CN114596701B - 一种地下停车系统内停车单元出入口模式及最优间距评价方法 - Google Patents

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CN114596701B CN202210101942.3A CN202210101942A CN114596701B CN 114596701 B CN114596701 B CN 114596701B CN 202210101942 A CN202210101942 A CN 202210101942A CN 114596701 B CN114596701 B CN 114596701B
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Abstract

本发明公开了一种地下停车系统内停车单元出入口模式及最优间距评价方法，其包括：步骤1、对地下停车系统内部停车相邻停车单元出、入口功能区组成要素及算法进行分析；步骤2，根据地下停车单元位置、规模、出、入口功能区组成要素，构建同向相邻和对向相邻地下停车单元出入口模式及最优间距模型；步骤3，通过地下停车场数据选择地下停车单元出入口模式及最优间距。本发明解决了地下停车系统内部高峰时期车辆拥堵问题，有效地提高了地下停车系统运行效率，为合理设计、建造地下停车场系统及其内部地下停车单元出入口以及提高系统服务水平提供了设计参考依据。

Description

一种地下停车系统内停车单元出入口模式及最优间距评价 方法
技术领域
本发明涉及一种城市地下停车系统运行效率的评价方法，尤其涉及一种地下停车系统内停车单元出入口模式及最优间距评价方法，属于数据处理领域。
背景技术
城市在停车问题上面临着巨大挑战。随着综合国力的显著变化提高，许多地区动态和静态交通系统的建设速度远跟不上汽车保有量的增长速度而造成城市交通压力显著。无论是工作日的日常通勤还是节假日的休闲娱乐，城市的停车位以及停车流转效率都逐渐无法满足人们的需求。停车困难，交通堵塞等场景长期在城市上演着。尤其在停车场出入口交织处，由于冲突多，交织复杂，对停车场的内部转换效率和外部城市道路的正常运行都有重大影响。更大的停车规模，更高效的流转效率已经是亟待解决的重要课题。
地下停车系统是指城市不同地块下的地下停车场(库)经过某种形式的连通，形成一个整体，组成这个整体的各个停车单元既可以是建筑物的附建式地下车库，也可以是该区域内的地下公共停车场，这些使用性质不同的停车场(库)，通过地下停车系统的智能管理系统协调统一管理，作为一个整体提供服务。
地下停车系统将不同建筑物的附建式地下停车场和公共地下停车场相互连通后，通过地下停车系统内部的统一调度管理，实现地下停车位的共享，同时减少单个地下停车场规模和出入口数量。合理设置地下停车系统内部停车单元出入口间距，可以有效地解决停车单元出入口拥堵问题，优化内部停车单元组织结构，提高系统整体运行效率。
地下停车系统结合城市中心区地下轨道交通、地下快速路和地下步行系统，形成完整的地下动静态交通网络，将大部分城市动态交通引入地下，实现了人车分离，缓解了地面交通压力，增强了城市中心区的可达性，同时极大地改善了城市中心区内部景观和生态环境。
出入口研究方面，国内外均做了较多的研究，其中美国在这方面走在世界前列。为了解决美国日益严重的城市道路交通问题，相关研究人员提出了Access Management技术(AM技术)。AM技术对于多种类型的出入口均作了非常详细且系统性的研究，其中大型公共建筑的停车场出入口规划管理就是其重点研究对象之一。在具体实施层面对交通需求和土地使用关系、开发区域辅助道路设计、接入管理技术可行性评价和开发区域接入通道的规划设计都进行了深入的研究。AM技术在俄勒冈、新泽西等州的实际运用表现效果很好，具有很好的借鉴意义。欧洲和日本等发达国家对于大型公共建筑停车场出入口的研究并没有像美国一样形成体系，而是根据具体的公共建筑类型，从安全角度出发进行出入口规划设计。这些国家更多的是将精力集中在高速公路或城市道路的出入口研究中。
上述研究更多的是侧重于停车场外部出入口与道路的衔接，当出入口细化到地下停车系统内部停车单元的层面，相关研究就较为罕见了。
国内对于出入口的研究则侧重于城市道路和高速公路等交通领域，形成了系统且成熟的体系，但是对于停车场出入口的研究还是较为薄弱，一般更加偏向于整体性和系统性。研究者从整体的角度，对不同类型的大型公共建筑提出不同的交通影响分析方法，从规划的角度将停车场出入口对于连接道路的影响降到最低，停车场出入口的相关问题被纳入内外部交通组织进行分析。这些研究更多的是偏向于单一大型公共建筑的停车场出入口进行设计研究，而对区域性复杂公共建筑群出入口之间相互影响研究较少，细化到地下停车系统内部停车单元出入口的研究就更是罕有涉及。
目前，我国对新兴的地下停车系统研究依然处于起步阶段，理论和实际运用均未成熟。随着地下停车系统使用强度的逐步提高，因内部停车单元出入口间距不合理而引起的内部排队，系统运行不畅，运行效率低下等问题日渐显现。现有地下停车系统设计缺乏自身的相关规范，主要依据《城市道路工程技术规范》、《城市道路工程设计规范》、《城市地下道路工程设计规范》、《城市道路交叉口设计规程》等规范，在初步设计的基础上根据经验进行适当修改。上述规范对于出入口间距的取值大多是基于分离右转冲突区来确定，缺乏对车道数，车流量，时速，相邻出入口组合模式等因素的综合分析。而这些往往是地下停车系统内部停车单元出入口间距的重要影响因素。在众多影响因素中，相邻停车单元出入口组合模式因为种类多，差别大，对应的出入口最优间距也不同，而目前规范并未对此进行阐述，相关研究在该方面也较为缺乏。对地下停车系统内部停车单元出入口组合模式以及相对应的最优间距进行研究，对于系统的高效运行，减少排队，降低堵塞发生率具有重要研究价值。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供一种地下停车系统内停车单元出入口模式及最优间距评价方法，解决了地下停车系统内部高峰时期车辆拥堵问题，有效地提高了地下停车系统运行效率。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种城市地下停车系统内部停车单元出入口组合模式及最优间距评价方法，包括如下步骤：
步骤1、对地下停车系统内部停车相邻停车单元出、入口功能区组成要素及算法进行分析；
步骤2，根据地下停车单元位置、规模、出、入口功能区组成要素构建同向相邻和对向相邻地下停车单元出入口模式及最优间距模型；
步骤3，通过地下停车场数据选择地下停车单元出入口模式及最优间距并。
进一步地，步骤1中入口功能区组成要素包括交通标志牌的阅读理解决策距离、变道距离、停车视距、排队距离，以及根据是否有变速过渡段设置的偏移距离；出口功能区组成要素包括停车视距，以及根据是否有变速过渡段而设置的变速过渡段的长度。
进一步地，步骤1入口功能区各因素具体为：
1)交通标志牌的阅读理解和决策距离：
Figure GDA0004029081150000021
式中：
L1表示交通标识牌的阅读理解和决策距离，单位为m；
V1表示地下停车系统主通道的限定速度，单位为km/h；
T1表示处于地下环境驾驶员认知时间与决策时间之和；
2)变道距离：
目标车道有车辆时，此过程车辆行驶的距离称为完全变道距离，用L2表示；当目标车道无干扰车辆时，可以直接进行变道操作，此过程行驶的距离称为非完全变道距离，用L2c表示；
Figure GDA0004029081150000031
Figure GDA0004029081150000032
式中：
n表示车道数；
L2表示车辆完成一次变道所需要的安全间距，单位为m；
L2c表示完后横移变道期间的行驶距离，单位为m；
V1表示地下停车系统主通道的限定速度，单位为km/h；
T2表示车辆寻找可接受间隙的平均等待时间，单位为s。
3)停车视距：
Figure GDA0004029081150000033
式中：
L3表示车辆在地下停车系统内的停车视距，单位为m；
L3c表示车辆在地下停车系统内的安全距离；
V1表示地下停车系统主通道的限定速度，单位为km/h；
T4表示感觉时间与制动反应时间之和；
β表示保证安全的安全放大系数；
Figure GDA0004029081150000035
表示路面与轮胎之间的附着系数；
f表示滚动阻力系数；
i表示道路纵坡坡度。
4)排队长度：
Figure GDA0004029081150000034
式中：
L4表示地下停车系统内排队长度，单位为m；
l表示排队车辆两车头之间的平均长度，单位为m；
T表示分析时段；
Vx表示地下停车系统内交通流向x的交通量，单位为veh/h；
cm,x表示考虑路侧干扰和阻抗后的地下停车系统内交通流向x的通行能力，单位为veh/h。
5)偏移距离：
Figure GDA0004029081150000041
式中：
L5表示偏移距离，单位为m；
V1表示地下停车系统主通道的限定速度，单位为km/h；
V2表示发动机制动后车辆的速度，单位为km/h。
进一步地，步骤1出口功能区各因素具体为：
1)停车视距L3，与入口区的计算公式相同；
2)加速过渡段的长度为L6：
Figure GDA0004029081150000042
式中：
L6表示加速过渡段长度，单位为m；
L3表示停车视距，单位为m；
V1表示地下停车系统主通道的限定速度，单位为km/h；
V3表示地下停车系统内停车单元出口限定速度，单位为km/h；
V4表示加速过渡段的车辆完成加速之后的速度，单位为km/h；
a表示车辆在加速过渡段的加速段的加速度，单位为m/s2；
T5表示加速过渡段的车辆等待合流的等待时间，单位为s。
进一步地，步骤2中同向相邻停车单元出入口模式包括：
1)同向相邻且独立的地下停车单元
A模式，指的是由上停车单元出口和下停车单元入口或下停车单元出入口共同组成的组合类型，A组合模式用于相邻地下停车单元规模都较大，每个停车单元都需要一组出入口才能满足基本的进出需求；相邻地下停车单元不便于联通合并；该模式下相邻地下停车单元出入口最优间距的范围为LA1≥L1+L2+L3+L3+L4，上下停车单元出入口均无变速过渡段；LA2≥L1+L2+L3+L3+L4+L5，下停车单元入口处有减速过渡段且上停车单元出口处无加速过渡段；LA3≥L1+L2+L3+L6+L4，上停车单元出口处有加速过渡段且下停车单元入口处无减速过渡段；LA4≥L1+L2+L3+L6+L4+L5，上停车单元出口处有加速过渡段且下停车单元入口处有减速过渡段。
2)同向相邻且互通的地下停车单元
B模式，指的是由上停车单元出口或上停车单元出入口和下停车单元出口共同组成的组合类型，B模式用于距离相距较近，且下停车单元规模较小，上停车单元规模较大的不对等情况，将相邻地下停车单元连通合并，取消下地下停车单元的入口，与上地下停车单元共用一组出入口，该模式下，上出口功能区由出于安全考虑的停车视距组成，下出口的功能区由变道距离和停车距离构成，有加速过渡段的情况下，上出口功能区长度应该是加速过渡段的长度。所以该模式下停车单元出入口最优间距范围为：LB1≥L2+L3+L3，上停车单元出口无加速过渡段；LB2≥L2+L3+L6，上停车单元出口有加速过渡段。
C模式，指的是由上停车单元入口和下停车单元入口或下停车单元出入口共同组成的组合类型，C模式用于距离相距较近，且下停车单元停车单元规模较大，上停车单元停车单元规模较小的不对等相邻地下停车单元，将相邻地下停车单元合并互连，上停车单元地下停车单元取消出口的布置，与下停车单元地下停车单元共用一个出口，该模式下出入口最优间距就是位于下停车单元的入口功能区长度，有减速过渡段的情况下，还应该包括偏移距离，所以该模式下停车单元出入口最优间距范围是：LC1≥L1+L2+L3+L4，下停车单元入口无减速过渡段；LC2≥L1+L2+L3+L4+L5，下停车单元入口有减速过渡段。
D模式，指的是上停车单元入口和下停车单元出口的组合模式，该组合模式用于相邻地下停车单元规模都不大，而且间距很近的情况，可以将相邻地下停车单元合并连通，同时可以将上停车单元地下停车单元的出口取消，下地下停车单元的入口取消，两停车单元共用一个入口和一个出口，该模式下两个出入口的间距并没有过多的限制；
进一步地，步骤2中对向相邻停车单元出入口模式包括：
1)E模式
E模式指的是由上停车单元入口和下停车单元出口共同组成的对向地下停车单元出入口组合模式，直行车辆会选择上入口的相邻车道通过上入口路段，需要在靠近下出口前完成变道，所述变道为非完全变道，在下停车单元入口前端，还需要保留一定的停车视距，以防驾驶员操作不慎需要制动停车，所以E模式下相邻地下停车单元出入口最优间距范围为：LE≥L2c+L3。
2)F模式
F模式指的是由上停车单元出口或上停车单元出入口和下停车单元出口共同组成的对向地下停车单元出入口组合模式，直行车辆处于上停车单元出口与下出口之间时，会选择变道，所述变道为完全变道，保证上停车单元出口车辆拥有一个完整的停车视距以保证驶出地下停车单元车辆的安全，在下停车单元出口前端，还需要保留一定的停车视距，以防驾驶员操作不慎需要制动停车，所以F模式下相邻地下停车单元出入口最优间距范围为：LF≥L2+2L3。
3)G模式
G模式指的是由上停车单元入口和下停车单元入口或下停车单元出入口共同组成的对向地下停车单元出入口组合模式，直行车辆行驶到上停车单元入口与下停车单元入口中间路段时，会选择在驶入下停车单元入口功能区范围之前完成变道，所述变道属于非完全变道，下停车单元的入口功能区只需要保留停车视距和排队长度即可，G模式下相邻地下停车单元出入口最优间距范围应该为：LG≥L2c+L3+L4。
4)H模式
H模式指的是由上停车单元出口或上停车单元出入口和下停车单元入口或下停车单元出入口共同组成的对向地下停车单元出入口组合模式，直行车辆选择出口所在车道的相邻车道，当直行车辆行驶到上下停车单元出入口中间路段时，选择在驶入下停车单元入口的功能区之前完成变道，变道过程是完全变道，上停车单元出口车辆拥有一个完整的停车视距以保证驶出停车单元车辆的安全，由完全变道、上下出口的停车视距和排队长度构成，H模式相邻地下停车单元出入口最优间距范围为：LH≥L2+2L3+L4。
本发明的有益效果是：本发明针对现有技术中的不足，提供一种城市地下停车系统内部停车单元出入口组合模式及最优间距评价方法，解决了地下停车系统内部高峰时期车辆拥堵问题，有效地提高了地下停车系统运行效率，为合理设计、建造地下停车场系统及其内部地下停车单元出入口以及提高系统服务水平提供了设计参考依据。
附图说明
图1本发明整体框架示意图；
图2地下停车单元出入口物理区与功能区示意图；
图3地下停车单元出入口入口功能区；
图4地下停车单元出入口上停车单元减速过渡段示意图；
图5完全变道距离；
图6非完全变道距离；
图7地下停车单元出口功能区构成；
图8地下停车单元出口加速过渡段示意图；
图9同向相邻地下停车单元出入口组合模式及最优间距模型；
图10对向地下停车单元出入口组合模式及最优间距模型；
图11VISSIM仿真流程图；
图12优化前地下停车系统内部停车单元出入口情况；
图13优化后地下停车系统内部停车单元出入口情况；
图14优化前地下停车系统内某路段仿真情况；
图15优化后地下停车系统内某路段仿真情况。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明整体框架示意图，一种地下停车系统内停车单元出入口组合模式及最优间距评价方法，包括如下步骤：
步骤1、对地下停车系统内部相邻停车单元出入口间距影响因素分析，提出地下停车单元出入口功能区组成要素及算法；
步骤2，根据地下停车场位置、规模、上下停车单元的出入口组合和距离构建的地下停车单元出入口模式及最优间距模型，所述地下停车场位置包括同向相邻和对向相邻；
步骤3，通过地下停车场数据选择出入口模式及最优间距并验证，根据地下停车单元规模、地下机动车环廊长度和车道宽度、地下停车泊位数、地下车辆平均车速、地下停车时间分布等指标，调用VISSIM程序模块进行交通仿真模拟计算。
地下停车系统内部相邻停车单元出入口组合模式是依据出、入口功能区进行划分。
功能区是指相邻出入口影响区域范围，是驾驶员在出入口附近完成相关动作的区域。根据其位于出入口的位置分为入口功能区和出口功能区。功能区的范围要大于出入口的实际物理范围，如图2所示。
如果出入口功能区发生重叠，会导致功能区长度无法满足驾驶员完整进行所有操作，出入口之间的交通流会变得不流畅，驾驶员操作不顺滑，降低了整个地下停车系统的使用效率，甚至产生拥堵引发事故。
入口功能区包括：对于交通标志牌的阅读理解决策距离、变道距离、制动距离、排队距离，如图3所示。在有减速过渡段的情况下，还需要额外考虑车辆的偏移距离如图4所示。
(1)交通标志牌的阅读理解和决策距离
驾驶员在看到前方交通标志牌之后，需要对观察到的交通标志牌进行阅读、理解和决策，这期间车辆应该是以道路限定速度匀速行驶，行驶距离用L1表示。相比于在地面行驶，地下停车系统内速度较低，驾驶员在地下环境的反应速度与地面上有所差异，该值不能用地面上的标准来计算，其计算公式为：
Figure GDA0004029081150000071
式中：
L1表示交通标识牌的阅读理解和决策距离，单位为m；
V1表示地下停车系统主通道的限定速度，单位为km/h；
T1表示处于地下环境驾驶员认知时间与决策时间之和，取4s。
(2)变道距离
驾驶员在完成决策之后，会决定是否需要变道，变道过程包括：寻找可插入间隙、调整车速使自己处于可插入间隙附近、完成变道这三个步骤。当目标车道有车辆时，出于安全考虑，变道过程三个步骤缺一不可，此过程车辆行驶的距离称为完全变道距离。完全变道距离主要受速度、车道数和时间影响，用L2表示；当目标车道无干扰车辆时，可以直接进行变道操作，此过程行驶的距离称为非完全变道距离，用L2c表示，完全变道距离和非完全变道距离如图5和图6所示。
由于车辆种类和单双向行驶设置的不同，地上地下的变道距离完全不同，需要特别计算。其计算公式为：
Figure GDA0004029081150000072
Figure GDA0004029081150000073
式中：
n表示车道数；
L2表示车辆完成一次变道所需要的安全间距，单位为m；
L2c表示完后横移变道期间的行驶距离，单位为m，即非完全变道距离；
V1表示地下停车系统主通道的限定速度，单位为km/h；
T2表示车辆寻找可接受间隙的平均等待时间，单位为s。
(3)停车视距
为了保证行车安全，必须保留一个停车视距，以应对前方意外情况，用L3表示。相比于地面上的停车视距，此处的停车视距需要考虑处于地下环境时驾驶员反应时间的变化，区别于地面上的停车视距。其计算公式为：
Figure GDA0004029081150000081
式中：
L3表示车辆在地下停车系统内的停车视距，单位为m；
L3c表示车辆在地下停车系统内的安全距离，一般取5m；
V1表示地下停车系统主通道的限定速度，单位为km/h；
T4表示感觉时间与制动反应时间之和，经分析此处取2.5s；
β表示保证安全的安全放大系数，一般取1.2；
Figure GDA0004029081150000083
表示路面与轮胎之间的附着系数；
f表示滚动阻力系数；
i表示道路纵坡坡度。
(4)排队长度
高峰时期还可能会发生排队现象，排队长度用L4表示。由于地下停车系统内部的车辆种类与地面上有所不同，而且单双向行驶设置不同，因此相应的跟车时距和临界间隙会有所不同，其产生的排队长度会有很大不同。其计算公式为：
Figure GDA0004029081150000082
式中：
L4表示地下停车系统内排队长度，单位为m；
l表示排队车辆两车头之间的平均长度，单位为m；
T表示分析时段，为了能够较好体现效果，宜以15min为一个分析时段，T＝0.25；
Vx表示地下停车系统内交通流向x的交通量，单位为veh/h；
cm,x表示考虑路侧干扰和阻抗后的地下停车系统内交通流向x的通行能力，单位为veh/h。
(5)偏移距离
当地下停车单元规模较大，通行需求量也较大时，需要在入口设置减速过渡段，以降低驶入车辆对主线车辆的干扰。减速过渡段长度一般由过渡段长度和减速车道规定长度组成。相比于没有减速过渡段的入口功能区来说，有减速过渡段的入口功能区多了一个偏移距离——即车辆在即将进入减速过渡段之前，利用发动机的制动效果，将车辆从主路偏移到过渡段，然后再完成制动减速等其他过程。该偏移距离用L5表示，如图4所示。其计算公式为：
Figure GDA0004029081150000091
式中：
L5表示偏移距离，单位为m；
V1表示地下停车系统主通道的限定速度，单位为km/h；
V2表示发动机制动后车辆的速度，单位为km/h。
出口功能区构成：一般只考虑停车视距L3，如图7所示。当地下停车单元规模较大，通行需求量也较大时，需要在出口设置加速过渡段。加速过渡段可以保证即将汇入主路的车辆能够拥有足够的距离完成加速、寻找可插入间隙、汇入主路等一系列操作，尽可能的将车辆汇入主路带来的影响降到最低。加速过渡段的长度为L6，如图8所示。
与地面上的加速过渡段不同，地下停车系统需要考虑地下环境引起的视距隔离段与地面上的视距隔离段有很大不同。其计算公式为：
Figure GDA0004029081150000092
式中：
L6表示加速过渡段长度，单位为m；
L3表示停车视距，单位为m；
V1表示地下停车系统主通道的限定速度，单位为km/h；
V3表示地下停车系统内停车单元出口限定速度，单位为km/h；
V4表示加速过渡段的车辆完成加速之后的速度，单位为km/h；
a表示车辆在加速过渡段的加速段的加速度，单位为m/s2，一般取1.2m/s2；
T5表示加速过渡段的车辆等待合流的等待时间，单位为s。
同向相邻地下停车单元之间主要分为两种类型，一种是两个相邻地下停车单元之间因为业主不同，或者业主虽然相同，但是建设时序不同，从而使得两个相邻地下停车单元之间相互独立；另一种类型是相邻地下停车单元隶属于同一个业主，或者是虽然隶属于不同业主，但双方经过协商，决定将地下停车单元进行联通合并。尤其是将规模不对等的相邻地下停车单元进行合并，不仅可以减少地下停车单元出口或入口的布置，降低成本，减少出入口干扰，还可以充分利用联通通道的空间增设泊位，增加收益。
(1)相邻且独立的地下停车单元出入口组合
该组合下一共有四种组合模式，指的是由上停车单元出口和下停车单元入口或下停车单元出入口共同组成的组合类型，此处称之为A模式，如图9所示。A组合模式的特征是：相邻地下停车单元规模都较大，每个停车单元都需要一组出入口才能满足基本的进出需求；相邻地下停车单元相距一定距离，由于所属权或者成本原因，不便于联通合并。根据图示，A模式下四种组合方式，无论哪一种，功能区影响范围都是由出口功能区和入口功能区组成。上出口功能区由出于安全考虑的停车视距组成，下入口功能区由停车视距、排队长度、交通标志牌的识别理解决策过程、完全变道距离组成。有变速过渡段的需要额外考虑变速过渡段。该模式下相邻地下停车单元出入口最优间距的范围为LA1≥L1+L2+L3+L3+L4，上下停车单元出入口均无变速过渡段；LA2≥L1+L2+L3+L3+L4+L5，下停车单元入口处有减速过渡段且上停车单元出口处无加速过渡段；LA3≥L1+L2+L3+L6+L4，上停车单元出口处有加速过渡段且下停车单元入口处无减速过渡段；LA4≥L1+L2+L3+L6+L4+L5，上停车单元出口处有加速过渡段且下停车单元入口处有减速过渡段。
(2)相邻且互通的地下停车单元出入口组合
对于相邻且互通的地下停车单元来说，有三类共计五种组合方式。
①第一类称之为B模式，指的是由上停车单元出口或上停车单元出入口和下停车单元出口共同组成的组合类型，如图9所示。B模式多见于距离相距较近，且下停车单元规模较小，上停车单元规模较大的不对等情况，规模较小是指停车单元泊位在50个以下，规模较大是指停车单元泊位在50以上。如果各自单独布置一组出入口，会使得相邻出入口过于密集，导致功能区重叠，无法保证出入口区域的安全和流畅。在条件允许的情况下，将相邻地下停车单元连通合并，取消下地下停车单元的入口，与上地下停车单元共用一组出入口。连通合并不仅仅可以取消一个入口的建设，避免了过多的交织冲突，还可以充分利用连通道，增设泊位，增加效益。该模式下，其上出口功能区由出于安全考虑的停车视距组成，下出口的功能区并不会影响出入口之间的间距确定。但是从上出口驶出的车辆为了避免与下出口车辆产生冲突，驾驶员需要在靠近下出口前完成一个完整的变道过程，而且在下停车单元出口前还需要保留一个出于安全考虑的停车视距距离。有加速过渡段的情况下，上停车单元出口功能区长度应该是加速过渡段的长度。所以该模式下出入口最优间距范围为：LB1≥L2+L3+L3，上停车单元出口无加速过渡段；LB2≥L2+L3+L6，上停车单元出口有加速过渡段。
②第二类称之为C模式，指的是由上停车单元入口和下停车单元入口或下停车单元出入口共同组成的组合类型。C模式多见于距离相距较近，且下停车单元规模较大，上停车单元规模较小的不对等相邻地下停车单元。如果上地下停车单元布置一组出入口，不仅不够经济，还会因为出入口间距不足导致功能区重叠，影响系统的正常运行。在条件允许的情况下，将相邻地下停车单元合并互连，上地下停车单元取消出口的布置，与下地下停车单元共用一个出口，降低成本的同时还可以减少出入口之间的交织冲突。连通合并还可以充分利用连通道，增设泊位，提高经济效益。该模式下出入口最优间距就是位于下停车单元的入口功能区长度，有减速过渡段的情况下，还应该包括偏移距离。所以该模式下出入口最优间距范围是：LC1≥L1+L2+L3+L4，下停车单元入口无减速过渡段；LC2≥L1+L2+L3+L4+L5，下停车单元入口有减速过渡段。
③第三类称之为D模式，指的是由上停车单元入口和下停车单元出口共同组成的组合类型，如图9所示。该组合模式一般适用于相邻地下停车单元规模都不大，而且间距很近的情况。因为规模较小，单独布置一组出入口在成本上投入较大。而且因为间距原因，如果同时布置一组出入口，会导致功能区严重重叠，非常不利于系统的安全运行。在条件允许的情况下，可以将相邻地下停车单元合并连通，同时可以将上地下停车单元的出口取消，下地下停车单元的入口取消，两停车单元共用一个入口和一个出口。因为该模式下，相邻出入口之间没有交织冲突的情况，所以两个出入口的间距并没有过多的限制。
对向相邻地下停车系统以单向行驶为主，不同于地面的双向行驶，车辆进出对向出入口不需要考虑阻断交通流的情况。因为地下停车单元对向布置的原因，进出车辆会各自占据一条车道，所以交通矛盾也只会发生在车道数为两车道的情况下。
(1)E模式
E模式指的是由上停车单元入口和下停车单元出口共同组成的对向地下停车单元出入口组合模式，该模式有两种组合方式，如图10所示。其主要行车特点是上入口的相邻车道因为不会受到该入口的影响，所以直行车辆会选择上入口的相邻车道通过上入口路段。但是该相邻车道并不会一直流畅，因为下出口会有车辆驶出，直行车辆为了避免与驶出车辆产生冲突，需要在靠近下出口前完成变道。当直行车辆处于上入口与下出口中间路段时，直行车辆变道不需要寻找可插入间隙，所以为非完全变道距离L2c。在下停车单元入口前端，还需要保留一定的停车视距，以防驾驶员操作不慎需要制动停车。所以E模式下相邻地下停车单元出入口最优间距范围为：LE≥L2c+L3。
(2)F模式
F模式指的是由上停车单元出口或上停车单元出入口和下停车单元出口共同组成的对向地下停车单元出入口组合模式，该模式有四种组合方式，如图10所示。其主要的行车特点是上停车单元出口的驶出车辆会占据所在车道，直行车辆为了不受影响，会选择相邻车道行驶。当直行车辆处于上停车单元出口与下停车单元出口之间时，为了不受到下停车单元出口的影响，会选择变道。与E模式不同的是，此时直行车道的相邻车道并不是可随意变道的理想车道。直行车辆想要完成变道，就需要完成寻找可插入间隙、调整车速靠近可插入间隙、实现变道这一整套操作，即完全变道距离L2。而且出于安全考虑，需要保证上停车单元出口车辆拥有一个完整的停车视距以保证驶出地下停车单元车辆的安全。在下停车单元出口前端，还需要保留一定的停车视距，以防驾驶员操作不慎需要制动停车。所以F模式下相邻地下停车单元出入口最优间距范围为：LF≥L2+2L3。
(3)G模式
G模式指的是由上停车单元入口和下停车单元入口或下停车单元出入口共同组成的对向地下停车单元出入口组合模式，该模式有四种组合方式，如图10所示。该模式下的行车特点是直行车辆为了避免与驶入上停车单元入口的车辆产生冲突，选择上停车单元入口的相邻车道直行。当行驶到上停车单元入口与下停车单元入口中间路段时，直行车辆为了避免与驶入下停车单元入口的车辆产生冲突，会选择在驶入下停车单元入口功能区范围之前完成变道。此时直行车道的相邻车道无干扰车辆，变道过程属于非完全变道。而且因为出入口对向布置的原因，下停车单元的入口功能区只需要保留停车视距和排队长度即可。所以，G模式下相邻地下停车单元出入口最优间距范围应该为：LG≥L2c+L3+L4。
(4)H模式
H模式，指的是由上停车单元出口或上停车单元出入口和下停车单元入口或下停车单元出入口共同组成的对向地下停车单元出入口组合模式，该模式有八种组合方式，如图10所示。该模式下的行车特点主要表现为直行车辆为了避免与上停车单元出口车辆产生交织冲突，会选择出口所在车道的相邻车道。当直行车辆行驶到上下停车单元出入口中间路段时，为了避免与驶入下地下停车单元的车辆产生冲突，直行车辆会选择在驶入下停车单元入口的功能区之前完成变道。此时目标车道有干扰车辆，所以该变道过程是完全变道。而且出于安全考虑，需要保证上停车单元出口车辆拥有一个完整的停车视距以保证驶出停车单元车辆的安全。所以H模式相邻地下停车单元出入口最优间距范围为：LH≥L2+2L3+L4。
案例验证：某区域地下设置了一条长为2.36km的地下停车系统。该系统连接32个地块，3.1万个地下停车泊位。通过VISSIM交通仿真软件对本案例进行仿真模拟以验证相关结论，其流程图如图11所示。
该地下停车系统其中一段由于出入口布置不合理，经常引起堵塞，如图12所示。A、B、C、D区属于商娱餐饮地块，出入口a、b属于双车道正对向布置。晚高峰时段外界衔接入口1会有大量车辆涌入C、D区，同时也会有大量车辆驶离A、B区。此时出入口a、b的双车道会被低速行驶的驶离车辆占据，导致直行车辆无法正常行驶，产生排队。驶入A、B区的车辆也被迫排队，产生堵塞，情况严重还会影响到与外界道路的衔接。
根据前文提出的理论，出入口a、b需要错位布置，如图13所示。出入口a、b属于H模式，其最优间距范围是LH≥L2+2L3+L4。根据实际情况，优化后的出入口a、b的间距远远大于LH的长度，而且已经不是相邻停车单元了，远满足最优间距要求。同时，通过使用VISSIM交通仿真软件对该路段进行仿真模拟，对优化前后的出入口a、b采集了延误时间，停车时间，停车次数和排队长度等指标，仿真过程入图14和图15所示，仿真结果如表1所示。优化后的结果显示，相比于优化前，优化后，出入口a、b的总延误时间比优化前要少64％，停车时间要少94.5％，排队长度要少100％，停车次数要少100％。，优化后的出入口不仅能够实现优化前的职能，而且在数据上有更加优秀的表现。
表1优化前后数据对比
Figure GDA0004029081150000121
Figure GDA0004029081150000122
需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种地下停车系统内停车单元出入口模式及最优间距评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、对地下停车系统内部停车相邻停车单元出、入口功能区组成要素及算法进行分析；
步骤2，根据地下停车单元位置、规模、出、入口功能区组成要素，构建同向相邻和对向相邻地下停车单元出入口模式及最优间距模型；
步骤3，通过地下停车场数据选择地下停车单元出入口模式及最优间距；
步骤1中入口功能区组成要素包括交通标志牌的阅读理解决策距离、变道距离、停车视距、排队距离，以及根据是否有变速过渡段设置的偏移距离；出口功能区组成要素包括停车视距，以及根据是否有变速过渡段而设置的变速过渡段的长度；
步骤1入口功能区各组成要素的算法具体为：
1)交通标志牌的阅读理解和决策距离：
Figure FDA0004029081140000011
式中：
L1表示交通标识牌的阅读理解和决策距离，单位为m；
V1表示地下停车系统主通道的限定速度，单位为km/h；
T1表示处于地下环境驾驶员认知时间与决策时间之和；
2)变道距离：
目标车道有车辆时，此过程车辆行驶的距离称为完全变道距离，用L2表示；当目标车道无干扰车辆时，直接进行变道操作，此过程行驶的距离称为非完全变道距离，用L2c表示；
Figure FDA0004029081140000012
Figure FDA0004029081140000013
式中：
n表示车道数；
L2表示车辆完成一次变道所需要的安全间距，单位为m；
L2c表示完后横移变道期间的行驶距离，单位为m；
V1表示地下停车系统主通道的限定速度，单位为km/h；
T2表示车辆寻找可接受间隙的平均等待时间，单位为s；
3)停车视距：
Figure FDA0004029081140000014
式中：
L3表示车辆在地下停车系统内的停车视距，单位为m；
L3c表示车辆在地下停车系统内的安全距离；
V1表示地下停车系统主通道的限定速度，单位为km/h；
T4表示感觉时间与制动反应时间之和；
β表示保证安全的安全放大系数；
Figure FDA0004029081140000021
表示路面与轮胎之间的附着系数；
f表示滚动阻力系数；
i表示道路纵坡坡度；
4)排队长度：
Figure FDA0004029081140000022
式中：
L4表示地下停车系统内排队长度，单位为m；
l表示排队车辆两车头之间的平均长度，单位为m；
T表示分析时段；
Vx表示地下停车系统内交通流向x的交通量，单位为veh/h；
cm,x表示考虑路侧干扰和阻抗后的地下停车系统内交通流向x的通行能力，单位为veh/h；
5)偏移距离：
Figure FDA0004029081140000023
式中：
L5表示偏移距离，单位为m；
V1表示地下停车系统主通道的限定速度，单位为km/h；
V2表示发动机制动后车辆的速度，单位为km/h；
步骤1出口功能区各组成要素的算法具体为：
1)停车视距L3，与入口区的计算公式相同；
2)加速过渡段的长度为L6：
Figure FDA0004029081140000024
式中：
L6表示加速过渡段长度，单位为m；
L3表示停车视距，单位为m；
V1表示地下停车系统主通道的限定速度，单位为km/h；
V3表示地下停车系统内停车单元出口限定速度，单位为km/h；
V4表示加速过渡段的车辆完成加速之后的速度，单位为km/h；
a表示车辆在加速过渡段的加速段的加速度，单位为m/s2；
T5表示加速过渡段的车辆等待合流的等待时间，单位为s；
步骤2中同向相邻地下停车单元出入口模式包括：
1)同向相邻且独立的地下停车单元，A模式，指的是由上停车单元出口或上停车单元出入口和下停车单元入口或下停车单元出入口共同组成的组合类型，A组合模式用于相邻地下停车单元规模都较大，每个停车单元都需要一组出入口才能满足基本的进出需求；该模式下相邻地下停车单元出入口最优间距的范围为LA1≥L1+L2+L3+L3+L4，上下停车单元出入口均无变速过渡段；LA2≥L1+L2+L3+L3+L4+L5，下停车单元入口处有减速过渡段且上出口处无加速过渡段；LA3≥L1+L2+L3+L6+L4，上停车单元出口处有加速过渡段且下停车单元入口处无减速过渡段；LA4≥L1+L2+L3+L6+L4+L5，上停车单元出口处有加速过渡段且下停车单元入口处有减速过渡段；
2)同向相邻且互通的地下停车单元包括：
B模式，指的是由上停车单元出口或上停车单元出入口和下停车单元出口共同组成的组合类型，B模式用于距离相距较近，且下停车单元规模较小，上停车单元规模较大的不对等情况，将相邻地下停车单元连通合并，取消下地下停车单元的入口，与上停车单元共用一组出入口，该模式下，上停车单元出口功能区由出于安全考虑的停车视距组成，下停车单元出口的功能区由变道距离和停车距离构成，有加速过渡段的情况下，上停车单元出口功能区长度应该是加速过渡段的长度；所以该模式下出入口最优间距范围为：LB1≥L2+L3+L3，上停车单元出口无加速过渡段；LB2≥L2+L3+L6，上停车单元出口有加速过渡段；
C模式，指的是由上停车单元入口和下停车单元入口或下停车单元出入口共同组成的组合类型，C模式用于距离相距较近，且下停车单元规模较大，上停车单元规模较小的不对等相邻地下停车单元，将相邻地下停车单元合并互连，上地下停车单元取消出口的布置，与下地下停车单元共用一个出口，该模式下出入口最优间距就是位于下停车单元的入口功能区长度，有减速过渡段的情况下，还应该包括偏移距离，所以该模式下停车单元出入口最优间距范围是：LC1≥L1+L2+L3+L4，下停车单元入口无减速过渡段；LC2≥L1+L2+L3+L4+L5，下停车单元入口有减速过渡段；
D模式，指的是由上停车单元入口和下停车单元出口共同组成的组合类型，该组合模式用于相邻地下停车单元规模都不大，而且间距很近的情况，可以将相邻地下停车单元合并连通，同时可以将上地下停车单元的出口取消，下地下停车单元的入口取消，两停车单元共用一个入口和一个出口，该模式下两个出入口的间距并没有过多的限制；
步骤2中对向相邻地下停车单元出入口模式包括：
1)E模式
E模式指的是由上停车单元入口和下停车单元出口共同组成的对向地下停车单元出入口组合模式，直行车辆会选择上入口的相邻车道通过上入口路段，需要在靠近下出口前完成变道，所述变道为非完全变道，在下入口前端，还需要保留一定的停车视距，以防驾驶员操作不慎需要制动停车，所以E模式下相邻地下停车单元出入口最优间距范围为：LE≥L2c+L3；
2)F模式
F模式指的是由上停车单元出口或上停车单元出入口和下停车单元出口共同组成的对向地下停车单元出入口组合模式，直行车辆处于上停车单元出口与下停车单元出口之间时，会选择变道，所述变道为完全变道，保证上停车单元出口车辆拥有一个完整的停车视距以保证驶出地下停车单元车辆的安全，在下停车单元出口前端，还需要保留一定的停车视距，以防驾驶员操作不慎需要制动停车，所以F模式下相邻地下停车单元出入口最优间距范围为：LF≥L2+2L3；
3)G模式
G模式指的是由上停车单元入口和下停车单元入口或下停车单元出入口共同组成的对向地下停车单元出入口组合模式，直行车辆行驶到上停车单元入口与下停车单元入口中间路段时，会选择在驶入下停车单元入口功能区范围之前完成变道，所述变道属于非完全变道，下停车单元的入口功能区只需要保留停车视距和排队长度即可，G模式下相邻地下停车单元出入口最优间距范围应该为：LG≥L2c+L3+L4；
4)H模式
H模式，指的是由上停车单元出口或上停车单元出入口和下停车单元入口或下停车单元出入口共同组成的对向地下停车单元出入口组合模式，直行车辆选择出口所在车道的相邻车道，当直行车辆行驶到上下停车单元出入口中间路段时，选择在驶入下停车单元入口的功能区之前完成变道，变道过程是完全变道，上停车单元出口车辆拥有一个完整的停车视距以保证驶出停车单元车辆的安全，由完全变道、上下出口的停车视距和排队长度构成，H模式相邻地下停车单元出入口最优间距范围为：LH≥L2+2L3+L4。
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