[发明专利]以排队公平为导向的城市安全屏障优化设计软件

说明书

本发明涉及一种以排队公平为导向的城市安全屏障优化设计软件，属于交通工程技术领域。防疫封锁线是阻断病毒传播的有效手段，构筑了城市的安全屏障。然而，如何在有限的检查资源约束下，使得各入城通道的排队等待时间近似相等成为一个亟待解决的技术问题。本发明提出了一个双层规划模型，其上层模型为防疫检查站的优化配置，下层模型为交通系统平衡，其中排队等待时间由排队论计算得出，而且看作是广义出行时间的一部分。设计了一种启发式算法求解该双层规划模型，其下层为连续平均算法，而上层为带精英策略的遗传算法。采用免费开源的R语言开发了计算软件。具体的实施表明本发明对于政策制定者确定公平的防疫封锁站部署策略十分有效。

技术领域：

本发明提出了一种以排队公平为导向的城市安全屏障优化设计软件，属于交通工程技术领域。

背景技术：

为了遏制COVID-19的迅速蔓延，政府部门普遍采取了多种防疫措施，如实施旅行限制，封锁城市，对工作场所实施风险控制，关闭公共设施，提高病毒检测能力，追踪感染者等。其中，防疫封锁线是对进出指定地理区域(例如社区，城市或地区)的人员的限制，只有经过体温检测合格的人员才能通过封锁线。实践证明，这是防止传染性病毒扩散到其他城市的有效方法。然而，据报道，防疫封锁线上排队时间太长，等待成本太高，尤其是各进口处的等候时间相差很大，这就产生了排队公平问题。为了提高检测的服务水平，有必要对排队系统进行优化。为此本发明提出了一种沿封锁线部署检查站的软件，以确保近似相等的等待时间。

目前还没有对封锁线的最佳部署(如位置和数量)进行的软件。有很多方法可以测度封锁线上排队系统的性能。其中最重要的是排队延迟成本，即车辆等待时间，它也是交通网络分析中的重要指标。一般来说，有两种方法可以确定交通网络中的排队延迟成本。Yang和Yagar(1994)提出了一种隐式确定排队时间的方法。他们建立了一个针对进口匝道交通控制问题的双层规划模型，其中上层是要确定最小化系统总行驶时间的进口匝道流量，而下层是描述匝道处排队等待现象的交通均衡模型。需要注意的是，总行驶时间定义为所有车辆在路段上花费的行驶时间与在匝道上的排队时间之和。可以证明，路段排队时间恰好与路段通行能力约束相关联的拉格朗日乘子对应。Yang和Yagar(1995)进一步扩展了该双层模型，以优化拥挤路网中的信号配时，该研究充分考虑了饱和路段上的排队和拥挤。除了交通控制之外，Yang和Lam(1996)又拓展了确定隧道、桥梁等瓶颈路段收费模式的双层模型。其下层问题是一个带排队的网络均衡模型，该模型描述了用户的路径选择行为。上层问题是为运营者确定道路收费，使运营者在充分考虑用户的路线选择行为后，优化系统的性能。先前的研究都是在固定的出发地到目的地的出行需求下进行的，而Yang和Bell(1997)将其进一步扩展到具有弹性需求的带排队的网络均衡模型。在这种情况下，排队延迟被隐式确定为与下层问题中的路段通行能力约束相关联的拉格朗日乘子。只有达到这个道路通行能力，队列才会形成，否则路段行驶时间将仅取决于流量。

确定排队延迟的另一种方法是Vickrey的瓶颈模型(Vickrey，1969)，它使用确定的排队理论明确推导出排队延迟时间，旨在解决早高峰时段受瓶颈约束的公路上通勤者的出发时间选择问题。它能够以一种直接和易于处理的方式对瓶颈处上游路段排队的形成和消散进行建模，因此可作为高峰时段交通拥堵动态表示的基准模型。经典瓶颈模型指出，每条路段上的行驶时间是自由流时间与瓶颈之前的排队延迟时间之和。近50年来，瓶颈模型的研究取得了重大进展。通过瓶颈模型，学者们对高峰期交通排队特征有了越来越多的了解。Li等人(2020)最近针对瓶颈模型做了很好的总结并对其未来的研究方向进行了展望，感兴趣的读者在其中可以了解更多细节。