停车场设计-数学建模

1数学建模一周论文论文题目：停车场的设计问题队长1：包子龙学号：1021630209电话：[phone]队员2：刘欣学号：1021630211队员3：曹志军学号：1021630223专业：土地资源管理班级：10216302指导教师：张文2012年6月9日21、摘要“停车难”的影响不仅仅局限于停车本身，还引发了一系列城市管理问题。“停车难”不仅加重了交通的拥堵，而且还带来了安全隐患问题。因此，解决停车与场地的问题已经成为城市发展的难题，已经迫在眉睫。对于如何设计好一个面积为100*200平方英尺的停车场，即设计在场地划线的方案问题已经是当今城市土地合理利用的一个重要方面。解决好了这样一个问题，就是给城市管理和城市建设带来了很大的作用。容易理解，如果将汽车按照与停车线构成直角的方向，一辆紧挨一辆地排列成行，则可以在停车场内塞进最大数量的汽车，但是对于那些缺乏经验的司机来说，按照这种方式停靠车辆是有困难的，它可能造成昂贵的保险费用支出。为了减少因停车造成意外损失的可能性，场主可能不得不雇佣一些技术熟练的司机专门停车；另一方面，如果从通道进入停车位有一个足够大的转弯半径，那么，看来大多数的司机都可以毫无困难地一次停车到位。当然通道越宽，场内所容纳的车辆数目也越少，这将使得场主减少收入。现在，有以下几个问题，问题一：对车子的一些车身结构和专业知识的了解。只有对汽车的知识有所了解还有一些数据的查询，就可以更好地更准确地建立停车的数学模型。当然，不同的车子的结构和参数是不一样的，我们通过假设将车子的大小长度都是固定不变的，这样才能够将问题更加具体直观。问题二：车子排放，因为停车的地方是以面积为100*200平方英尺大小地方，要合理安排车子的停放方向和过道宽窄度才能安全合理的将每辆车停好。问题三：停车场划线的数学方法和建立数学模型。通过问题一和问题二两个问题的讨论，将停车场划线设计跟数学建模联系一起，并通过数学模型解决现实中的实际问题。通过问题的确立，有些实际问题的变数很大，在建立数学模型之前，我们必须将现实问题模型化，即将现实中的问题具体化，统一化，数学化，那就需要对实际问题进行假设。我们是根据自己的思路和想法通过跟实际联系建立的这个数学模型，这个模型可能算不上是最优化的设计，但是我们通过这次设计学到了用数学模型解决一些问题的方法。也可以说我们是有收获的。关键词：停车设计最优化数学模型32、问题的提出背景“停车难”的影响不仅仅局限于停车本身，还引发了一系列城市管理问题。“停车难”不仅加重了交通的拥堵，而且还带来了安全隐患问题。因此，解决停车与场地的问题已经成为城市发展的难题，已经迫在眉睫。由于生活质量和收入水平的不断提高，越来越多的城市居民成为了“有车族”。在最近几年我国城市机动车的增长速度平均在15%左右，一个新的私家车消费高潮很快就要来到，而与此同时，城市的交通基础设施建设却相对落后，其中停车场地的缺乏和停车管理的不科学使得城市停车难的问题尤为突出，停车问题正在逐渐成为限制城市交通的“瓶颈”，给城市居民的生活带来了极大的不便。如何解决好城市停车问题，尤其是大型城市的停车问题，对维护城市交通系统的正常运作以及促进城市经济发展有着重要的现实意义。问题在NewEngland的一个镇上，有一位于街角处面积100200平方英尺的停车场，场主请你代为设计停车车位的安排方式，即设计在场地上划线的方案。容易理解，如果将汽车按照与停车线构成直角的方向，一辆紧挨一辆地排列成行，则可以在停车场内塞进最大数量的汽车，但是对于那些缺乏经验的司机来说，按照这种方式停靠车辆是有困难的，它可能造成昂贵的保险费用支出。为了减少因停车造成意外损失的可能性，场主可能不得不雇佣一些技术熟练的司机专门停车；另一方面，如果从通道进入停车位有一个足够大的转弯半径，那么，看来大多数的司机都可以毫无困难地一次停车到位。当然通道越宽，场内所容纳的车辆数目也越少，这将使得场主减少收入。问题一：我们需要对一些汽车的有关知识进行了解，我们需要考虑的有汽车长度，汽车的车宽还有转弯半径等等。只有对车辆的这些概念有所了解，我们才能更好的将实际问题跟数学模型建立起来，并通过数学假设，将实际的停车问题用数学模型予以模型化。问题二：有了对问题一的了解后，我们就要考虑停车场的问题。停车场的大小和形状直接影响到车子停放的数量。怎样将最多的车子停放到固定的停车场内就需4要考虑停车场内车子如何排放。合理安排车子的停放方向和过道宽窄度才能安全合理的将每辆车停好。问题三：停车场设计划线方法和相应的数学模型建立联系，通过合理的数学模型将实际问题做到最优化。对于问题三，我们需要对汽车的一些相关资料进行假设，我们将在假设的前提下对如何在固定的场地里停靠最多的汽车。3、模型假设和符号说明3.1模型假设1）进入停车场的车型只考虑小型车，小型车的详细指标参见名词解释。2）假设每辆车都能够按规定停车，不超出车位线。3）每一位司机的驾驶能力都是一样的4）每辆汽车的大小结构都是一样的5）车子的车宽车长都是固定不变的3.2符号说明符号符号说明……………………………………车辆停放角度n…………………………………………一区车位数l………………………………………………一区长度a………………………………………………车位长度R……………………准则层成对比较矩阵的特征向量B…………………………各准则层下的成对比较矩阵ib…………………………矩阵A每行元素的积ic…………………………(1,2,...,)ibnn的次方根。i……………………对向量12(,,,)TnCccc作的归一化处理max…………………………………………最大特征根iU…………………………准则层第i个因素的模糊综合评价向量iR………………………………准则层各因素的权向量54、问题分析（1）名词解释轴距简单的说,就是汽车前轴中心到后轴中心的距离。在车长被确定后，轴距是影响乘坐空间最重要的因素，因为占绝大多数的2厢和3厢乘用车的乘员座位都是布置在前后轴之间的。长轴距使乘员的纵向空间增大，将大大增加影响车辆乘坐舒适性的脚部空间。虽然轴距并非决定车内空间的唯一因素，但却是根本因素。不否认轴距短的车可以通过某些设计对内部空间狭小的问题加以弥补，但总的来说还是有限的。同时，轴距的长短对轿车的舒适性、操纵稳定性的影响很大。一般而言，轿车级别越高轴距越长。轴距越大，车厢长度越大，乘员乘坐的座位空间也越宽敞，抗俯仰和横摆性能越好，长轴距在提高直路巡航稳定性的同时，转向灵活性下降、转弯半径增大，汽车的机动性也越差。因此在稳定性和灵活性之间必须作6出取舍，找到合适的平衡点。当然在高档长轴距的轿车上，这样的缺点已经被其他高科技装置所弥补参考网址：转弯半径转弯半径(RADIUSOFTURNINGCIRCLE)指当方向盘转到极限位置时,外侧前轮轨迹圆半径.转弯半径在很大程度上代表了汽车能够通过狭窄弯曲地带或绕开不可越过障碍物的能力。转弯半径直接影响汽车的机动性。转弯半径越小，汽车通过狭窄弯曲地带或绕开不可越过的障碍物的能力就越强，就越灵活。转弯半径与汽车的轴距、轮距及转向轮的极限转角直接有关。轴距、轮距越大，转弯半径也越大；转向轮的极限转角越大，转弯半径就越小。转弯半径越小,汽车的机动性能越好.转向盘转到极限位置时的转弯半径为最小转弯半径。参考网址：轮距7轮距是车轮在车辆支承平面(一般就是地面)上留下的轨迹的中心线之间的距离。如果车轴的两端是双车轮时，轮距是双车轮两个中心平面之间的距离。汽车的轮距有前轮距和后轮距之分，前轮距是前面两个轮中心平面之间的距离，后轮距是后面两个轮中心平面之间的距离，两者可以相同，也可以有所差别。一般来说，轮距越宽，驾驶舒适性越高，但是有些国产轿车没有方向助力的，如果前轮距过宽其方向盘就会很“重”，影响驾驶的舒适性。此外，轮距还对汽车的总宽、总重、横向稳定性和安全性有影响。一般说来，轮距越大，对操纵平稳性越有利，同时对车身造型和车厢的宽敞程度也有利，横向稳定性越好。但轮距宽了，汽车的总宽和总重一般也加大，而且容易产生向车身侧面甩泥的问题。因此，轮距应与车身宽度相适应。参考网址：=132汽车长度汽车之家产品库的长度数据是指的一款汽车从车头保险杠的最前端到车尾部保险杠车体最后端的距离。注意：越野车的外置后备胎、前置拖车绞盘等设备不计入车身长度范围内。8参考网址：（2）问题的背景分析一般来说，想尽可能的把车塞进停车场，最好的办法就是以垂直停靠的方式将车一辆挤一辆地排成行，但是这样停放的后果就是车辆不能自由出入，只有后进入的车辆全部先出去了，先进入的车才可以离开停车场，显然不符合实际的需求。（如图1）因而，为了使汽车能够自由地出入停车场，必须设立一定数量具有足够宽度的通道，并且每个通道都应该有足够大的“转弯半径”，而通道越宽越多，就会使得容纳的车辆数越少。所以我们的问题就是要确定在满足车辆能够自由进出的实际需求下，如何进行停车位置和车行通道的设计，才能够停放更多的车辆，从而做到既方便停车又能获得最大的经济效益。通过对单个停车位进行分析，得到每辆车占据的停车场面积函数，由车辆所占的停车位面积和所占通道面积两部分组成，面积函数可以化为角度的一次函数，再对面积函数进行数学求解可以到车位最佳设计角度。把单个车位的设计模型拓展开到整个规划区域，排列得到规划区域的车位设计。对停车场的效度评价，评价一个停车场停车位设计的好坏，还与整个停车场有关。对一个停车场的评价，首先考虑到停车是否安全，包括进出停车场行车过程的安全程度和停车安全程度，这里主要考虑停车过程的安全程度。其次，要考虑到停车场的效率，如果停车场空间利用率低，则不能充分利用停车场的资源，这样停车场的利用率肯定会比较低，效度评价也会不好，同样，如果进入停车场泊车需要等待很长时间，那么这个停车场肯定效度不9好，所以时间和空间的利用率直接关系到停车场的效率性。另外，去停车场泊车的方便程度也与停车场的效度密切相关。（3）问题分析车库设计成如下的正规长方形还是成一定度斜角型的5、模型建立5.1停车场泊位规划模型5.1.1单辆车停车位最佳角度用CAD对车辆转弯半径做临界假设VS10考虑到汽车从通车道驶入车位一般得转弯，所以车辆的最小转弯半径也是停车场设计所要考虑的重要参数。所谓最小转弯半径，就是汽车转弯时转向中心到汽车外侧转向车轮轨迹间的最小距离。根据实际调查，可设小轿车的最小转弯半径为15.5C米，与此同时，汽车转弯时转向中心到汽车内侧转向车轮轨迹间的最小距离为211.73.8CC米，如下图所示。对于每一个车位，为了便于该车位上的小轿车自由进出，必须有一条边是靠通道的，设该矩形停车位的长边与通道的夹角为(0)2，其中2便是车辆垂直从通道驶入车位，0就是车辆从通道平行驶入车位，即平时所说的平行泊车。为了留出通道空间和减少停车面积，显然，我们可以假设该通道中的所有车位都保持着和该车位相同的角度平行排列，如图2所示。上图中，小轿车是自东向西行驶顺时针转弯角度驶入车位的。我们来具体研究一下小轿车驶入车位的情况，见图3，其中1C为最小转弯半径，R为通道的最小宽度。我们假定小轿车的最外端在半径为1C的圆周上行驶，2C车辆转弯图C1车辆辆θ图211且此时轿车的最内端在半径为2C的圆周上随之移动，然后以角度进入停车位，所以通道的最小宽度12cosRCC。在保证车辆能够自由进出的前提下，本着要求通道宽度尽量小的原则，我们来看一下一排车位之间的各个数据，见下图。每辆车均以角度停放