Recently, conventional parking systems seldom meet a growing number of parking demands, especially in the urban areas which have limited parking space. Automated parking systems, which automatically park and retrieve vehicles, have been steadily replacing conventional parking systems. As compared to conventional parking systems, the automated parking systems have many advantages such as efficient utilization of parking space, improved vehicle safety, decrease in vehicle damages, and better control of vehicles. On the other hand, they are very expensive to build and inflexible to future change and so a very careful design of the system is justified. Among various types of automated parking systems, Rotary Parking System (RPS), Elevator Parking System (BPS) and Shuttle Parking System (SPS) are selected for the study due to their popularity in real world. This thesis deals with design and performance analysis of the three systems.
The first part of the thesis develops the expected service time models. Using the steady-state probabilities obtained from the continuous time Markov chain, the expected service times for RPS and EPS are developed under Closest Open Location (COL) policy. Additionally, we develop an efficient aggregation method for obtaining the probability that storage bay is full using Markov chain for EPS. For SPS, analytical expressions of the expected service time are derived by continuous representation under randomized storage assignment policy. To examine the performance of the proposed models, comparative studies are performed.
The second part addresses the design problem of automated parking systems. The economic design models are developed in non-linear integer programming with the objective of minimizing the total cost. However, the models are incapable of representing dynamic nature of the parking system, especially the associated levels of a given set of performance measures. Therefore, simulation models are run from which the required performance levels can be estimated. If these levels are within prespecified values, then the design parameters obtained by the optimization model are selected as an optimal solution. Otherwise, a recursive heuristic procedure is invoked. In this procedure, a relationship based on a linear fitting function is defined between the design variables and the performance measures. The fitting functions are incorporated as constraints into the optimization model.
The final part of this thesis deals with the performance estimation models of automated parking systems. We develop the mean number of waiting requests and the mean waiting time in storage and retrieval queue by using a M/G/1 queueing model. With the assumptions of Poisson request arrivals and FCFS discipline, we model the RPS as a single-server queueing model with two-class customers (storage and retrieval requests). And then a stochastic analysis is performed on EPS and SPS utilizing a single-server queueing model with two queues and three different service modes (storage, retrieval and dual command). With the supplementary variable technique and Arrival Time Approach (ATA), the mean number of waiting requests and the mean waiting time in storage and retrieval queue are obtained. A comparative study is conducted to examine the performance of the proposed model.
최근 급격한 차량 증가로 인하여 도로의 교통 체증뿐만 아니라 주차난도 심화되고 있다. 주차공간의 부족으로 더 이상 도심에서 주차공간을 확보하지 못하는 상황에 이르렀으며, 이에 따라 적은 면적에 효율적으로 주차가 가능한 자동 주차설비에 대한 관심이 고조되고 있다. 일반적인 주차장과 비교해 볼 때, 자동 주차설비는 효율적인 공간활용, 주차된 자동차의 안전성과 용이한 통제 등의 많은 이점이 있다. 반면에 설치하는데 많은 비용이 소요되고 한번 설치한 후에는 변경이 용이하지 않기 때문에 설계단계부터 세심한 주의가 요구된다. 본 논문은 가장 널리 사용되고 있는 수직순환 방식, 엘리베이터 방식, 셔틀 방식 주차설비를 대상으로 한다.
본 논문의 첫 부분에서는, 자동주차설비의 기대 서비스 시간을 결정하는 문제를 다루었다. 마코프 체인으로부터 얻어진 안정상태 확률을 바탕으로 입출고 지점에서 가장 가까운 빈 공간에 자동차를 저장하는 정책하에서 수직순환 방식과 엘리베이터 방식 주차설비의 기대 서비스 시간 모형을 개발하였다. 이와 더불어, 엘리베이터 방식 주차설비에 대해서는 각 주차공간에 자동차가 차있는 확률을 구하는 효율적인 방법을 제시하였다. 셔틀 방식 주차설비에 대해서는 확률적인 방법을 이용하여 임의저장방식하에서의 기대 서비스 시간을 구하였다. 개발된 모형의 성능평가를 위해 모의실험 결과와 비교하였다.
본 논문의 두 번째 부분에서는, 자동주차설비의 디자인 문제를 다루었다. 디자인 변수들을 결정하기 위해 총비용을 최소화하는 비선형 정수계획법으로 수리모형화하였다. 디자인 모형으로부터 얻어진 모수들의 성능을 평가하기 위한 모의실험 모형을 개발하였고, 이 모형을 통해 여러 가지 성능척도의 값을 추정하였다. 모의실험 모형의 결과들을 디자인 변수와 성능척도간의 관계식으로 유도하였고, 이를 최적 디자인 모형의 제약식에 추가하였다. 최적 디자인 모형과 모의실험 모형을 결합하여 여러 가지 제한들을 만족하는 최적의 디자인 모수를 찾는 발견적 기법을 개발하였고, 여러 가지 예제를 통하여 개발된 해법의 성능을 평가하였다.
본 논문의 마지막 부분에서는, 자동 주차설비의 성능평가를 위해 M/G/1 대기행렬을 이용하여 평균 대기고객수와 평균 대기시간을 추정하였다. 고객의 도착이 포아송과정을 따르고 선입선출 규칙에 의해 서비스 받는다는 가정하에서 수직순환 방식 주차설비를 두 계층의 고객이 있는 단수서어버 대기행렬 모형으로 분석하였다. 엘리베이터 방식과 셔틀 방식 주차설비에 대해서는 두 개의 대기행렬과 세 가지의 서비스 형태를 가지는 대기행렬 모형을 이용하여 분석하였다. 부가변수법과 Arrival Time Approach (ATA)를 이용하여 평균 대기고객수와 평균 대기시간을 추정하였고, 모의실험을 통해 개발된 모형들의 성능을 평가하였다.
