平面移動式立體停車場停取車模式優(yōu)化研究

平面移動式立體停車場停取車模式優(yōu)化研究

近年來，隨著城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，車輛負(fù)荷迅速增加，停車需求增加。然而，現(xiàn)有停車設(shè)施的不足和停車管理的滯后，直接導(dǎo)致停車問題的出現(xiàn)，制約了城市的發(fā)展。作為一種新興的倉儲設(shè)施，三維停車場具有停車能力強、空間少、停車效率高的特點。同時，在某種程度上，三維停車場的開發(fā)和使用始于20世紀(jì)80年代初，自20世紀(jì)90年代以來，它的應(yīng)用非常普及。目前，中國已經(jīng)形成了一個新興的停車場行業(yè)，已經(jīng)進(jìn)入了轉(zhuǎn)型、開發(fā)、制造、應(yīng)用的初期發(fā)展階段。目前，已經(jīng)擁有30多家三維停車場生產(chǎn)設(shè)備。目前，三維停車場主要包括垂直升降橫截面、道路堆積橫截面、垂直升降面、水平移動等。其中，廣泛應(yīng)用于我國平面以上的三維停車場。1高效自動取車平面移動式立體停車場根據(jù)場地大小,建造于地上、地下或部分半地上、部分半地下,一般有三到七層,密閉式存儲,最大限度滿足客戶拓展停車空間的需要.車場一般均采用PLC控制系統(tǒng),使用由紅外線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),完成高速運輸過程中的數(shù)據(jù)傳輸,以保證其能準(zhǔn)確無誤地實現(xiàn)全自動化存取車.整個停車場每層都由兩列停車位及其中間的巷道構(gòu)成.除此之外,每層還有一輛搬運小車停放在巷道上,搬運小車用來搬運每層的載車板.整個車場內(nèi)的載車板都停在其對應(yīng)的泊位上,未進(jìn)行存取車過程時,其總量等于停車總位數(shù)減一,無載車板的停車位即為下一輛車的指定泊位,此泊位上的載車板被運至頂層停車場入口處的升降機(jī)上,等待下一個客戶來停車.1.1停車場2層存車過程對于平面移動式立體停車場,一個停車過程所需做的工作可分為存車和取空載車板兩個過程.存車過程是指用戶將車停在停車場頂層入口處的載車板上后,升降機(jī)將車輛送至載車板所在的層數(shù).當(dāng)升降機(jī)移動到位后,齒輪裝置通過傳動載車板來將車輛移動到搬運小車上,然后小車經(jīng)巷道水平走行,到達(dá)指定車位后,由齒輪裝置將載車板和車輛一同移至指定車位,存車過程結(jié)束.停車場2層存車過程(俯視)如圖1所示(標(biāo)有編號的矩形為載車板;箭頭指示方向為車板走行方向).由于此時停車場入口處已經(jīng)無載車板,為了減少下一次的存車時間,待車輛存入后,車場工作人員還需要選定下輛車的停車位,并通過搬運小車將此停車位上的空閑載車板從車位上取下,經(jīng)過水平走行后將空載車板運至升降機(jī)上,再由升降機(jī)運送至停車場入口處等待下一個停車過程,取載車板過程結(jié)束.停車場2層取板過程(俯視)如圖2所示.取車過程則與之相反.1.2智能式停車場在最初的平面移動式停車過程中,同一時間只能控制單一機(jī)械的走行,只有當(dāng)搬運小車完成其工作后,升降機(jī)才能升降到其它層,同理,只有當(dāng)升降機(jī)停在某一指定停車層后,該層的搬運小車才能進(jìn)行作業(yè),否則處于休息狀態(tài).而目前,一些廠家針對此推出了更智能化的停取車機(jī)械走行.最新的智能式停車場同一時間,能控制不同層的搬運小車以及升降機(jī)同時工作.當(dāng)升降機(jī)將載車板移至搬運小車后,就可以進(jìn)行升降作業(yè)了,與此同時,圖1所顯示的停車場2層存車過程和停車場1層取板過程(俯視)也在進(jìn)行,如圖3所示空載車板移至搬運小車,等待升降機(jī)降至該層.這種最新的智能式停取車過程可以較好的解決停車過程時間長的問題,從而提高單位時間停車場所服務(wù)的車輛數(shù).2優(yōu)化立體停車場的配置雖然立體停車場廠商已經(jīng)在平面移動式存取車過程上做了上述改進(jìn),存取車過程也已相對智能化,但是通過調(diào)研發(fā)現(xiàn),目前立體停車場在車位選擇上大部分是通過車場工作人員進(jìn)行人工選擇.即使是長期進(jìn)行泊位選擇并積累了一定經(jīng)驗的工作人員在很多時候都不能科學(xué)的選擇停放泊位.主要表現(xiàn)在以下兩方面:首先,停車的高峰時段,車場工作人員因難以估計不同層搬運小車走行的交叉時間,而未能正確選擇最佳停車泊位,來減少載車板一次存取過程中的周轉(zhuǎn)時間.致使車場停車效率不能滿足實際的需求,從而造成了車輛在停車場外的堆積.這對高峰時段的停車極其不利,車場很有可能因此失去一部分客源,而為了滿足需求,車場則不得不多設(shè)置一個升降口,這樣會導(dǎo)致車場建設(shè)成本增加.再者,停車流相對稀疏時,車場工作人員能通過視覺判斷停放哪一個泊位的走行距離較少,但其往往未考慮到車場的升降機(jī)械設(shè)備和平移設(shè)備單位時間消耗的功率存在巨大差異,而且升降機(jī)械往往是平移機(jī)械的七八倍.此外機(jī)械設(shè)備縱向、橫向的速度也不一樣,時間因素也影響了最后的總功率.而立體停車場普遍功率消耗大的缺陷,也使有些廠商不愿意投資立體停車場,導(dǎo)致立體停車場的發(fā)展受到限制.以上兩點問題不只存在于平面移動式立體停車場,國內(nèi)其它類型的立體停車場也暴露出了選擇停車泊位不科學(xué)的問題.同時立體停車場在高峰時段車輛存取的接續(xù)時間長,機(jī)械功率消耗大,成本高的缺陷,也限制了其在國內(nèi)的廣泛運用.因此,若要將立體停車場進(jìn)一步在國內(nèi)推廣,必須努力從降低能耗方面進(jìn)行改善,節(jié)約成本,并爭取以最小的功率損耗達(dá)到最大的停車效率.本文旨在將立體停車場的泊位選擇系統(tǒng)在原有人工選擇的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn),以使其更加適應(yīng)用戶需求.主要以平面移動式為例進(jìn)行研究.3升降下降和走行業(yè)提升的計算經(jīng)過調(diào)研可知,平面移動式主要技術(shù)指標(biāo)基本如表1所示.t存取=h車長v升降=1550×10-450=3.1×10-2min?t縱移=l車長v行走=5000×10-380=6.25×10-2min?t存取=l車寬v存取=1850×10-324=7.71×10-2min?t升降∶t走行∶t存取≈1∶2∶2.5.W升降=Ρ升降×t升降=18.5×3.1×10-2/60=t存取=h車長v升降=1550×10?450=3.1×10?2min?t縱移=l車長v行走=5000×10?380=6.25×10?2min?t存取=l車寬v存取=1850×10?324=7.71×10?2min?t升降∶t走行∶t存取≈1∶2∶2.5.W升降=P升降×t升降=18.5×3.1×10?2/60=9.56×10-3kW·h,W走行=P走行×t走行=2.2×6.25×10-2/60=2.29×10-3kW·h,W存取=P存取×t存取=0.75×7.71×10-2/60=9.64×10-4kW·h,W升降∶W走行∶W存取=1∶4∶1.由于機(jī)械設(shè)備在升降、縱移、橫移3個方向上,單位走行所消耗時間和功率一定,故為了簡便后面的建模計算,選擇用其近似比例關(guān)系中的值來反應(yīng)它們的大小.即:t升降取值為1,t走行為2,t存取為2.5,W升降為1,W走行為4,W存取為1.在此基礎(chǔ)上,選取頂層入口升降機(jī)處為坐標(biāo)原點,分別以走行、存取和升降的方向為x,y,z方向,建立坐標(biāo)系.3.1層間停車算法的建立整個算法模型可分為3種情況:1)有人來取車;2)有人來存車;3)同時有人來存車和取車.當(dāng)有人來取車時,先將原先供下一輛存車客戶停車的載車板送回原處,再找到所取車對應(yīng)的載車板,取出即可.當(dāng)有人來存車時,車場工作人員需選定下一輛車的停車位.假設(shè)當(dāng)前車的指定停車位為B車場a-b(B表示車場編號,a表示層數(shù),b表示車位號),與該車位同層的車位為B車場a-c,與其不同層的車位設(shè)為B車場d-e.由于在最新智能式停取車過程中,升降機(jī)向a層移動時,與a層不同層的搬運小車已經(jīng)可以開始搬運載車板,升降機(jī)也可以升降到b層.故即使車位B車場a-c到出口的時間比B車場d-e短,但a層搬運小車必須把當(dāng)前車存至B車場a-b后,才能開始取B車場a-c的板,但在此存車作業(yè)的過程中,B車場d-e上的載車板可能已經(jīng)可以被升降機(jī)搬運到頂層出口.基于以上停車過程,在算法的處理上可以分為兩種情況:1)下一輛車的停車位與存車車位同層.此時,整個停車過程的時間為at升降+t走行([b-12]+1)+t存取+t走行|[b-12]-[c-12]|+t存取+t走行([c-12]+1)+at升降=2at升降+t走行([b-12]+|[b-12]-[c-12]|+[c-12]+2)+2t存取(1)at升降+t走行([b?12]+1)+t存取+t走行∣∣[b?12]?[c?12]∣∣+t存取+t走行([c?12]+1)+at升降=2at升降+t走行([b?12]+∣∣[b?12]?[c?12]∣∣+[c?12]+2)+2t存取(1)2)下一輛車的停車位與存車車位不同層.此時,從升降機(jī)下降到a層,搬運小車將載車板搬至aob,直至升降機(jī)再到d層,總共用時為Μ1=at升降+t走行([b-12]+1)+t存取+|a-d|t升降=t升降(a+|a-d|)+t走行([b-12]+1)+t存取(2)M1=at升降+t走行([b?12]+1)+t存取+|a?d|t升降=t升降(a+|a?d|)+t走行([b?12]+1)+t存取(2)而搬運小車從doe上取下空板,并將其送至d層臨近升降口處的巷道始端所需的時間為Μ2=t走行[e-12]+t存取+t走行[e-12]=2t走行[e-12]+t存取(3)M2=t走行[e?12]+t存取+t走行[e?12]=2t走行[e?12]+t存取(3)這兩個時間中存在交叉時間,需要這兩者中較大者.即停車過程的時間為M=max{M1,M2}(4)T=M+t走行+dt升降(5)按照以上方法,將t升降,t走行,t存取的值代入式中,可將停車場各空車位對應(yīng)的一次停車時間算出來,再進(jìn)行排序,選擇時間最短的空車位為下一輛車的停車位.當(dāng)同時有人來存車和取車,則以先存后取的順序進(jìn)行.存和取的過程如上所述.3.2停車過程能耗功率的計算此算法模型的分類情況與載車板補給時間最短的算法模型基本類似,只是要將參數(shù)t升降,t走行,t存取改為W升降,W走行,W存取.與上個模型唯一不同的是,在下一輛車的停車位與存車車位不同層的情況中,整個停車過程所消耗的功率除了有存車和取空板消耗的功率外,還要加上a層搬運小車回到a層巷道始端的功率(每層搬運小車在完成本層作業(yè)后,都需要回到其在該層的初始位置).故此時,整個停車過程所需消耗的功率為Ρ=Μ換位功率+W走行+dW升降+W走行[b-12]P=M換位功率+W走行+dW升降+W走行[b?12](6)其余排序,步驟與上個算法模型相同.3.3對于變壓器的模型優(yōu)化這兩種模型選擇停車位的順序由于算法不同而不同.車場工作人員可根據(jù)自己的經(jīng)驗,從實際情況出發(fā),參照這兩種模型的結(jié)果,進(jìn)行車位選擇.一般而言,高峰時期,等待停車的客戶較多時,可選擇第一個模型,提高提取車效率.若現(xiàn)有升降口可以滿足該區(qū)域用戶的需求,就可通過選擇第二個模型來減少機(jī)械走行所消耗的功率,減少運營成本.4停車模式的建立系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計思路,基于上述兩種算法模型,在.net環(huán)境下使用C#語言進(jìn)行軟件系統(tǒng)的開發(fā),以求利用C#語言的高效、靈活性和.net平臺提供的大量組件,最大限度地實現(xiàn)整個停取車過程的模擬.系統(tǒng)以三層平面移動式立體停車場為例,每層兩列車位在界面上并列排列.用戶可通過點擊Radiobutton來選擇適合目前狀況的停車模式.對于第一次使用該系統(tǒng)的操作人員,可單擊存車過程模擬按鈕,觀看一次存車過程的對比演示,以此建立對系統(tǒng)原理有初步認(rèn)知.在車位分布示意圖中,系統(tǒng)通過自定義繪制Label控件來表示各停車位的占用情況,當(dāng)格子顯現(xiàn)顏色時,代表車停在此車位上,與此同時其值由車位號變?yōu)樗＼嚨能嚺铺?反之,則相反.此外還設(shè)置一個Label控件代表車場出入口的升降平臺,當(dāng)供用戶停車的載車板一旦被搬運到車場出入口地面處,其也將變?yōu)樯钌?其值則是此車板的值,即反應(yīng)下一輛車的指定車位號.整個停取車過程通過timer控件來反映各個過程所花費的時間,而右側(cè)的Listbox表單里則記錄了當(dāng)前各空車位至頂層出口的換算距離值.工作界面如圖4所示.5型立體停車塔的結(jié)果分析綜上所述,將本文論述的兩種算法模型與現(xiàn)有立體停車場的停取車系統(tǒng)相融合,來提高平面移動式立體停車場的停取車效率,節(jié)省機(jī)械傳動設(shè)備所消耗的功率,同時降低車場的建設(shè)成本和運營成本.而這兩種算法的基本原理具有普適性,其還可適用于最近在國內(nèi)被廣泛推廣的大型立體停車塔,即垂直升降式立體停車場.不過,對于這兩種模型的選擇,還需靠車場人員根據(jù)實際情況并結(jié)合自己的經(jīng)驗,來進(jìn)行操作.本文建議其在高峰時間以載車板供給時間最短為前提選擇停車泊位,而在一般時段,根據(jù)功率最省的模