机械式停车设备车辆存取车策略研究

李永恒+李晶晶+张接信

摘 要：针对六层结构的垂直升降类机械式停车设备，分析不同的存取车策略。采取交叉存取和原地待命结合的策略并运用计算机对存取过程的数学模型进行仿真，结果表明：该结构停车设备在采取了交叉存取和原地待命结合的策略后能使该机械式停车设备存取效率提高8%到15%之间。

关键词：机械式停车设备；存取效率；仿真

中图分类号：F253.9 文献标识码：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

随着国民生活质量提高，购买力显著提高，小车渐渐成了每个家庭的必需品。而随着小车数量增多而衍生出的机械式停车设备，占地面积少，储存空间大，安装位置多样化，与一般场地式停车场相比有较大的优势。而且随着汽车保有量增多，越来越多的机械式停车设备运用于大众的生活之中。

1 机械式停车设备种类、结构

我国机械式停车设备发展起步较晚，但到现在已经门类齐全。根据存取方式的不同，国家标准将其分为：升降横移类机械式停车设备、水平循环类机械式停车设备、多层循环类机械式停车设备、简易升降类机械式停车设备、巷道堆垛类机械式停车设备、垂直升降类机械式停车设备、平面移动类机械式停车设备、垂直循环类机械式停车设备、汽车专业升降机[1]。

在上述九大类停车设备当中，垂直升降类因其可依附于建筑物，因此占地面积更少，成本更低，而且拥有停车数量和住户数量匹配的优点。图1为6层垂直升降类机械式停车设备结构示意图[2]。其中1层是地面层，供车辆进出车库通行，不停车，2～6层是停车层，这种车库的进出口是可以双向选择的。

2 车库的存取车策略

车库可以采用取车优先的存取策略，这样能尽量为同一时间存车的用户提供更多待选车位。也有部分车库采用存车优先的策略，这样能减少等候存车的用户的队列长度。也有的车库采用先到先服务的原则，而交叉存取、原地待命则能优化存取时间[3]。

车库的存取车用户到达停车场的时间间隔在一天中绝大部分时间内服从泊松分布（不考虑上下班高峰期）。

参数λ表示单位时间内随机事件的发生次数，也就是单位时间内汽车平均存取次数，可以通过长时间的监测记录得到。

通过监测得到t时间内汽车平均存取次数。那么PX=1则可以表示为每两個存取车用户之间到达停车场的时间间隔恰好为t的概率。当概率最大时，记录时间间隔Tm。

机械式停车设备每辆车的存取时间是和车库的结构、控制步骤有关的，根据设计好的车库参数能得到每辆车的平均存取时间，将其记录为Tn。

如果Tm>>Tn，车库采用先到先服务的策略是比较好的。如果Tm>Tn，车库进车口道路面积大时，可以考虑取车优先。而车库进车口道路面积小时，可以考虑存车优先。如果Tm≈Tn，则考虑交叉存取的策略，为了进一步提高效率，同时引入原地待命策略。

3 不同存取策略模型及其仿真

3.1 当Tm>>Tn的情况时，可以认为车库车位余量充足，用户可自行选取车位或交由系统分配，存取车流程如图2所示。

3.2 当Tm≈Tn的情况时，即车位余量可能不充足的情况，为了减少总存取时间，将采用交叉存取和原地待命相结合的策略。这种情况下存取车流程如图3所示。

本文所采取的策略主要目的是能提高存取车效率，将存取车总时间作为目标函数，为了得到确切的效率优化值，将使用Matlab软件对两种存取策略进行仿真。

3.3 仿真过程

将用户的每个操作以编码的形式记录，每个编码的书写格式为a，b，c，其中a为0或1，0表示存车，1表示取车。b为0或1，为0时表示A栋楼，为1时表示B栋楼。C为1到5之间的数，分别对应2～6层[4～6]。

3.3.1 第一种（不采取任何策略）

3.3.2 第二种（采取策略后）

第k次存车时间：

Matlab仿真：用randsample函数随机生成m+n个操作码。但根据常识可知，离得最近的对应同一个车位的操作码，不可能同为取或者同为存，在编程时应注意这一点。最后分别模拟相同编码情况下5次存车，3次取车的存取时间，得到的结果如图4所示。

不采取任何策略的情况下的存取时间为348s，交叉存取和原地待命结合的情况下的存取时间为296s，可以看出采取交叉存取和原地待命结合的优化效果明显。接下来分三种情况比较存取时间：存车数少于取车数、存车数和取车数相当、存车数多于取车数。

存车数少于取车数的情况（存车数1，取车数7），一共迭代50次，每次随机生成8个操作码，其中存车码1个，取车码7个，这50次存取时间分布如图5所示。

不采取任何措施的情况下，平均存取时间为334s，采取交叉存取和原地待命策略的情况下，平均存取时间为305.12s，提高了存取效率8.6%。

存车数和取车数相当（4次存车，4次取车），存取时间分布如图6所示。

不采取任何措施的情况下，平均存取时间为336.8s，采取交叉存取和原地待命策略的情况下，平均存取时间为289.44s，提高了存取效率14.1%。

存车数远大于取车数（7次存车，1次取车），存取时间分布如图7所示。

不采取任何措施的情况下，平均存取时间为326.48s，采取交叉存取和原地待命策略的情况下，平均存取时间为299.44s，提高了存取效率8.3%。

由结果得知，交叉存取和原地待命结合的策略能提高存取效率8%到15%之间，其中当存取车数量相当时存取效率提高最多。

4 结束语

随着高层建筑数量的增多，垂直升降类机械式停车设备因其能附着于建筑物的特点，成为了主要的停车设备之一。仿真研究结果表明：采用交叉存取和原地待命结合的策略较之与不采取任何策略的自由存取方法存车数少于取车数时效率提高8.6%；存车数和取车数相当时效率提高14.1%；存车数多于取车数时效率提高8.3%。

总之，采用交叉存取和原地待命结合的策略可提高机械式立体车库的存取效率，充分发挥立体车库的效应，使立体车库存取车快速完成，从而缓解城市停车难以及交通堵塞的状况。

参考文献：

[1] 国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会. GB/T 26476—2011，机械式停车设备术语[Z]. 2011.

[2] 刘晓娟，潘宏侠. 垂直升降式立体车库系统设计与研究[J]. 机械设计与制造，2011（5）：48-50.

[3] 徐格宁，程红玫. 基于排队论的立體车库车辆存取调度原则优化[J]. 起重运输机械，2008（5）：51-55.

[4] 张芳芳，梁飞，朱敏哲. 基于排队论的升降横移立体车库控制策略研究[J]. 计算机仿真，2013，30（1）：208-211.

[5] 李剑锋，段文军，方斌，等. 基于改进遗传算法立体车库存取调度优化[J]. 控制工程，2010，17（5）：659-661.

[6] 周雪松，田密，马幼捷，等. 智能化立体车库存取车优化控制策略的研究[J]. 制造业自动化，2008，30（10）：29-34.