大轎廂式升降平移型立體車庫存取車策略研究

周仔康　肖志權　楊劍堯　張家昌

摘 要：大轎廂式升降平移型立體車庫，是一種垂直升降類與平面移動類立體車庫混合的新型車庫，汽車搬運上采用了一種梳齒式搬運器，可根據不同場合需求進行車位設置，解決一些人流量大且土地成本高的場合停車位不足的問題。同時，由于該車庫一次只能進行一輛車的存取，當存取車排隊人數較多時需要有高效的存取策略，減少存取車時間。為提升其存取車效率，本文以搬運器存取車耗時為目標函數，基于排隊論分別建立存車優先、取車優先、交叉存取三種策略的數學模型，通過MATLAB進行仿真分析，對比得到最優存取策略，提高存取效率。

關鍵詞：大轎廂式；升降平移；立體車庫；存取車策略

中圖分類號：TP13 文獻標識碼：A 文章編號：2095－414X（2023）05－0061－04

0? 引言

現代汽車工業的快速發展，汽車已經進入了千家萬戶，我國機動車保有量也隨之迅速增加，但隨之也帶來了停車困難、無處停車的問題[1]。立體車庫因占地面積小、空間利用率高、成本低等優點而迅速得到發展，為改善城鄉停車難，有效緩解道路交通壓力帶來了很大的幫助[2]。

為了提升車輛存取效率，國內外許多學者通過對車庫結構及存取流程的分析，建立相關數學模型，比較得到不同存取策略下存取車輛所需的時間[3]。國外的Lerher等人就基于排隊論對存取車的概率性以及存取操作時間進行了優化，有效的提升了存取效率[4]。國內的楊劍堯和肖志權也基于排隊論對水平循環吊籃式立體車庫存取策略進行了分析[5]。這些都給立體車庫存取車效率的提升帶來了很大的幫助。本文在前人的基礎上，以大轎廂式升降平移型立體車庫為研究對象，基于排隊論建立不同存取策略數學模型，通過MATLAB進行仿真分析，對比得到最優存取策略，提高存取效率。

1大轎廂式升降平移型立體車庫工作原理及結構模型

大轎廂式升降平移型立體車庫是一種垂直升

降類與平面移動類立體車庫混合的新型車庫，汽車搬運上采用了一種梳齒式的搬運器，將兩種車庫的優點進行了融合，不但具備垂直升降類立體車庫占地面積小的優勢，還完善了其在檢測系統上的不足，同時結合了平面移動類立體車庫的搬運技術，讓車輛的存取更加智能化，可以實現停車場進出口的改造，解決傳統停車場人工成本高、出入口擁堵、管理難度大、車位利用率低等問題。同時還具有基于邊緣計算及智能網關的智慧車庫系統，隨著5G技術的提升與普及，在未來可以與智慧城市系統相結合[6]。

該車庫分為A、B兩棟，每一棟有十六層，每層有三個車位如圖1所示。轎廂位于A、B兩棟車庫中間，頂層的升降電機通過鏈條傳動帶動轎廂到目標車位所在層位，轎廂內安裝了行走輪與旋轉裝置的平臺負責承載梳齒搬運器，通過其將車輛運送到每一層對應的車位，最后梳齒搬運器進行車輛的存取操作。這種車庫占地面積小，空間利用率與地面停車相比提升了70%左右，且具有獨特的工作原理和結構優勢，可以根據不同的場合需求進行車位的設置，適用于人流量較大、土地成本高的商場或辦公樓。但該車庫一次只能進行一輛車的存取操作，因此需要一個高效的存取策略，減少用戶存取車等待時間。

2存取車策略數學模型

2.1存取車策略

排隊論也被稱為隨即服務系統理論和等待線理論[7]，主要用來研究一些要求獲得服務的對象所產生的隨機聚散現象。而立體車庫所使用的也是一種排隊系統，服務規則定為先到先服務，每個客戶來取車的概率都具有隨機性及獨立性。到車庫進行存取車的顧客會以一個平均速率λ隨機且獨立的出現，所以單位時間內，到車庫進行存取車操作的客戶人數服從泊松分布P（λ）。顧客出現的概率可表示為：

（1）

其中，P（X=α）表示單位時間內出現α個客戶的概率，λ表示單位時間內存取車的平均次數。

車庫在一個場合的應用中，通常會存在三個階段，比如早上存車的人比較多，中午存車取車人數相近，晚上取車人數多。對于不同的時間段，選取不同的存取策略，得到的存取效率可能不同。在此，基于大轎廂式升降平移型立體車庫的結構特點，以存取總時間為目標函數，對車庫三種運行階段下不同的存取車策略進行分析。

針對本車庫的存取特點，制定了三種存取策略進行研究[8]，具體如下：

（1）存車優先策略。無論隊列中的下一個操作是存車還是取車，載車板都會運行到車庫的存車入口，方便存車操作的進行。

（2）原地等待策略。完成當前存取操作后，無論隊列中的下一個操作是存車還是取車，載車板在原地不動，等待下一操作。

（3）交叉存取策略。在原地等待的基礎上將隊列進行一定的調整[9]，如果當前操作是取車，載車板將在出口停留，待系統從隊列中選擇一個排在最前的存車操作來執行。如果當前操作是存車，載車板在當前車位停留，待系統從隊列中選擇一個排在最前的取車操作來執行。

2.2存取策略數學模型

設目標車位的坐標為（a，b，c），其中a表示車位所在棟數，A棟時a為1，B棟時a為2，b表示車位所在層數，c表示車位所在列數，（a0，b0，c0）為上一個操作完成后載車板的最終位置。車庫運行時間參數如表1所示，車位分布如圖2所示。

3存取車策略仿真

利用matlab分別對存取相當、存多于取、取多于存三種情況下所需的存取時間進行仿真。

首先，基于排隊論生成用戶存取時間序列，通過randsample函數隨機生成對應的存車位坐標數組p與取車位坐標數組q，其中存車數量為m，取車數量為n。將數組p與數組q組合得到新數組，并用randperm函數打亂其序列得到最終的存取車位坐標數組j以及車位操作序列W（i），然后進行存取時間計算。其程序流程圖如圖3所示。

立體車庫存取時間包括轎廂升降運動時間，在車板橫移運動時間，載車板旋轉運動時間，梳齒機存取運動時間。通過設置m和n的值，分別模擬存取相當（m≈n）、存多于?。╩>n）、取多于存（m

存取相當時，設置參數存車數m=35，取車數n=35，仿真得到其存取總時間如圖4所示。

存多于取時，設置參數存車數m=50，取車數n=20，仿真得到其存取總時間如圖5所示。

取多于存時，設置參數存車數m=20，取車數n=50，仿真得到其存取總時間如圖6所示。

通過仿真結果可以得到，存取相當時，交叉存取策略所需時間最少，約比存車優先策略少24.4%，約比原地等待策略少17.6%。存多于取時，交叉存取策略所需時間最少，約比存車優先策略少22.8%，約比原地等待策略少4.6%。

取多于存時，交叉存取策略所需時間最少，約比存車優先策略少22.1%，約比原地等待策略少6.4%。所以，綜合考慮成本、效率，本車庫最優存取策略為交叉存取策略。

4結論

對當下停車位不足的情況，大轎廂式升降平移型立體車庫可以為停車難問題提供一個很好的解決辦法。隨著立體車庫自動化程度的不斷提升，立體車庫的運行效率也得到了很大的提升。為了節省用戶存取車時間，提高用戶使用體驗，本文以大轎廂式升降平移型立體車庫為對象，對存取策略展開研究，希望能為立體車庫存取效率的提升提供參考。

參考文獻：

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Lerher T，Potrc I，Sraml M，et al.Travel time models for automated warehouses with aisle transferring storage and retrieval machine[J]. European Journal of Operational Research， 2019，205（3）：571-583.

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A study on the Access Strategy of Large Carriage Lift and Shift Type Garages

ZHOU Zi-kang， XIAO Zhi-quan， YANG Jian-yao， ZHANG Jia-chang

（School of Mechanical Engineering and Automation， Wuhan Textile University， Wuhan Hubei 430200， China）

Abstract：The large carriage type lift and shift garage is a new type of garage with a mixture of vertical lift and flat moving garage. A comb-toothed carrier is used for car handling， which can be set up according to the needs of different occasions， solving the problem of insufficient parking spaces for some occasions with high traffic and high land costs. At the same time， as this garage can only access one car at a time， it needs to have an efficient access strategy to reduce the access time when the queue for accessing cars is large. In order to improve its access efficiency， this paper establishes the mathematical models of three strategies based on queuing theory， namely storage priority， pick-up priority and cross-access， respectively， using the mover's access time as the objective function， and carries out simulation analysis through MATLAB to obtain the optimal access strategy by comparison and improve the access efficiency.

Keywords：Large carriage garage; Cubic garage; Lift & shift; Access strategy

（責任編輯：周莉）

*通訊作者：肖志權（1971-），男，副教授，博士，研究方向：流體傳動與控制.