設定

為定量進行分析，本論述對立體車庫作如下假設：

（1）立體車庫的輸入輸出過程符合排隊規則，按照車輛到達時間間隔服從泊松分布；車輛在庫內存放時間服從正態分布；車輛到達時若沒有車位則離去；顧客接受服務遵循先到先服務原則。

（2）如果車位位于i列j行，則標記為（i，j）點，車庫出入口位于O點，假設車位長度為l，高度為h，堆垛機的運行速度為v，橫移機構存取車輛的時間為t。

2.3不同調度策略下的數學模型

（1）存車優先的數學模型

按照該策略向（a，b）車位存入車輛，則運行時間為：

存取k次的總時間∑T為：

（2）原地待命的數學模型

前一次從（a，b）車位取車，后一次向（c，d）車位存車，所需的時間T1為：

前一次從（a，b）取車，后一次從（c，d）車位取車，所需時間T2為：

前一次向（a，b）車位存車，后一次向（c，d）車位存車，所需時間T3為：

前一次向（a，b）車位存車，后一次從（c，d）車位取車，所需時間T4為：

（3）交叉存取策略的數學模型

當車庫中同時有幾輛車需要存取作業時，可以用交叉存取的方式，在有車輛需要存入后緊接著執行取車操作，當有取車操作后直接執行存車操作。該策略是對存取車序列進行了優化，使存車和取車任務進行組合，以達到最少的存取車時間，執行一次存取車的復合作業分別是T1和T4的過程。

3　仿真及結果分析

以排隊論為基礎建立參數為λ的泊松分布，車輛在庫內停放時間符合參數為（μ，σ）的正態分布，取λ=1，μ=90，σ=30，模擬車庫高峰時段一個小時內的存取車情況，得到存車任務的時間序列和取車任務的時間序列，根據此時間序列和立體車庫模型以及存取策略進行仿真模擬，結果見圖3所示。

（1）存車優先花費時間較多，堆垛機每次完成作業后都需要返回到出入口，如果前一次存車后一次取車就需要多運行一個來回，要比原地待命的策略更加耗時，但存車優先策略適用于辦公場所、居住區等場所的早晚存車的高峰時段，在早晚固定時段采用存車優先的策略會顯著減少車庫運行時間。

（2）交叉存取策略耗時最少，其優越性表現在對車輛的存取序列進行了一定的優化，大大減少了堆垛機的空載行程，尤其是商業中心區存取車任務繁重，存取時間較隨機，通過對存取序列的重新組合，可以提高車庫運行效率，較少顧客等待時間。

（3）原地待命策略耗時介于存車優先和交叉存取之間。原地待命的策略不需要進行前期準備，無形中減少了個別不必要的往返運行。

綜合考慮實際情況，立體車庫可以在原地待命的基礎上，在出入庫頻繁的高峰期采用交叉存取策略，在車流量不大且連續存車居多的情況下使用存車優先策略，通過不同時段存取車特點選擇合適的調度策略可以有效減少存取車時間與顧客的等待時間。

圖3　三種策略下存取車時間比較

4　結束語

（1）隨著城市的快速發展，城市停車場已經成為稀缺資源，越來越難以滿足人們的停車需求，而自動化立體車庫能有效地節約土地資源和充分利用空間，為停車難問題提供了一個有效的解決途徑，具有良好的市場推廣前景。

（2）立體車庫包含了當前機械、電子、計算機等領域的成熟技術，已成為技術密集型產品的代表。如何實現存取車調度策略的優化從而使其高效運行成為了立體車庫研究的重要內容，也吸引了越來越多的學者對其進行研究。

（3）對立體車庫存取車調度策略進行優化，可以減少用戶的存取車等待時間，提高用戶的使用體驗，而對于商家而言，可以減少車庫能耗，提高車庫競爭力。綜合分析可以看出，如果將三種調度策略靈活組合起來，針對不同時間段采用不同的調度策略，可以有效地減少存取車時間。

［1］ 周雪松，田密，馬幼捷.智能化立體車庫存取車優化控制策略的研究［J］.制造業自動化，2008，30（10）：29-34.

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［3］ 周志勇，張紀會，宋曉鵬，等.基于排隊論的出行車輛停放接受條件［J］.東南大學學報，2006，36（04）：638-642.

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［5］ 周志勇，張紀會，宋曉鵬，等.基于排隊論的出行車輛停放接受條件［J］.東南大學學報，2006，36（04）：638-642.

［6］ 朱文真，唐敦兵，王雷.基于遺傳禁忌搜索算法的自動化立體倉庫出入庫路徑優化研究［J］.機械科學與技術，2011，30 （07）：1201-1206.

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［8］ 徐格寧，程紅玫.基于排隊論的立體車庫車輛存取調度原則優化［J］.起重運輸機械，2008（05）：50-55.

［9］ 張芳芳，梁飛，朱敏哲.基于排隊論的升降橫移立體車庫控制策略研究［J］.計算機仿真，2013，30（01）：208-211.

TP273+.1

A

10.3969/j.issn.1672-6375.2016.07.010

2016-3-21

王明凱（1972-），男，漢族，江蘇連云港人，碩士，主要從事電梯和自動扶梯等垂直運輸設備的研發工作。