[发明专利]基于服务水平的城市防疫封锁线优化设计软件

说明书

本发明涉及一种基于服务水平的城市防疫封锁线优化设计软件，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，在抗击新冠病毒的斗争中得到了广泛使用。然而，如何在保障一定服务水平的条件下，使投入的防疫检查站数目最小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防疫封锁站的最佳部署策略十分有效。

技术领域：

本发明提出了一种基于服务水平的城市防疫封锁线优化设计软件，属于交通工程技术领域。

背景技术：

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。事实证明，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，在防疫封锁线周围排队时间过长，等待成本太高。因此，优化排队系统以提高检测服务水平十分必要。本发明旨在提出一种沿封锁线部署检查站以确保最长等待时间的软件，是一种在检查站的投入成本和旅客的等待成本之间取得平衡的方法。

目前还没有对沿封锁线的检查站的最佳部署(如位置和数量)的技术。然而，类似的问题——边界线通行费的确定，已经被探讨了很多。边界通行费是私家车进入一个限制区域(通常是在市中心内)所支付的费用，它作为出行需求管理策略的一部分，可帮助缓解该区域内的交通拥堵，并已在全球许多城市成功实施，例如伦敦、斯德哥尔摩和新加坡。早期的研究表明，边界线策略的效果主要取决于收费地点和收费水平(May等，2002；Verhoef，2002)。

边界线收费和防疫封锁线都是围绕限制区域的进口路段运作，不同之处在于，封锁线定价旨在确定最佳收费水平，而防疫封锁线则旨在确定检查站的最佳数量。一般而言，路网的队列长度与收费水平和收费站位置高度相关。此外，在边界线收费中通常认为政策制定者收取通行费是为实现社会福利最大化。根据Marshallian测量法，社会福利定义为总收益减去总成本。在21世纪初Verhoef(2002)、May等人(2002)、 Mun等(2003)、Santos(2004)、Shepherd和Sumalee(2004)、Zhang和Yang(2004)以及Yang等(2004)都研究过这个问题。

社会福利最大化原则关注的是系统效率，常会损害公平，因为部分旅客的服务水平可能会大幅下降，导致边界线策略无法达到应有的效果。过去，研究人员曾探讨过与收费策略有关的公平问题。为了确定最佳的收费位置和收费水平，Sumalee等人(2005)以及Maruyama和Sumalee(2007)开发了一种基于遗传算法的方法，用于实现考虑公平性约束的社会福利最大化。Abulibdeh等(2015)利用始发地-目的地数据评估了加拿大最大城市实施边界线收费方案的纵向公平效应。Souche等人(2015)和Souche等人(2016)利用社会和空间指标(Gini、Theil和Atkinson指数)模拟了封锁线定价对公平的影响。他们的结论是，引入收费会增加不平等。考虑到空气污染物可能从封锁线内转移到封锁线外，Afandizadeh和Abdolmanafi(2016a)研究了边界线收费中的环境公平问题。Camporeale等人(2019)考虑到与边界线收费策略相关的弹性需求，利用 Theil指数探讨了公平效应。因此，通常设计一个带公平约束的双层优化模型来解决各种不公平的问题。

除了公平问题，环境因素也常常被纳入技术。Amirgholy等(2015)提出了一个均衡模型来评估边界线收费方案对消费者福利和空气污染的长期不利交通影响。Gühnemann等(2016)分析了边界线收费对社会福利最大化和减少当地空气污染的影响。Li等(2019)重点研究了环境友好型的边界线收费设计问题，以保证一个可接受的路网服务水平。