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1、交通运输工程与信息学报第 4 卷第 1 期 2006年 3 月Journal of Transportation Engineering and Information No.1 V o1.4 Mar.2006 收稿日期：2005-07-25. 作者简介：郭 涛（ 1982 -），男，兰州交通大学交通运输学院硕士研究生，研究方向：交通运输规划与管理。 95 基 于 GA 的 公 共 停 车 场 选 址 模 型 研 究 郭涛杨涛 兰州交通大学，交通运输学院，兰州 730070 摘 要：本文首先分析了公共停车场选址的重要性，公共停车场规划选址的原则及相应的主要影响因素； 然后，在此基础上建立了多目
2、标规划模型，设计了遗传算法与多目标优化相结合的算法和相应的步骤，并 分析了本文的模型和算法的优缺点，指出了该模型的实用性和推广价值，为以后的停车场的选址提供了依 据；最后，以兰州市为实例进行了简单的验证，并对结果作了深入的分析。 关键词：公共停车场；多目标规划；遗传算法；罚函数 中图分类号：U491.71 文献标识码：A 文章编号:1672-4747(2006)01-0095-05 Study on the Location Model for Urban Public Parking Area Based on GA GUO Tao YANG Tao School of Traffic an
3、d Transportation， Lanzhou Jiaotong University，Lanzhou 730070，China Abstract ：The paper first analyzes the importance of public parking areas location, planning principles of public parking area and the relative main factors; then, a multi-objective planning model was set up based on the analysis. An
4、d an algorithm based on genetic algorithm and multi-objective optimization and process was designed. Meanwhile, the relative merits of the model and algorithm were analyzed. The authors point out the practicability and popularized values, and these will be the basis for parking areas location in the
5、 future. Finally, an example of Lanzhou city validates the method, and the results were analyzed in detail. Key words：Public parking area, multi-objective planning, genetic algorithm （GA ）,penalty function 交通运输工程与信息学报 2006年第 1 期 96 0 引 言 随着城市化和机动化的迅猛发展，机动车保有量 迅速增加。由于停车是机动车使用过程中必不可少的 环节，所以，人们对车辆停放的需求
6、也日益增加。面 对城市土地和空间资源的低效配置，已有的停车设施 根本不能满足人们对停车的需要。“停车难”的问题 不仅在国内各大城市表现突出，而且也成为国外所有 的大城市面临的共同难题。停车问题对城市的经济生 活产生诸如：降低城市活力、破坏景观、影响环境等 负面影响。由于停车场作为停车的场所，所以，必须 对其进行科学的规划建设。 在对停车场规划的过程中，停车场的选址问题尤 为重要。本文研究了一种停车场选址的模型，并采用 了遗传算法来实现。它与目前已有的对于公共停车场 的选址模型与算法有所不同：（ 1）已往学者的研究主 要是完全新建或在已有的停车场中只新建一个停车 场的背景下建立的模型，本模型作了
7、重要改进，是在 已有停车场和至少新建一个停车场的实际背景下进 行的， 显然， 改进后的模型更具有推广性和实际价值； （ 2）此模型属于多目标规划，比一般单目标规划更能 满足多种目的（距离最短、费用更少等），更贴近实 际情况； （ 3）遗传多目标优化。遗传算法不需要许多 数学上的必备条件，可以处理所有类型的目标函数和 约束。 遗传算法还可以在不考虑问题特定内部工作方 式的前提下多方向、全局性用于搜索解，具有很强的 并行性和生命力。 1 停车场选址应该考虑的影响因素 和选址原则 1.1 影响因素 12 分析： （ 1）步行距离 作为停车者来说，他们希望停车场到目的地的距 离 越 短 越 好 。 国
8、 内 外 的 研 究 表 明 步 行 时 间 以5 6 min ，距离在200 m以内，最大不超过500 m为宜。 （ 2）停车的可达性 这里是指泊车者通过城市路网到达停车场的难 易程度。可达性越好，泊车者越愿意使用。 （ 3）总建设费用 这里包括建筑费，征地拆迁费和环保费等费用。 （ 4）连通街道的通行能力 连接停车场与干道网的街道，其通行能力应适宜 于承受停车场建成后所吸引的附加交通量，并能提供 车辆因等候停车而排队所必须有的空间。 （ 5）保护城市文化，古建筑和风景名胜 停车场的布局要考虑古建筑、风景和城市文化。 车辆的出入要尽量减少对环境安静的建筑物产生的 噪音，废气的影响。停车场要离
9、相应的建筑物有一段 距离， 其不同建筑性质及不同停车场规模相隔距离建 议值见表1 所示，达不到的应设置隔音设施。 表1 防噪距离 单位：m Tab.1 Noiseless distance unit ： m 停车场规模 建筑性质 停车 场 100 50100 2550 l 时，同时考虑以下三个目标 函数： ij n i Ym j ijQ tT Ak k = + = = 11 1 2 min () = ?+?= 2 1 2 min AK k Y r qrqrr EPPBT = = 2 1 3 max AK k Y r r PT s.t. 2 Ak k Y 1；Yk0,1 i n i ij dQ=
10、 =1 = ?+? 2 1 )( AK K Y r qrqrr EPPB T2max = 2 1 AK k Y r r P T3min pmin Pr 500 2 Qij 0 ； i 1, 2, , m ， j1, 2, , m + l ； k m + 1, m + 2, , m + l ； r =1, 2, , 2 Ak kY ； 式中： ? ? ? = ,0 ,1 k Y； T1 为内泊车者 步行至目的地的总步行距离；T2为规划区域内新建停 车场建设总投资；T3为新建停车场泊位总量；Qij为 第i 个需求点到第j 个停车场的泊车数量；di为第i 个功能小区的停车需求量；Pr为新建第r 个停
11、车场的 泊位供应量；Pmin为每个新建停车场建造的泊位数的 下限；tij为第i 个需求点到第j 个停车场的距离；Br 为新建第r个停车场规划位置的土地单位造价；Eq 为第q 种停车场造型（平面、地下、立体停车楼）的 泊位单位造价； q 为第q 种停车场造型每泊位占用的 土地面积系数；T2max为总投资最大限额；T3max为规 划部门给出新建停车场泊位总量的最低满意值。 3 算法分析 3.1 对约束方程进行处理 用于操作染色体的遗传算子通常会产生不可行 后代，因此，需要对约束进行处理。常用的处理方法 有：（ 1）拒绝方法；（ 2）修补方法；（ 3）罚方法。本 算法将采用方法（3）对约束进行处理。
12、 = -?= m i iik k kkxghTwXeval 1 3 1 )()( = -?+?+?= m i ii xghTwTwTw 1 332211 )( 式中：hi(gi(x) 为惩罚项，当满足约束方程时，其值 取 0；当不满足约束方程时，可以取一个很大的实数， 例如，1 000 。 3.2 遗传操作 （ 1）选择 选择是用来确定交叉个体，以及被选择的个体将 产生多少个子代个体。 首先对其个体的适应函数进行处理，计算方 新建第k 个停车场 不建第k 个停车场 交通运输工程与信息学报 2006年第 1 期 98 法如下：对于每代中待检查的解来说，在判据空间中 定义两个极点；最大极限点 +
13、Z和最小极限点 - Z； ), max 3 max 2 max 1 ZZZZ= + ；), min 3 min 2 min 1 ZZZZ= - ；适应值 权重为： minmax 1 kk k ZZ w - =；则每个染色体的适应值： = -?= m i iik k kk xghTwXeval 1 3 1 )()( = -?+?+?= m i ii xghTwTwTw 1 332211 )( 本文采用轮盘赌选择算法进行选择。将个体 适应度转化为选择概率，然后计算每个染色体的累计 概率。为了选择交叉个体，需要进行多轮的选择。每 一轮产生一个0 ， 1 种的均匀随机数，将该随机数作 为选择指针来确定
14、被选个体。 （ 2）交叉 对上面选择的个体进行单点交叉。以一定的交叉 概率Pc任意挑选经过选择操作后种群中两个个体进 行交叉，方法是随机产生一个交叉点位置，父个体和 子个体在交叉点位置之后的基因码互换，形成两个子 个体。一般Pc取自0.4 0.9之间。例如，两个父个 体 1 和 2，交叉位置在变量的第6 位，形成的两个相 应的子个体如图1 所示。 图 1 单点交叉 Fig.1 Single-point crossover （ 3）变异 变异实际上是子代基因按小概率扰动产生的变 化，它本身是一种局部随机搜索，与选择、交叉算子 结合保证了遗传算法的有效性和多样性。子个体变量 以很小的概率Pm转变，
15、Pm与变量的个数成反比，与 种群的大小无关，一般Pm取自0.001 0.1 之间。对 于二进制编码的需要变异的染色体来说，变异意味着 变量的翻转。例如，有10 位变量的个体，第6 位发 生了变异如图2 所示。 图 2 变 异 Fig.2 Mutation 3.3 算法步骤 Step 1 随机 产生初 始种 群 =)0(X r (x1(0), x2(0), , XN(0) SN） ，一般N20 ， 100 ； Step 2 计算每个个体的适应度，并判断是否 符合停止准则，如符合，输出最佳个体，并解码得到 最优解，stop ；否则，转向第3 步； Step 3 依据第2 步计算的适应度来计算选择
16、概率，在根据选择概率来选择新的个体，适应度高的 被选择的概率高，反之则低。 Step 4 以一定的交叉概率Pc和单点交叉的方 法生成新的个体； Step 5 以一定的变异概率Pm和二进制变异的 方法生成新的个体； Step 6 再由交叉、变异后得到的新一代种群 返回第2 步，计算其适应度； 4 应用实例与分析 兰州市现管辖五区三县，因红古区离市中心较 远，因此，只对包括西固、安宁、七里河、城关四区 的停车场进行近期的研究。以东方红广场为坐标原 点，建立坐标系，以已有的4 个行政区为功能小区。 首先确定了停车需求的形心、现有停车场的位置和停 车需求量。首先进行编码，然后设定了遗传算法的参 数 ：
17、 种 群 大 小POPSIZE = 50， 最 大 的 进 化 世 代 数 （ maxgen ）取200 ，交叉概率Pc为0.7 ，变异概率Pm 取0.01等。用matlab编写程序进行模拟。模拟结果 为：规划年内，在已有的停车场基础上，西固区应该 在西固乡建1 停车场，停车泊位数为253 ；安宁区基 本上达到平衡，可以不建；七里河区应在兰石厂和军 区总医院旁建立，泊位分别为296 和 343 ；城关区是 1011 000001 001000 011 0 1 0 11000001 0 0 10 00 0110 父个体1 父个体2 父个体1 父个体2 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0
18、0 1 1 0 1 0 0 0 1 变异前： 变异后： 下转第 115页 面向可持续发展的交通规划环境影响评价研究鞠凤波等 115 第二，加强研究。我国SEA起步较晚，尽管 中 华人民共和国环境影响评价法已经颁布实施，但是， 要尽快研究制订交通规划SEA的法规与导则；注重 国内外学术交流，及时学习国内外最新的交通规划 SEA理论与实践；针对中国交通的特点，继续加强对 交通规划SEA工作程序，技术方法，要素指标等方 面进行深入的研究。 第三，培养人才。积极培养和发展新型环境评价 人才，对现有环境评价人员进行培训；加强交通规划 人员与环境评价人员的交流沟通。 第四，通力协调。交通规划SEA涉及很多
19、交通 管理、交通规划、环境等相关政府部门，因此，各相 关部门应该加强通力合作，沟通协调，从制度上保证 交通规划SEA的编制和实施。 参考文献 1 国家环境保护总局. 中华人民共和国环境影响评 价法S. 2002. 2 白 宇 . 城市交通规划战略环境评价研究D. 南 开大学，2003. 3 邓朝生. 交通规划环境影响评价研究D.东北师范 大学，2004. 4 杨 瑾 . 城市可持续发展的交通战略环境影响评 价 J. 交通环保，2002 ， 23 （ 5）： 40 - 42. 5 李 智，鞠美庭，史聆聆等. 交通规划环境影响评 价的指标体系探讨J. 交通环保，2004 ， 25 （ 6）： 16
20、 - 19. 6 张志耀，李贵堂. 战略环境评价的理论及技术方法 探讨J. 山西大学学报（自然科学版）， 2005 ， 28 （ 2） ： 220 - 224. 上接第 98 页 市中心的所在地，应该在广播电视大学、雁滩小区和 七中附近建立，停车泊位数分别为500 、 406 和 462 。 结果分析：虽然，近年来兰州市区汽车保有量逐 年增加，但是，与其他的城市相比还是很少，从模拟 的结果来看，基本符合实情。从模拟结果来看，此模 型是在理想的假设条件下进行的：（ 1）此规划设计范 围较大，但认为土地价格一致，没有考虑土地差价的 影响；（ 2）对于步行距离都是按照几何的直线距离来 计算，没有考虑
21、实际的道路网结构；因此，实施起来 有一定的困难，可在所求的位置附近利用经济的空间 和造型等措施来解决。 5 结 论 解决好停车场的合理布置和停车场的规模是解 决城市交通问题（“停车难”）的有效途径之一，停车 场选址科学规划也是保证良好的交通秩序的条件之 一。 本文通过对停车要素的分析，建立了目前实际背 景下的多目标规划新模型，并给出了此模型的遗传算 法。最后，以实例说明了模型和算法的可行性。 参考文献 1 关宏志，刘小明著. 停车场规划设计与管理M. 北 京：人民交通出版社，2003 ： 69 ， 75. 2 徐慰慈著 . 城市交通规划论M. 上海：同济大学 出版社，2000 ： 243. 3 陈 峻，王 炜，胡克定. 都市社会停车场选址规 划方法研究J. 系统工程理论与实践. 117 - 124.