2020年春节假期，新型冠状病毒疫情爆发，直接导致了城市交通流量的急剧下降，昔日繁华都市变成了万巷空城。
以杭州为例，与其用“畅通”二字来形容城市的交通状态，倒不如使用“空闲”更达意。
但随着复工潮来临，市区宏观交通状态将从最畅通状态逐级恢复至日常拥堵状态，而这个交通状态的过渡过程与往年同期相比在时间上将会持续得更长更久，因此，在疫情前、疫情中、疫情后启动针对不同阶段宏观交通状态的全域交通控制策略，是当下大城市交通管理者以及交通专业运营团队所面临的现实需求。
在此事件背景下，超能路战队结合城市交管部门在这期间出台的政策和指导方针，以及在多个城市进行交通专业化运营的案例，总结了类似疫情等特大事件下的大城市交通管控经验，制定了满足实际业务需求的宏观交通状态分级与交通控制策略响应的有效解决方案，并在实践中进行了验证。
疫情蔓延下的杭城交通运行状况
以杭州为例，全市主城区信控路口数量1900个，其中SCATS信控路口数量1234个，正常期间，最大在途量31~34万辆、最高拥堵指数8.0~8.5。疫情防控下的杭州路况想必大家都感同身受了。但是我们的交通攻城狮们要用他们的专业视角来给大家展示，疫情蔓延下的城市路况。
图1 疫情防控期日拥堵指数变化
拥堵指数一落千丈，半个多月都没有抬头迹象。对照我们制定的城市路网交通拥堵等级划分表（表1）会更加清晰。
表1 杭州市路网交通拥堵等级划分
1月24日开始，拥堵指数在[0,0.8]区间低位震荡，拥堵等级为空闲，交通工程师们经过对比后发现，疫期全天候这种状态比春节期间或平时凌晨3点的交通流量更低。正如本文开头所言，疫情期间万巷空城，此种交通状态几乎未曾出现过，那么对于交通专业化运营团队以及交管部门而言该如何进行优化？是否此种状态已无需问津信号控制？
交通信号配时并非是单纯用于治堵的手段，其本质上是平衡和调节交通流的动态交通组织方式。交通信号配时的精细化程度直接反应了一个城市的管理水平。超能路战队的工程师们经研究讨论，认为当一座城市从拥堵状态进入疫情防控后，需要与其交通状态相匹配的交通控制策略，基于这样的工作思路，通过系统地研究，发现大部分路口都与往年一样在执行春节的方案，所以不必要的延误还是存在的，尤其是有些路口机动车、非机动车和行人等红灯的时间较长。
鉴于此，团队开始分工并展开了深入研究，正像1665年牛顿回到家乡躲避瘟疫，那段时光成了牛顿创造发明的高峰期，我们的工程师们满怀着同样对科学实践的热情，重新剖析杭州这座城市的交通运行状态，然后将研究成果反哺杭州的交通治理工程。下文简单介绍下疫情期间采用的“三板斧”。
图2 超能路战队交通分析研究现场
第一板斧是对杭州交通状态进行分级。
首先选取2019年10月1日至2020年2月10日的杭州主城区交通状态数据，这些数据涵盖了杭州市主城区不同时空的交通环境，分工作日和节假日两类情况分析拥堵指数、路网在途量和主干道均速。它们之间的函数关系见下图所示：
图3 在途量和拥堵指数关系图
图4 主干道均速和拥堵指数关系图
图5 主干道均速和在途量关系图
依此，将杭州交通状态的等级划分如下表所示：
表2 杭州主城区宏观交通状态分级表
根据上述结论，进一步分析疫期在途量，发现全天任一时刻的在途量均低于10万辆，疫情严控时难以突破5万辆。而主干道均速超出历史最高值，比历史同期提升10%以上。因此通过分析多项指标后，判定疫情防控期的路网交通状态级别为空闲。
图6 春节假期+疫情防控期在途量变化曲线
疫情防控交通信号控制策略
第二板斧是确定针对全城所有路口的信号控制策略。
由于不同路口的交通环境不同，如何进行批量个性化控制是一个相对较复杂的问题。
要制定并下发全域交通信号控制策略，首先要对路口进行分级，然后再对每一级的路口设计配套的控制策略。根据路口相交道路等级、交通需求、交通信号相位数及相关信控参数等要素，完成对城市主城区信控路口等级划分。然后把不同交通状态下的路口饱和度、运行周期和需求周期进行区间映射，并将不同等级路口在不同等级交通状态下的小时最大饱和度、平均饱和度和最小饱和度提取出来，同理把周期值也提取出来，最后通过算法模型得出基于路网交通状态等级的全域交通信号控制策略，下表进行了直观的表示。
表3 全域交通信号控制策略一览表
根据研究设计的区域交通信号控制策略体系，针对疫情防控期空闲等级的交通状态，推荐选用A级策略：
表4 A级交通控制策略
A级控制策略给全域自适应控制提供了最佳场景，同时基于控制策略所推荐不同等级路口的最大信号周期阈值，进一步设计路口的自适应周期运行规则（见表6），然后通过系统下发不同流量和饱和度条件下的周期阈值，最后清除并停用原有的时段周期方案和人工锁定方案。其中X1~ X4、H1~ H4根据A级控制策略中推荐的各级路口最大信控周期阈值确定。
表5 SCATS自适应周期运行规则
由于A级控制策略是针对空闲级别的交通状态设计的，因此需对超出最大周期的异常情况进行监测并报警，平台根据预置好的超阈值报警规则进行预警和报警。
表6 超阈值报警规则
下图给出了2月1日至2月10日主城区所有路口的实际运行周期值分布，除少部分报警路口外，路口周期大体运行在周期预警值以下。
图7 疫情严控期信号周期曲线（一周）
精细化控制解决方案
第三板斧就是按照《道路交通信号灯设置与安装规范》（GB 14886）等国家标准的要求，进一步进行交通信号精细化控制：
1、关闭路段信号灯或设置黄闪
针对不符合路段人行横道信号灯设置流量条件的（排除交通事故设置条件）路段信号灯视情予以关闭，共关闭105处路段信号灯；有独立信号控制系统的启用黄闪。
2、精简相位
对设有单向放行截留相位的路口，关闭单放相位，并对绿信比进行调整。疫情防控期间共精简了303个路口的信号相位，AI辅助推荐方案完成了250余次精细化调控。
3、关闭右转红灯控制
重点关注了工程车通道等具有右转红灯控制的路口，并视情关闭右转红灯或降低右控相位绿信比，共关闭83处右转信号灯。
4、故障报修
借助团队自主研发的HERO-全域交通AI控制系统，实时捕获并及时推送98起信号故障，进一步保障了道路交通安全。
图8 全域交通AI控制系统界面
疫情期的解决方案取得效果
1、最大程度降低了行车延误、减少了停车次数、保障了行人安全。
2、主干道均速最高达39.81KM/H，超历史均速最高纪录，在去年优化基础上再次提升达17%。
图9 疫情防控期主干道均速运行图
疫情平稳后的交通状态（预测）与控制策略
最后，城市交通指标会出现哪些变化依然是交通管理者眼下关心并讨论的话题，同时在未来2~3周又需要采取怎么样的控制策略呢？根据团队研究初步预测，在途量会逐步回升，将先突破10万辆，2月下旬逐渐升到10-18万辆区间，对应的交通状态是“非常畅通”，随着企业有序复工，高峰期局部道路会出现短时集中出行现象，但由于整体处在非常畅通阶段，交通控制策略可仍旧维持B级；2月最后一周应关注在途量是否能突破18万辆，若能突破应做好进入常态控制模式的准备。根据上述预测研判，2月份在途量和控制策略的变化大体上会如下图所示演进。
图10 疫情期间在途量变化与配套控制策略
结语
针对此次疫情出现的突发情况，工程师们对全域交通AI控制系统的策略库进行更新，以后出现类似情况可通过平台做出更好、更快的处置，真正实现个性化AI控制算法参数和方案的定制工具。
后续超能路战队将继续发布交通信号专业化运营服务和城市级交通AI信号控制方面的内容，敬请期待。
图11 疫情期超能路战队远程作战中
超能路战队简介：超能路战队拥有多名博士、博士后研究者，有在交通科研一线钻研数十年的交通专家，数学背景较强的算法专家和交通领域内较早从事人工智能运用的科研人员以及智慧交通行业经验丰富的团队。超能路战队致力于通过智慧服务让城市交通更顺畅（Smart Service，Smooth Traffic），为城市交通信号运营提供技术+产品+运营的一体化服务。
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