CN111862637B - 交通信息控制方法、系统、存储介质、计算机设备、终端 - Google Patents

Abstract

本发明属于信息处理技术领域，公开了一种交通信息控制方法、系统、存储介质、计算机设备、终端，关闭低等级出入口或关闭多条并行高速公路的低利用率出入口；以路网运行广义成本最优为目标建立0‑1规划识别点选择模型；采用遗传算法求解，确定高速公路识别点设置方案。本发明的两阶段控制由上述两种控制策略结合而来，指第一阶段关闭出入口，第二阶段采用识别点控制。两阶段控制既关闭了部分高速公路出入口，降低高速公路运行成本，又在满足城市突发传染性公共卫生事件防控需要的条件下，选择性设置识别点，全面开展车辆检测，降低了疫情传播概率，相较于单独的出入口控制和识别点控制，具有良好的优越性。

Description

交通信息控制方法、系统、存储介质、计算机设备、终端

技术领域

本发明属于信息处理技术领域，尤其涉及一种交通信息控制方法、系统、存储介质、计算机设备、终端。

背景技术

目前，突发公共卫生事件通常伴随严重健康威胁和重大经济损失。在突发传染性公共卫生事件，特别是重大传染病疫情下，高速公路一方面承担着运输医疗应急物资、居民日常生活必须物资、满足人们正常出行等运输任务，另一方面其运输距离长、覆盖地域范围广、来往人员接触史复杂，极易给突发传染性公共卫生事件的传播提供条件。因此，开展突发传染性公共卫生事件下高速公路交通控制策略研究，对保证高速公路运输安全、降低城市间疫情传播具有重要意义。当前突发公共卫生事件下的不同运输方式的交通控制研究总结如下：

在铁路方面，基于专家咨询法和层次分析法，建立路地联合防控铁路突发公共卫生事件应急体系指标，为铁路管理和控制提供评价标准。在航空方面，基于公共治理理论、危机管理理论，提出了优化兰州机场突发公共卫生事件的管理体系。通过运用应急管理理论，从制度建设、航空部门协调等方面建立了航空口岸的应急管理体系。完善52个城市互联的航空疾病动态确定模型，比较了减少航空流量、疫苗接种等五种措施下的病死人数和病死率，为决策者采取措施提供依据。考虑人—人动态传播，完善数学流行病模型，结果表明流感一旦传播到全球前50个机场，传播速度就会大大加快。

在公路方面，以路网平均速度、路网拥挤度和路网连通性为评价指标分析了公路路网紧急事件下的交通组织方法。以路网安全为基本目标，分析突发灾变事件类型下，车速控制、车道控制、限流管理等对策，并以安全可靠度为基本约束条件，研究路网交通诱导决策模型。基于高速公路特有的道路特征和交通机理，分析了高速公路应急救援资源配置方法，建立了高速公路应急救援联动机制。应用危机管理理论，分析了突发灾害天气公共事件下湖南省高速公路交通流特征，并设计了高速公路分流体系。从决策组织、信息共享、交通管控等角度构建了区域高速公路网在公共卫生事件等紧急事件下的救援协作体系。

现阶段针对突发传染性公共卫生事件下，高速公路的交通控制局限于宏观控制系统的构建和简单关闭出入口等实际操作，在新冠疫情发生前，突发传染性公共卫生事件的关注度不高，从事突发传染性公共卫生事件下高速公路交通管控方面理论研究的专家学者较少，且研究需要数据支撑，在新冠疫情发生前，突发传染性公共卫生事件下高速公路通行数据量小、且大多数据由于高速公路数据管理库存储量小等原因，已被覆盖，给研究增加困难，目前该方面控制理论研究尚且处于空白。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现阶段针对突发传染性公共卫生事件下，高速公路的交通控制局限于宏观控制系统的构建和简单关闭出入口等实际操作，控制理论研究尚且处于空白。

解决以上问题及缺陷的难度为：开展突发传染性公共卫生事件下高速公路的控制方案研究，需要综合考虑突发传染性公共卫生事件传播导致的暴露成本、高速公路管理者交通控制成本和高速公路使用者的延误成本，考虑因素众多且国内外关于突发公共卫生事件下高速公路控制方案的可借鉴成果较少，给解决以上问题及缺陷增加了难度。

解决以上问题及缺陷的意义为：开展突发传染性公共卫生事件下高速公路的控制方案研究，对于新冠疫情等突发传染性公共卫生事件下，政府组织运送必要物资、满足居民出行需求、降低突发传染性公共卫生事件传播概率和高速公路管理者制定成本最优的管控方案具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种交通信息控制方法、系统、存储介质、计算机设备、终端。

本发明是这样实现的，一种交通信息控制方法，所述交通信息控制方法包括：

关闭低等级出入口或关闭多条并行高速公路的低利用率出入口；

以路网运行广义成本最优为目标建立0-1规划识别点选择模型；

采用遗传算法求解，确定高速公路识别点设置方案。

进一步，所述交通信息控制方法的出入口关闭控制是指关闭高速公路部分出入口以降低疫情在城市间传播的概率，出入口关闭控制策略方案有两类，一类是以高速公路出入口等级或收费站车道数为依据，关闭低等级或收费站车道数较少的出入口；另一类针对多条并行高速公路，关闭与其他高速公路连接较少、道路连通性较差的高速公路道路及其出入口。

进一步，所述交通信息控制方法的识别点控制是基于现状入口收费站、出口收费站和服务区高速公路特征点集合，选择部分特征点作为识别点以完成车辆和乘客检测工作。

进一步，所述交通信息控制方法的0-1规划识别点选择模型构建采用原始法，以两条或多条高速公路互通立交为节点，以高速公路道路为路段，保留路段高速公路入口、出口、和收费站三类识别点信息，拓扑高速公路路网网络G(L,J,N⁰)，其中路段集合L＝(l₁,l₂,...,l_u)，节点集合J＝(j₁,j₂,...,j_v)。特征点集合N⁰＝(F,S,H)，F＝(f₁,f₂,...,f_m)表示高速公路收费站入口集合，S＝(s₁,s₂,...,s_n)表示出口集合，H＝(h₁,h₂,...,h_r)表示服务区集合。

进一步，所述交通信息控制方法的分析识别点待检测流量，高速公路入口、出口、和收费站特征点集合N⁰＝(F,S,H)均为0-1变量，

s_j,j∈S；h_j,j∈H＝0 or 1，且若设置识别点时，值为1，否则为0；

j∈H分别表示通过第j个入口、出口或服务区的待检测流量；若f_j＝0说明该入口没有设置识别点，则待检测流量

同理s_j＝0，则

h_j＝0，

所述交通信息控制方法的各识别点的待检测流量计算包括：

(1)入口待检测流量计算，第一阶段关闭的低等级出入口的交通需求将转移至距离其空间距离最近的出入口，若入口j为识别点，即f_j＝1，则待检测流量

为进入该入口所有车辆流量之和，同时该部分车辆对应的车辆识别变量δ_i值变更为0，若入口j不是识别点，即f_j＝0，则

车辆识别变量δ_i值仍为1；

(2)服务区待检测流量计算。若服务区j为识别点，即s_j＝1，则待检测流量

为经过该服务区且车辆识别变量δ_i值为1的所有车辆数之和，同时该部分车辆识别变量δ_i值变更为0，若服务区j不是识别点，即s_j＝0，则待检测流量

车辆识别变量δ_i值仍为1；

(3)出口待检测流量计算，为严防以高速公路为出行媒介的城市疫情输入，高速公路出口必须设置识别点，即h_j＝1，待检测流量

为经过该出口离开高速公路且车辆识别变量δ_i值为1的所有车辆数之和，同时该部分车辆识别变量δ_i值变为0。

进一步，所述第三步包括采用遗传算法求解，确定高速公路识别点设置方案包括：0-1规划识别点选择模型最终输出f_j,s_j,h_j的值，第j个特征点是否设置识别点，若设置，则值为1，否则值为0；利用matlab软件和遗传算法，将种群初始化、个体评价、选择、交叉、变异，求解多变量0-1规划问题；

目标函数，以加权总成本最小构建目标函数：

式中：α₁,α₂,α₃分别为识别成本、延误成本和暴露成本的加权系数，加权系数的取值由突发传染性公共卫生事件的传染性和当前事件发生严重程度和决定；ψ_j为特征点是否为识别点参数，ψ_j＝f_j+s_j+h_j,ψ_j∈{0,1}；

约束条件

1)安全约束，所有车辆在离开高速，进入城市前都经过识别点完成检测：

式中：Q为研究时段内进入高速公路路网的总车流量，辆/小时；

2)能力约束，各检测点每小时待检测流量不能超过该点可服务的最大检测流量：

式中：q_max ^f、q_max ^s和q_max ^h分别为单个入口、出口和服务区每小时可服务的最大流量，辆/小时。

本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

第一步，关闭低等级出入口或关闭多条并行高速公路的低利用率出入口；

第二步，以路网运行广义成本最优为目标建立0-1规划识别点选择模型；

第三步，采用遗传算法求解，确定高速公路识别点设置方案。

本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：

第一步，关闭低等级出入口或关闭多条并行高速公路的低利用率出入口；

第二步，以路网运行广义成本最优为目标建立0-1规划识别点选择模型；

第三步，采用遗传算法求解，确定高速公路识别点设置方案。

本发明的另一目的在于提供一种实施所述交通信息控制方法的交通信息控制系统，所述交通信息控制系统包括：

出入口关闭模块，用于关闭低等级出入口或关闭多条并行高速公路的低利用率出入口；

识别点选择模型规划模块，用于以路网运行广义成本最优为目标建立0-1规划识别点选择模型；

高速公路识别点设置模块，用于采用遗传算法求解，确定高速公路识别点设置方案。

本发明的另一目的在于提供一种终端，所述终端搭载所述的交通信息控制系统。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：为保证突发传染性公共卫生事件下高速公路正常运行和严防以高速公路为出行媒介的城市疫情输入和传播，本发明以传染性强，同时又具有明显识别特征和可防控手段的突发传染性公共卫生事件下的高速公路交通控制为研究对象，提出了出入口关闭控制结合识别点控制的两阶段控制方案。第一阶段关闭低等级出入口或关闭多条并行高速公路的低利用率出入口；第二阶段以路网运行广义成本最优为目标建立0-1规划识别点选择模型，采用遗传算法求解，确定高速公路识别点设置方案。实例研究表明：两阶段控制法相较于实际控制方案和识别点控制方案，延误成本、总加权成本分别降低7.63％，15.93％；24.01％，25.58％。

本发明以传染性强，同时又具有明显识别特征和可防控手段的突发传染性公共卫生事件下的高速公路交通控制为研究对象，提出出入口关闭控制结合识别点控制的两阶段控制方案，综合考虑乘客延误成本、识别点检测成本和暴露成本，以加权总成本最低为目标，确定高速公路管控方案。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的交通信息控制方法流程图。

图2是本发明实施例提供的交通信息控制系统的结构示意图；

图中：1、出入口关闭模块；2、识别点选择模型规划模块；3、高速公路识别点设置模块。

图3是本发明实施例提供的关闭与其他高速公路连接较少、道路连通性较差的高速公路道路及其出入口，两种关闭策略对比示意图。

图4是本发明实施例提供的考虑单向运行，高速公路路网拓扑示意图。

图5是本发明实施例提供的最终出入口和服务区关闭情况及识别点设置情况示意图。

图6是本发明实施例提供的模型求解适应度曲线示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种交通信息控制方法、系统、存储介质、计算机设备、终端，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明提供的交通信息控制方法包括以下步骤：

S101：第一阶段关闭低等级出入口或关闭多条并行高速公路的低利用率出入口；

S102：第二阶段以路网运行广义成本最优为目标建立0-1规划识别点选择模型；

S103：采用遗传算法求解，确定高速公路识别点设置方案。

本发明提供的交通信息控制方法业内的普通技术人员还可以采用其他的步骤实施，图1的本发明提供的交通信息控制方法仅仅是一个具体实施例而已。

如图2所示，本发明提供的交通信息控制系统包括：

出入口关闭模块1，用于关闭低等级出入口或关闭多条并行高速公路的低利用率出入口。

识别点选择模型规划模块2，用于以路网运行广义成本最优为目标建立0-1规划识别点选择模型。

高速公路识别点设置模块3，用于采用遗传算法求解，确定高速公路识别点设置方案。

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述。

1、控制策略

在新型冠状病毒突发传染性公共卫生事件下，四川、山东等省份高速公路管理部门都采取了保留重要高速公路出入口和在正常运行的高速公路出入口设置体温检测点策略，以减少疫情在城市间的传播。但在当前实际管理策略下，所有正常运行的高速公路出入口都需要设置体温检测点，增加了乘客出行延误成本和高速公路的运行成本。

本发明从减少突发传染性公共卫生事件在城市间传播概率、减少车辆乘客由于增加防控措施导致的高速公路出行延误和最小化高速公路运行成本入手，提出三种控制策略：出入口关闭控制、识别点控制和两阶段控制(即第一阶段关闭出入口，第二阶段采用识别点控制)。

1.1出入口关闭控制

出入口关闭控制是指关闭高速公路部分出入口以降低疫情在城市间传播的概率。出入口关闭控制策略方案有两类，一类是以高速公路出入口(收费站)等级或收费站车道数为依据，关闭低等级或收费站车道数较少的出入口；另一类主要考虑高速公路通行效率，针对多条并行高速公路，关闭与其他高速公路连接较少、道路连通性较差的高速公路道路及其出入口，两种关闭策略对比如图3所示。后一类出入口关闭控制考虑到了高速公路路网、收费站具体布局情况和实际通行效率，更为科学合理，但主观性相对较强。

1.2识别点控制

识别点控制是指基于现状入口收费站、出口收费站和服务区等高速公路特征点集合，综合考虑高速公路运行成本，选择部分特征点作为识别点以完成车辆和乘客检测工作，严防以高速公路为出行媒介的城市疫情输入。识别点选择应满足以下原则：

1)全覆盖原则。车辆离开高速公路进入城市前均已完成检测，且检测结果为不合格的车辆严格按照特定突发公共卫生事件指导手册处置。

2)适应性原则。识别点必须配备有充足的识别设备和人员且满足设置检测点安全要求。并且和高速公路其它识别点控制紧密配合，在某识别点检测合格的车辆可直接通过其它识别点。

3)经济性原则。考虑到不同特征点识别成本、车辆排队延误成本和暴露成本，从路网整体运行成本最低的角度，筛选设置识别点。

4)安全性原则。为保证城市安全，严防以高速公路为出行媒介的城市疫情输入，高速公路出口必须设置检测点。

1.3两阶段控制

两阶段控制由上述两种控制策略结合而来，指第一阶段关闭出入口，第二阶段采用识别点控制。两阶段控制既关闭了部分高速公路出入口，降低高速公路运行成本，又在满足城市突发传染性公共卫生事件防控需要的条件下，选择性设置识别点，全面开展车辆检测，降低了疫情传播概率，相较于单独的出入口控制和识别点控制，具有良好的优越性。

2、模型建立

本发明以两阶段控制策略为研究对象，制定高速公路管控方案。第一阶段控制方案可由高速公路管理者根据以往流量数据确定，本发明研究重点在于第二阶段如何从允许通行的特征点中，选择设置识别点。

假设突发公共卫生事件期间高速公路车辆出行需求稳定，则可根据高速公路收费站车辆刷卡数据，采用最短路径法确定车辆的具体行驶路径，得到单位时间内某特征点的车流量以及不同识别点设置方案下各识别点的待检测车流量。以路网运行识别成本、识别点车辆延误成本和暴露成本总成本最小为目标，比较不同识别点设置方案下路网总体运行成本，选择加权总成本最小的识别点设置方案。

2.1路网建模

采用原始法，以两条或多条高速公路互通立交为节点，以高速公路道路为路段，保留路段高速公路入口、出口、和收费站三类识别点信息，拓扑高速公路路网网络G(L,J,N⁰)，其中路段集合L＝(l₁,l₂,...,l_u)，节点集合J＝(j₁,j₂,...,j_v)。特征点集合N⁰＝(F,S,H)。F＝(f₁,f₂,...,f_m)表示高速公路收费站入口集合，S＝(s₁,s₂,...,s_n)表示出口集合，H＝(h₁,h₂,...,h_r)表示服务区集合。考虑单向运行，高速公路路网拓扑示意图如图4所示。

2.2待检测流量分析

识别点车辆延误成本是本发明目标函数构成之一，而识别点车辆等待检测的延误时长主要由该识别点待检测流量决定。分析识别点待检测流量，对计算车辆延误成本和确定识别点设置起着关键作用。

假设高速公路入口、出口、和收费站特征点集合N⁰＝(F,S,H)均为0-1变量，即

s_j,j∈S；h_j,j∈H＝0 or 1，且若设置识别点时，值为1，否则为0。

j∈H分别表示通过第j个入口、出口或服务区的待检测流量。若f_j＝0说明该入口没有设置识别点，则待检测流量

同理s_j＝0，则

h_j＝0，

为便于计算各识别点的待检测流量，引入车辆i识别变量δ_i，该变量为0-1变量，初始取值为1。各识别点的待检测流量计算流程如下：

Step1：入口待检测流量计算。假定第一阶段关闭的低等级出入口的交通需求将转移至距离其空间距离最近的出入口。若入口j为识别点，即f_j＝1，则待检测流量

为进入该入口所有车辆流量之和，同时该部分车辆对应的车辆识别变量δ_i值变更为0。若入口j不是识别点，即f_j＝0，则

车辆识别变量δ_i值仍为1。

Step2：服务区待检测流量计算。若服务区j为识别点，即s_j＝1，则待检测流量

为经过该服务区且车辆识别变量δ_i值为1的所有车辆数之和，同时该部分车辆识别变量δ_i值变更为0。若服务区j不是识别点，即s_j＝0，则待检测流量

车辆识别变量δ_i值仍为1。

Step3：出口待检测流量计算。为严防以高速公路为出行媒介的城市疫情输入，高速公路出口必须设置识别点，即h_j＝1，待检测流量

为经过该出口离开高速公路且车辆识别变量δ_i值为1的所有车辆数之和，同时该部分车辆识别变量δ_i值变为0。

2.3成本分析

2.3.1识别成本

识别成本主要包括识别点j人力成本和突发传染性公共卫生事件识别所需的设施设备成本，识别成本按下式计算：

式中：

为识别点识别成本，元/小时；

为识别点所需的物资成本，如新冠疫情下识别点使用的体温枪、消毒液等设备成本，元/小时；n^j为识别点所需检测人员数量，一般来说，服务区相较于出入口而言，由于可设置的识别车道数更多，所需检测人员数量更大；

为识别点人工成本，元/小时。

2.3.2延误成本

延误成本主要由延误时长和单位时间延误成本决定。本发明使用排队论计算延误时长，同时考虑到突发传染性公共卫生事件通常伴随有医疗物资和生活物资的调运，本发明假设高速公路通行车辆主要是小汽车和货车，以收入法计算单位时间延误成本。假设检测点车流均匀到达，且均匀分布于检测点各车道。已经在识别点检测过的车辆，在后面行驶途中再次遇到识别点时可直接通过，不考虑行驶过程中交通拥堵延误。由于出入口关闭导致绕行的车辆也仅考虑在识别点排队产生的延误。

(1)延误时长

本发明将车辆到达出入口或收费站完成识别的过程视为多路排队多路服务系统，待检测车辆随机、均匀的选择检测车道，每条车道视为一个M/M/1系统，则识别点j每条车道服务强度ρ_i ^j、车辆平均排队延误时间W_T ^j、识别点因检测造成的平均延误W^j按下式计算：

W_T ^j＝1/(μ_i-λ_i ^j) (3)

式中：λ_i ^j为识别点j车道i待检测车辆的到达率，辆/小时；μ_i为车道i的平均服务率，辆/小时；n为检测点检测服务车道数，条。

为增加服务区单车道的检测效率，可在每条车道设置多个检测点，形成复式车道。在该情况下，检测时间将受到检测时间最长的车辆影响，符合服务时间服从任意分布的M/G/1排队模型。对于单车道设置有m个检测点车道的识别点j，其服务强度ρ_i ^j'、车辆平均排队延误时间W_T ^j'、检测点因检测造成的平均延误W^j'按下式计算：

ρ_i ^j'＝λ_i ^j/μ_i＝λ_i ^jE_ti ^j/m (5)

W^j'＝1/μ_i+W_T ^j'-L/V_i (7)

式中：E_ti为识别点j车道i的平均服务时间，h；

-车道i服务时间的方差；L为监测段长度，km；V为假设没有监测点时车辆平均车速，km/h。

(2)延误成本

本发明的延误成本根据高速公路在疫情期间主要服务的车辆类型分为小汽车延误成本和货车延误成本，以收入法计算人均价值：

C₂ ^j＝C_TB ^j+C_TT ^j (8)

C_TB ^j＝λ^jRHW^jI/t (9)

C_TT ^j＝λ^j(1-R)I_TW^j (10)

式中：C_TB：小汽车的延误成本，元/小时；C_TT：货车的延误成本，元/小时；λ^j：识别点j车辆到达率，辆/小时；R：小汽车在车流中所占比例，％；H：小汽车平均载客人数，人/辆；I：人均月收入，元/(人*月)；t：人均工作时间，小时/月；W^j：识别点j车辆平均排队时间，小时，若识别点j设置复式车道，则应代入W^j'；I_T：货车平均每小时收益，元/小时。

2.3.3暴露成本

由于本发明研究的突发公共卫生事件具有传染性，因此需要在选择识别点时充分考虑人员的暴露成本，C₃，即检测人员在检测过程中被乘客传染后再传染给其它人的成本。以新冠疫情这一突发传染公共卫生事件为例，假设检测足够及时，病毒只会向下传播一代，且后代不进行传播，识别点j暴露成本按下式计算：

式中：

为识别点j车道i的工作人员数，人；Q_i ^j为识别点j车道i的总流量，辆；h为每辆车的平均乘客数量；ε为单个患病乘客对健康检测人员的传染概率；t_tou为乘客和检测人员接触的平均时间，秒；R_t为有效传播数；C_h为单个患者的经济损失，元；n为识别点j检测服务车道数，条；R_t为有效传播数；

为在时间t时单人在下一代造成的感染人数；p^SSE为传染行为成为超级传染行为的概率；N^SSE为超级传染行为中遭受感染的平均人数；β为传染系数；T为传染性持续时间；S为代表地理异质性和易感人群耗竭传播影响因素。

2.4模型建立及求解

2.4.1模型假设

1)突发传染性公共卫生事件下，高速公路车辆出行需求保持稳定。

2)已在前一识别点检测合格的车辆，在通过后续识别点时可直接通行，无需再次检测。

3)待检测车辆到达识别点时，将随机、均匀地分布在各检测车道上。

4)突发传染性公共卫生事件下，高速公路的服务能力远大于需求，车辆路段行驶不产生延误。

5)只研究某省范围内某城市或者城市群之间的高速公路交通管控。

2.4.2目标函数

以加权总成本最小构建目标函数，如下所示：

式中：α₁,α₂,α₃分别为识别成本、延误成本和暴露成本的加权系数，加权系数的取值主要由突发传染性公共卫生事件的传染性和当前事件发生严重程度和决定；ψ_j为特征点是否为识别点参数，ψ_j＝f_j+s_j+h_j,ψ_j∈{0,1}。

2.4.3约束条件

1)安全约束。所有车辆在离开高速，进入城市前都必须经过识别点完成检测：

式中：Q为研究时段内进入高速公路路网的总车流量，辆/小时。

2)能力约束，各检测点每小时待检测流量不能超过该点可服务的最大检测流量：

式中：q_max ^f、q_max ^s和q_max ^h分别为单个入口、出口和服务区每小时可服务的最大流量，辆/小时。

2.4.4模型求解

模型最终输出f_j,s_j,h_j的值，即第j个特征点(入口、出口、服务区)是否设置识别点，若设置，则值为1，否则值为0。考虑到模型本身复杂性和求解方法对0-1规划模型的适用性，本发明利用matlab软件和遗传算法，将种群初始化、个体评价、选择、交叉、变异，求解多变量0-1规划问题。

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。

1、实例分析

成都市和绵阳市是四川省人口较多、联系较为密切的两个城市。本发明以新冠疫情这一突发传染性公共卫生事件为研究背景，选择成都市和绵阳市互联高速公路路网为研究对象，结合本发明思路和模型，得到运行成本最低的管控方案，并与四川省该期间实际管控方案作比较，说明方案的优越性。

研究路网主要由成都绕城高速G4202、京昆高速G5、成万高速S1、SA2和SA3五条高速公路组成，共有收费站26个，服务区4个，路网拓扑如图5所示。为方便表示，拓扑图中将每个站的出口收费站和入口收费站合并，即示意图中的每个站代表出入口。原始数据为四川省2月1日和2日(突发公共卫生事件一级响应期间)高速公路收费站联网收费数据，数据共计18072条，删除不在研究区域内的无效数据15735条，保留数据2337条，其中小汽车1986条，货车351条。

第一阶段：关闭收费站车道数小于2车道出入口以减少疫情传播概率和提升收费站利用效率。第一阶段关闭出入口12个，保留出入口和服务区18个，第一阶段出入口关闭情况如图5所示。本发明假设低等级出入口关闭后其原本分担的出行需求将由距离其最近的出入口承担。

第二阶段：基于保留的18个出入口和服务区，分析不同识别点设置方案下，各特征点的待检测流量，基于遗传算法，求解识别点0-1规划模型。考虑实际情况，识别成本、延误成本、暴露成本权重分别设置为：α₁＝0.4,α₂＝0.5,α₃＝0.1。模型求解结果如表1所示。模型求解适应度曲线如图6所示，可见模型收敛程度较高，求解结果准确。最终出入口和服务区关闭情况及识别点设置情况如图5所示。

表1模型求解结果

表2不同方案成本对比

已知研究时段内，四川省实际采用的高速公路管控手段为关闭成绵八角站和丰谷收费站，在运行的所有收费站出入口和彭州服务区设置检测点，实行“一检通认”机制。本发明模型与实际控制方案、所有特征点均为识别点方案的成本对比如表2所示。两阶段控制方案相较于实际控制方案延误成本降低7.63％，暴露成本降低了6.41％，总加权成本减少了15.93％，相较于识别点控制方案，延误成本降低24.01％，暴露成本降低了3.75％，总加权成本减少了25.58％，可见识别方案有效性较高。

本发明结合当前高速公路实际管控策略，从便于管理和降低运行成本角度，提出了突发传染性公共卫生事件下高速公路两阶段控制法。综合考虑突发传染性公共卫生事件下，高速公路交通控制造成的乘客延误成本、运营者识别成本和人员暴露成本，以加权总成本最小为目标，建立识别点选择0-1模型，实例分析表明了两阶段控制法的有效性。在假设检测合格后无需再次检测的基础上，研究初步分析了车辆在识别点的延误成本，未考虑由于设置识别点造成的附加延误，和关闭出入口后车辆绕行成本，在未来需要进行深入研究。未来需要深入研究设置有应急物资货车专用优先通道下，识别点延误变化情况。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种交通信息控制方法，其特征在于，所述交通信息控制方法包括：

关闭高速公路低等级出入口或关闭多条并行高速公路的低利用率出入口；出入口关闭控制策略方案有两类，一类是以高速公路出入口等级或收费站车道数为依据，关闭低等级或收费站车道数小于2的出入口；另一类针对多条并行高速公路，关闭连接高速公路条数小于2的出入口；

以路网运行广义成本最优为目标建立0-1规划识别点选择模型；

采用遗传算法求解，确定高速公路识别点设置方案；

所述交通信息控制方法的0-1规划识别点选择模型构建采用原始法，以两条或多条高速公路互通立交为节点，以高速公路道路为路段，保留路段高速公路入口、出口、和收费站三类识别点信息，拓扑高速公路路网网络G(L,J,N⁰)，其中路段集合L＝(l₁,l₂,...,l_u)，节点集合J＝(j₁,j₂,...,j_v)，特征点集合N⁰＝(F,S,H)，F＝(f₁,f₂,...,f_m)表示高速公路收费站入口集合，S＝(s₁,s₂,...,s_n)表示出口集合，H＝(h₁,h₂,...,h_r)表示服务区集合；

所述交通信息控制方法的识别点待检测流量分析，高速公路入口、出口、和收费站特征点集合N⁰＝(F,S,H)均为0-1变量，

且若设置识别点时，值为1，否则为0；

分别表示通过第j个入口、出口和服务区的待检测流量；若f_j＝0说明该入口没有设置识别点，则待检测流量

同理s_j＝0，则

h_j＝0，

所述交通信息控制方法的各识别点的待检测流量计算包括：

(1)入口待检测流量计算，第一阶段关闭的低等级出入口的交通需求将转移至距离其空间距离最近的出入口，若入口j为识别点，即f_j＝1，则待检测流量

为进入该入口所有车辆流量之和，同时该部分车辆对应的车辆识别变量δ_i值变更为0，若入口j不是识别点，即f_j＝0，则

车辆识别变量δ_i值仍为1；

(2)服务区待检测流量计算，若服务区j为识别点，即s_j＝1，则待检测流量

为经过该服务区且车辆识别变量δ_i值为1的所有车辆数之和，同时该部分车辆识别变量δ_i值变更为0，若服务区j不是识别点，即s_j＝0，则待检测流量

车辆识别变量δ_i值仍为1；

(3)出口待检测流量计算，高速公路出口必须设置识别点，即h_j＝1，待检测流量

为经过该出口离开高速公路且车辆识别变量δ_i值为1的所有车辆数之和，同时该部分车辆识别变量δ_i值变为0；

所述采用遗传算法求解，确定高速公路识别点设置方案包括：0-1规划识别点选择模型最终输出f_j,s_j,h_j的值，第j个特征点是否设置识别点，若设置，则值为1，否则值为0；利用matlab软件和遗传算法，将种群初始化、个体评价、选择、交叉、变异，求解多变量0-1规划问题；

目标函数，以加权总成本最小构建目标函数：

式中：α₁,α₂,α₃分别为识别成本c₁ ^j、延误成本c₂ ^j和暴露成本c₃ ^j的加权系数，加权系数的取值由突发传染性公共卫生事件的传染性和当前事件发生严重程度和决定；ψ_j为特征点是否为识别点参数，ψ_j＝f_j+s_j+h_j,ψ_j∈{0,1}；

约束条件

1)安全约束，所有车辆在离开高速，进入城市前都经过识别点完成检测：

式中：Q为研究时段内进入高速公路路网的总车流量，辆/小时；

2)能力约束，各检测点每小时待检测流量不能超过该点可服务的最大检测流量：

式中：q_max ^f、q_max ^s和q_max ^h分别为单个入口、出口和服务区每小时可服务的最大流量，辆/小时。

2.如权利要求1所述的交通信息控制方法，其特征在于，所述交通信息控制方法的识别点控制是基于现状入口收费站、出口收费站和服务区高速公路特征点集合，选择部分特征点作为识别点以完成车辆和乘客检测工作。

3.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1所述交通信息控制方法的步骤。

4.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1所述交通信息控制方法的步骤。

5.一种实施权利要求1～2任意一项所述交通信息控制方法的交通信息控制系统，其特征在于，所述交通信息控制系统包括：

出入口关闭模块，用于关闭低等级出入口或关闭多条并行高速公路的低利用率出入口；

识别点选择模型规划模块，用于以路网运行广义成本最优为目标建立0-1规划识别点选择模型；

高速公路识别点设置模块，用于采用遗传算法求解，确定高速公路识别点设置方案。

6.一种终端，其特征在于，所述终端搭载权利要求5所述的交通信息控制系统。

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