2020年春節假期，新型冠狀病毒疫情爆發，直接導致了城市交通流量的急劇下降，昔日繁華都市變成了萬巷空城。
以杭州為例，與其用“暢通”二字來形容城市的交通狀態，倒不如使用“空閒”更達意。
但隨著復工潮來臨，市區宏觀交通狀態將從最暢通狀態逐級恢復至日常擁堵狀態，而這個交通狀態的過渡過程與往年同期相比在時間上將會持續得更長更久，因此，在疫情前、疫情中、疫情後啟動針對不同階段宏觀交通狀態的全域交通控制策略，是當下大城市交通管理者以及交通專業運營團隊所面臨的現實需求。
在此事件背景下，超能路戰隊結合城市交管部門在這期間出臺的政策和指導方針，以及在多個城市進行交通專業化運營的案例，總結了類似疫情等特大事件下的大城市交通管控經驗，制定了滿足實際業務需求的宏觀交通狀態分級與交通控制策略響應的有效解決方案，並在實踐中進行了驗證。
疫情蔓延下的杭城交通運行狀況
以杭州為例，全市主城區信控路口數量1900個，其中SCATS信控路口數量1234個，正常期間，最大在途量31~34萬輛、最高擁堵指數8.0~8.5。疫情防控下的杭州路況想必大家都感同身受了。但是我們的交通攻城獅們要用他們的專業視角來給大家展示，疫情蔓延下的城市路況。
圖1 疫情防控期日擁堵指數變化
擁堵指數一落千丈，半個多月都沒有抬頭跡象。對照我們制定的城市路網交通擁堵等級劃分表（表1）會更加清晰。
表1 杭州市路網交通擁堵等級劃分
1月24日開始，擁堵指數在[0,0.8]區間低位震盪，擁堵等級為空閒，交通工程師們經過對比後發現，疫期全天候這種狀態比春節期間或平時凌晨3點的交通流量更低。正如本文開頭所言，疫情期間萬巷空城，此種交通狀態幾乎未曾出現過，那麼對於交通專業化運營團隊以及交管部門而言該如何進行優化？是否此種狀態已無需問津信號控制？
交通信號配時並非是單純用於治堵的手段，其本質上是平衡和調節交通流的動態交通組織方式。交通信號配時的精細化程度直接反應了一個城市的管理水平。超能路戰隊的工程師們經研究討論，認為當一座城市從擁堵狀態進入疫情防控後，需要與其交通狀態相匹配的交通控制策略，基於這樣的工作思路，通過系統地研究，發現大部分路口都與往年一樣在執行春節的方案，所以不必要的延誤還是存在的，尤其是有些路口機動車、非機動車和行人等紅燈的時間較長。
鑑於此，團隊開始分工並展開了深入研究，正像1665年牛頓回到家鄉躲避瘟疫，那段時光成了牛頓創造發明的高峰期，我們的工程師們滿懷著同樣對科學實踐的熱情，重新剖析杭州這座城市的交通運行狀態，然後將研究成果反哺杭州的交通治理工程。下文簡單介紹下疫情期間採用的“三板斧”。
圖2 超能路戰隊交通分析研究現場
第一板斧是對杭州交通狀態進行分級。
首先選取2019年10月1日至2020年2月10日的杭州主城區交通狀態數據，這些數據涵蓋了杭州市主城區不同時空的交通環境，分工作日和節假日兩類情況分析擁堵指數、路網在途量和主幹道均速。它們之間的函數關係見下圖所示：
圖3 在途量和擁堵指數關係圖
圖4 主幹道均速和擁堵指數關係圖
圖5 主幹道均速和在途量關係圖
依此，將杭州交通狀態的等級劃分如下表所示：
表2 杭州主城區宏觀交通狀態分級表
根據上述結論，進一步分析疫期在途量，發現全天任一時刻的在途量均低於10萬輛，疫情嚴控時難以突破5萬輛。而主幹道均速超出歷史最高值，比歷史同期提升10%以上。因此通過分析多項指標後，判定疫情防控期的路網交通狀態級別為空閒。
圖6 春節假期+疫情防控期在途量變化曲線
疫情防控交通信號控制策略
第二板斧是確定針對全城所有路口的信號控制策略。
由於不同路口的交通環境不同，如何進行批量個性化控制是一個相對較複雜的問題。
要制定並下發全域交通信號控制策略，首先要對路口進行分級，然後再對每一級的路口設計配套的控制策略。根據路口相交道路等級、交通需求、交通信號相位數及相關信控參數等要素，完成對城市主城區信控路口等級劃分。然後把不同交通狀態下的路口飽和度、運行週期和需求週期進行區間映射，並將不同等級路口在不同等級交通狀態下的小時最大飽和度、平均飽和度和最小飽和度提取出來，同理把週期值也提取出來，最後通過算法模型得出基於路網交通狀態等級的全域交通信號控制策略，下表進行了直觀的表示。
表3 全域交通信號控制策略一覽表
根據研究設計的區域交通信號控制策略體系，針對疫情防控期空閒等級的交通狀態，推薦選用A級策略：
表4 A級交通控制策略
A級控制策略給全域自適應控制提供了最佳場景，同時基於控制策略所推薦不同等級路口的最大信號週期閾值，進一步設計路口的自適應週期運行規則（見表6），然後通過系統下發不同流量和飽和度條件下的週期閾值，最後清除並停用原有的時段週期方案和人工鎖定方案。其中X1~ X4、H1~ H4根據A級控制策略中推薦的各級路口最大信控週期閾值確定。
表5 SCATS自適應週期運行規則
由於A級控制策略是針對空閒級別的交通狀態設計的，因此需對超出最大週期的異常情況進行監測並報警，平臺根據預置好的超閾值報警規則進行預警和報警。
表6 超閾值報警規則
下圖給出了2月1日至2月10日主城區所有路口的實際運行週期值分佈，除少部分報警路口外，路口週期大體運行在週期預警值以下。
圖7 疫情嚴控期信號週期曲線（一週）
精細化控制解決方案
第三板斧就是按照《道路交通信號燈設置與安裝規範》（GB 14886）等國家標準的要求，進一步進行交通信號精細化控制：
1、關閉路段信號燈或設置黃閃
針對不符合路段人行橫道信號燈設置流量條件的（排除交通事故設置條件）路段信號燈視情予以關閉，共關閉105處路段信號燈；有獨立信號控制系統的啟用黃閃。
2、精簡相位
對設有單向放行截留相位的路口，關閉單放相位，並對綠信比進行調整。疫情防控期間共精簡了303個路口的信號相位，AI輔助推薦方案完成了250餘次精細化調控。
3、關閉右轉紅燈控制
重點關注了工程車通道等具有右轉紅燈控制的路口，並視情關閉右轉紅燈或降低右控相位綠信比，共關閉83處右轉信號燈。
4、故障報修
藉助團隊自主研發的HERO-全域交通AI控制系統，實時捕獲並及時推送98起信號故障，進一步保障了道路交通安全。
圖8 全域交通AI控制系統界面
疫情期的解決方案取得效果
1、最大程度降低了行車延誤、減少了停車次數、保障了行人安全。
2、主幹道均速最高達39.81KM/H，超歷史均速最高紀錄，在去年優化基礎上再次提升達17%。
圖9 疫情防控期主幹道均速運行圖
疫情平穩後的交通狀態（預測）與控制策略
最後，城市交通指標會出現哪些變化依然是交通管理者眼下關心並討論的話題，同時在未來2~3周又需要採取怎麼樣的控制策略呢？根據團隊研究初步預測，在途量會逐步回升，將先突破10萬輛，2月下旬逐漸升到10-18萬輛區間，對應的交通狀態是“非常暢通”，隨著企業有序復工，高峰期局部道路會出現短時集中出行現象，但由於整體處在非常暢通階段，交通控制策略可仍舊維持B級；2月最後一週應關注在途量是否能突破18萬輛，若能突破應做好進入常態控制模式的準備。根據上述預測研判，2月份在途量和控制策略的變化大體上會如下圖所示演進。
圖10 疫情期間在途量變化與配套控制策略
結語
針對此次疫情出現的突發情況，工程師們對全域交通AI控制系統的策略庫進行更新，以後出現類似情況可通過平臺做出更好、更快的處置，真正實現個性化AI控制算法參數和方案的定製工具。
後續超能路戰隊將繼續發佈交通信號專業化運營服務和城市級交通AI信號控制方面的內容，敬請期待。
圖11 疫情期超能路戰隊遠程作戰中
超能路戰隊簡介：超能路戰隊擁有多名博士、博士後研究者，有在交通科研一線鑽研數十年的交通專家，數學背景較強的算法專家和交通領域內較早從事人工智能運用的科研人員以及智慧交通行業經驗豐富的團隊。超能路戰隊致力於通過智慧服務讓城市交通更順暢（Smart Service，Smooth Traffic），為城市交通信號運營提供技術+產品+運營的一體化服務。
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