祝華婷，胡 盼，朱全軍

(1.上海紫竹新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，上海 201100;2.上海濟(jì)祥智能交通科技有限公司，上海 200092;3.湖南省交通科學(xué)研究院，湖南長沙 410015)

0 引言

隨著城市小汽車保有量的不斷增加，城市停車的需求也隨著越來越大。各種高容量、智能化管理的停車設(shè)施在城市中，尤其是高密度開發(fā)區(qū)不斷涌現(xiàn)，這就對停車、收費(fèi)系統(tǒng)、排隊(duì)等提出了問題。

目前流行的智能停車管理系統(tǒng)普遍擁有多級停車誘導(dǎo)、車輛自動(dòng)識別、出入口智能控制、智能收費(fèi)管理、自動(dòng)泊車引導(dǎo)、車位自動(dòng)檢測等功能。這些功能提高了停車場管理效率、停車設(shè)施資源的利用率以及增強(qiáng)了停車場的安全性，并且在一定程度上緩解了周邊的交通壓力。但是，隨著停車場容量需求的不斷增大以及對服務(wù)質(zhì)量要求不斷提高，智能停車場的規(guī)劃、建設(shè)的難度也隨著增加。主要體現(xiàn)在:①高峰小時(shí)過度集中的車流量容易造成停車場出入口的交通擁堵，即降低了停車場的服務(wù)水平和地區(qū)路網(wǎng)的服務(wù)水平;②在保證停車場服務(wù)質(zhì)量的前提下，停車場泊位數(shù)量以及出入口缺乏合理的規(guī)劃方法，容易造成停車場容量不足或者資源利用率低下。因此，在智能停車場規(guī)劃過程中，必須對停車場出入口服務(wù)時(shí)間、出入口數(shù)量以及車位數(shù)量進(jìn)行合理的規(guī)劃，做出適當(dāng)?shù)挠?jì)算和預(yù)測，確保滿足一定的停車庫服務(wù)水平的需要，并且控制其對路段動(dòng)態(tài)交通的影響程度，滿足城市規(guī)劃和交通管理的需要。

1 停車場庫出入口交通特性

停車場按照車輛性質(zhì)可以分為:機(jī)動(dòng)車停車場、非機(jī)動(dòng)車停車場;按照停車場的服務(wù)對象分為專用停車場、公用停車場。停放方式和特點(diǎn)分析如下。

1.1 車輛停放方式

1)平行式:平行式停車車身方向與通道平行，是路邊停車帶或狹長地段停車的常用形式。特點(diǎn):所需停車帶最小，駛出車輛方便，但占用的停車面積最大。用于車道較寬或交通較少，且停車不多、時(shí)間較短的情況，還用于狹長的停車場地或作集中駛出的停車場布置，也適用停放不同類型車輛及車輛零來整走。例如，體育場、影劇院等停車場。

2)垂直式:垂直式停車車身方向與通道垂直，是最常用的停車方式。特點(diǎn):單位長度內(nèi)停放的車輛最多，占用停車道寬度最大，但用地緊湊且進(jìn)出便利，在進(jìn)出停車時(shí)需要倒車一次，因而要求通道至少有兩個(gè)車道寬。

3)斜放式:斜放式停車車身方向與通道成角度停放，一般有 30°、45°、60°三種角度。特點(diǎn):停車帶寬度隨車長和停放角度有所不同，適用于場地受限制時(shí)采用，車輛出入方便，且出入時(shí)占用車行道寬度較小。有利于迅速停車與疏散。缺點(diǎn):單位停車面積比垂直停放方式要多，特別是30°停放，用地最費(fèi)。

1.2 停車及發(fā)車特點(diǎn)分析

1)前進(jìn)式停車、后退式發(fā)車:停車迅速，發(fā)車費(fèi)時(shí)，不宜迅速疏散，常用于斜向停車;

2)后退式停車、前進(jìn)式發(fā)車:停車較慢，發(fā)車迅速，平均占地面積少，是常用的停發(fā)車方式;

3)前進(jìn)式停車、前進(jìn)式發(fā)車:停車迅速，發(fā)車迅速，但平均占地面積較大，常用于公共汽車和大型貨車停車場。

2 停車場庫模型及評價(jià)

2.1 計(jì)算模型

停車場的車流狀況與出入口車輛服務(wù)時(shí)間的分布具有以下特征。

2.1.1 輸入過程

泊松輸入——車輛到達(dá)時(shí)距服從負(fù)指數(shù)分布。

2.1.2 排隊(duì)規(guī)則

等待制——車輛到達(dá)時(shí)，若所有服務(wù)臺均被占，它們就排成隊(duì)伍，等待服務(wù)。服務(wù)次序先到先服務(wù)。

2.1.3 服務(wù)方式

停車場運(yùn)行過程中，每一個(gè)出入口每次只服務(wù)一輛車，服務(wù)時(shí)間的分布符合負(fù)指數(shù)分布，即每輛車的服務(wù)時(shí)間相互獨(dú)立，服從相同的負(fù)指數(shù)分布［1］。

符合以上三個(gè)條件的服務(wù)問題可運(yùn)用排隊(duì)論來解析。排隊(duì)論是研究“服務(wù)”系統(tǒng)因“需求”擁擠而產(chǎn)生等待排隊(duì)的現(xiàn)象，以及合理解決“需求”與“服務(wù)”關(guān)系的一種數(shù)學(xué)理論，或稱“隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)理論”［2］。停車場的出入道一般為一條，可視為“單通道服務(wù)”。因此，停車場出入道服務(wù)系統(tǒng)為M/M/1或M/M/S單通道隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)。

2.2 評價(jià)指標(biāo)

為了合理規(guī)劃停車場出入口服務(wù)時(shí)間，出入口的數(shù)量以及停車場容量，應(yīng)該選取合適的指標(biāo)作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

在停車場(庫)使用的可行性評估中，以其入口處排隊(duì)車輛長度是否對相鄰道路造成較大影響為評估的主要標(biāo)準(zhǔn);另外，車輛的平均等待時(shí)間涉及到車庫服務(wù)水平，也是重要的參考標(biāo)準(zhǔn)［3］。

由于車輛的平均排隊(duì)等待時(shí)間w與平均排隊(duì)長度L成正比(L=w·λ)，因此可以用平均排隊(duì)長度L作為停車場交通影響評估和服務(wù)質(zhì)量水平的參考標(biāo)準(zhǔn)。

文中將停車庫服務(wù)水平如下定義，高峰小時(shí)內(nèi)，出入口無車排隊(duì)時(shí)服務(wù)水平定義位A級;只有1輛車排隊(duì)時(shí)定義為B級;只有2輛車排隊(duì)時(shí)定義為C級;排隊(duì)車輛大于2輛時(shí)定義為D級。

3 計(jì)算方法

根據(jù)以上分析，可以用排隊(duì)論的方法描述停車場出入口車輛的排隊(duì)等候問題。下面以一個(gè)簡單的智能停車場管系統(tǒng)為例，按照M/M/1隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)理論計(jì)算出入口的服務(wù)時(shí)間和停車場泊位數(shù)、出入口個(gè)數(shù)、排隊(duì)長度之間的關(guān)系。

由排隊(duì)論的推導(dǎo)公式可知:

式中:λ為平均到達(dá)率;μ為接受服務(wù)后的輸出率;ρ為交通強(qiáng)度(利用系數(shù))平均排隊(duì)長度。

式中:T為車輛在出入口的服務(wù)時(shí)間;t為停車場所有車輛進(jìn)入或出入的時(shí)間;N為出入口個(gè)數(shù)(以單進(jìn)單出出入口為例);Q為停車場泊位數(shù)。

根據(jù)式(2)和式(5)可以計(jì)算出在不同服務(wù)水平下，出入口單進(jìn)單出設(shè)計(jì)的停車庫，在高峰期1h內(nèi)，其出入口應(yīng)達(dá)到的服務(wù)時(shí)間要求。計(jì)算結(jié)果如表1。

表1 高峰小時(shí)停車庫服務(wù)時(shí)間計(jì)算結(jié)果表

4 工程應(yīng)用實(shí)例

4.1 分析計(jì)算

以某市行政中心、文化中心地下停車庫出入口個(gè)數(shù)規(guī)劃為例。停車庫分兩期建設(shè)，一期建設(shè)300個(gè)車位以及2個(gè)單進(jìn)單出的出入口，二期建設(shè)700個(gè)車位，經(jīng)調(diào)查高峰期為半小時(shí)。為了確保建成后，停車庫車流高峰期運(yùn)行暢通，不產(chǎn)生大規(guī)模排隊(duì)現(xiàn)象，即最多只有1輛車排隊(duì)，對出入口閘機(jī)的服務(wù)時(shí)間和出入口個(gè)數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算，以得出合理的規(guī)劃方案?？紤]到高峰期各個(gè)出入口的車流量并不平均，即有的出口流量較大，有的出口流量較少，因此取不同的流量需求水平進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表2。

表2 出入口服務(wù)時(shí)間計(jì)算表

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果可知:

1)一期建設(shè)中:

為使進(jìn)出口在上下班高峰期間達(dá)到最多只有1輛車排隊(duì)的服務(wù)水平，系統(tǒng)延誤(含減速、服務(wù)時(shí)間、加速三部分)應(yīng)控制在6s左右。

2)二期建設(shè)中:

若為6個(gè)出入口，系統(tǒng)延誤必須在6s以內(nèi)，才能保證不出現(xiàn)排隊(duì)現(xiàn)象;

若為5個(gè)出入口，系統(tǒng)延誤必須在5s以內(nèi)，才能保證不出現(xiàn)排隊(duì)現(xiàn)象;

若為4個(gè)出入口，系統(tǒng)延誤必須在5s時(shí)基本滿足流量需求，但會(huì)出現(xiàn)小規(guī)模排隊(duì)，服務(wù)時(shí)間在4s內(nèi)將運(yùn)行通暢。

故通過以上計(jì)算，為了確保高峰時(shí)段停車庫出入口運(yùn)行暢通以及服務(wù)設(shè)備的實(shí)際性能，地下車庫出入口應(yīng)為6個(gè)，且服務(wù)時(shí)間控制在6s以內(nèi)為宜。

4.2 仿真驗(yàn)證

4.2.1 服務(wù)時(shí)間的仿真驗(yàn)證

將高峰小時(shí)內(nèi)車輛每5min的到達(dá)率進(jìn)行分配，可得地下車庫高峰小時(shí)內(nèi)流量大致的時(shí)間分布圖。見圖1。

圖1 高峰小時(shí)流量分布圖

根據(jù)上述的流量分布情況，通過交通微觀仿真軟件VISSIM，模擬停車庫出入口出入過程，并分別給出停車場高峰小時(shí)和最高峰的15min內(nèi)車輛排隊(duì)所產(chǎn)生最大排隊(duì)長度和延誤值。見圖2。

圖2 高峰小時(shí)排隊(duì)長度和延誤流線圖

從以上仿真結(jié)果可知，高峰小時(shí)和最高峰15min期間，停車場閘機(jī)延誤和排隊(duì)長度在6s以后大幅增加，因此，停車場閘機(jī)服務(wù)時(shí)間應(yīng)控制在6s以內(nèi)才能確保高峰期運(yùn)行暢通。

5 結(jié)束語

本文分析了停車庫出入口車流的運(yùn)行特征，探討了停車場高峰小時(shí)內(nèi)不同的服務(wù)水平下，對應(yīng)的閘機(jī)服務(wù)時(shí)間、泊位數(shù)及出口數(shù)量的計(jì)算方法，給出停車庫出入口服務(wù)時(shí)間和數(shù)量的應(yīng)用實(shí)例，并運(yùn)用交通仿真和計(jì)算通行能力的方法進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明，該計(jì)算方法在停車庫規(guī)劃中確定出入口服務(wù)時(shí)間、出入口數(shù)量以及泊位數(shù)，以確保高峰期順暢通行具有有效性和準(zhǔn)確性。

［1］鄧興棟，王 波.全自動(dòng)立體停車庫服務(wù)質(zhì)量評價(jià)方法探討［J］.重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2003(1).

［2］譚 峰.排隊(duì)論在停車場設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代交通管理，1998(1).

［3］王勇智，馬 佳.我國城市公共停車場后評價(jià)理論研究［J］.城市交通，2007(10).

［4］關(guān)宏志.停車場規(guī)劃設(shè)計(jì)與管理［M］.北京:人民交通出版社，2003.

［5］成 峰，莫一魁.城市中心區(qū)停車泊位供應(yīng)分析［J］.交通與運(yùn)輸，2005(7).