（电力系统及其自动化专业论文）智能化立体车库优化调度算法研究.pdf

独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取 得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 天津理工大望 或 其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研 究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 一 房、 学位论文作者签名： nl w 一 签字日期：d d 年 岁月d 日 j 力叼 7 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨盗墨墨太堂有关保留、使用学位论文 的规定。特授权墨盗墨兰盘鲎一可以将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编， 以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复本和电子 文件。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：导师签名： 签字日期：忒7 许弓月0 日 签字日期：麦。f d 年乡月。日 摘要 随着我国汽车工业的发展和鼓励轿车进入家庭及一系列相关政策实施，特别是伴随 着大城市经济社会的发展和城市现代化水平的提高，使得城市交通拥挤的矛盾日益突 出。而智能化立体车库作为一个有效的解决途径，在我国的一些大、中型城市也开始初 露端倪，并显示出了良好的发展前景。智能化立体车库采用多层形式，存车空间可以向 空中和地下延伸，在计算机控制下，如何实现立体车库的优化调度即在最短时问内 以最短路径最低能耗将车存入取出车库，该问题也以愈来愈吸引了相关研究人员的关 注。 本文以城市停车难为研究的出发点，介绍了智能化立体车库在国内、外的发展，以 及目前立体车库市场中最常见的车库类型及其基本构成结构，并对立体车库的一些主要 技术指标及其选型的要求进行了说明。接下来以多层循环型立体车库为例探讨了立体车 库的软硬件系统的总体的设计要求及其设计思想，其中有包括各种硬件设备、p l c 程序 的编写、人机界面的建立、安全检测等。对于论文的重要研究部分，首先介绍了迄今为 止应用最广的几种立体车库整体优化调度算法，并介绍了两种智能算法一模糊控制及 专家系统在立体车库优化调度中的研究现状。最后提出将融合了遗传算法( g a ) 和蚁群 算法( a a ) 的g a a a 算法应用于智能化立体车库车位优化调度，而仿真结果表明，g a a a 具 有比二者更好的全局收敛效果和寻优能力，为立体车库车位优化调度研究开拓了一个新 的方向。 关键词：静态交通立体车库控制系统优化算法遗传算法蚁群算法g a a a ( g e n e t i c a l g o r i t h ma n ta l g o r i t h m ) a b s t r a c t a l o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to fa u t o m o t i v ei n d u s t r yi no u rc o u n t r ya n das e r i e so ft h e i n t e r r e l a t e dp o l i c yt oe n c o u r a g et h ep e r s o nb u y i n gaa u t o m o b i l e ，e s p e c i a l l yi np a c ew i t ht h e d e v e l o p m e n to ft h ec h i n a ss o c i o e c o n o m i ca n dt h ei n c r e m e n to ft h em o d e r n i z a t i o n o fc i t y , a l l o fi tm a k et h ep a r k i n gp r o b l e mi nt h ec i t yb e c o m em o r ea n dm o r es e r i o u s w h i l ea sa n e f f e c t i v es o l u t i o n ，t h ei n t e l l i g e n ts o l i dg a r a g eh a sb e g i n n i n gt om a k ef i r s ta p p e a r a n c ei ns o m e b i gc i t e si no u rc o u n t r y , a n ds h o w s av e r yg o o dd e v e l o p m e n tp r o s p e c t t h ei n t e l l i g e n ts o l i d g a r a g ea d o p t t h es t y l eo fm u l t i - l e v e l ，t h ep a r k i n gs p a c ei se x t e n dt ot h ea i ro ru n d e rt h eg r o u n d ， t h r o u g ht h ec o n t r o lo f t h ei n d u s t r i a lc o m p u t e r , h o wt or e a l i z et h eo p t i m a lp a r k i n gi nt h es o l i d g a r a g e ，w h i c hm e a n sh o w t op a r k i n gt h ec a ri no ro u tt h es o l i dg a r a g ew i t ht h es h o r t e s tp a t h a n dl o w e s te n e r g yc o n s u m p t i o ni ns h o r t e s tt i m e i sa t t r a c t i n gm o r ea n dm o r ca t t e n t i o no f r e l e v a n tr e s e a r c hp e r s o n t h i sp a p e rs t a r t sf r o mt h er e s e a r c ho fp a r k i n gp r o b l e m ，i n t r o d u c et h ed e v e l o p m e n t 、s t y l e 、 p r i n c i p l es t r u c t u r ea n dw o r k i n gt h e o r yo ft h ei n t e l l i g e n ts o l i dg a r a g eb o t hi no u rc o u n t r ya n d o v e r s e a ，t h e np r e s e n ts o m ep o p u l a rg a r a g es t y l ea n d i t sp r i n c i p l es t r u c t u r ei nt h i si n d u s t r y c u r r e n t l y i nt h ef o l l o w i n gp a r t s ，w et a k et h em u l t i l a y e r c y c l e - t y p ea se x a m p l et od i s c u s s t h e o v e r a l ld e s i g n i n gr e q u i r e m e n t sa n di d e a so ft h es o f t w a r ea n dh a r d w a r es y s t e mi n t h e i n t e l l i g e n t s o l i dg a r a g e ，w h i c hc o n c l u d et h eh a r d w a r ee q u i p m e n t 、c o m p i l et h ep l c p r o c e d u r e s 、e s t a b l i s h m e n to ft h eh u m a n c o m p u t e ri n t e r f a c e 、s e c u r i t yc h e c k a n ds oo n a b o u t t h ei m p o r t a n tr e s e a r c hp a r ti nt h i sp a p e r , w h i c hi n t r o d u c es e v e r a lp o p u l a rg l o b a lo p t i m i z a t i o n s c h e d u l i n ga l g o r i t h ma p p l yi nt h ei n t e l l i g e n ts o l i dg a r a g ei n r e c e n td a y s ，t h e nd i s c u s st w o i n t e l l i g e n ta l g o r i t h m ，f u z z yc o n t r o la n de x p e r ts y s t e m ，i t sr e s e a r c h s t a t u si nt h ep a r k i n g s c h e d u l i n g l a s t l y , p u tf o r w a r dt h eg a a a a l g o r i t h mw h i c hi n o s c u l a t et h eg e n e t i ca l g o r i t h m a n da n ta l g o r i t h mt o g e t h e ra p p l yi nt h ep a r k i n gs c h e d u l i n g ，w h i l et h r o u g ht h es i m u l a t i o n ，i t s h o w st h a tg a a ah a sab e t t e rg l o b a l l yc o n v e r g e n ta b i l i t ya n dc a p a c i t yo fs e a r c h i n go p t i m a l s o l u t i o n ，w h i c hb r i n gf o r t ht h ep a r k i n gs c h e d u l i n gm o r ef o r w a r d k e yw o r d s ：s t a t i ct r a f f i c ，s o l i dg a r a g e ，c o n t r o ls y s t e m ，o p t i m a la l g o r i t h m ，g e n e t i ca l g o r i t h m ， a n ta l g o r i t h m ，g a a a 目录 第一章绪论1 1 1本课题的背景和意义。1 1 2智能化立体车库技术在国内外的发展现状1 1 2 1国外智能化立体车库技术的发展1 1 2 2国内智能化立体车库技术的发展2 1 3国内停车车位需求量的分析预测。3 1 4智能化立体车库优化算法的研究情况及发展方向。4 1 4 1 模糊控制在智能化立体车库车位调度中的应用4 1 4 2 专家系统在智能化立体车库车位调度中的应用4 1 4 3 遗传算法在智能化立体车库车位调度中的应用5 1 5 本论文的研究内容及主要工作：5 第二章智能化立体车库的主要类型及其基本结构7 2 1智能化立体车库主要类型及其结构特点7 2 1 1 主要型式7 2 1 2结构特点7 2 1 3 典型智能化立体车库的技术性能7 2 2智能化立体车库的基本结构1 0 2 2 1车库概述1 0 2 2 2 升降横移式立体停车库的结构组成1 1 2 3智能化立体车库选型1 2 2 3 1立体车库的主要技术指标一1 2 2 3 2车库选型。1 2 2 4小结13 第三章智能化立体车库控制系统设计1 4 3 1智能化立体车库控制系统的设计要求1 4 3 2智能化立体车库控制系统的总体设计1 4 3 3多层循环式立体车库结构及其工作原理1 5 3 3 1多层循环型立体车库的主要结构1 5 3 3 2车库运行原理1 6 3 4多层循环型立体车库控制系统1 7 3 4 1自动检测系统1 7 3 4 2p l c 控制系统1 7 3 4 3p l c 控制系统程序设计1 8 3 5 多层循环型立体停车库的安全可靠性分析设计2 0 3 6 小结2 0 第四章智能化立体车库车位调度算法2 1 4 1 车库整体调度方法2 1 4 2 模糊控制在智能化立体车库车位调度中的应用2 2 4 3 专家系统在智能化立体车库车位调度中的应用2 3 4 4 小结2 5 第五章g a a a 算法在智能化立体车库车位调度中的应用2 6 5 1遗传算法概述2 6 5 1 1 遗传算法的基本用语2 6 5 1 2 遗传算法的实现过程2 7 5 1 3 遗传算法的特点2 8 5 2蚁群算法概述2 8 5 2 1 人工蚁与真实蚂蚁的联系2 9 5 2 2 蚁群算法的实现过程。2 9 5 2 3 蚁群优化算法的特点2 9 5 36 a a a 算法在立体车库车位调度中的仿真研究3 0 5 3 1 遗传算法与蚂蚁算法融合的基本思想3 0 5 3 2 g a a a 算法中遗传算法的结构原理- 。3 0 5 3 3 g a a a 算法中蚁群算法的设计k 小。3 2 5 3 4 基于m a t l a b 的的实验结果及其仿真分析3 3 5 4本章小结。j 3 5 第六章结论与展望3 6 参考文献 发表论文和科研情况说明3 9 致 谢 第一章绪论 第一章绪论 近年来，由于我国经济的快速增长以及私家车保有量的剧增，直接导致一些大城市 中出现停车难的问题，而立体车库作为一种非常有效的解决途径，已慢慢进入人们的视 野。 1 1 本课题的背景和意义 据相关部门统计，0 7 年中国汽车的销量约为8 7 9 1 5 万辆，同比增长2 1 8 4 ，与0 6 年相比净增1 5 7 6 万辆，0 8 年我国汽车保有量约为6 4 6 7 2 1 辆，与2 0 0 7 年相比，增长 了近1 3 5 ，据权威部门测算，据权威部门测算，到今年年底我国轿车的保有量或能增 长至两千万辆。而在我国一些经济相对发达的城市，停车场的满足率非常低，其城市内 机动车辆的保有量和停车位之比约为5 ：l ，而停车场的如果按1 0 0 的基本停车位和2 0 的公共停车位计算，我国还需增加停车位四百八十万个，由此可以预见，立体车库有非 常大的潜在发展优势。 城市中的停车车位作为城市静态交通中非常重要的一个环节，如果建造过少或建造 速度与私家车保有量增长速度相比过慢，都将给城市的动态交通带来隐患。传统的平面 停车场，占地面积较大，并不适合在繁华市区建设，在闹区不可能再找到建停车场的地 皮。在传统的停车方式因受平面面积的影响不能满足需要的情况下，智能化立体车库应 运而生。在许多国家，中心城区主要都采用智能化立体车库解决停车问题。这种停车库 自动化程度高、占地少、容量大，还可有效地避免被盗、车辆损坏等问题；同时也避免 了部分车主占用公共场地、绿地等违章停车的社会不良现象，为人们夺回了新的生活空 间。目前，智能化立体车库已经在一些大城市中得到实际投入运行，运行结果表明，其 运行效果良好，具有非常好的发展前景。 对立体车库来说，传统意义上的车位优化调度只是利用传感和光电元件把车辆随机 自动地完成存取车，车位的管理和存取顺序还没有达到科学化、智能化、合理化。而本 文的研究任务充分利用计算机的高级决策功能，通过将遗传算法( g e n e t i ca l g o r i t h m ) 和蚁群算法( a n ta l g o r i t h m ) 融合的g a a a 算法应用到立体车库车位的优化调度中，得以 提高车库整体利用率和运行效率，减少了车库用户的存取车等待时间和动作能耗。 1 2 智能化立体车库技术在国内外的发展现状 1 2 1国外智能化立体车库技术的发展 立体车库发源f 二十世纪2 0 年代的美国，当时的立体车库并没有达到相当高的智 第一章绪论 能化，但是在繁华拥挤的都市里，为解决停车矛盾提供了一种非常有效的措施。由于当 时美国的城市化进程比较早，在一些大城市中的交通问题在当时就已经初露端倪，美国 的城市规划部门相应的开始注重起停车场的配套和布局管理，较早的实行停车管理的企 业规范化，并实行停车自动管理，收费合理而统一。目前，美国的立体车库的产业每年 大约可收益二百六十亿美元，为社会提供约一百万个就业机会；二次世界大战以后，由 于德国、意大利等欧洲国家的经济复苏，汽车保有量剧增，为了满足停车需要，在上世 纪五十年代中期相继建成了为数不少的半机械化立体车库，但由于欧洲各国地广人稀， 城市停车矛盾并不突出，所以其立体车库规模增长不大。 在亚洲，则是日本开创了立体车库的先河。日本从上世纪的六十年代就开始了立体 车库的研究、生产、销售和服务，至今已有近五十年的历史。到目前为止，在全同本投 入使用的立体车库停车位已超过3 0 0 万有余。而韩国作为日本立体车库技术的跟随者， 立体车库的研究生产从上世界七十年代开始，进过技术吸收、技术本土化、开始投入市 场几个阶段，目前韩国立体车库停车位的增长速度已进入稳定增长的阶段。 以上这些国家的立体车库技术经过几十年的发展，他们所制造的立体车库从材料、 结构、控制、保险、监测、驱动、造型等各个方面经过不断的更新换代，正在不断的日 趋完美。 1 2 2 国内智能化立体车库技术的发展 我国在2 0 世纪9 0 年代初开始研制和使用智能化立体车库，河北承德的华一机械车 库集团有限责任公司于1 9 8 9 年建造起国内第一台垂直循环类智能化立体车库，填补了 国内智能化立体车库的空白。9 0 年代后立体车库的应用逐步推广，己经形成新兴的立体 车库行业。 智能化立体车库技术在我国经过了三个发展阶段：第一个阶段为自主研发阶段，这 个阶段被认为立体车库行业的发展初期，市场比较小，因此种类也较少，技术较单一； 第二阶段称为技术引进阶段，这个阶段立体车库行业为了弥补自身技术的不足，开始向 先进的立体车库国家寻求帮助，通过充分借鉴国外成熟的立体车库技术，再利用国内廉 价的生产成本，从而提升整个行业的技术水平和竞争能力。第三个阶段被认为消化外来 技术与创新阶段。从0 3 年伊始，由于立体车库行业的市场竞争日益加剧，各立体车库 企业为提升自己的竞争能力，开始在提升立体车库技术水平和降低立体车库建造成本方 面大下工夫。对从外国引进的技术充分的分析和消化后，根据国内立体车库行业的实际 情况进行创新改造，从而跨入自主研发的大道。而且目前国家为了保证立体车库行业在 高速发展的同时能保证立体车库的生产质量和安全可靠性，规范立体车库行业的生产及 建设，已出台了机械式立体车库类别、型式与基本参数一j b t 8 7 1 3 0 1 9 9 8 等6 个标 准，国家对立体车库的规范和重视对推动我国立体车库行业的发展起到了很好的促进作 用。 虽然目前立体车库行业正在稳步的发展阶段，然而在我国的一些主要的大城市中提 车设施的建设仍然赶不上道路的建设和汽车保有量的增长。据有关资料统计，一些大城 市中的车位满足率甚至还不到总需求的2 0 。静态交通作为城市交通的一部分，车辆保 第一章绪论 有量和停车位的失衡必将严重制约了大城市中的汽车交通的发展，由此亦将给汽车消 费、道路建设和城市形象带来一系列的负面影响。在城市中交通拥挤愈来愈严重的情况 下，立体车库可以说是解决停车矛盾的必然途径。 总之，停车设施建设的规划和设计应当建立在对停车需求的系统研究分析上，借鉴 国外城市中心区停车设施建设的经验，能有效提高我国城市停车设施建设的质量和效 率。 1 3 国内停车车位需求量的分析预测 根据我国统计局的资料统计，由于近几年我国经济的持续增长，汽车工业的飞速发 展及私家车保有量的剧增。由图可见，自0 2 年以来，我国轿车保有量的增长速度以不 p 一。o 二厶小 j 臻鬟_ ， 嚣器1 曩- ，主1 7 i 羹ll il 、 图卜1 全国小轿车发展趋势图 低于4 0 的增长速度高速增长，而停车位的增长却远远落后于轿车保有量的发展速度， 必然导致停车矛盾的发生。目前，停车难已成为一些大城市发展不得不考虑的一个社会 问题。 据相关部门统计，2 0 0 7 年中国汽车销量8 7 9 1 5 万辆，同比增长2 1 8 4 ，比2 0 0 6 年净增1 5 7 6 万辆。2 0 0 7 年我国汽车总销量大致为2 0 0 3 年的一倍，短短的4 年间翻了 一番。0 8 年国内汽车销量为9 3 8 0 5 万辆，同比增长6 7 0 ，。据权威部门测算，到2 0 1 0 年中国汽车产量将达1 0 0 0 万辆，保有量将达5 5 0 0 万辆，以湖南省省会长沙为例，作为 一个百万大城市，2 0 0 8 年，全市新增机动车超过1 0 万台，是历年来最高的一年，目前 长沙的机动车已达到了6 0 万台，若再加上省直机关、外地驻长、军警车辆，总数己突 破了7 0 万台，驾驶人员达到了8 4 万人。据推算，全市停车泊位需求为3 7 7 3 万个，而 现有停车泊位总量仅为1 3 2 2 万个。从而导致停车难、人行道和路边乱停车等违章停车 的现象愈来愈严重。 轿车保有量的剧增是导致停车矛盾的首要因素，具体统计数据见表卜1 。表中的车 表卜1轿车拥有量及车位需求统计表 7 4 ；栅前年拥有f 骨蕾最帆车忖譬缸帆簟乍p 2 蛳6 t2n57 鸪o7 4 2 7 0 54 5 铷位 僦0抽5 3 惦2 5 抽31 2 2 8 2 2 3 s 2 mm 冀7 吖 a 精5 5 a 3 2 自1 0 0渤 7 2 口 第一章绪论 位需求量按轿车保有量的1 2 倍计算，机械式的停车车位按轿车保有量的1 0 计算。从 表中可以看出，即使在停车车位大量建设的0 4 年和0 5 年，车位需求量与轿车保有量的 比例也仅仅是3 6 ：l ，可见立体车库行业具有非常广阔的发展市场和巨大的商机。 1 4 智能化立体车库优化算法的研究情况及发展方向 对立体车库来说，传统意义上的车位优化调度只是利用传感和光电元件把车辆随机 自动地完成存取车，车位的管理和存取顺序还没有达到科学化、智能化、合理化。而本 文的研究任务充分利用计算机的高级决策功能，通过将遗传算法( g e n e t i ca l g o r i t h m ) 和蚁群算法( a n ta l g o r i t h m ) 融合的g a a a 算法应用到立体车库车位的优化调度中j 得以 提高车库整体利用率和运行效率，减少了车库用户的存取车等待时间和动作能耗。这一 研究无疑是把自动化立体车库推向智能化发展方向。目前，应用于立体车库的智能算法 主要有：多目标模糊综合评判算法、专家系统方法、遗传算法等。 1 4 1模糊控制在智能化立体车库车位调度中的应用 对于立体车库各种优化控制策略对车库中升降横移之类装置的控制，传统的立体车 库优化调度算法单纯追求一个控制目标的最优化，或是以立体车库客户的最小等待时间 为控制目标，因为单个顾客在发出存取车信号后可以在短时间内存取车辆；或是以立体 车库的最低能耗为控制目标，它能满足立体车库经营者对车库低能耗高效运行的要求。 由于这类算法没有考虑所有影响立体车库运行的所有因素，所以立体车库这种情况 下的运行只是达到全局的最优。现有研究哺1 模糊控制应用到立体车库车位优化调度中， 目的就是弥补传统算法的不足，通过对升降横移装置的合理调度实现车库优化调度的全 局最优。 然而，虽然模糊控制系统动态性能好，但在实际应用中仍有一些不足，如控制精度 不高、自适应能力有限、存在稳态误差、可能引起振荡，缺乏有效的学习机制等缺点。 1 4 2 专家系统在智能化立体车库车位调度中的应用 专家系统( e x p e r ts y s t e m ，e s ) 是一个具有智能特点的计算机软件系统。它首先 集合待解决问题领域的专家知识，并将这些知识通过编程嵌入到计算机内部。计算机嵌 入了这些知识后，可以通过有用的用户界面同用户进行交流，并允许用户向计算机提出 一些问题。它主要是利用了专家知识，模拟领域专家处理问题的思想来处理该领域中的 复杂问题。将专家系统应用到立体车库优化调度中也是近年来一些研究者非常新颖的一 个尝试协1 。 一个标准的专家系统的基本构成可见图4 - 2 ，根据车库调度知识的表示方法，选用 了基于出入库规则产生式知识表示的方法，建立了自动化立体车库出入库调度专家系统 的知识库，采用分析、推理，产生相应的调度策略，通过刷卡器进行语音安全提示，当 有意外情况发生时还可通过车库的语音显示设备进行报警。 第一章绪论 任何事物都具有两面性，专家系统也不例外，虽然专家系统在立体车库优化调度中 有很多的优势，但是也有其明显的局限性，如如何建设一个全面完备的专家系统以及如 何防止过大的专家系统导致诊断速度过慢，而且专家系统不具有学习功能，当立体车库 中发生专家系统没有涉及到的车库动作或新故障时，容易出现故障或错误的调度结果等 缺点。 1 4 3 遗传算法在智能化立体车库车位调度中的应用 遗传算法( g e n e t i ca l g o r i t h m ，g a ) 作为是一种模拟达尔文生物进化论的自然选 择和遗传学机理的生物进化过程的计算模型，它是一种通过模拟自然进化过程来搜索最 优解的方法。它最初是由美国密歇根大学的j h o l l a n d 教授于1 9 7 5 年首先提出来的，并 出版了颇有影响的专著a d a p t a t i o ni nn a t u r a la n da r t i f i c i a ls y s t e m s ，g a 这个 名称才逐渐为人所知，j h o l l a n d 教授所提出的g a 通常为简单遗传算法( s g a ) 。 简单遗传算法的步骤是首先对求解的问题进行初期的编码，然后对生成的初始群体 进行优胜劣汰性的选择、交叉、变异等处理，并进行设定代的迭代处理，最后生成求解 问题的最优解。同样，遗传算法在立体车库优化调度中的应用的首要问题就是对车库运 行方式进行编码，例如垂直升降型立体车库，车位的动作总共有：静止、不动、向上、 向下、向左和向右5 种状态。由此，可以采用这样的编码方法：分别用o 、1 、2 、3 、4 来 表示车位的静止不动、向上、向下、向左和向右这五种状态。然后根据立体车库的类型 确定其适应度函数、惩罚函数，下一步即对其进行优胜劣汰式的选择复制，适应度高且 不符合惩罚函数的个体直接进入下一代循环，而适应度低的或符合惩罚函数的则将其淘 汰掉。选择淘汰后的个体根据设计的交叉算子、变异算子，经过若干代的递归迭代生成 若干组优化解，经过解码输出作为立体车库存取车的最优路线。 尽管遗传算法在理论研究和实践应用中已经取得了巨大的成功，但遗传算法存在 收敛速度慢和易于陷入局部最优的问题，在需要优化的参数较多时，更表现出遗传算 法的不足。 尽管经过几十年的发展，遗传算法的理论研究和实际应用都得到了很大的发展，但 由于它自身算法的局限性，如容易限于如局部最优、收敛慢等。 1 5 本论文的研究内容及主要工作 本文研究大城市中停车矛盾为出发点，介绍了发展立体车库的必要性，并对目冉订立 体车库市场中的主要类型的立体车库及其控制系统进行了较为详细的分析。立体车库优 化调度算法作为一个非常新颖的课题，已慢慢吸引起相关科研人员的关注。主要包括以 下内容： 第一章主要介绍了该研究课题的背景和意义。首先对目前我国因私家车的迅速增加 而导致的同益严重的停车难问题进行了简单的介绍，其次给出了立体车库技术在近几十 年来国内外的发展情况，接着根据一些权威的统计数据对国内的停车位的需求量进行了 预测分析，最后简要介绍了智能化立体车库优化算法的研究情况及发展方向； 5 ， 第一章绪论 第二章主要较为详细的介绍了目前立体车库市场中最常见的车库类型及其基本构 成结构，并对立体车库的一些主要技术指标及其选型的要求进行了说明； 第三章探讨了立体车库的软件控制系统的总体设计问题，确定其控制系统的主要要 求并对其进行总体设计，其中有包括硬件选型、p l c 程序的编写、人机界面的建立、安 全检测等等。 第四章主要介绍了迄今为止应用最广的几种立体车库整体优化调度算法，并介绍了 两种智能算法模糊控制及专家系统在立体车库优化调度中的研究现状。 第五章探讨了融合了遗传算法( g a ) 和蚁群算法( 从) 的g a a a 算法在智能化立体车 库车位调度中仿真研究，仿真结果表明，g a a a 具有比二者更好的全局收敛效果和寻优能 力。 第五章为研究的结论和对未来该课题的发展展望。 第二章智能化立体乍库的主要类型及其基本结构 第二章智能化立体车库的主要类型及其基本结构 智能化立体车库的建设需要考虑众多因素，如车库的建设地址及地形，由此而决定 的车库类型和车库的车位数、车库的存取车时i 日j 、管理收费以及车库的服务半径区域等 等。而在建设过程中，我们要考虑车库的建设成本、投资回报率等因素。所以我们在实 际的车库建设中，必须综合考虑影响车库建设和运行的各个方面，从而可以使车库在实 际运行中得到高效的利用。 2 1 智能化立体车库主要类型及其结构特点 2 1 1 主要型式 根据其机械装置构造的不同，智能化立体车库一般可分为垂直循环式、多层循环式、 水平循环式、升降横移式、升降导轨式、电梯提升式、车面往复式、组合式、巷道堆垛 式、圆形水平循环式等主要的几大类。 2 1 2 结构特点 与平面停车库相比，在同样的库存率的情况下，立体车库的占地面积相对非常小， 空间利用率较高。除此以外，立体车库还具有以下突出的特点： 经济性好。立体车库具有空间利用率低、占地面积小，建立同等车位的建设成本比 传统的平面停车场大大降低。 车库形式配置灵活。立体车库由很多的类型，而且可建于地上、半地上、地下，可 适应不同场所的建设。 车库控制系统自动化操纵，使用方便且运行效率高。车库控制系统采用工控上位机 与p l c 控制器相结合来控制，存取车耗时少效率高。 安全可靠性高、美化环境。立体车库配备有各种安全检测装置机构、防火防水报警 系统以及其他安全保证设施。地上的立体车库好好利用可作为招商广告载体起到很好美 化城市环境的作用。 2 1 3 典型智能化立体车库的技术性能 垂直循环式。改型车库有且只有一个出入口，且一辆车拥有一辆载车板。当有存车 任务时，车辆直接开入出入口，然后车库整体做垂直循环运动，直至转至出入口的车板 为空车板。在取车时，车库将办是通过垂直循环使所取车辆到达车入口。 第二章智能化立体乍库的主要类型及其基本结构 - 戮j 目 嬲蹙 骜t 椭 蠢 - j 喃 ! 喇院j t 西一 ，、：魏 哦露j 嘲唰 ，藩浏， 一一t 一一 弼帮，l 善芎 一飘 图2 - 1 垂直循环型立体车库 多层循环式。该类车库与垂直循环不同的是，它是通过相邻两层的水平循环来实现 存取车的。车库无需坡道，节省占地，自动存取，方便快捷，具有广泛的适用性。最适 宜建于地形细长且地面只允许设置一个出入口的场所。 图2 - 2 多层循环型立体车库 升降横移式。该型立体车库是一种较为常见的立体车库，它广泛地应用于大型公共 消费场所、火车站和住宅小区等场所。该型车库的工作原理是利用托盘移位产生垂直通 道，实现高层车位升降存取车辆。其运动的总原则是：升降复位，平移不复位。 图2 3 升降横移式立体车库 第二二章智能化立体下库的土要类聚及其基本结构 升降导轨式。该型立体车库与上面几类车库不同的是，它是通过一个可水平移动的 升降装置通过三维的动作来实现存取车的。在车库的每层是可以供该升降装置横移的导 轨，在存取车时，升降装置通过三维的升降横移来实现存取车动作。 电梯提升式。电梯式立体车库以电梯作为垂直运输工具，工作原理与电梯类似，只 是在轿厢内增加了可以将汽车作水平移位的装置。在轿厢两侧布置了一些停车室，轿厢 同样通过曳引机和对重相连。汽车进入轿厢时，首先转向1 8 0 。，然后提升至预定位置， 附在轿厢内的横移装置将载车台及汽车横移装置移至停车室，这样就完成了汽车入库。 汽车出库的过程与入库相反； 、施稚吐盔罐禹- a h - h a _ i ；础伽。，。一 一- 肇；o ，一- f 乏 女x l 、： 威j ： 二j 、 i_ o j誊l “ 盛 o ， ：j = ?皇， 幺 f 山，： 删- 图2 4 电梯提升式立体车库 平面往复式。通过升降机的垂直升降和搬运机( 车台) 的平面往复运动，将车辆自 动移送到多层平面布置的停车区域的装置，多称作车台式。适合在大中型建筑物或公共 设施中安装，停车数量可由1 0 辆多达数千辆，特别适合于大规模停车空间。两台以上车 辆可以同时出入库，按场地可分为纵列或横列布置方式。 图2 - 5 平面往复式立体车库 巷道堆垛式。该型车库采用以巷道堆垛机或桥式起重机将进到搬运器的车辆水平且 垂直移动到存车位，可实现由百台到上千台规模的大容量停车；组合式框架设计，保证 第二章智能化立体车库的主要类璎及其基本结构 图2 - 6 巷道堆垛式立体车库 了产品一致性，安装拆卸非常方便；并且用存取机构存取车辆的机械式立体车库的车 库巷道堆垛式立体车库根据场地、高度要求不同，可做成地下车库，也可做成地上车库。 这种车库主要适用于大面积、高度受限制的场所。 上面所有介绍的立体车库他们的建造方式都可建为地上、半地上或地下三种方式， 而且它们在建设过程中必须在车库中安装一些保证车库安全可靠的相关器件，如防火、 仿坠、防偷和显示车库状态的显示屏等等。 2 2 智能化立体车库的基本结构 因车库类型不同，外形结构各不相同，但车库基本构成结构却相差无几，本节以现 阶段应用最广的垂直升降型立体车库为例对立体车库基本结构进行说明。 2 2 i 车库概述 图2 73 x 5 升降横移式立体乍库 第二章智能化立体车库的主要类型及其基本结构 由上一节介绍可知，升降横移式是利用托盘移位产生垂直通道，通过车库中车位的 升降横移动作从而实现车辆的存取。其运动的总原则是：升降复位，平移不复位。工作 原理图2 7 所示：该全地上布置型式五层1l 车位升降横移式立体车库的第一层( 地面 层) 有两个载车板，每个载车板只能作横移运动，中间二、三、四等六个车位可横移亦 可升降，而顶层则只能升降。对于建设成本相对较低的全地上车库，车辆的存取时间一 般不会超过一分钟，而对于底层的车，可以直接开入或开出，存取时间几乎为零。而对 于半地上或地下的升降横移式立体车库，不仅其建设成本大大高于全地上升降横移式立 体车库，它的升降机构也较全地上的复杂，而且还要考虑的防水的要求。所以在实际的 应用中，如无特殊情况，车库一般都建设于地上。而且由于其控制系统简单，存取时间 迅速，地面适应建设能力强，目前在立体车库市场中应用非常广泛。 2 2 2 升降横移式立体停车库的结构组成 升降横移型立体车库的主要组成部分包括基本的框架结构、升降传动装置、横移传 动装置、载车板、上位机控制系统、防护防护装置等几个部分。其基本框架结构如图2 8 所示。 图2 8 升降横移式立体车厍框架结构 1 基本结构 主要由立柱、角钢、拖槽、机构梁、辅助梁、支撑管、调整梁、车板升降导轨、车 板横移导轨、停车架等部件组成。主要作用是承重和内置几十个停车泊位并安装机械传 动、电气控制、消防系统、排水等设备。 2 升降横移传动部分 传动装置作为升降横移型立体车库的重要组成部分，它主要包括升降传动装置部分 和横移传动装置两个主要组成部分。 1 ) 横移传动装置部分 由升降横移式立体车库的工作原理可知，除了车库的顶层以外，其它层的车板在车 库存取车时部分或整体都会做横移动作。所以在车库建造中，每个车板都会配备一套独 立的横移传动装置，主要包括横移电机、传动轴以及横移导轨等主要部分。 2 ) 升降传动部分 升降传动系统是车库传动系统的主传动系统，它是利用托动装置将载车板从底层停 车位提升到上层车位架或从上层车位架放到底层来存取车辆。根据它的托动型式可分为： 第：章智能化立体乍库的士要类型及其基本结构 钢丝绳型升降传动系统和链条型升降传动系统。 3 载车板部分 载车板作为车辆进入车库的一个载体，在升降横移式立体车库中，辆车占用一个 载车板就( 巷道堆垛式中有几个出入口有几个载车板) 。为了使车辆能在载车板上保证 不会发生滑落和车头突出发生刮损的现象，在车板的设计中，车板会根据车辆的左右车 轮的距离和车轮的宽度而在载车板中设置相应的凹槽及挡板。 4 控制系统部分 。 目前立体车库的主流控制系统采用可编程控制器p l c ( p r o g r a m m b a l el o g i c c o n t r o l l e r ) 控制、上位工控机控制和p r o f i b u s 总线控制相结合实现立体车库的自动控 制。在车库运行中，车库使用用户通过i c 卡或通过车库的触摸屏，通知立体车库控制系 统有存取车任务，车库控制系统通过对车库中各类继电器、接触器和升降横移装置的控 制来实现自动存取车。 2 3 智能化立体车库选型 智能化立体车库的选型需要考虑众多因素，如车库的建设地址及地形，由此而决定 的车库类型和车库的车位数、车库的存取车时间、管理收费以及车库的服务半径区域等 在占 守o 2 3 1 立体车库的主要技术指标 1 立体车库在设计中会充分考虑建设地域主要用户的车辆的车型外廓尺寸及其重量， 然后根据统计结果设计其车库中每个车位的高低、每个车板的大小及承载的重量等。 表2 - 1 汽车设计车型外廓尺寸及重量 车型 外廓尺寸( m ) 重量( t ) 长 宽 高 小4 8 1 71 61 5 小轿车中 5 0 51 8 51 61 6 大 5 0 62 0 51 6 52 2 轻巧4 车 5 0 51 8 522 2 库容、库容利用率和存取时间。利用有限的占地面积停放更多的车辆即库容最大是 立体车库最根本的设计目标，同时尽可能缩短车库存取时间。 2 3 2 车库选型 不同立体车库因其特点不同，其适用场合亦有不同，详见表2 2 。 第_ 二章智能化立体乍库的主要类础及其基本结构 表2 2 机械式立体车库的分类特点及使用场合 类型特点及使用 升降横移式车库动作简单，结构简便，能耗低，适用范围广泛，但其建造规模较小，一 般不超过五层。 垂直循环式占地面积虽然与其他车库相比较小，但其车库运行能耗和噪声较高，车库维 护成本较大，目前市场中较少使用该式立体车库。 多层循环式 车库无需坡道，节省占地，自动存取，方便快捷，最适宜建于地形细长且地 面只允许设置一个出入口的场所。 电梯提升式 该型立体车库建设成本较高，库容量较大。 巷道堆垛式该式车库车库容量大，可根据车库实际情况设置两个以上的出入口，从而降 低了存取车时间。 比较各种车库的优缺点，升降横移类车库具有平面和空间利用率高、技术性能好、 节能、噪声小、速度高，出入车快，进出入车方式自由、安全装置齐全可靠、操作简单 维护方便等独特优点。升降横移式立体车库是一种综合性能比较优良的车库，自动化程 度较高，具有广阔的发展前景。本文选定升降横移式立体车库作为研究对象。 2 4 小结 本章首先介绍了智能化立体车库的结构特点，并简单阐述了目前立体车库市场中的 几种典型的立体车库及其技术性能及适用范围。主要以现阶段应用较广的升降横移型立