平面移动式立体停车场停取车模式优化研究

平面移动式立体停车场停取车模式优化研究

近年来，随着城市经济的发展，车辆负荷迅速增加，停车需求增加。然而，现有停车设施的不足和停车管理的滞后，直接导致停车问题的出现，制约了城市的发展。作为一种新兴的仓储设施，三维停车场具有停车能力强、空间少、停车效率高的特点。同时，在某种程度上，三维停车场的开发和使用始于20世纪80年代初，自20世纪90年代以来，它的应用非常普及。目前，中国已经形成了一个新兴的停车场行业，已经进入了转型、开发、制造、应用的初期发展阶段。目前，已经拥有30多家三维停车场生产设备。目前，三维停车场主要包括垂直升降横截面、道路堆积横截面、垂直升降面、水平移动等。其中，广泛应用于我国平面以上的三维停车场。1高效自动取车平面移动式立体停车场根据场地大小,建造于地上、地下或部分半地上、部分半地下,一般有三到七层,密闭式存储,最大限度满足客户拓展停车空间的需要.车场一般均采用PLC控制系统,使用由红外线数据传输系统和蓝牙数据传输系统,完成高速运输过程中的数据传输,以保证其能准确无误地实现全自动化存取车.整个停车场每层都由两列停车位及其中间的巷道构成.除此之外,每层还有一辆搬运小车停放在巷道上,搬运小车用来搬运每层的载车板.整个车场内的载车板都停在其对应的泊位上,未进行存取车过程时,其总量等于停车总位数减一,无载车板的停车位即为下一辆车的指定泊位,此泊位上的载车板被运至顶层停车场入口处的升降机上,等待下一个客户来停车.1.1停车场2层存车过程对于平面移动式立体停车场,一个停车过程所需做的工作可分为存车和取空载车板两个过程.存车过程是指用户将车停在停车场顶层入口处的载车板上后,升降机将车辆送至载车板所在的层数.当升降机移动到位后,齿轮装置通过传动载车板来将车辆移动到搬运小车上,然后小车经巷道水平走行,到达指定车位后,由齿轮装置将载车板和车辆一同移至指定车位,存车过程结束.停车场2层存车过程(俯视)如图1所示(标有编号的矩形为载车板;箭头指示方向为车板走行方向).由于此时停车场入口处已经无载车板,为了减少下一次的存车时间,待车辆存入后,车场工作人员还需要选定下辆车的停车位,并通过搬运小车将此停车位上的空闲载车板从车位上取下,经过水平走行后将空载车板运至升降机上,再由升降机运送至停车场入口处等待下一个停车过程,取载车板过程结束.停车场2层取板过程(俯视)如图2所示.取车过程则与之相反.1.2智能式停车场在最初的平面移动式停车过程中,同一时间只能控制单一机械的走行,只有当搬运小车完成其工作后,升降机才能升降到其它层,同理,只有当升降机停在某一指定停车层后,该层的搬运小车才能进行作业,否则处于休息状态.而目前,一些厂家针对此推出了更智能化的停取车机械走行.最新的智能式停车场同一时间,能控制不同层的搬运小车以及升降机同时工作.当升降机将载车板移至搬运小车后,就可以进行升降作业了,与此同时,图1所显示的停车场2层存车过程和停车场1层取板过程(俯视)也在进行,如图3所示空载车板移至搬运小车,等待升降机降至该层.这种最新的智能式停取车过程可以较好的解决停车过程时间长的问题,从而提高单位时间停车场所服务的车辆数.2优化立体停车场的配置虽然立体停车场厂商已经在平面移动式存取车过程上做了上述改进,存取车过程也已相对智能化,但是通过调研发现,目前立体停车场在车位选择上大部分是通过车场工作人员进行人工选择.即使是长期进行泊位选择并积累了一定经验的工作人员在很多时候都不能科学的选择停放泊位.主要表现在以下两方面:首先,停车的高峰时段,车场工作人员因难以估计不同层搬运小车走行的交叉时间,而未能正确选择最佳停车泊位,来减少载车板一次存取过程中的周转时间.致使车场停车效率不能满足实际的需求,从而造成了车辆在停车场外的堆积.这对高峰时段的停车极其不利,车场很有可能因此失去一部分客源,而为了满足需求,车场则不得不多设置一个升降口,这样会导致车场建设成本增加.再者,停车流相对稀疏时,车场工作人员能通过视觉判断停放哪一个泊位的走行距离较少,但其往往未考虑到车场的升降机械设备和平移设备单位时间消耗的功率存在巨大差异,而且升降机械往往是平移机械的七八倍.此外机械设备纵向、横向的速度也不一样,时间因素也影响了最后的总功率.而立体停车场普遍功率消耗大的缺陷,也使有些厂商不愿意投资立体停车场,导致立体停车场的发展受到限制.以上两点问题不只存在于平面移动式立体停车场,国内其它类型的立体停车场也暴露出了选择停车泊位不科学的问题.同时立体停车场在高峰时段车辆存取的接续时间长,机械功率消耗大,成本高的缺陷,也限制了其在国内的广泛运用.因此,若要将立体停车场进一步在国内推广,必须努力从降低能耗方面进行改善,节约成本,并争取以最小的功率损耗达到最大的停车效率.本文旨在将立体停车场的泊位选择系统在原有人工选择的基础上进行改进,以使其更加适应用户需求.主要以平面移动式为例进行研究.3升降下降和走行业提升的计算经过调研可知,平面移动式主要技术指标基本如表1所示.t存取=h车长v升降=1550×10-450=3.1×10-2min‚t纵移=l车长v行走=5000×10-380=6.25×10-2min‚t存取=l车宽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车长v升降=1550×10−450=3.1×10−2min‚t纵移=l车长v行走=5000×10−380=6.25×10−2min‚t存取=l车宽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.由于机械设备在升降、纵移、横移3个方向上,单位走行所消耗时间和功率一定,故为了简便后面的建模计算,选择用其近似比例关系中的值来反应它们的大小.即:t升降取值为1,t走行为2,t存取为2.5,W升降为1,W走行为4,W存取为1.在此基础上,选取顶层入口升降机处为坐标原点,分别以走行、存取和升降的方向为x,y,z方向,建立坐标系.3.1层间停车算法的建立整个算法模型可分为3种情况:1)有人来取车;2)有人来存车;3)同时有人来存车和取车.当有人来取车时,先将原先供下一辆存车客户停车的载车板送回原处,再找到所取车对应的载车板,取出即可.当有人来存车时,车场工作人员需选定下一辆车的停车位.假设当前车的指定停车位为B车场a-b(B表示车场编号,a表示层数,b表示车位号),与该车位同层的车位为B车场a-c,与其不同层的车位设为B车场d-e.由于在最新智能式停取车过程中,升降机向a层移动时,与a层不同层的搬运小车已经可以开始搬运载车板,升降机也可以升降到b层.故即使车位B车场a-c到出口的时间比B车场d-e短,但a层搬运小车必须把当前车存至B车场a-b后,才能开始取B车场a-c的板,但在此存车作业的过程中,B车场d-e上的载车板可能已经可以被升降机搬运到顶层出口.基于以上停车过程,在算法的处理上可以分为两种情况:1)下一辆车的停车位与存车车位同层.此时,整个停车过程的时间为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)下一辆车的停车位与存车车位不同层.此时,从升降机下降到a层,搬运小车将载车板搬至aob,直至升降机再到d层,总共用时为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)而搬运小车从doe上取下空板,并将其送至d层临近升降口处的巷道始端所需的时间为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)这两个时间中存在交叉时间,需要这两者中较大者.即停车过程的时间为M=max{M1,M2}(4)T=M+t走行+dt升降(5)按照以上方法,将t升降,t走行,t存取的值代入式中,可将停车场各空车位对应的一次停车时间算出来,再进行排序,选择时间最短的空车位为下一辆车的停车位.当同时有人来存车和取车,则以先存后取的顺序进行.存和取的过程如上所述.3.2停车过程能耗功率的计算此算法模型的分类情况与载车板补给时间最短的算法模型基本类似,只是要将参数t升降,t走行,t存取改为W升降,W走行,W存取.与上个模型唯一不同的是,在下一辆车的停车位与存车车位不同层的情况中,整个停车过程所消耗的功率除了有存车和取空板消耗的功率外,还要加上a层搬运小车回到a层巷道始端的功率(每层搬运小车在完成本层作业后,都需要回到其在该层的初始位置).故此时,整个停车过程所需消耗的功率为Ρ=Μ换位功率+W走行+dW升降+W走行[b-12]P=M换位功率+W走行+dW升降+W走行[b−12](6)其余排序,步骤与上个算法模型相同.3.3对于变压器的模型优化这两种模型选择停车位的顺序由于算法不同而不同.车场工作人员可根据自己的经验,从实际情况出发,参照这两种模型的结果,进行车位选择.一般而言,高峰时期,等待停车的客户较多时,可选择第一个模型,提高提取车效率.若现有升降口可以满足该区域用户的需求,就可通过选择第二个模型来减少机械走行所消耗的功率,减少运营成本.4停车模式的建立系统采用面向对象的程序设计思路,基于上述两种算法模型,在.net环境下使用C#语言进行软件系统的开发,以求利用C#语言的高效、灵活性和.net平台提供的大量组件,最大限度地实现整个停取车过程的模拟.系统以三层平面移动式立体停车场为例,每层两列车位在界面上并列排列.用户可通过点击Radiobutton来选择适合目前状况的停车模式.对于第一次使用该系统的操作人员,可单击存车过程模拟按钮,观看一次存车过程的对比演示,以此建立对系统原理有初步认知.在车位分布示意图中,系统通过自定义绘制Label控件来表示各停车位的占用情况,当格子显现颜色时,代表车停在此车位上,与此同时其值由车位号变为所停车的车牌号,反之,则相反.此外还设置一个Label控件代表车场出入口的升降平台,当供用户停车的载车板一旦被搬运到车场出入口地面处,其也将变为深色,其值则是此车板的值,即反应下一辆车的指定车位号.整个停取车过程通过timer控件来反映各个过程所花费的时间,而右侧的Listbox表单里则记录了当前各空车位至顶层出口的换算距离值.工作界面如图4所示.5型立体停车塔的结果分析综上所述,将本文论述的两种算法模型与现有立体停车场的停取车系统相融合,来提高平面移动式立体停车场的停取车效率,节省机械传动设备所消耗的功率,同时降低车场的建设成本和运营成本.而这两种算法的基本原理具有普适性,其还可适用于最近在国内被广泛推广的大型立体停车塔,即垂直升降式立体停车场.不过,对于这两种模型的选择,还需靠车场人员根据实际情况并结合自己的经验,来进行操作.本文建议其在高峰时间以载车板供给时间最短为前提选择停车泊位,而在一般时段,根据功率最省的模