本发明提供了一种应急交通运行分阶段优化方法。该方法包括：建立救援交通运行优化的约束条件和目标函数，建立交叉口冲突转向约束条件；调用Cplex、Gurobi等求解器求解以救援交通运行优化的约束条件、交叉口冲突转向的约束条件为限制条件的混合整数线性规划模型，获取使得救援车辆最快到达受灾区域的救援交通运行优化方案；建立救援车辆优先通行的疏散交通运行优化的约束条件和目标函数；调用Cplex、Gurobi等求解器求解以疏散交通运行优化的目标函数为优化目标的混合整数线性规划模型，获取救援车辆优先通行、疏散车辆尽快从受灾区域安全转移至安全区域的疏散交通运行优化方案。本发明可以为局部突发事件下不同疏散、救援交通需求提供应急交通运行优化方案。
1.一种应急交通运行分阶段优化方法，其特征在于，包括：
步骤S10、获取突发事件场景、疏散交通需求、救援交通需求、路网结构及属性数据，根据获取的数据建立救援交通运行优化的约束条件和目标函数，建立交叉口冲突转向约束条件；
步骤S20、调用求解器求解以所述救援交通运行优化的约束条件、交叉口冲突转向的约束条件为限制条件，以所述救援交通运行优化的目标函数为优化目标的混合整数线性规划模型，获取使得救援车辆最快到达受灾区域的救援交通运行优化方案；
步骤S30、基于所述救援交通运行优化方案建立救援车辆优先通行的疏散交通运行优化的约束条件和目标函数；
步骤S40、调用求解器求解以疏散交通运行优化的约束条件、所述交叉口冲突转向约束条件为限制条件，以所述疏散交通运行优化的目标函数为优化目标的混合整数线性规划模型，获取救援车辆优先通行、疏散车辆尽快从受灾区域安全转移至安全区域的疏散交通运行优化方案；
所述的获取突发事件场景、疏散交通需求、救援交通需求、路网结构及属性数据，包括：
确定应急区域路网上任意路段i的通行能力Qi、自由流速度vi、堵塞密度ρi 的宏观交通流参数，i∈L，L为应急区域内路段集合，给与路段i构成十字路口的其它路段编号为j、k、l，确定应急交通流在各路段之间的流入流出关系与状态，包括不同时间内各路段的累计流入应急车辆数U、累计流出应急车辆数V、交叉口转向应急车辆数f和承载的应急车辆数x；
确定疏散车辆从受灾区域进入路网的受灾区域疏散交通出口、离开路网进入外部安全区域的路网疏散交通出口，进而将承载疏散车辆离开受灾区域、进入外部安全区域的路段·集合分别用符号L2°、L2 表示；确定救援车辆从外部进入应急区域路网、到达受灾区域的救援交通入口，进而将承载救援车辆从外部区域进入应急区域、到达受灾区域的路段集合分·别用符号L1 、L1°表示；
在局部突发事件场景下确定灾害位置周围区域的危险等级ω，以基于该危险等级有序疏散各区域受灾人员、分配救援资源，包括：在什么时间应该从何受灾区域撤离多少受灾人员 在什么时间应该从何地调配多少救援资源 确定道路危险等级ωi，以基于该危险等级评价受灾人员转移过程中选择不同道路面临的灾害威胁；
确定受灾区域疏散交通需求Ed，以及处置突发事件的救援交通需求Rd；
所述的根据获取的数据建立救援交通运行优化的约束条件和目标函数，包括：
以救援车辆尽快到达受灾区域为优化目标，建立线性规划模型优化救援车辆在路网上运行的动态加载过程，建立约束式(1)至(20)所示的救援交通运行优化的约束条件和目标函数目标函数式(1)以时间为权重，最大化不同时间内到达受灾区域的救援车辆数为优化目标，保证局部突发事件下救援车辆尽快到达受灾区域；约束式(2)表示救援车辆在路网上动态转移时，各路段上承载的救援车辆数守恒，约束式(3)至(6)模拟救援车辆在路网上的动态运行过程，约束式(7)至(10)计算流入、流出各路段的救援车辆数，约束式(11)和约束式(12)表示从受灾区域外部调用的救援车辆全部进入受灾区域，约束式(13)限制救援车辆从应急区域边界的救援交通入口离开应急区域，约束式(14)表示救援车辆从外部进入应急区域的道路通行能力限制，约束式(15)表示道路自由流行程时间限制救援车辆通过道路，约束式(16)和约束式(17)表示救援工作开始前，应急区域路网上没有救援车辆运行，约束式(18)至(20)给定救援交通运行决策变量的定义域，即救援工作启动后，救援车辆从外部进入应急区域路网，最终到达受灾区域；
所述的基于所述救援交通运行优化方案建立救援车辆优先通行的疏散交通运行优化的约束条件和目标函数，包括：基于所述救援交通运行优化方案，建立约束式(21)至(42)所示的救援车辆优先通行的疏散交通运行优化的约束条件和目标函数：s.t.
目标函数式(21)分别以受灾区域危险等级、道路危险等级为权重，最小化滞留在受灾区域和道路的疏散车辆数，使得受灾人员尽快从受灾区域安全转移；
转移受灾人员的疏散车辆在路网上运行应该满足约束式(22)至(42)，约束式(22)表示疏散车辆在路网上动态转移时，各路段上承载的疏散车辆数守恒，约束式(23)至(26)模拟疏散车辆在路网上的动态运行过程，约束式(27)至(30)计算流入、流出各路段的疏散车辆数，约束式(31)和约束式(32)表示受灾人员从受灾区域全部转移至安全区域，在面向救援优先的疏散交通运行过程中，疏散车辆与救援车辆的交通路线发生冲突时，疏散车辆让行救援车辆，直到救援车辆通过；
当救援车辆占用路段j、i、m(j、i、m∈L )时，以路段k、l、i、j为例，约束式(33)禁止疏散车辆进入路段i；约束式(34)禁止疏散车辆在交叉口处进入与救援车辆转向(j,i)冲突的转向，约束式(35)限制疏散车辆通过应急区域边界救援交通入口从外部进入应急区域，约束式(36)表示疏散车辆进入外部安全区域的道路通行能力限制，约束式(37)表示道路自由流行程时间限制疏散车辆通过道路，不失一般性，约束式(38)和约束式(39)表示疏散工作开始前，应急区域路网上没有疏散车辆运行，约束式(40)至(42)给定疏散交通运行决策变量的定义域，即疏散工作启动后，疏散车辆转移受灾人员离开受灾区域，到达安全区域。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的建立交叉口冲突转向约束条件，包括：
从路段i到路段j的转向(i,j)与转向(k,l)是交织冲突的，即Γ＝{(i,j)，(k,l)}，局部突发事件下应急车辆在路网上交通运行时，采用交织冲突消除措施从空间上消除交叉口冲突转向，控制应急车辆在路网上交通运行的转向，建立约束式(43)至(45)所示的交叉口冲突转向约束条件：。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的调用求解器求解以所述救援交通运行优化的约束条件、交叉口冲突转向的约束条件为限制条件，以所述救援交通运行优化的目标函数为优化目标的混合整数线性规划模型，获取使得救援车辆最快到达受灾区域的救援交通运行优化方案，包括：调用求解器求解以约束式(2)至(20)所示的救援交通运行优化的约束条件、约束式(43)至(45)所示的交叉口冲突转向的约束条件为限制条件，以目标函数式(1)所示的救援交通运行优化的目标函数为优化目标的混合整数线性规划模型，获取局部突发事件下使得救援车辆最快到达受灾区域的救援交通运行优化方案f1和效果maxZ1。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的方法还包括：
设计目标函数式(46)替换目标函数式(1)，以目标函数式(1)获得的受灾区域救援车辆最优到达方案f1为约束，构建约束式(47)和约束式(48),s.t.
约束式(2)至(10),(12)至(20)(48)调用求解器求解以约束式(47)和约束式(48)为限制条件，以目标函数式(46)为优化目标的混合整数线性规划模型，获取与所述救援交通运行优化方案f1具有相同救援交通需求和救援效果的不同救援交通运行优化方案。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的调用求解器求解以疏散交通运行优化的约束条件、所述交叉口冲突转向约束条件为限制条件，以所述疏散交通运行优化的目标函数为优化目标的混合整数线性规划模型，获取救援车辆优先通行、疏散车辆尽快从受灾区域安全转移至安全区域的疏散交通运行优化方案，包括：调用求解器求解以约束式(21)至(42)所示的救援车辆优先通行的疏散交通运行优化的约束条件、约束式(43)至(45)所示的交叉口冲突转向的约束条件为限制条件，以目标函数式(21)所示的救援车辆优先通行的疏散交通运行优化的目标函数为优化目标的混合整数线性规划模型，获取救援车辆优先通行、疏散车辆尽快从受灾区域安全转移至安全区域的疏散交通运行优化方案，获取任一救援交通需求下，不同救援交通运行优化方案对应的疏散交通运行优化方案f2和效果minZ2；
改变疏散和救援交通需求，循环执行上述处理过程，获取不同疏散、救援交通需求对应的应急交通运行优化方案和效果，分析不同疏散、救援交通需求下，相同救援交通需求和救援效果对应的不同最优救援交通运行方案如何影响疏散交通运行效果，根据分析结果获取最优的救援车辆优先通行、疏散车辆尽快从受灾区域安全转移至安全区域的疏散交通运行优化方案。
一种应急交通运行分阶段优化方法
技术领域
[0001] 本发明涉及综合交通应急保障技术领域，尤其涉及一种应急交通运行分阶段优化方法。
背景技术
[0002] 在应对危化品爆炸泄漏、火灾等局部突发事件时，转移受灾人员的疏散车辆和运输应急资源的救援车辆在路网上运行的最优交通路线是不唯一的且存在冲突。优先通行的救援车辆会阻碍疏散车辆通行。如何保障局部突发事件下应急交通有序畅通高效运行，使得受灾人员尽快从受灾区域安全转移至安全区域、救援车辆尽快到达受灾区域一直是学者、政府部门在应急管理实践中关注的热点、难点问题之一。
[0003] 现有技术中有方案采用静态行程时间确定局部突发事件下应急交通路线，然后通过双层规划模型优化疏散交通路线时，预留优先通行车辆的应急交通路线。显然，这种应急交通运行分阶段优化方法不能考虑优先通行车辆的交通路线随着交通态势动态变化，适合于较低的应急交通需求。
[0004] 还有方案以最小化局部突发事件下路网上运行的疏散车辆数为目标，建立混合整数线性规划模型，优化应急疏散和救援车辆在路网上的交通路线时，难以保障救援车辆在路网上选择最优交通路线。
[0005] 还有方案以最小化局部突发事件下疏散成本、救援成本、逆行成本、交通流冲突成本的加权值为目标，建立最小费用流模型优化应急疏散和救援车辆在路网上的交通路线。显然，加权疏散成本和救援成本无法保障疏散车辆和救援车辆的交通路线冲突时，救援车辆在路网上优先通行。
[0006] 上述现有技术中的应急交通运行分阶段优化方法忽视了疏散和救援车辆在路网上动态运行时，最优救援交通运行方案的不唯一性。在实际应用中，应急管理部门需要从多个最优救援交通运行方案中选择对疏散交通运行影响最小的方案，以期兼顾救援交通和疏散交通运行效果。
发明内容
[0007] 本发明的实施例提供了一种应急交通运行分阶段优化方法，以解决局部突发事件下应急疏散和救援车辆在大规模路网上有序畅通高效运行协调优化问题。
[0008] 为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
[0009] 一种应急交通运行分阶段优化方法，包括：
[0010] 步骤S10、获取突发事件场景、疏散交通需求、救援交通需求、路网结构及属性数据，根据获取的数据建立救援交通运行优化的约束条件和目标函数，建立交叉口冲突转向约束条件；
[0011] 步骤S20、调用求解器求解以所述救援交通运行优化的约束条件、交叉口冲突转向的约束条件为限制条件，以所述救援交通运行优化的目标函数为优化目标的混合整数线性规划模型，获取使得救援车辆最快到达受灾区域的救援交通运行优化方案；
[0012] 步骤S30、基于所述救援交通运行优化方案建立救援车辆优先通行的疏散交通运行优化的约束条件和目标函数；
[0013] 步骤S40、调用求解器求解以疏散交通运行优化的约束条件、所述交叉口冲突转向约束条件为限制条件，以所述疏散交通运行优化的目标函数为优化目标的混合整数线性规划模型，获取救援车辆优先通行、疏散车辆尽快从受灾区域安全转移至安全区域的疏散交通运行优化方案。
[0014] 优选地，所述的获取突发事件场景、疏散交通需求、救援交通需求、路网结构及属性数据，包括：
[0015] 确定应急区域路网上任意路段i的通行能力Qi、自由流速度vi、堵塞密度ρijam的宏观交通流参数，i∈L，L为应急区域内路段集合，给与路段i构成十字路口的其它路段编号为j、k、l，确定应急交通流在各路段之间的流入流出关系与状态，包括不同时间内各路段的累计流入应急车辆数U、累计流出应急车辆数V、交叉口转向应急车辆数f和承载的应急车辆数x；
[0016] 确定疏散车辆从受灾区域进入路网的受灾区域疏散交通出口、离开路网进入外部安全区域的路网疏散交通出口，进而将承载疏散车辆离开受灾区域、进入外部安全区域的ο ·路段集合分别用符号L2、L2 表示；确定救援车辆从外部进入应急区域路网、到达受灾区域的救援交通入口，进而将承载救援车辆从外部区域进入应急区域、到达受灾区域的路段集· ο
合分别用符号L1 、L1表示；
[0017] 在局部突发事件场景下确定灾害位置周围区域的危险等级ω，以基于该危险等级有序疏散各区域受灾人员、分配救援资源，包括：在什么时间应该从何受灾区域撤离多少受灾人员 在什么时间应该从何地调配多少救援资源 等；确定道路危险等级ωi，以基于该危险等级评价受灾人员转移过程中选择不同道路面临的灾害威胁。
[0018] 确定受灾区域疏散交通需求Ed，以及处置突发事件的救援交通需求Rd。
[0019] 优选地，所述的根据获取的数据建立救援交通运行优化的约束条件和目标函数，包括：
[0020] 以救援车辆尽快到达受灾区域为优化目标，建立线性规划模型优化救援车辆在路网上运行的动态加载过程，建立约束式(1)至(20)所示的救援交通运行优化的约束条件和目标函数
[0021]
[0022] s.t.
[0023]
[0024]
[0025]
[0026]
[0027]
[0028]
[0029]
[0030]
[0031]
[0032]
[0033]
[0034]
[0035]
[0036]
[0037]
[0038]
[0039]
[0040]
[0041]
[0042] 目标函数式(1)以时间为权重，最大化不同时间内到达受灾区域的救援车辆数为优化目标，保证局部突发事件下救援车辆尽快到达受灾区域；约束式(2)表示救援车辆在路网上动态转移时，各路段上承载的救援车辆数守恒，约束式(3)至(6)模拟救援车辆在路网上的动态运行过程，约束式(7)至(10)计算流入、流出各路段的救援车辆数，约束式(11)和约束式(12)表示从受灾区域外部调用的救援车辆全部进入受灾区域，约束式(13)限制救援车辆从应急区域边界的救援交通入口离开应急区域，约束式(14)表示救援车辆从外部进入应急区域的道路通行能力限制，约束式(15)表示道路自由流行程时间限制救援车辆通过道路，约束式(16)和约束式(17)表示救援工作开始前，应急区域路网上没有救援车辆运行，约束式(18)至(20)给定救援交通运行决策变量的定义域，即救援工作启动后，救援车辆从外部进入应急区域路网，最终到达受灾区域；
[0043] 表1数学符号及其含义
[0044]
[0045] 。
[0046] 优选地，所述的建立交叉口冲突转向约束条件，包括：
[0047] 从路段i到路段j的转向(i,j)与转向(k,l)是交织冲突的，即Γ＝{(i,j)，(k,l)}，局部突发事件下应急车辆在路网上交通运行时，采用交织冲突消除措施从空间上消除交叉口冲突转向，控制应急车辆在路网上交通运行的转向，建立约束式(43)至(45)所示的交叉口冲突转向约束条件：
[0048]
[0049]
[0050] 。
[0051] 优选地，所述的调用求解器求解以所述救援交通运行优化的约束条件、交叉口冲突转向的约束条件为限制条件，以所述救援交通运行优化的目标函数为优化目标的混合整数线性规划模型，获取使得救援车辆最快到达受灾区域的救援交通运行优化方案，包括：
[0052] 调用求解器求解以约束式(2)至(20)所示的救援交通运行优化的约束条件、约束式(43)至(45)所示的交叉口冲突转向的约束条件为限制条件，以目标函数式(1)所示的救援交通运行优化的目标函数为优化目标的混合整数线性规划模型，获取局部突发事件下使得救援车辆最快到达受灾区域的救援交通运行优化方案f1和效果maxZ1。
[0053] 优选地，所述的方法还包括：
[0054] 设计目标函数式(46)替换目标函数式(1)，以目标函数式(1)获得的受灾区域救援车辆最优到达方案f1为约束，构建约束式(47)和约束式(48),
[0055]
[0056] s.t.
[0057]
[0058] 约束式(2)至(10),(12)至(20),(48)
[0059] 调用求解器求解以约束式(47)和约束式(48)为限制条件，以目标函数式(46)为优化目标的混合整数线性规划模型，获取与所述救援交通运行优化方案f1具有相同救援交通需求和救援效果的不同救援交通运行优化方案。
[0060] 优选地，所述的基于所述救援交通运行优化方案建立救援车辆优先通行的疏散交通运行优化的约束条件和目标函数，包括：
[0061] 基于所述救援交通运行优化方案，建立约束式(21)至(42)所示的救援车辆优先通行的疏散交通运行优化的约束条件和目标函数：
[0062]
[0063] s.t.
[0064]
[0065]
[0066]
[0067]
[0068]
[0069]
[0070]
[0071]
[0072]
[0073]
[0074]
[0075]
[0076]
[0077]
[0078]
[0079]
[0080]
[0081]
[0082]
[0083]
[0084]
[0085] 目标函数式(21)分别以受灾区域危险等级、道路危险等级为权重，最小化滞留在受灾区域和道路的疏散车辆数，使得受灾人员尽快从受灾区域安全转移；
[0086] 转移受灾人员的疏散车辆在路网上运行应该满足约束式(22)至(42)。约束式(22)表示疏散车辆在路网上动态转移时，各路段上承载的疏散车辆数守恒，约束式(23)至(26)模拟疏散车辆在路网上的动态运行过程，约束式(27)至(30)计算流入、流出各路段的疏散车辆数，约束式(31)和约束式(32)表示受灾人员从受灾区域全部转移至安全区域，在面向救援优先的疏散交通运行过程中，疏散车辆与救援车辆的交通路线发生冲突时，疏散车辆让行救援车辆，直到救援车辆通过；
[0087] 当救援车辆占用路段j、i、m(j、i、m∈L·)时，以路段k、l、i、j为例，约束式(33)禁止疏散车辆进入路段i；约束式(34)禁止疏散车辆在交叉口处进入与救援车辆转向(j,i)冲突的转向，约束式(35)限制疏散车辆通过应急区域边界救援交通入口从外部进入应急区域，约束式(36)表示疏散车辆进入外部安全区域的道路通行能力限制，约束式(37)表示道路自由流行程时间限制疏散车辆通过道路，不失一般性，约束式(38)和约束式(39)表示疏散工作开始前，应急区域路网上没有疏散车辆运行，约束式(40)至(42)给定疏散交通运行决策变量的定义域，即疏散工作启动后，疏散车辆转移受灾人员离开受灾区域，到达安全区域。
[0088] 优选地，所述的调用求解器求解以疏散交通运行优化的约束条件、所述交叉口冲突转向约束条件为限制条件，以所述疏散交通运行优化的目标函数为优化目标的混合整数线性规划模型，获取救援车辆优先通行、疏散车辆尽快从受灾区域安全转移至安全区域的疏散交通运行优化方案，包括：
[0089] 调用求解器求解以约束式(21)至(42)所示的救援车辆优先通行的疏散交通运行优化的约束条件、约束式(43)至(45)所示的交叉口冲突转向的约束条件为限制条件，以目标函数式(21)所示的救援车辆优先通行的疏散交通运行优化的目标函数为优化目标的混合整数线性规划模型，获取救援车辆优先通行、疏散车辆尽快从受灾区域安全转移至安全区域的疏散交通运行优化方案，获取任一救援交通需求下，不同救援交通运行优化方案对应的疏散交通运行优化方案f2和效果minZ2；
[0090] 改变疏散和救援交通需求，循环执行上述处理过程，获取不同疏散、救援交通需求对应的应急交通运行优化方案和效果，分析不同疏散、救援交通需求下，相同救援交通需求和救援效果对应的不同最优救援交通运行方案如何影响疏散交通运行效果，根据分析结果获取最优的救援车辆优先通行、疏散车辆尽快从受灾区域安全转移至安全区域的疏散交通运行优化方案。
[0091] 由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例的方法通过寻求救援车辆优先通行时最优的应急疏散和救援交通运行方案，为局部突发事件下不同疏散、救援交通需求提供应急交通运行优化方案。
[0092] 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0093] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
[0094] 图1为本发明实施例提供的一种应急交通运行分阶段优化方法的构成模块示意图；
[0095] 图2为本发明实施例提供的一种疏散车辆让行救援车辆示意图；
[0096] 图3为本发明实施例提供的一种交叉口交织冲突转向示意图；
[0097] 图4为本发明实施例提供的一种应急交通运行分阶段优化方法的处理流程示意图；
[0098] 图5为本发明实施例提供的一种局部突发事件场景示例示意图。
具体实施方式
[0099] 下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0100] 本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
[0101] 本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0102] 为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
[0103] 实施例一
[0104] 本发明提出的应急交通运行分阶段优化方法采用的数学符号及其含义见表1。
[0105] 表1数学符号及其含义
[0106]
[0107] 针对现有的应急交通运行分阶段优化方法在局部突发事件下综合交通应急保障技术领域应用中的不足，若能够在救援车辆优先通行取得最优交通运行效果时，使得让行的疏散车辆也能取得最优交通运行效果，则可提高整体的应急管理效果。基于此，本发明提出了一种改进的应急交通运行分阶段优化方法，该方法在实际应用中分析局部突发事件下应急疏散和救援车辆在路网上运行时，最优救援交通运行方案的不唯一性对疏散交通运行的影响，寻求救援车辆优先通行时最优的应急疏散和救援交通运行方案，为局部突发事件下不同疏散、救援交通需求提供应急交通运行优化方案。
[0108] 如图1所示，本发明提供的应急交通运行分阶段优化方法采用如下三个模块优化疏散车辆和救援车辆在路网上的交通运行过程，包括：应急交通动态加载模块、应急交通控制模块和目标函数等价转换模块。
[0109] (1)应急交通运行动态加载模块
[0110] 应急疏散和救援车辆在路网上交通运行的动态加载过程采用分阶段优化方法：第一阶段以救援车辆尽快到达受灾区域为优化目标，建立线性规划模型优化救援车辆在路网上运行的动态加载过程，获取最优救援交通运行方案；第二阶段以疏散车辆尽快将受灾人员从受灾区域安全转移至安全区域为优化目标，建立线性规划模型，预留救援交通路线直到救援车辆通过，优化疏散车辆在路网上的动态加载过程。
[0111] 第一阶段：建立约束式(1)至(20)所示的救援交通运行优化约束条件和目标函数[0112]
[0113] s.t.
[0114]
[0115]
[0116]
[0117]
[0118]
[0119]
[0120]
[0121]
[0122]
[0123]
[0124]
[0125]
[0126]
[0127]
[0128]
[0129]
[0130]
[0131]
[0132]
[0133] 目标函数式(1)以时间为权重，最大化不同时间内到达受灾区域的救援车辆数为优化目标，保证局部突发事件下救援车辆尽快到达受灾区域。约束式(2)表示救援车辆在路网上动态转移时，各路段上承载的救援车辆数守恒。约束式(3)至(6)模拟救援车辆在路网上的动态运行过程。约束式(7)至(10)计算流入、流出各路段的救援车辆数。约束式(11)和约束式(12)表示从受灾区域外部调用的救援车辆全部进入受灾区域。约束式(13)限制救援车辆从应急区域边界的救援交通入口离开应急区域。约束式(14)表示救援车辆从外部进入应急区域的道路通行能力限制。约束式(15)表示道路自由流行程时间限制救援车辆通过道路。不失一般性，约束式(16)和约束式(17)表示救援工作开始前，应急区域路网上没有救援车辆运行。约束式(18)至(20)给定救援交通运行决策变量的定义域，即救援工作启动后，救援车辆从外部进入应急区域路网，最终到达受灾区域。
[0134] 第二阶段：建立约束式(21)至(42)所示的救援车辆优先通行的疏散交通运行优化的约束条件和目标函数
[0135]
[0136] s.t.
[0137]
[0138]
[0139]
[0140]
[0141]
[0142]
[0143]
[0144]
[0145]
[0146]
[0147]
[0148]
[0149]
[0150]
[0151]
[0152]
[0153]
[0154]
[0155]
[0156]
[0157]
[0158] 目标函数式(21)分别以受灾区域危险等级、道路危险等级为权重，最小化滞留在受灾区域和道路的疏散车辆数，使得受灾人员尽快从受灾区域安全转移。转移受灾人员的疏散车辆在路网上运行应该满足约束式(22)至(42)。约束式(22)表示疏散车辆在路网上动态转移时，各路段上承载的疏散车辆数守恒。约束式(23)至(26)模拟疏散车辆在路网上的动态运行过程。约束式(27)至(30)计算流入、流出各路段的疏散车辆数。约束式(31)和约束式(32)表示受灾人员从受灾区域全部转移至安全区域。在面向救援优先的疏散交通运行过程中，疏散车辆与救援车辆的交通路线发生冲突时，疏散车辆让行救援车辆，直到救援车辆通过。
[0159] 图2为本发明实施例提供的一种疏散车辆让行救援车辆示意图，如图2所示，当救·援车辆占用路段j、i、m(j、i、m∈L )时，以路段k、l、i、j为例，约束式(33)禁止疏散车辆进入路段i；约束式(34)禁止疏散车辆在交叉口处进入与救援车辆转向(j,i)(即从路段j到i)冲突的转向(例如转向(k,l)∈Λ(j,i))。约束式(35)限制疏散车辆通过应急区域边界救援交通入口从外部进入应急区域。约束式(36)表示疏散车辆进入外部安全区域的道路通行能力限制。约束式(37)表示道路自由流行程时间限制疏散车辆通过道路。不失一般性，约束式(38)和约束式(39)表示疏散工作开始前，应急区域路网上没有疏散车辆运行。约束式(40)至(42)给定疏散交通运行决策变量的定义域，即疏散工作启动后，疏散车辆转移受灾人员离开受灾区域，到达安全区域。
[0160] (2)应急交通控制模块
[0161] 图3为本发明实施例提供的一种交叉口交织冲突转向示意图，如图3所示，从路段i到路段j的转向(i,j)与转向(k,l)是交织冲突的，即Γ＝{(i,j)，(k,l)}，局部突发事件下应急车辆在路网上交通运行时，本发明采用交织冲突消除措施(约束式(43)和约束式(45))从空间上消除交叉口冲突转向，控制应急车辆在路网上交通运行的转向(约束式(44))。
[0162] 建立约束式(43)、(44)和(45)所示的交叉口冲突转向约束条件
[0163]
[0164]
[0165]
[0166] (3)目标函数等价转换
[0167] 救援车辆在路网上运行时最优路线是不唯一的，不同的最优救援交通运行方案可取得相同的救援效果。本发明设计目标函数式(46)替换目标函数式(1)，以目标函数式(1)获得的受灾区域救援车辆最优到达方案 为约束，构建约束式(47)和约束式(48),获取与目标函数式(1)具有相同救援效果的不同救援交通运行优化方案。目标函数式(46)是以道路危险等级为权重，优化累计流入各道路的救援车辆数。
[0168] 建立
[0169]
[0170] s.t.
[0171]
[0172] 约束式(2)至(10),(12)至(20),(48)
[0173] 实施例二
[0174] 本发明提出的一种应急交通运行分阶段优化方法的具体处理流程如图4所示，包括如下的处理步骤：
[0175] 步骤S10、确定突发事件场景、疏散交通需求、救援交通需求、路网结构及属性等基础数据。
[0176] 图5为本发明实施例提供的一种局部突发事件场景示例示意图。确定应急区域(例如图5节点1、7、49、54围成的区域)路网上任意路段i(i∈L)的通行能力Qi、自由流速度vi、堵jam塞密度ρi 等宏观交通流参数，作为应急车辆在路网上动态运行过程的限制条件；给不同的路段编号为i、j、k、l等(见图2)，确定应急交通流在各路段之间的流入流出关系与状态，即不同时间内各路段的累计流入应急车辆数U、累计流出应急车辆数V、交叉口转向应急车辆数f、承载的应急车辆数x。
[0177] 确定疏散车辆从受灾区域进入路网的受灾区域疏散交通出口(例如图5节点34)、离开路网进入外部安全区域的路网疏散交通出口(例如图5节点1、7、49、54)，进而将承载疏散车辆离开受灾区域、进入外部安全区域的路段集合分别用符号L2°、L2·表示；确定救援车辆从外部进入应急区域路网、到达受灾区域的救援交通入口(例如图5节点1、7、35、49、54)，进而将承载救援车辆从外部区域进入应急区域、到达受灾区域的路段集合分别用符号L1·、L1°表示。
[0178] 局部突发事件场景下(例如图5节点34、35、39、40围成的局部区域)，确定灾害位置周围区域(例如图5区域I、II、III、IV)的危险等级ω，以基于该危险等级有序疏散各区域受灾人员、分配救援资源，例如在什么时间应该从何受灾区域撤离多少受灾人员 在什么时间应该从何地调配多少救援资源 等；确定道路危险等级ωi，以基于该危险等级评价受灾人员转移过程中选择不同道路面临的灾害威胁。
[0179] 确定受灾区域疏散交通需求Ed，以及处置突发事件的救援交通需求Rd。
[0180] 步骤S20、调用Cplex、Gurobi等求解器求解以约束式(2)至(20)、约束式(43)至(45)为限制条件，以目标函数式(1)为优化目标的混合整数线性规划模型，获取使得救援车辆最快到达受灾区域的救援交通运行优化方案。
[0181] 根据已确定的应急区域，采用本发明提出的分阶段优化方法建立优化应急交通运行的数学规划模型，以第一步确定的突发事件场景、救援交通需求、路网结构及属性等基础数据为输入，调用Cplex、Gurobi等求解器求解以约束式(2)至(20)、约束式(43)至(45)为限制条件，以目标函数式(1)为优化目标的混合整数线性规划模型，获取局部突发事件下最优救援交通运行方案f1和效果maxZ1。
[0182] 步骤S30、以步骤S20获得的救援车辆进入受灾区域的最优到达方案为输入，调用Cplex、Gurobi等求解器求解以约束式(47)和约束式(48)为限制条件，以目标函数式(46)为优化目标的混合整数线性规划模型，获取与步骤S20具有相同救援交通需求和救援效果的不同救援交通运行优化方案。
[0183] 以步骤S20获得的受灾区域救援车辆最优到达方案 为约束，构建约束式(47)和约束式(48)，调用Cplex、Gurobi等求解器求解以约束式(47)和约束式(48)为限制条件，以目标函数式(46)为优化目标的混合整数线性规划模型，获取局部突发事件下与步骤S20具有相同救援效果的不同救援交通运行最优化方案。
[0184] 步骤S40、分别以步骤S20和步骤S30获得的救援交通运行优化方案为疏散交通运行优化的约束条件，构建约束式(33)和约束式(34)
[0185] 步骤S50、调用Cplex、Gurobi等求解器求解以约束式(22)至(42)、约束式(43)至(45)为限制条件，以目标函数式(21)为优化目标的混合整数线性规划模型，获取救援车辆优先通行、疏散车辆尽快从受灾区域安全转移至安全区域的疏散交通运行优化方案[0186] 在输入数据的基础上，输入疏散交通需求，调用Cplex、Gurobi等求解器求解以约束式(22)至(42)、约束式(43)至(45)为限制条件，以目标函数式(21)为优化目标的疏散交通运行最优化模型，获取任一救援交通需求下，不同救援交通运行优化方案对应的疏散交通运行优化方案f2和效果min Z2。
[0187] 步骤S60、循环执行步骤S20至步骤S50，获取不同疏散、救援交通需求下，应急疏散和救援交通运行优化方案及其效果。
[0188] 改变疏散和救援交通需求，循环执行步骤S20至步骤S50，获取不同疏散、救援交通需求对应的应急交通运行优化方案和效果。分析不同疏散、救援交通需求下，相同救援交通需求和救援效果对应的不同最优救援交通运行方案如何影响疏散交通运行效果，这种影响在不同疏散、救援交通需求之间有何差异；获得的最优疏散交通运行方案是否是实际可获取的最优方案。
[0189] 综上所述，本发明的应急交通运行分阶段优化方法在实际应用中具有优点：
[0190] (1)优化救援车辆在路网上运行时，可获取不唯一的最优救援交通运行方案，弥补现有方法在实际应用中无法获取不同最优解的不足，寻求救援车辆优先通行时最优的应急疏散和救援交通运行方案，为局部突发事件下不同疏散、救援交通需求提供应急交通运行优化方案。
[0191] (2)可分析不同疏散、救援交通需求下，相同救援交通需求和救援效果对应的不同最优救援交通运行方案对疏散交通运行效果影响，以及这种影响在不同疏散、救援交通需求之间的差异；
[0192] (3)可验证求解分阶段优化模型获得的最优疏散交通运行方案是否为最优方案。
[0193] 本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
[0194] 通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0195] 本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0196] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
