[发明专利]基于车道管理的多模式交通协同疏散方法

权利要求书

1.一种基于车道管理的多模式交通协同疏散方法，其特征在于，包括：

S1根据灾害特点确定疏散需求，并根据不同车辆的自由流速度将疏散道路网络离散为多层多尺寸元胞网络；具体包括：

将网络源节点作为受灾点，网络汇节点作为避难所，源节点和汇节点的位置及道路风险水平根据灾害的特点确定，将疏散区域、避难所位置、路网风险水平及疏散需求作为输入参数，采用元胞传输模型CTM加载多模式交通流，元胞长度定义为自由流条件下车辆在一个时间步行驶的距离，根据不同车辆的自由流速度，将道路路网离散为多个独立的元胞网络，每一种车辆只能在自己的元胞网络中行驶；

S2基于离散后的多层多尺寸元胞网络，以整个需求疏散的系统的清空时间最短为目标函数，以多模式车队约束、多模式交通网络加载约束、车道分配和车道逆流约束作为约束条件构建多模式交通协同疏散模型；所述多模式交通协同疏散模型包括：

目标函数如下式(1)所示：

其中，t为离散时间步，Ψ为离散时间步集合，M为车辆类型集合，C_R风险源元胞集合；为t时刻m类型车辆到达汇元胞C_s的车辆数；d_i,m表示源元胞i内m类型车辆的车辆数，为所有疏散源点i中类型m车辆的数量，即某个源点的疏散需求；表示向下取整，表示当前时刻所有车辆是否到达汇元胞，如果车辆全部到达，即网络被清空，则否则网络没有清空，则因此，疏散网络中m类型车辆的清空时间为疏散系统的清空时间为各类车辆疏散时间的最大值，即疏散的目标就是使得最大的网络清空时间最小；

多模式车队规模约束如下式(2)-(3)所示：

其中，式(2)是总需求D守恒约束，d_i,m表示疏散源元胞i内m类型车辆的车辆数，p_m表示m类型车辆的最大载客量，C_R风险源元胞集合；式(3)是车辆数非负约束；

多模式交通网络加载约束如下(4)-(14)所示：

其中：式(4)是流量守恒约束，表示t+1时刻元胞i内m类型车辆的车辆数，为当前车辆数，为从上游元胞k流入当前元胞i的车辆数，Γ^-(i)为当前元胞i的上游元胞k的集合，表示从当前元胞i流向下游元胞j的车辆数，Γ(i)为当前元胞i的下游元胞j的集合，C_O为普通元胞集合；式(5)是t时刻从当前元胞i流向下游元胞j的流量小于当前元胞的车辆数式(6)是t时刻从当前元胞i流向下游元胞j的流量小于当前元胞的通行能力限制z_i,m是分配给m类型车辆的车道数，是t时刻m类型每个车道的通行能力；式(7)是t时刻从上游元胞k流入当前元胞i车辆数小于当前元胞的通行能力限制式(8)是t时刻从上游元胞k流入当前元胞i车辆数小于当前元胞的剩余容量的限制z_i,m是分配给m类型车辆的车道数，是t时刻m类型每个车道的通行能力，w_m是m类型车辆的拥堵波速度，v_m是m类型车辆的自由流速度；式(9)是源元胞i的流量发送函数，是t时刻m类型车辆的需求；式(10)表示源元胞i的流量在初始时刻被加载到源点，相当于疏散开始时所有车队已经准备好；式(11)和(12)分别表示初始状态元胞流量和链接流量都为零，即疏散开始时路网被清空；式(13)和(14)是元胞流量和链接流量的非负约束；

车道分配和车道逆流约束如下式(15)-(17)所示：

其中，式(15)表示如果元胞i和元胞j属于同一路段，则车道分配方案相同，E(i)为以元胞i为起点的路段所包含的元胞的集合；式(16)表示M类型的车辆分享总车道数Z_i，包含了双向车道，根据车道分配结果确定需要逆流设计的车道；式(17)是车道的整数约束；

S3采用禁忌搜索算法对所述多模式交通协同疏散模型求解；具体包括：

给定一个包含车道分配和车队混合比例的初始解和对应初始解的邻域；

在初始解的邻域中确定一系列候选解，并根据目标函数值确定最佳候选解；

判断最佳候选解与全局最优解的关系，如果最佳候选解目标函数值优于全局最优解，则忽视禁忌属性，用它替代当前解和全局最优解，并将其加入禁忌表，更新禁忌表；若不存在上述最佳候选解，则在候选解中选择非禁忌的最佳状态解为当前解，并更新禁忌表；反复迭代直到满足停止准则，则停止搜索，得到最终解；

所述停止准则为：满足最大迭代G，或满足ΔT^k＝0，ENCT^kENCT⁰，其中，第k次迭代获得不同类型车辆的网络清空时间为{T_m}，ΔT^k为上下界之差ΔT^k＝T_max-T_min，ENCT^k为第k次迭代的网络清空时间，ENCT^k＝T_max，ENCT⁰为初始的网络清空时间；

S4根据求解结果进行多模式交通协同疏散组织；具体包括：

计算车队配置比例，将网络清空时间作为衡量疏散效率的主要时间指标，根据疏散时刻表，有序组织人员车辆，尽量避免交通拥堵和二次伤害事故，在车道分配和车道逆流方案上，兼顾不同群体的需求，能够提升疏散方向的通行能力，实现尽快疏散的要求；

所述计算车队配置比例包括：基于每个疏散点的需求，根据下式(18)求解出整个疏散系统的混合车队规模，在不浪费车辆和道路资源的条件下，满足疏散需求：

其中，为所有疏散源点i类型m车辆的数量，为总车队的规模，r_m为类型m车辆的比例。