機械式停車設備車輛存取車策略研究

李永恒+李晶晶+張接信

摘 要：針對六層結構的垂直升降類機械式停車設備，分析不同的存取車策略。采取交叉存取和原地待命結合的策略并運用計算機對存取過程的數學模型進行仿真，結果表明：該結構停車設備在采取了交叉存取和原地待命結合的策略后能使該機械式停車設備存取效率提高8%到15%之間。

關鍵詞：機械式停車設備；存取效率；仿真

中圖分類號：F253.9 文獻標識碼：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

隨著國民生活質量提高，購買力顯著提高，小車漸漸成了每個家庭的必需品。而隨著小車數量增多而衍生出的機械式停車設備，占地面積少，儲存空間大，安裝位置多樣化，與一般場地式停車場相比有較大的優勢。而且隨著汽車保有量增多，越來越多的機械式停車設備運用于大眾的生活之中。

1 機械式停車設備種類、結構

我國機械式停車設備發展起步較晚，但到現在已經門類齊全。根據存取方式的不同，國家標準將其分為：升降橫移類機械式停車設備、水平循環類機械式停車設備、多層循環類機械式停車設備、簡易升降類機械式停車設備、巷道堆垛類機械式停車設備、垂直升降類機械式停車設備、平面移動類機械式停車設備、垂直循環類機械式停車設備、汽車專業升降機[1]。

在上述九大類停車設備當中，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，而且擁有停車數量和住戶數量匹配的優點。圖1為6層垂直升降類機械式停車設備結構示意圖[2]。其中1層是地面層，供車輛進出車庫通行，不停車，2～6層是停車層，這種車庫的進出口是可以雙向選擇的。

2 車庫的存取車策略

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

車庫的存取車用戶到達停車場的時間間隔在一天中絕大部分時間內服從泊松分布（不考慮上下班高峰期）。

參數λ表示單位時間內隨機事件的發生次數，也就是單位時間內汽車平均存取次數，可以通過長時間的監測記錄得到。

通過監測得到t時間內汽車平均存取次數。那么PX=1則可以表示為每兩個存取車用戶之間到達停車場的時間間隔恰好為t的概率。當概率最大時，記錄時間間隔Tm。

機械式停車設備每輛車的存取時間是和車庫的結構、控制步驟有關的，根據設計好的車庫參數能得到每輛車的平均存取時間，將其記錄為Tn。

如果Tm>>Tn，車庫采用先到先服務的策略是比較好的。如果Tm>Tn，車庫進車口道路面積大時，可以考慮取車優先。而車庫進車口道路面積小時，可以考慮存車優先。如果Tm≈Tn，則考慮交叉存取的策略，為了進一步提高效率，同時引入原地待命策略。

3 不同存取策略模型及其仿真

3.1 當Tm>>Tn的情況時，可以認為車庫車位余量充足，用戶可自行選取車位或交由系統分配，存取車流程如圖2所示。

3.2 當Tm≈Tn的情況時，即車位余量可能不充足的情況，為了減少總存取時間，將采用交叉存取和原地待命相結合的策略。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，將存取車總時間作為目標函數，為了得到確切的效率優化值，將使用Matlab軟件對兩種存取策略進行仿真。

3.3 仿真過程

將用戶的每個操作以編碼的形式記錄，每個編碼的書寫格式為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時表示A棟樓，為1時表示B棟樓。C為1到5之間的數，分別對應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次存車時間：

Matlab仿真：用randsample函數隨機生成m+n個操作碼。但根據常識可知，離得最近的對應同一個車位的操作碼，不可能同為取或者同為存，在編程時應注意這一點。最后分別模擬相同編碼情況下5次存車，3次取車的存取時間，得到的結果如圖4所示。

不采取任何策略的情況下的存取時間為348s，交叉存取和原地待命結合的情況下的存取時間為296s，可以看出采取交叉存取和原地待命結合的優化效果明顯。接下來分三種情況比較存取時間：存車數少于取車數、存車數和取車數相當、存車數多于取車數。

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

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

存車數和取車數相當（4次存車，4次取車），存取時間分布如圖6所示。

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

存車數遠大于取車數（7次存車，1次取車），存取時間分布如圖7所示。

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

由結果得知，交叉存取和原地待命結合的策略能提高存取效率8%到15%之間，其中當存取車數量相當時存取效率提高最多。

4 結束語

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

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

參考文獻：

[1] 國家質量監督檢驗檢疫總局，國家標準化管理委員會. GB/T 26476—2011，機械式停車設備術語[Z]. 2011.

[2] 劉曉娟，潘宏俠. 垂直升降式立體車庫系統設計與研究[J]. 機械設計與制造，2011（5）：48-50.

[3] 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（5）：51-55.

[4] 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（1）：208-211.

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

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