1、第 卷第期 年月武汉理工大学学报(交通科学与工程版)J o u r n a l o fWu h a nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y(T r a n s p o r t a t i o nS c i e n c e&E n g i n e e r i n g)V o l N o A u g 基于S UMO仿真的停车场车辆离场智慧管控策略王金栋,)应坚国)(同济大学道路与交通工程教育部重点实验室)上海 )(上海金桥(集团)有限公司)上海 )摘要:文中将匝道控制中的协同调控思想引入停车场出口管理中,将停车场出口闸机抬杆频率作为控制和优化变量,设计
2、定时控制、感应控制策略调节离场车辆速率以保证区域通行效率以上海金鼎超大型地下停车平台作为验证实例,基于S UMO(s i m u l a t i o no fu r b a nm o b i l i t y)仿真平台模拟不同时段下实施不同策略时外部路网状态变化结果表明:所提出的控制策略能够显著缓解区域路网的拥堵状况,提升动态交通的平均速度,同时降低外部道路交叉口的排队关键词:智慧停车;协同控制;管控策略;S UMO仿真中图法分类号:U d o i:/j i s s n 收稿日期:第一作者:王金栋(),男,硕士,工程师,主要研究领域为智慧停车、城市数字化基金项目:上海市科学技术委员会科研计划项目
3、(D Z )引言超大 型 停 车 场 单 层 停 车 位 数 量 一 般 超 过 个,总停车位数量超过 个 大型城市综合体的建筑面积越大、停车需求越集中,要求必须配备的标准停车位和出口也就越多停车场库的出入口是连接停车场内部道路与外部地面道路及其关联交叉口的瓶颈点,是城市“最后/起始k m”高效畅通的关键管控节点停车场出入口管控不仅可以为泊车车辆提供高效服务,增加停车场的可达性,同时也可以最大程度地减少超大型停车场对周围路段的交通流产生的干扰目前国内学者对于停车场出入口的研究大多集中在出入口的选址和设计陈峻等利用排队论理论分别对出入口的车道长度及位置进行了研究,以此减少对道路车流的影响贾凡等对
4、停车场出入口位置选择进行理论分析针对出入口交通组织与地面、地下动静态交通的关联郭彦云等提出停车场出入口是连接静态交通和动态交通的桥梁,应注重其交通组织熊娟等则通过调查停车场出入口与主路衔接处的交通情况,表明车辆进出停车场会引起的主路车辆延误,对出入口交通组织的研究由定性转为定量朱斌宁等研究了停车场出入口处车辆驶入驶出对连接路段车辆速度的影响,将离场车辆穿插进入主路后造成的交通阻塞称为“阻滞”效应唐伯明等 通过V I S S I M仿真分析不同出入口交通组织设计对相连道路的交通影响形式以及影响程度结果表明:离场车辆出库时若按照允许穿插或主路优先,其对主路车流的影响(延误、速度、停车次数)差异较大
5、目前,对于停车场出口交通组织和管控的研究较多,但综合考虑停车场静态交通需求与地面动态交通实时状态对停车场出口实施智慧管控的研究相对较少文中通过分析停车场出口车辆的离场特性,将匝道控制中的协同控制理念创新性引入停车场出口管控,提出一种协同动静态交通实时流量的停车场离场车辆的管控策略,通过对停车场出口抬杆闸机的智能控制实现对出口车辆的定时控制与感应控制并以某超大型地下停车平台为例,在S UMO仿真平台中对比说明了管控策略的有效性车辆离场特性分析停车场库的出口是连接停车场内部道路与地面外部道路的重要节点图为停车场车辆离场的影响分析,当地面外部道路车流趋向饱和,停车场库出口道上的离场车辆受到地面车辆交
6、织和关联交叉口信号的影响,很难汇入地面外部道路,从而在停车场出口道上排队等待,使出入口所通向地面外部道路成为物理瓶颈随着时间的推移,排队很可能回溯至停车场内部通道,影响车辆的正常泊车,区域通行效率低下作为地下静态交通与地面动态交通转换的节点,停车场出入口及其管理设备能够起到限制或疏导车流的作用因此,充分利用停车场的出入口的节点管控作用是降低超大型停车场离场对周围道路影响的关键分别对地面交通和地下静态交通实时单独管理与控制已经无法满足实时可变的交通变化状况为保证区域路网的高效运行和高效实时管理,需要将二者联动起来,利用科学的方法进行优化协调控制图停车场车辆离场的影响分析国内外相关学者最早开始采用
7、交通协调控制思想研究的问题就是匝道控制该方法以高速公路的入口匝道为研究对象,在保证主线车辆正常、连续的运行状态下,协调上下游、匝道的实时交通流量,计算得到不同上下游流量下最佳的出口匝道调节率,让辅路车辆陆续进入主路,取得了较好的控制效果停车场离场智慧管控策略 定时控制策略定时控制策略将智能抬杆系统的抬杆频率(以下称“调解率”)作为优化目标,将停车场出口所在地面道路下游的道路通行能力作为参照,考虑停车场车辆的离场需求,定时调整停车场进入地面道路的离场车辆流量,使地面道路上游流量与停车场进入地面道路的流量和小于参照目标,见图一方面,智能抬杆系统的调解率必须满足停车场车辆的正常离场需求,以免在停车场
8、内部形成较长排队;另一方面,智能抬杆系统的调解率过大会导致停车场离场车辆大量快速涌入道路,超图定时控制策略的算法参数过下游交叉口通行能力,影响区域通行效率针对某一道路所在区域地块l中停车场任一出口m而言,其智能抬杆系统在转向n调解率r与上游道路通行需求q之和不超过下游交叉口通行能力CCnLlMmrl m nqn,n()式中:rl m n为区域地块l中停车场任一出口m转向n的调解率;Cn为交叉口n所有进口道的通行能力;qn为相应交叉口上游交通流量该区域地块l停车场出口对的所有转向的调解率r不低于区域地块的车辆离场需求DlNnrl m nDl,l()计算该区域地块l停车场出口m的智能抬杆系统的固定
9、抬杆周期Tl mTl m m a x(Nnrl m n,Tm i n),l,m()Tm i n /Dl()式中:Tl m为区域地块l停车场出口智能抬杆系统m周期长度;Tm i n为最小周期长度由此,根据上述限制可求解各闸机周期长度,得出各停车场出入口闸机的定时控制方案 感应控制策略停车场的车辆离场需求在高峰和平峰相差较大,与此同时地面的动态交通的流量变化也具有实时性由于原始数据的非实时性,定时控制策略所给定的调解率在一段时间内是保持固定不变的,对外部交通的实时变化(例如,拥塞、交通事故)自适应变化的能力,或者造成道路资源的浪费文中在定时控制策略的基础上提出一种自适应的感应控制策略,综合考虑以下
10、原则)应当通过一定的感知、通信技术实时获取地面道路关联交叉口、停车场出口的实时排队情况,为实时控制停车场出口智能抬杆系统的抬杆速率提供数据信息与决策支撑)保证停车场车辆在多数一般情况下被正常放行,不在停车场内部形成过长排队武汉理工大学学报(交通科学与工程版)年第 卷)避免停车场出口放出的车辆严重影响地面道路的正常运行)使得地面道路关联的下游交叉口与停车场出入口的总体运行效益最大化)配合一定的信息诱导手段进行共同管控当停车场出口形成较长排队时,提前发布诱导信息等引导车辆选择其他出口快速离开停车场,避免进一步加重区域拥堵或停车场内部排队基于上述原则,停车场出口智能抬杆系统的感应控制方案设计见图停车
11、场出口关联道路的下游处设置有智能的传感器(线圈、A I摄像头等),用于检测下游的排队长度停车场出口智能抬杆系统总是保持放行状态(图示“绿灯”)当检测到主路下游的排队长度超过阈值时,停车场出口智能抬杆系统显示红灯,表示出口禁止放行管理平台实时判断红灯时长与主路下游排队长度,若主路下游排队长度小于阈值,则恢复绿灯;若红灯时长大于最大红灯时长,停车场出口的智能抬杆系统返回绿灯;若仍小于最大红灯时间且主路下游排队长度仍超过阈值,则停车场出口的智能抬杆系统仍为红灯图感应控制策略的检测器布置主路下游的排队长度阈值根据实际道路出入口的位置与下游关联交叉口的停车线之间的间距确定智能抬杆系统的最大红灯时长Tm
12、a x取车主最长停车等待时间Tt o l e r a t e与地块停车出行需求最长等待时间Tw a i t的最小值Tm a x m i nTt o l e r a t e,Tw a i t()Tw a i t /Dl()式中:停车场出入口车主等待时间Tt o l e r a t e s,超出该等待时间后,车主的容忍度快速下降;Tw a i t为地块停车出行需求最长等待时间,即保证单位小时内交通需求能被正常放出仿真实验分析 实验说明上海某大型地下停车场位于浦东新区北侧,包含九个地块,东侧为申轮路,北侧轲桥路,南侧巨峰路为次干路,西侧申江路为主干路,是市中心内环通向外环的重要集散道路,高峰流量超
13、p c u/h,见图用地面积约 万m,总建筑面积约 万m,拥有研发、办公、酒店、商业,以及剧场等多项功能的城市综合体,预计在未来将会吸引海量商办、休闲人流图上海金鼎天地交通基础情况停车场共配备近 个停车位,设有 个车行出入口停车场部分车行出入口距其所在地面道路交叉口平均间距不足 m、出口之间的间距较窄,出入口分布于横断面宽度不超过 m的支路上,整体通行能力较低,极易在出入口产生局部拥堵点,见图与此同时,预计高峰时期从主次干路(申江路、巨峰路)汇入金鼎天地支路的交通流将进一步加重区块内部通行压力综上,项目建成后金鼎天地停车场库预计面临较大的停车管理压力,停车场的出入口作为外部动态交通与内部静态交
14、通转换的关键节点,是解决区域管控难题的突破点图上海金鼎地块停车场车位与部分出口分布 仿真实验仿真实验主要分为需求预测、建模求解、仿真测试,以及指标评估四阶段在需求预测部分,分别对金鼎天地的高峰时段、平峰时段的停车需求进行预测,得到停车场各地块的离场流量为 个停车场出口分别建立定时控制、感应控制模型,分别求解不同出口智能抬杆系统的定时控制方案与感应控制方案,获得停车场出口智能第期王金栋,等:基于S UMO仿真的停车场车辆离场智慧管控策略抬杆系统的最佳调解率以及地块最长等待时间等参数值采用S UMOT r a C I联合仿真的方式,搭建了同比例金鼎天地交通仿真验证平台按照金鼎天地的实际道路在S U
15、MO中配置道路拓扑模型及定时控制所需的停车场出口闸机、感应控制所需的排队检测装置、速度检测装置等;根据需求预测结果在仿真平台中配置不同O D的车辆移动模型;根据控制策略和模型求解结果,在仿真系统中加载相应的调解率与算法触发条件;运行 次仿真模型,得到区域路网在不同方案下、不同时段中的仿真测试结果在指标评估阶段,为验证所提出的停车场车辆离场智慧管控策略的效果,分别对比在无管控策略、定时控制策略及感应控制策略下,主干路(申江路)、次干路(轲桥路、巨峰路)及区块内部支路(涵桥路、致桥路、申涛路、申启路、申轮路)的平均速度、交叉口的平均排队长度,以及停车场所有出口内部道路的平均排队长度并将其与定时控制
16、下车辆的运行状况进行了对比 结果分析图为UMO仿真结果由图可知:对停车场出口离场车辆实施智慧管控策略能够有效提升区域道路的平均车速、减少区域内交叉口的排队长度图S UMO仿真结果由图 a)b)可知:高峰时期的路段平均速度区间为平均速度从 k m/h,平峰时期的平均速度区间为 k m/h采取定时控制策略后,九宫格内外部道路平均速度均上升 k m/h左右;采取感应控制策略后平均速度进一步提升了 k m/h左右,表明对停车场出口采取管控措施明显优于不采取任何控制措施由图 c)d)可知:采取感应控制措施在区域主干道路巨峰路、申江路上的效果明显优于定时控制策略,其交叉口排队长度较无控制策略下降m、较定时
17、控制策略下降m,但内部道路交叉口的排队长度下降幅度不大无论是在停车需求更高的高峰时期还是在区域交通流量较小的平峰时期,文中所提出的基于动静协同理念的停车场出口智慧管控策略表现优异,具有一定的鲁棒性与此同时,对于感应控制策略与定时控制策略而言,感应控制策略能够与外部动态交通实时联动反馈、控制,具有自适应协同的能力,因此在区域整体平均速度、交叉口排队现象等指标的表现上优于定时控制策略,对停车场出口的调控能力更强平峰时期在停车场出口实施定时控制策略后,除申启路外,其余道路上停车场出口内部排队长度均有小幅增加,但感应控制策略之下出口排队长度有大幅增加其中轲桥路、主干路申江路上的内部排队长度增幅尤其明显
18、表明定时控制策略在保证区域运行效率的同时对停车场离场车辆的影响较小而感应控制策略牺牲了部分停车场离场车主等待的时间,换取区域运行的更高运行效率针对这一问题,结合金鼎天地的停车场中在不同路段设有多个出口的条件,为了同步保证车主用户的利益,建议在采用感应控制策略时在停车场内部配合实时的信息诱导,当某出口关闭或已产生较长排队时,诱导离场车辆从其他出口驶出,避免继续在停车场出口形成较长排队结论)将匝道控制中的协同控制理念引入停车场出入管理中,提出一种联合考虑内外动静态交武汉理工大学学报(交通科学与工程版)年第 卷通的停车场离场车辆智慧管控策略,通过实时调控停车场出入口闸机的抬杆速率控制车辆流入主路的速
19、度,分为定时控制策略与感应控制策略)定时策略以交叉口通行能力与停车场出口正常离场需求为约束,求解不同停车场出入口闸机抬杆的周期;感应控制策略则通过智能传感器实时获取外部交叉口排队长度与内部出入口的排队长度、车主等待时间,判断停车场出入口闸机抬杆的时机)两类控制策略的运行效果在不同需求下、不同出入口中均优于不采用任何管控策略,具有优越性与鲁棒性定时控制策略通过给定出入口固定的抬杆周期,缓解了外部道路交叉口的排队现象,外部道路平均运行速度有所上升感应控制对周围道路的实时状态具有自适应协同能力,因此对外部动态交通的提升效果优于定时控制策略,也因此在停车场内部产生了较长的排队在未来,可通过内外部实时的
20、停车信息诱导、路径规划等解决这一问题参 考 文 献邵长桥,邵晓菲,吕鲲,等大型公共停车场合理规模计算方法研究J重庆交通大学学报(自然科学版),():刘姣,葛召炎,谢静,等停车场泊车问题的研究与仿真J计算机仿真,():上海市城乡建设和管理委员会上海市工程建设规范建筑工程交通设计及停车库(场)设置标准:D G/T J S北 京:北 京 交 通 大 学 出 版 社,陈峻,王炜城市路外停车场出入口 交通 组织 分析J东南大学学报(自然科学版),():贾凡城市停车场规划及交通影响研究D兰州:兰州交通大学,郭彦云,孙壮志,张秀媛停车场出入口设计实证研究J交通运输系统工程与信息,():熊娟,陈峻,张辉城市路
21、外停车场出入口接驳处交通调查分析J交通科技与经济,():朱斌宁,郑长江停车场对连接路段车辆速度的影响研究J华东交通大学学报,():唐伯明,王卫军,刘唐志,等停车场建设规模对道路通行能力影响的分析J重庆交通大学学报(自然科学版),():曹俊强城市高架路相邻出入口匝道及其衔接交叉口协调控制D成都:西南交通大学,杨晓光,薛昆,白玉城市停车诱导信息 系统 设计J交通运输系统工程与信息,():张喜翠智慧园区智能停车管理系统的设计与实现D南京:南京理工大学,I n t e l l i g e n tC o n t r o lS t r a t e g yf o rV e h i c l eD e p a
22、r t u r e f r o mP a r k i n gL o t sB a s e do nS UMOS i m u l a t i o nWA N GJ i n d o n g,)Y I N GJ i a n g u o)(K e yL a b o r a t o r yo fR o a da n dT r a f f i cE n g i n e e r i n go ft h eM i n i s t r yo fE d u c a t i o n,T o n g j iU n i v e r s i t y,S h a n g h a i ,C h i n a)(S h a n
23、g h a i J i n q i a o(G r o u p)C oL t d,S h a n g h a i ,C h i n a)A b s t r a c t:I nt h ep r e s e n tp a p e r,t h e i d e ao f c o o r d i n a t e dr e g u l a t i o n i nr a m pc o n t r o lw a s i n n o v a t i v e l y i n t r o d u c e d i n t ot h e e x i tm a n a g e m e n t o f p a r k i
24、n g l o t T a k i n g t h e l i f t f r e q u e n c yo f p a r k i n gg a t e a s t h e c o n t r o l a n do p t i m i z a t i o nv a r i a b l e,t i m i n gc o n t r o l a n d i n d u c t i o nc o n t r o l s t r a t e g i e sw e r ed e s i g n e dt oa d j u s tt h es p e e do f l e a v i n gv e h
25、i c l e s t oe n s u r et h er e g i o n a l t r a f f i ce f f i c i e n c y T a k i n gS h a n g h a i J i n d i n gs u p e r l a r g eu n d e r g r o u n dp a r k i n gp l a t f o r ma sav e r i f i c a t i o ne x a m p l e,b a s e do nS UMO(s i m u l a t i o no fu r b a nm o b i l i t y)s i m u
26、l a t i o np l a t f o r m,t h e s t a t e c h a n g e so f e x t e r n a l r o a dn e t w o r kw e r e s i m u l a t e dw h e nd i f f e r e n t s t r a t e g i e sw e r e i m p l e m e n t e d i nd i f f e r e n t p e r i o d s T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h ep r o p o s e dc o n t r o l s
27、 t r a t e g yc a ns i g n i f i c a n t l ya l l e v i a t et h ec o n g e s t i o no fr e g i o n a l r o a dn e t w o r k,i m p r o v et h ea v e r a g es p e e do fd y n a m i c t r a f f i c,a n dr e d u c e t h eq u e u ea t e x t e r n a l r o a d i n t e r s e c t i o n s K e yw o r d s:s m a r tp a r k i n g;c o l l a b o r a t i v ec o n t r o l;m a n a g e m e n t s t r a t e g y;S UMOs i m u l a t i o n第期王金栋,等:基于S UMO仿真的停车场车辆离场智慧管控策略
