張 釗 ，王京華，甘珍夕，付道成，湯勁松，王曉亮，范冬婉

(1.北京航空航天大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院，北京 100191；2.北京科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，北京 100083；3.中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)浙江有限公司大數(shù)據(jù)中心，浙江 杭州 310012)

0 引言

新型冠狀病毒肺炎（簡(jiǎn)稱“新冠肺炎”）疫情防控是我國(guó)當(dāng)前各項(xiàng)工作的重點(diǎn)之一。截至北京時(shí)間2020年5月22日零時(shí)，在世界范圍內(nèi)，新冠肺炎感染人數(shù)超過(guò)512萬(wàn),累計(jì)死亡人數(shù)超過(guò)30萬(wàn)[1]，其中我國(guó)累計(jì)確診感染人數(shù)為82 971，死亡人數(shù)為4 634[2]。與颶風(fēng)、地震、海嘯等突發(fā)事件不同，2019年12月暴發(fā)的新冠肺炎疫情并未影響交通運(yùn)輸系統(tǒng)的物理功能。因疫情發(fā)生初期恰逢我國(guó)春運(yùn)，大量的交通流動(dòng)加大了新冠肺炎疫情的傳播風(fēng)險(xiǎn)，使疫情影響范圍迅速?gòu)奈錆h市擴(kuò)展至湖北省，并進(jìn)一步快速波及周邊省份乃至全國(guó)。

在新冠肺炎疫情防控中，交通管控發(fā)揮了重要作用，其中包括武漢封城令的施行。我國(guó)復(fù)旦大學(xué)和美國(guó)西北大學(xué)、華盛頓大學(xué)等機(jī)構(gòu)的合作研究成果表明，武漢禁行令延緩病毒向國(guó)內(nèi)傳播3～5d，減少近80%的國(guó)際傳播[3]；北京師范大學(xué)和牛津大學(xué)、哈佛大學(xué)等的近期研究表明，武漢封城和各地的防控措施使感染人數(shù)減少70 萬(wàn)，延緩各地疫情開始時(shí)間2.91d[4]。此外，現(xiàn)有的流行病傳播模型亦揭示流行病傳播和交通流密切相關(guān)，如集合種群模型（Metapopulation Model）[5-7]以人員的聚集流動(dòng)為基礎(chǔ)，用于流行病如SARS,H1N1 和天花等的傳播預(yù)測(cè)[8-9]；交通驅(qū)動(dòng)的流行病傳播模型（Traffic-Driven Epidemic Spreading Model,TDES）[10]采用交通流預(yù)測(cè)流行病傳播。此外，還有其他學(xué)者針對(duì)交通流與疫情防控展開了研究，如Coffee 等基于交通流動(dòng)與人口遷移研究了艾滋病在南非的傳播[11]；Palk 等研究了非洲萊索托交通流動(dòng)對(duì)于艾滋病傳播、治療及防控的影響[12]；Wesolowski 等基于手機(jī)信令數(shù)據(jù)揭示了交通流的季節(jié)性變化對(duì)于流行病傳播的影響[13]等。

上述研究表明，交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)和交通流對(duì)流行病傳播（如傳播速度、范圍、感染人數(shù)等）有一定影響。然而，鮮有學(xué)者針對(duì)疫情對(duì)交通流的影響展開研究，如當(dāng)前新冠肺炎疫情對(duì)交通流的影響尚不清楚。為此，本文將基于新冠肺炎疫情下浙江省人員移動(dòng)手機(jī)漫游數(shù)據(jù)，分析該省隨著疫情的發(fā)展其交通流的時(shí)空分布特征，并采用數(shù)據(jù)挖掘和回歸分析等方法研究在現(xiàn)有管控措施下，新冠肺炎疫情對(duì)交通流的影響機(jī)理，以明確疫情發(fā)生后交通流的演化規(guī)律、交通流時(shí)空分布變化與疫情的相關(guān)性以及政府措施對(duì)交通流的影響。

1 交通流時(shí)空分布

1.1 數(shù)據(jù)描述

本研究首先將原始手機(jī)信令數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為交通流數(shù)據(jù)。該手機(jī)信令數(shù)據(jù)共包含70d（2019 年12月24 日—2020 年3 月2 日）4 200 億條9TB 軌跡數(shù)據(jù)，本文根據(jù)手機(jī)GPS軌跡的起（O）訖（D）點(diǎn)和時(shí)刻，確定軌跡的方向和時(shí)間，如某手機(jī)GPS軌跡在浙江省內(nèi)駐留時(shí)長(zhǎng)超過(guò)6h，之后到達(dá)上海且駐留時(shí)長(zhǎng)超過(guò)6h，即可認(rèn)為該軌跡為從浙江到上海的一條流量數(shù)據(jù)；若軌跡離開浙江的最后時(shí)刻為早上8:10，則將該用戶軌跡記為浙江省8:10的一條流出量。由于跨省人員流動(dòng)基于交通工具，因此本文將一條跨省的流出量定義為一條廣義的交通流量。根據(jù)該方法，可以得到浙江省和其他省市自治區(qū)之間的小時(shí)交通流量。

1.2 交通流時(shí)空分布

根據(jù)起訖點(diǎn)的不同，浙江省的交通流可劃分為流入量（D 點(diǎn)為浙江省）和流出量（O 點(diǎn)為浙江?。﹥刹糠?。浙江省每日交通流量變化曲線如圖1（a）所示。由該圖可以看出，交通流在時(shí)間上的演化趨勢(shì)：2020 年1 月24 日武漢封城令發(fā)布后，浙江交通流數(shù)據(jù)有一個(gè)總體向下的趨勢(shì)，其中流入量在2 月7 號(hào)左右開始上升，而流出量上升時(shí)間相對(duì)滯后，且上升速度更為緩慢。浙江省日凈增交通流量分布如圖1（b）所示；交通流量特點(diǎn)對(duì)比如表1 所示。

圖1 浙江省每日交通流量及凈增量變化圖

表1 交通流量特點(diǎn)對(duì)比

1.2.1 流出量時(shí)間分布趨勢(shì)

根據(jù)圖1（a）和表1，浙江省交通流出量經(jīng)歷了25d 的上升期（2019 年12 月24 日—2020 年1月17 日），45d 的下降期（2020 年1 月18 日—3 月2 日），呈現(xiàn)出1 個(gè)波峰和1 個(gè)波谷，并于2020 年1 月17 日達(dá)到峰值（約58 萬(wàn)流出量），2 月7 日流出量減少至約1.4萬(wàn)，此后開始緩慢上升。

1.2.2 流入量時(shí)間分布趨勢(shì)

由圖1（b）和表1 可知，與流出量相比，流入量呈現(xiàn)不同的變化趨勢(shì)，其波動(dòng)幅度遠(yuǎn)低于流出量，共經(jīng)歷了31d 的緩慢上升期和39d 的下降-上升期，共呈現(xiàn)出2 個(gè)波峰和1 個(gè)波谷。其中，2019 年12 月24 日—2020 年1 月23 日 為 上 升 期，2020 年1 月23 日—2 月4 日為緩慢下降區(qū)，并于2月4 日—2 月10 日達(dá)到谷底，此后流入量迅速回升，至3月2號(hào)仍處于上升期。

1.2.3 交通流時(shí)空分布階段劃分

根據(jù)浙江省交通流量時(shí)間變化趨勢(shì)和凈增流量數(shù)據(jù)，將研究時(shí)段劃分為三個(gè)階段，各階段的交通流量特征如下：

（1）第一階段（2019年12月24日—2020年1月23 日）：即春運(yùn)及疫情發(fā)生早期，浙江省流出量上升，凈增流量呈負(fù)值（見圖1（b）），其原因是浙江省為我國(guó)外來(lái)務(wù)工人員大省，春運(yùn)前期流出量增幅和均值遠(yuǎn)大于流入量。

（2） 第二階段（2020 年1 月23 日—2 月7日）：隨著疫情的加重，2020 年1 月23 日，武漢發(fā)布封城令，我國(guó)其他各省市自治區(qū)也先后發(fā)布疫情信息并宣布進(jìn)入緊急狀態(tài)。浙江省交通流量先呈現(xiàn)短期小幅度上升，其后迅速下降至低谷，凈增流量呈正值（見圖1（b）），說(shuō)明在疫情公布及武漢封城之后，公眾出行變得更加謹(jǐn)慎，人們的離省交通活動(dòng)（如春運(yùn)）表現(xiàn)出極大的克制性。

（3）第三階段（2020 年2 月7 日—3 月2 日）：即疫情中后期，疫情逐漸緩解，各省市自治區(qū)逐漸下調(diào)緊急狀態(tài)級(jí)別，浙江省凈入交通流量呈正值且上升趨勢(shì)（見圖1（b）），說(shuō)明隨著疫情的緩解，浙江省進(jìn)入外來(lái)務(wù)工人員返工階段，交通流動(dòng)逐漸恢復(fù)。

2 武漢封城令的影響分析

2.1 武漢封城令的影響

通過(guò)分析湖北—浙江三個(gè)階段的交通流量變化情況，發(fā)現(xiàn)第二階段武漢封城令發(fā)布后，湖北—浙江交通流量短期出現(xiàn)快速增長(zhǎng)，如圖2（a）所示。分析可知，該增長(zhǎng)量主要來(lái)自湖北省除武漢外的其他地級(jí)市（如黃岡、黃石、鄂州、宜昌、隨州等），如圖2（b）所示。究其原因，盡管2020 年1 月23 日后，武漢—浙江的交通流量出現(xiàn)了大幅度降低（從1月23日約1 900人降低至1月29日約150人），由于湖北省其他城市居民出現(xiàn)逃離疫區(qū)行為，導(dǎo)致湖北—浙江的總體交通流量出現(xiàn)持續(xù)4d的短期峰值，具體體現(xiàn)出如下特征：

（1）民眾的疏散/逃離現(xiàn)象具有滯后性。

（2） 新冠肺炎疫情下的逃離滯后時(shí)間為1～3d。

（3）隨著封城令和緊急狀態(tài)的發(fā)布，在一周內(nèi)總共約3 萬(wàn)人從湖北涌入浙江?？紤]到第一階段，湖北—浙江的日均流量為4 000 人/d（見圖2（a）），可以認(rèn)為，武漢封城令及緊急狀態(tài)發(fā)布后，雖然湖北交通流出量出現(xiàn)了小幅度的上升，但由于武漢出城通道的封閉，一周內(nèi)的湖北—浙江總交通流量并未激增，與春運(yùn)前期的交通量持平。長(zhǎng)期來(lái)看，武漢封城令極大地減少了疫區(qū)人群進(jìn)入其他省份，極大地延緩了疫情的傳播速度[3,14]。

圖2 湖北—浙江交通流變化曲線

2.2 疫情下的交通量變化趨勢(shì)

圖3 浙江—湖北交通量及疫情新增感染人數(shù)關(guān)系圖

浙江—湖北交通量與湖北每日新增感染人數(shù)（2020 年1 月24 日—3 月2 日）之間的關(guān)系如圖3所示。從圖中可知，交通量的自然對(duì)數(shù)與湖北每日新增感染人數(shù)的自然對(duì)數(shù)呈冪律關(guān)系，這類似于自然界普遍存在的Taylor 法則[15]。隨著湖北新增感染人數(shù)的增多，湖北—浙江、浙江—湖北交通量均減少，其中湖北—浙江方向的流量降低幅度大于浙江—湖北方向的。同時(shí)，湖北—浙江交通流量與湖北每日新增感染人數(shù)的冪律關(guān)系更為明顯，這體現(xiàn)了政府發(fā)布封城令和疫情信息公開化、透明化的效果，即隨著疫情的加劇，民眾對(duì)于疫情越了解，湖北到浙江的交通流量越小，說(shuō)明人們更愿意采取保守措施，停留在家以降低傳播感染的風(fēng)險(xiǎn)。此外，浙江—湖北的交通流量整體下降較為穩(wěn)定，其中主要為醫(yī)療救護(hù)人員和其他相關(guān)援助人員，與其他行為（如疏散）引起的交通流量相比，受疫情影響較小。

3 疫情防控建議

隨著國(guó)內(nèi)疫情的減緩[1]，各省市自治區(qū)已經(jīng)陸續(xù)于2 月底3 月初降低了緊急狀態(tài)等級(jí)，省級(jí)間交通流呈現(xiàn)逐步上升的趨勢(shì)。然而，目前國(guó)外疫情正處于快速上升階段，美國(guó)霍普金森醫(yī)學(xué)中心網(wǎng)站[2]顯示，國(guó)外疫情確診人數(shù)自3月初開始大幅度上升（見圖4），截至北京時(shí)間5 月22 日零時(shí)，海外累計(jì)確診病例超過(guò)512萬(wàn)，5月份海外平均每日新增感染人數(shù)超過(guò)8萬(wàn)人[1]。同時(shí)，國(guó)外疫情的快速蔓延對(duì)國(guó)內(nèi)疫情也產(chǎn)生了影響。截至北京時(shí)間5 月22 日零時(shí)，境外輸入累計(jì)確診病例達(dá)到1 711 例，黑龍江等部分省份出現(xiàn)境外輸入接觸病例[2]，我國(guó)面臨國(guó)內(nèi)疫情降低、國(guó)際疫情惡化的新形勢(shì)。

圖4 海外新冠肺炎疫情統(tǒng)計(jì)

如前文所述，在我國(guó)武漢封城令發(fā)布后，湖北的交通流出量出現(xiàn)了7d的小幅度上升（見圖2），且疫區(qū)每日交通流出量的自然對(duì)數(shù)和疫區(qū)新增人數(shù)的自然對(duì)數(shù)存在線性關(guān)系（見圖3）?；诖耍覈?guó)應(yīng)根據(jù)各國(guó)疫情狀況和政府緊急狀態(tài)發(fā)布時(shí)間，有針對(duì)性地制定國(guó)際交通管控政策，具體建議如下。

（1）在海外各國(guó)疫情緊急狀態(tài)發(fā)布后的1～3d 內(nèi)，實(shí)施較為嚴(yán)格的海關(guān)免疫檢測(cè)政策，或在該時(shí)期內(nèi)關(guān)閉邊境通道和國(guó)際航線，將海外疫情國(guó)的疫情緊急狀態(tài)發(fā)布日定為其輸入交通流嚴(yán)格管控開始時(shí)間，管控時(shí)間應(yīng)至少持續(xù)一周。

（2）在海外國(guó)家疫情暴發(fā)或類似于“封城令”的交通管控發(fā)布一周后，可逐步開放與相應(yīng)國(guó)家的邊境通道及國(guó)際航線，以保障我國(guó)對(duì)外支援通道。但總的來(lái)說(shuō)，應(yīng)減少與相應(yīng)國(guó)家之間的航線，降低跨境列車發(fā)送頻率，加強(qiáng)高速公路的邊境線檢測(cè)等。

（3）加強(qiáng)我國(guó)邊境城市及國(guó)際重要交通樞紐的疫情防控政策。

此外，未來(lái)我國(guó)面臨類似重大公共衛(wèi)生事件時(shí)，相關(guān)決策部門應(yīng)針對(duì)疫情發(fā)展情況，在疫情初期制定小范圍隔離（類似于小范圍的封城令）和信息公開政策，以減小交通流量，防止疫情擴(kuò)散，如疫情出現(xiàn)短期暴發(fā)性擴(kuò)散，應(yīng)盡快實(shí)施封城令。

4 結(jié)論

本文基于浙江省移動(dòng)手機(jī)大數(shù)據(jù)，研究了新冠肺炎疫情和武漢封城令對(duì)交通流的影響，并得出如下結(jié)論。

（1）疫情發(fā)生后，浙江省的交通流主要經(jīng)歷了3 個(gè)階段的變化，武漢封城令降低了核心疫區(qū)（武漢）的交通流量。

（2）交通流動(dòng)與疫情發(fā)展緊密關(guān)聯(lián)，在疫情公開及武漢封城令發(fā)布的情況下，每日交通流量的自然對(duì)數(shù)與疫區(qū)新增感染人數(shù)的自然對(duì)數(shù)線性負(fù)相關(guān)（類似于自然界的Taylor法則），疫區(qū)輸出交通流量的負(fù)相關(guān)變化率大于疫區(qū)輸入交通流量的負(fù)相關(guān)變化率。

（3）封城令和緊急狀態(tài)的發(fā)布對(duì)于交通流的影響具有1～3d 的時(shí)間滯后期，即人們總是傾向于在最后時(shí)刻“不得不”逃離疫區(qū)，疫區(qū)會(huì)出現(xiàn)3～7d的人口集中外流。

該研究成果有助于理解重大公共衛(wèi)生事件下的交通流變化規(guī)律，亦有助于我國(guó)進(jìn)一步制定交通管控措施，如針對(duì)目前海外疫情的快速發(fā)展，本文提出應(yīng)密切注意海外各國(guó)疫情緊急狀態(tài)發(fā)布后的1～3d，并實(shí)施較為嚴(yán)格的海關(guān)免疫檢測(cè)政策；減少與相應(yīng)國(guó)家之家的航線，降低跨境列車發(fā)送頻率，加強(qiáng)高速公路的邊境線檢查等。

由于時(shí)間倉(cāng)促，本文尚未建立完備的數(shù)學(xué)模型用于描述疫情影響下的交通行為和交通流變化過(guò)程，亦未對(duì)全國(guó)范圍內(nèi)所有省市間的交通流動(dòng)數(shù)據(jù)和疫情發(fā)展數(shù)據(jù)進(jìn)行深入研究。后續(xù)工作將進(jìn)一步對(duì)比上年度同時(shí)期的交通流數(shù)據(jù)，量化疫情對(duì)交通流的影響，并建立數(shù)學(xué)模型，解釋重大公共衛(wèi)生事件下的交通流變化規(guī)律，為政府實(shí)施交通管控決策提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。