CN107845288B - 基于时空容量多类型用地配建停车泊位共享资源匹配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于时空容量的多类型用地配建停车泊位共享资源匹配方法，1）收集各种组合停车场的基础时空数据，包括：各停车场基本泊位供应数据、泊位占用数据、停车场车辆进出动态变化数据、停放车辆时长数据；2）计算i时刻（停车共享起始时刻）组合停车设施的溢出需求，并获取停车需求的停车时长分布等数据；3）计算组合用地未饱和停车场中能对每个停车时长的提供的共享泊位；4）运用“用户平衡”理论，对每个停车时长的共享泊位进行分配，计算得到溢出需求与共享泊位的时空资源均衡分配结果。

Description

基于时空容量多类型用地配建停车泊位共享资源匹配方法

技术领域

本发明涉及一种基于时空容量的多类型用地配建停车泊位共享资源匹配方法，特别涉及一种当城市中心区组合用地片区的某个(些)停车场泊位供不应求、而相邻建筑物配建停车场却闲置大量空余泊位时，运用用户平衡理论使得组合用地各停车场泊位综合占有率最小的停车资源共享匹配方法，属于城市交通系统规划和管理技术领域。

背景技术

随着经济社会的快速发展，机动车保有量迅猛增长，城市中心区停车供需矛盾日益突出，新增停车设施供给，特别是城市公共建筑物停车泊位已经成为当前停车规划的重点。但是，很多城市在大幅度提高各类用地配建停车泊位标准的同时，也出现了停车资源利用率低下的问题。

由于不同用地类型建筑物对外开放的限制以及所吸引停车需求在时间方面的不一致性，经常表现为某个(些)停车场泊位供不应求、而相邻停车场却闲置大量空余泊位，这种配建停车资源供给—需求在时间和空间上的不匹配如果不能有效解决，即使增加再多的泊位供给，也难以有效缓解特定片区、特定时段的停车供需矛盾。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于时空容量的多类型用地配建停车泊位共享资源匹配方法，具体是一种当城市中心区组合用地片区的某个(些)停车场泊位供不应求、而相邻建筑物配建停车场却闲置大量空余泊位时，运用用户平衡理论使得组合用地各停车场泊位综合占有率最小的停车资源共享匹配方法。本发明综合运用“溢出停车需求、共享泊位供给、时空资源分配”的理论模型和算法，将不同停车设施可用时空资源和实际的停车需求通过共享的方式进行分配，为精细化共享停车策略的制定提供了量化支持。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案

本发明提供一种基于时空容量的多类型用地配建停车泊位共享资源匹配方法，包括以下具体步骤：

步骤1，收集组合用地片区配建的组合停车设施的基础时空数据，包括：各停车场基本泊位供应数据、泊位占用数据、停车场车辆进出动态变化数据、停放车辆时长数据；

步骤2，计算i时刻组合停车设施的溢出需求，并获取停车溢出需求的停车时长分布数据；

步骤3，计算组合停车设施中每个停车场对步骤2中的每个停车时长能提供的共享泊位；

步骤4，运用“用户平衡”理论，对每个停车时长的共享泊位进行分配，计算得到溢出需求与共享泊位的时空资源均衡分配结果，完成停车泊位共享资源分配。

作为本发明的进一步优化方案，步骤2中组合停车设施的溢出需求确定方法，具体步骤为：

(1)计算第k个停车场在i时刻的车辆进出变化数A_ik-B_ik和停车场泊位占用数C_ik＝C_(i-1)k+A_ik-B_ik，确定第k个停车场在i时刻泊位是否达到饱和；其中，A_ik表示第k个停车场在i时刻的车辆到达数，B_ik表示第k个停车场在i时刻的车辆离开数，C_ik表示第k个停车场在i时刻的泊位占用数，C_(i-1)k表示第k个停车场在i-1时刻的泊位占用数，k＝1,2,…,n，n为组合停车设施中停车场的总数；

(2)若第k个停车场在i时刻泊位未达到饱和，则该停车场能够满足自身泊位需求，此时不产生共享停车需求，令k＝k+1，返回步骤(1)判断下一个停车场；

(3)若第k个停车场在i时刻泊位达到饱和，则令s＝k，获取其溢出需求及溢出需求中停车时长的比例分布，第m个停车时长T_m的车辆停车时空资源需求为：D_m·(A_is-B_is)·T_m，将数据添加到溢出需求集合Demand，Demand＝{s:{T_m:D_m·(A_is-B_is)}}；其中，D_m表示第m个停车时长T_m的溢出需求数量占总溢出需求量的比例，A_is表示第s个停车场在i时刻的车辆到达数，B_is表示第s个停车场在i时刻的车辆离开数，m＝1,2,…,M，M表示第s个停车场的溢出需求中停车时长的数目；

(4)令k＝k+1，返回步骤(1)判断下一个停车场，直到停车场遍历结束为止。

作为本发明的进一步优化方案，组合停车设施中每个停车场为步骤2中的每个停车时长能提供的共享泊位的确定方法，具体步骤为：

(1)获取i时刻后，第l个停车场首先达到额定饱和度值的时刻j^l，l＝1,2,…,n；

(2)判断j^l-i＞T_m是否成立，若不成立则第l个停车场对停车时长T_m不能提供共享泊位，返回步骤(1)判断下一个停车场；若成立则令j＝i+T_m，第l个停车场在时间段i～j内存在对停车时长T_m提供共享泊位的可能性，进入步骤(3)；

(3)确定第l个停车场在时间段i～j内的泊位占用数的最大值C_xl，若C_xl＜C_l·γ_l，则第l个停车场在时间段i～j内对停车时长T_m能提供共享泊位；否则第l个停车场在时间段i～j内对停车时长T_m不能提供共享泊位；其中，C_l表示第l个停车场的泊位数量；γ_l表示第l个停车场的额定饱和度，γ_l≤1；

(4)第l个停车场能提供的泊位数为：C_l·γ_l-C_xl，并将其加入集合sharing_m中，sharing_m＝{l:(C_l·γ_l-C_xl)}，其中，sharing_m表示对停车时长T_m能提供共享泊位的停车场集合，C_jl表示第l个停车场在时刻j的泊位占用数；

(5)令l＝l+1，返回步骤(1)判断下一个停车场，直到停车场遍历结束为止。

作为本发明的进一步优化方案，步骤4具体为：

(1)将溢出需求集合Demand中的停车时长按照从大到小的顺序进行排列，并重新编号，记为T_p,p＝1,2,…,M；

(2)根据步骤3，确定时刻i对停车时长T_p能提供共享泊位的停车场集合；

(3)以“停车系统时空资源均衡匹配”为目标，运用“UE”网络平衡模型对停车时长T_p的需求和供给进行分配；

(4)令p＝p+1，返回步骤(2)判断下一停车时长，直到有溢出需求的停车时长遍历结束，得到停车共享均衡分配结果几何M₀＝(P₀₁,P₀₂,···,P_0l)，其中，P_0l是第l个停车场基于客观数据的均衡分配结果。

作为本发明的进一步优化方案，步骤(3)中“UE”网络平衡模型为：

目标函数：

约束条件：

式中，A为能提供共享泊位的停车场集合；R为有溢出需求的停车场集合；S为出行目的地集合；

为每个溢出停车需求的停车场r到共享停车场a的溢出需求数；x_a为能提供共享泊位的停车场a的共享泊位占有量；t_a(x_a)为能提供共享泊位的停车场a的阻抗函数，与实时停车场泊位占有量有关；q_rs为有溢出需求的停车场r的溢出停车需求量。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明是一种城市中心区组合用地片区的某个(些)停车场泊位供需不平衡条件下的停车资源共享匹配方法，该方法建立了片区组合停车设施时空资源消耗模型，从停车需求空间数量和停放时长两个维度描述停车资源的占用特性。本发明以不同类型用地停车时空需求特征数据为基础，提出了组合停车设施共享的时空资源匹配优化方法，建立了面向“溢出停车需求、共享泊位供给、时空资源分配”的理论模型和算法，将不同停车设施可用时空资源和实际的停车需求通过共享的方式进行分配，为精细化共享停车策略的制定提供了量化支持。

附图说明

图1为本发明多类型用地组合停车设施共享资源匹配方法的流程图；

图2为组合停车设施时空资源溢出需求确定方法的流程图；

图3为组合用地停车时长为T_m的时空资源供给确定方法的流程图；

图4为从T₁开始，按停车时长从大到小依次对每一个停车时长对应的停车需求进行分配的方法流程图；

图5为一实施例典型用地类型位置关系图；

图6为一实施例五类用地停车设施的时空需求占用特性；

图7为一实施例居住区用地的车辆到离时变特性；

图8为一实施例居住区夜间停车时长分布；

图9为一实施例居住区夜间停车时长为16h的停车需求分配结果；

图10为一实施例居住区夜间停车时长为15h的停车需求分配结果；

图11为一实施例各类用地组合停车设施共享分配结果，其中，(a)为柱状图，(b)为折线图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明为一种当城市中心区组合用地片区的某个(些)停车场泊位供不应求、而相邻建筑物配建停车场却闲置大量空余泊位时，运用用户平衡理论使得组合用地各停车场泊位综合占有率最小的停车资源共享匹配方法。

本发明一种基于时空容量的多类型用地组合停车设施共享资源匹配方法，具体步骤如图1所示。

步骤1：收集组合用地片区配建的组合停车设施的基础时空数据，包括：各停车场基本泊位供应数据、泊位占用数据、停车场车辆进出动态变化数据、停放车辆时长数据。

步骤2：计算i时刻(停车共享起始时刻)组合停车设施的溢出需求，并获取并获取停车溢出需求的停车时长分布数据。

组合停车设施时空资源溢出需求确定方法及数据计算如图2所示，具体步骤为：

(1)计算第k个停车场在i时刻的车辆进出变化数A_ik-B_ik和停车场泊位占用数C_ik＝C_(i-1)k+A_ik-B_ik，确定第k个停车场在i时刻泊位是否达到饱和；其中，A_ik表示第k个停车场在i时刻的车辆到达数，B_ik表示第k个停车场在i时刻的车辆离开数，C_ik表示第k个停车场在i时刻的泊位占用数，C_(i-1)k表示第k个停车场在i-1时刻的泊位占用数，k＝1,2,…,n，n为组合停车设施中停车场的总数；

(2)若不饱和则说明该停车场能够满足自身泊位需求，此时不产生共享停车需求，返回步骤(1)判断下一个停车场；

(3)若第k个停车场在i时刻达到饱和状态，令s＝k，获取溢出停车需求及停车时长比例分布D_m，第m个停车时长T_m的车辆停车时空资源需求为：D_m·(A_is-B_is)·T_m，将数据添加到溢出需求集合Demand{}；其中，D_m表示第m个停车时长T_m(单位：小时)的溢出需求数量占总溢出需求量的比例，A_is表示第s个停车场在i时刻的车辆到达数，B_is表示第s个停车场在i时刻的车辆离开数，m＝1,2,…,M，M表示第s个停车场的溢出需求中停车时长的数目；

(4)令k＝k+1选择下一个停车场，返回步骤(1)，直到停车场遍历结束k＝n为止。

最后得到溢出需求集合Demand{}，影响变量包括饱和停车场、饱和停车数、停车时长、停车时长分布等参数：Demand＝{s:{T_m:D_m·(A_is-B_is)}},(s＝1,2...；m＝1,2,3...)。

步骤3：计算组合用地未饱和停车场中能对每个停车时长的提供的共享泊位。

组合用地停车时长为T_m的时空资源供给确定方法及数据计算如图3所示，具体步骤为：

(1)获取i时刻后，第l个停车场首先达到额定饱和度值的时刻j^l，l＝1,2,…,n；

(2)计算时间段j^l-i是否大于停车时长T_m，若不成立，则说明该停车场不能为停车时长为T_m的车辆提供泊位，返回步骤(1)选择下一个停车场；若成立则令j＝i+T_m，则时间段i～j存在能为停车时长为T_m的车辆提供共享泊位的可能性；

(3)确定第l个停车场在i～j之间停车泊位占用的最大值为C_xl，若C_xl＜C_l·γ_l，则第l个停车场在i～j之间能为停车时长为T_m的车辆提供共享泊位；否则第l个停车场在i～j之间对停车时长T_m不能提供共享泊位；其中，C_l表示第l个停车场的泊位数量；γ_l表示第l个停车场的额定饱和度，γ_l≤1；

(4)确定第l个停车场能提供的泊位数C_l·γ_l-C_xl，并将其加入集合sharing_m；sharing_m表示对停车时长T_m能提供共享泊位的停车场集合，C_jl表示第l个停车场在时刻j的泊位占用数；

(5)令l＝l+1选择下一个停车场，继续进行步骤(1)，直到停车场遍历结束l＝n为止。

遍历结束后，时刻i泊位未饱和、且可以提供时长为T_m的停车资源的停车场集合函数sharing_m{}：

sharing_m＝{l:(C_l·γ_l-C_xl)}。

步骤4：运用“用户平衡”理论，对每个停车时长的共享泊位进行分配，计算得到溢出需求与共享泊位的时空资源均衡分配结果。

从T₁开始，按停车时长从大到小依次对每一个停车时长对应的停车需求进行分配。具体分配方法如图4所示，具体步骤为：

(1)将溢出需求集合Demand中的停车时长按照从大到小的顺序进行排列，并重新编号，记为T_p,p＝1,2,…,M；

(2)根据步骤3，确定时刻i对停车时长T_p能提供共享泊位的停车场集合；

以“停车系统时空资源均衡匹配”为目标，运用“UE”网络平衡模型对停车时长T_p的需求和供给进行分配；其中，“UE”网络平衡模型为：

目标函数：

约束条件：

(3)式中，A为能提供共享泊位的停车场集合；R为有溢出需求的停车场集合；S为出行目的地集合；

为每个溢出停车需求的停车场r到共享停车场a的溢出需求数；x_a为能提供共享泊位的停车场a的共享泊位占有量；t_a(x_a)为能提供共享泊位的停车场a的阻抗函数，与实时停车场泊位占有量有关；q_rs为有溢出需求的停车场r的溢出停车需求量；

(4)令p＝p+1，返回步骤(2)判断下一停车时长，直到有溢出需求的停车时长遍历结束，得到停车共享均衡分配结果几何M₀＝(P₀₁,P₀₂,···,P_0l)，其中，P_0l是第l个停车场基于客观数据的均衡分配结果。

实施例

本实例选择了包含城市中心区最为常见的五种典型用地类型的配建停车场为算例对象，如图5所示，五种典型用地类型为医院A、商场B、酒店C、行政办公D和居住区E，各停车场已知泊位容量如表1所示。假设任一配建停车场之间的距离和收费价格相等，停车者仅考虑停车需求服务而不因个人偏好选择停车场进行车辆停放。

表1停车场的泊位容量

停车场类型	停车场容量N<sub>l</sub>(单位：个)
		医院A	200
商场B	200
		酒店C	200
办公D	100
		居住区E	600

步骤一、基础数据获取分析

运用停车场进出口闸机、视频监测等手段，可获取各组合停车场车辆实时停放、到离特性和停车时长特性。相关数据如图6至图8所示，其中，图6为五类用地停车设施的时空需求占用特性，图7为居住区用地的车辆到离时变特性，图8为居住区夜间停车时长分布。

步骤二、计算组合用地停车溢出需求

寻求组合用地内泊位饱和度过高，泊位需求溢出的停车场，通过对图5至图8中每个停车场的车辆进出变化数和停车场泊位占用数进行计算，可确认溢出需求的停车场为居住区E，通过数据分析计算得到居住区18:00以后停车总溢出需求为：N_i＝C_i-0.85*N＝C_(i-1)+(A_i-B_i)-0.85*N＝100，其中峰值需求为A_ik-B_ik＝240，其他停车场能满足自身停车需求。根据停车时长分布得到各停车时长共享需求情况，如表2所示。

表2夜间18:00时居住区停车时长溢出需求情况

组合用地共享需求集合为：

Demand＝{E:{T_m:D_m·(A_ik-B_ik)}}＝{E:{16h:10；15h:12；14h:24；13h:31；4h:7}}。

步骤三、计算各停车时长的组合用地停车共享泊位供给

从图6可以看出，夜间18:00之后医院A、商场B、酒店C、行政办公D都为潜在的开放共享的停车场。取m＝1，停车时长T_m＝16h，则i＝18:00时，令j＝i+T_m≥次日10:00，根据组合用地停车共享匹配供给方法，计算18:00时组合用地此停车时长共享供给情况如表3所示。

表3夜间18:00组合停车需求时长为16h共享供给情况

可以确定停车时长T_m＝16h停车共享供给集合为：

sharing₁＝{l:[C_l·γ_l-max(C_xl,C_jl)]}＝{B:45}。

步骤四、基于客观数据对组合用地共享泊位进行均衡分配

(1)取最大停车时长，即m＝1，本算例中T_m＝16h；

(2)由于只有商场B能够对停车时长T_m＝16h的需求提供泊位共享，因此，T_m＝16h的停车需求应分配给商场B，即如图9所示。

(3)令m＝m+1＝2，将上图中的泊位分配结果添加到组合用地停车占有数据中，返回步骤三，更新表3，得到停车时长为15h的供给情况，确定停车时长T_m＝15h停车共享供给集合为：

sharing₂＝{l:[C_l·γ_l-max(C_xl,C_jl)]}＝{B:35；C:42}

将组合用地停车场应用到UE网络中，运用用户平衡“UE”的分配模型及算法，对夜间15h的停车共享需求进行分配，得到的分配结果如图10所示。

(4)继续令m＝m+1，重复分配步骤，最终得到停车共享均衡分配结果如表4和图11中的(a)和(b)所示。

表4片区各类用地组合停车共享时空资源“均衡分配”结果

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (3)

1.基于时空容量多类型用地配建停车泊位共享资源匹配方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

步骤1，收集组合用地片区配建的组合停车设施的基础时空数据，包括：各停车场基本泊位供应数据、泊位占用数据、停车场车辆进出动态变化数据、停放车辆时长数据；

步骤2，计算i时刻组合停车设施的溢出需求，并获取停车溢出需求的停车时长分布数据；

其中，组合停车设施的溢出需求确定方法，具体步骤为：

(2.1)计算第k个停车场在i时刻的车辆进出变化数A_ik-B_ik和停车场泊位占用数C_ik=C_(i-1)k+A_ik-B_ik，确定第k个停车场在i时刻泊位是否达到饱和；其中，A_ik表示第k个停车场在i时刻的车辆到达数，B_ik表示第k个停车场在i时刻的车辆离开数，C_ik表示第k个停车场在i时刻的泊位占用数，C_(i-1)k表示第k个停车场在i-1时刻的泊位占用数，k=1,2,…,n，n为组合停车设施中停车场的总数；

(2.2)若第k个停车场在i时刻泊位未达到饱和，则该停车场能够满足自身泊位需求，此时不产生共享停车需求，令k=k+1，返回步骤(1)判断下一个停车场；

(2.3)若第k个停车场在i时刻泊位达到饱和，则令s=k，获取其溢出需求及溢出需求中停车时长的比例分布，第m个停车时长T_m的车辆停车时空资源需求为：D_m·(A_is-B_is)·T_m，将数据添加到溢出需求集合Demand，Demand={s:{T_m:D_m·(A_is-B_is)}}；其中，D_m表示第m个停车时长T_m的溢出需求数量占总溢出需求量的比例，A_is表示第s个停车场在i时刻的车辆到达数，B_is表示第s个停车场在i时刻的车辆离开数，m=1,2,…,M，M表示第s个停车场的溢出需求中停车时长的数目；

(2.4)令k=k+1，返回步骤(1)判断下一个停车场，直到停车场遍历结束为止；

步骤3，计算组合停车设施中每个停车场对步骤2中的每个停车时长能提供的共享泊位；

步骤4，运用“用户平衡”理论，对每个停车时长的共享泊位进行分配，计算得到溢出需求与共享泊位的时空资源均衡分配结果，完成停车泊位共享资源分配，具体为：

(4.1)将溢出需求集合Demand中的停车时长按照从大到小的顺序进行排列，并重新编号，记为T_p,p＝1,2,…,M；

(4.2)根据步骤3，确定时刻i对停车时长T_p能提供共享泊位的停车场集合；

(4.3)以“停车系统时空资源均衡匹配”为目标，运用“UE”网络平衡模型对停车时长T_p的需求和供给进行分配；

(4.4)令p＝p+1，返回步骤(2)判断下一停车时长，直到有溢出需求的停车时长遍历结束，得到停车共享均衡分配结果几何M₀＝(P₀₁,P₀₂,···,P_0l)，其中，P_0l是第l个停车场基于客观数据的均衡分配结果。

2.根据权利要求1所述的基于时空容量多类型用地配建停车泊位共享资源匹配方法，其特征在于，组合停车设施中每个停车场为步骤2中的每个停车时长能提供的共享泊位的确定方法，具体步骤为：

(1)获取i时刻后，第l个停车场首先达到额定饱和度值的时刻j^l，l＝1,2,…,n；

(2)判断j^l-i＞T_m是否成立，若不成立则第l个停车场对停车时长T_m不能提供共享泊位，返回步骤(1)判断下一个停车场；若成立则令j=i+T_m，第l个停车场在时间段i～j内存在对停车时长T_m提供共享泊位的可能性，进入步骤(3)；

(3)确定第l个停车场在时间段i～j内的泊位占用数的最大值C_xl，若C_xl＜C_l·γ_l，则第l个停车场在时间段i～j内对停车时长T_m能提供共享泊位；否则第l个停车场在时间段i～j内对停车时长T_m不能提供共享泊位；其中，C_l表示第l个停车场的泊位数量；γ_l表示第l个停车场的额定饱和度，γ_l≤1；

(4)第l个停车场能提供的泊位数为：C_l·γ_l-C_xl，并将其加入集合sharing_m中，sharing_m＝{l:(C_l·γ_l-C_xl)}，其中，sharing_m表示对停车时长T_m能提供共享泊位的停车场集合，C_jl表示第l个停车场在时刻j的泊位占用数；

(5)令l＝l+1，返回步骤(1)判断下一个停车场，直到停车场遍历结束为止。

3.根据权利要求1所述的基于时空容量多类型用地配建停车泊位共享资源匹配方法，其特征在于，步骤(3)中“UE”网络平衡模型为：

目标函数：

约束条件：

式中，A为能提供共享泊位的停车场集合；R为有溢出需求的停车场集合；S为出行目的地集合；

为每个溢出停车需求的停车场r到共享停车场a的溢出需求数；x_a为能提供共享泊位的停车场a的共享泊位占有量；t_a(x_a)为能提供共享泊位的停车场a的阻抗函数，与实时停车场泊位占有量有关；q_rs为有溢出需求的停车场r的溢出停车需求量。

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