謝 馳，陳志斌，鄭太秀，路慶昌

（1. 同濟(jì)大學(xué)，道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201804；2. 上海紐約大學(xué)，工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)部，上海 200120；3. 高麗大學(xué)，工業(yè)管理工程學(xué)院，首爾 02841；4. 長安大學(xué)，電子與控制工程學(xué)院，西安 710064）

0 引 言

傳染病學(xué)研究多次證實(shí)傳染性病毒很容易通過公共交通出行活動在人群中大規(guī)模傳播，發(fā)現(xiàn)相當(dāng)一部分病毒感染者是在公共交通場所逗留期間或者搭乘公共交通工具過程中被傳染，因此防止疫情擴(kuò)散的主要舉措之一是避免病毒在人們交通出行活動中的傳播，包括控制出行需求和范圍、檢測與追蹤出行人群、減少使用公共交通工具等。與此同時(shí)，城市交通系統(tǒng)在疫情期間的有效運(yùn)作又是生產(chǎn)生活、應(yīng)急救援、防疫控疫等工作開展的基礎(chǔ)保障。如何以防疫抗疫為主要目的來重新管理、控制、運(yùn)營城市交通運(yùn)輸系統(tǒng)是早日取得疫情防控戰(zhàn)役勝利、盡快恢復(fù)社會正常生產(chǎn)生活的關(guān)鍵任務(wù)之一，同時(shí)也對緊急狀態(tài)下的城市治理和交通管理提出了史無前例的重大挑戰(zhàn)。

本文在城市系統(tǒng)優(yōu)化的框架內(nèi)提出了一套以既有城市基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)資源為基礎(chǔ)，以降低傳染性病毒擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)為目的，以減少出行人群近距離接觸為手段，以適應(yīng)防疫抗疫特殊要求的綜合城市交通系統(tǒng)與出行人群管控措施的優(yōu)化機(jī)制和實(shí)施策略。順利實(shí)施這些管控機(jī)制的關(guān)鍵在于我們是否能夠切實(shí)地掌握疫情期間有哪些必需的人員出行和物資運(yùn)輸需求，是否能夠精準(zhǔn)估算這些人員出行和物資運(yùn)輸需求在時(shí)空上的發(fā)展變化，如何有條件地組織與管理各種交通運(yùn)輸資源來滿足出行和運(yùn)輸需求，以及通過何種方式來改變出行人群的行為模式及各種交通設(shè)施和交通模式的運(yùn)行方式。

1 研究背景與問題

自2019 年末開始，一種由新型冠狀病毒引發(fā)的重癥急性呼吸道感染疾病相繼在包括我國在內(nèi)的世界上許多國家被發(fā)現(xiàn)、確認(rèn)，并且大規(guī)模擴(kuò)散。我國國家衛(wèi)生健康委員會于2020 年2 月8日命名此病為“新型冠狀病毒肺炎”，簡稱“新冠肺炎”；世界衛(wèi)生組織于2020 年2 月11 日命名此病為“2019 冠狀病毒病”（Coronavirus Disease 2019，簡稱COVID-19）。由于這種新型冠狀病毒在全球的迅速擴(kuò)散，世界衛(wèi)生組織于2020 年1 月30 日宣布將此種病毒引發(fā)的疫情列為“國際關(guān)注的突發(fā)公共衛(wèi)生事件”（Public Health Emergency of International Concern，簡稱PHEIC）；而后于2020 年3 月11 日又宣布此次疫情已構(gòu)成全球性的“大流行病”（Pandemic）。

這種新型冠狀病毒具有在空氣中存活時(shí)間長、能夠通過飛沫或者直接接觸（也有研究表明可通過氣溶膠）等多種途徑傳播、被感染者在潛伏期內(nèi)無發(fā)病癥狀等特點(diǎn)。很多感染者是在不知情的情況下被處于潛伏期的病毒攜帶者或者無癥狀病毒感染者所傳染。目前世界各國還沒有成功研制出任何專門特效藥能夠確保治愈這種病毒所引發(fā)的呼吸道炎癥及其他并發(fā)癥和合并癥。此次疫情已經(jīng)對我國和世界上大多數(shù)國家和地區(qū)的社會生產(chǎn)生活造成了重大沖擊。國家衛(wèi)生健康委員會在2021 年1 月20 日發(fā)布的疫情報(bào)告顯示，我國累計(jì)已有99 772 例確診感染病例，其中包括4 810 例死亡病例。雖然此時(shí)我國的疫情階段處于尾聲，每天新增確診感染病例處于零星狀態(tài)，但世界許多其他國家和地區(qū)的疫情仍處于上升和波動階段。根據(jù)世界衛(wèi)生組織在2021 年1月底發(fā)布的疫情報(bào)告，全球范圍內(nèi)共有214 個(gè)國家和地區(qū)發(fā)現(xiàn)了新冠肺炎感染病例，累計(jì)確診病例為9 800 多萬，死亡病例210 多萬，并且這些數(shù)字每天還處于快速上升的狀態(tài)。

傳染病學(xué)專家通過對這種冠狀病毒的傳染途徑分析，發(fā)現(xiàn)相當(dāng)一部分病毒感染者是在公共交通場所（例如車站、機(jī)場、碼頭等）逗留期間或者搭乘公共交通工具（例如火車、地鐵、公共汽車、飛機(jī)、郵輪，甚至電梯等）過程中因沒有采取防護(hù)措施而被傳染。因此防止疫情擴(kuò)散的主要舉措之一是避免病毒在人們交通出行活動中的傳播，包括控制出行需求（例如，鼓勵居家隔離、暫停上班上學(xué)、取消出差旅行等）、限制出行范圍（例如，生活出行限定在住所周邊小區(qū)域、通勤出行限定在專門組織的、有防護(hù)措施的交通工具上）、減少使用公共交通工具（包括公共汽車、地鐵、火車、飛機(jī)、輪渡等）。一般來說，在有針對性的病毒特效藥或疫苗成功研制之前，可實(shí)施的非藥物性的疫情防控措施大致有三種[1]：① 個(gè)人清潔和防護(hù)措施；② 接觸控制和阻斷措施；③ 病例追蹤與隔離措施。所有這些種類的防控措施都可以應(yīng)用到交通運(yùn)輸活動過程中，但從交通系統(tǒng)管理的角度來說，第二種與第三種措施無疑是系統(tǒng)和群體層面可以實(shí)施的主要應(yīng)對辦法。

疫情控制的本質(zhì)目的是降低單個(gè)感染者的平均傳染力。在有效的藥物或者疫苗研制成功之前，平均傳染力可以用基本傳染數(shù)來衡量。當(dāng)基本傳染數(shù)越低，就說明疫情控制措施就越有效。我國的新冠病毒疫情中心武漢市于2020 年1 月23 日上午10 時(shí)開始實(shí)施的機(jī)場、車站離城通道關(guān)閉以及市內(nèi)地鐵、公交、輪渡暫停運(yùn)營就是為降低基本傳染數(shù)而采用的一套強(qiáng)力管控措施。在疫情發(fā)生的高峰時(shí)期，我國很多其他城市也實(shí)施了不同程度的限制人員流動和建議居家隔離的措施。武漢及全國其他地區(qū)的防疫控疫經(jīng)驗(yàn)表明，交通管制與人群隔離措施是當(dāng)前技術(shù)條件下減少疫情擴(kuò)散的最有效途徑之一，使得我國的疫情在2020 年2 月中旬達(dá)到峰值以后局勢得到扭轉(zhuǎn)。

相當(dāng)數(shù)量的學(xué)者研究了交通管制與人群隔離措施對疫情防控的影響，比如Chinazzi 等人[2]使用數(shù)學(xué)模型評估了武漢實(shí)施出行禁令的影響，他們發(fā)現(xiàn)出行禁令的實(shí)施將中國大陸的總體疫情爆發(fā)推遲了3 到5 天，讓其他國家和地區(qū)潛在的進(jìn)口病例數(shù)量減少了80%；Tian 等人[3]根據(jù)疫情開始之后50 天的病例統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，估算得出武漢的封城措施使得至少74 余萬人口避免了被新冠病毒感染的風(fēng)險(xiǎn)；而Lai 等人[4]的預(yù)測表明，如果中國大陸沒有采取城市管控與隔離措施，受感染的人口數(shù)量將比現(xiàn)在的實(shí)際數(shù)量至少要高出兩倍。通過對比此次疫情爆發(fā)期間采取不同管控政策的國家的死亡人數(shù)，包括采取強(qiáng)力管控措施（如中國、韓國、日本等）、采取溫和管控措施（如意大利、西班牙、英國、法國、德國等），以及較少采取管控措施（如美國、巴西、印度等）的國家，可以發(fā)現(xiàn)管控措施在降低疫情擴(kuò)散與危害程度方面的效果非常明顯（見圖1）。

圖1 新冠疫情期間各國因疫情死亡人數(shù)的變化（來源：約翰霍普金斯大學(xué)系統(tǒng)科學(xué)與工程中心）

在另一方面，交通運(yùn)輸系統(tǒng)在疫情擴(kuò)散的過程中又是城市市政運(yùn)行、生產(chǎn)生活、應(yīng)急救援、防疫控疫等工作開展的基礎(chǔ)保障。那些維護(hù)城市運(yùn)行的基本社會和經(jīng)濟(jì)服務(wù)活動以及城市居民的生活和救援物資的供應(yīng)配送，都有賴于客運(yùn)與貨運(yùn)交通運(yùn)輸系統(tǒng)在一定程度上的有效運(yùn)行。疫情期間，如果政府基本職能部門和社會關(guān)鍵服務(wù)行業(yè)不能正常運(yùn)營，運(yùn)輸與物流系統(tǒng)不能應(yīng)對疫情爆發(fā)所帶來的特殊需求，將對疫情防控、經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)、居民生活造成災(zāi)難性的打擊。據(jù)澎湃新聞社于2020 年2 月1 日的報(bào)道，武漢市紅十字會于1 月底接收到的多類救援物資在倉庫嚴(yán)重積壓，但市內(nèi)各主要接收病患的醫(yī)院又嚴(yán)重缺乏基本防護(hù)工具。這起事件發(fā)生背后的主要原因之一就是相關(guān)的物流信息管理系統(tǒng)欠缺、物流處理能力和物資運(yùn)輸能力不足。疫情期間，一方面要盡量抑制或延緩不必要的交通出行活動；另一方面，挖掘現(xiàn)有交通運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)力，盡全力保證必需的人員通勤和物資運(yùn)輸能力。2020 年2 月8日，交通運(yùn)輸部、國家郵政局和中國郵政集團(tuán)公司聯(lián)合印發(fā)了《交通運(yùn)輸部關(guān)于切實(shí)保障疫情防控應(yīng)急物資運(yùn)輸車輛順暢通行的緊急通知》，明確了各地交通管理部門要對執(zhí)行應(yīng)急物資運(yùn)輸任務(wù)的郵政、快遞車輛實(shí)行不停車、不檢查、不收費(fèi)及保障車輛優(yōu)先便捷通行的“三不一優(yōu)先”政策。除了保障疫情期間交通與物流系統(tǒng)運(yùn)作暢通之外，如何保證各類救援物資在城市內(nèi)部的最后一公里的有效運(yùn)送與分發(fā)，也極度考驗(yàn)交通運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)營者在人員組織、資源調(diào)配、設(shè)備保障、協(xié)調(diào)規(guī)劃等方面的綜合管理能力。李丹和鄭龍飛[5]在回顧武漢市交通管理和規(guī)劃經(jīng)驗(yàn)時(shí)指出，此次疫情期間武漢市采取的交通管理措施“總體來說阻斷有力而保障不足”。這說明我國目前針對疫情防控的城市交通管理政策與技術(shù)上還有相當(dāng)大的進(jìn)步空間。

跟自然災(zāi)害或者恐怖襲擊情況下的應(yīng)急交通管理不同，疫情爆發(fā)情況下的城市交通系統(tǒng)并沒有受到物理損害，其運(yùn)行能力和運(yùn)作效率沒有受到影響，但由于人員隔離和距離保持的需要，個(gè)體出行的目的、方式、頻率、范圍等在很大程度上會被限制，各種交通工具和交通設(shè)施的運(yùn)力也會被人為地降低。因此，以城市交通系統(tǒng)中的出行人群作為管控對象，在優(yōu)先滿足防疫控疫目標(biāo)的前提下，如何最大程度地降低人群密度和接觸幾率，同時(shí)盡可能保證人員流動和物資運(yùn)輸所需的運(yùn)力，是每個(gè)城市中公共衛(wèi)生部門（市衛(wèi)健委）、交通管理與執(zhí)法部門（市交通委、市交警隊(duì)）、社區(qū)管理機(jī)構(gòu)（各居委會、物業(yè)管理公司等）、交通運(yùn)營企業(yè)（各地鐵、公交、出租車、網(wǎng)約車運(yùn)營企業(yè)等）等相關(guān)部門和組織面臨著的一系列棘手的決策和管理難題。

2 研究回顧與目標(biāo)

目前為止，與疫情防控相關(guān)的科學(xué)研究主要集中在傳染病學(xué)、流行病學(xué)和公共衛(wèi)生管理領(lǐng)域。由于這些領(lǐng)域的研究成果不是本研究的核心內(nèi)容，所以這里不再贅述。簡單地說，流行病學(xué)中對于疫情擴(kuò)散和控制的主流研究是基于由Kermack 和McKendrick[6]在20 世紀(jì)20 年代提出的經(jīng)典Susceptible-Infected-Recovered 模型（簡稱“SIR 模型”）以及其他后續(xù)學(xué)者發(fā)展的一些改進(jìn)模型，包括Susceptible-Infected-Susceptible模型（簡稱SIS 模型）和Susceptible-Exposed-Infected-Resistant（SEIR 模型）等。這些模型使用系統(tǒng)動力學(xué)理論建立起一套微分方程組來描述病毒在人群中的擴(kuò)散過程以及處于不同感染狀態(tài)的人員比例變化，而包含不同感染過程和狀態(tài)的模型可以用來描述不同類型病毒的傳播機(jī)理。一般認(rèn)為，SEIR 模型比較適合用來描述新冠病毒的擴(kuò)散過程。在最近的幾十年里，流行病學(xué)學(xué)者也發(fā)展和驗(yàn)證了各種類型的預(yù)測傳染性疾病擴(kuò)散的解析、統(tǒng)計(jì)和仿真方法，對這些模型和方法的總結(jié)和對比可參考Grassly 和Fraser[7]與Duan 等人[8]近期發(fā)表的綜述性文章。很多疫情防控研究依靠于評價(jià)和對比這些擴(kuò)散模型中的不同疾病傳染參數(shù)值來尋求最佳防控措施。

但是，以防疫抗疫為目的、基于交通出行場景的傳染性疾病擴(kuò)散和疫情控制研究目前在交通工程、環(huán)境工程、城市治理、管理科學(xué)等領(lǐng)域還不多見。一方面是因?yàn)榇祟愂录跉v史上發(fā)生概率較低，還未引起交通運(yùn)輸領(lǐng)域中相關(guān)政府部門和學(xué)者專家的重視；另一方面，傳統(tǒng)上認(rèn)為防疫控疫主要是公共衛(wèi)生和應(yīng)急管理領(lǐng)域的工作，人們對交通運(yùn)輸活動影響疫情擴(kuò)散的機(jī)理及將交通運(yùn)輸管理措施納入疫情防控體系的重要性還認(rèn)識不足。

根據(jù)筆者的調(diào)查，從交通運(yùn)輸活動的角度來跟蹤和控制疫情擴(kuò)散的理論與實(shí)證研究在近年來只有下列為數(shù)不多的零星研究。例如，Balcan與他的合作伙伴[9,10]首先研究了傳染性疾病如何在多尺度的交通網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳播，其中包括了本地的通勤交通網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)程的航空運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)；而后，交通運(yùn)輸工程學(xué)者Gardner 等人[11]首次提出了傳染性疾病通過航空運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)散的機(jī)理，并確認(rèn)了網(wǎng)絡(luò)中影響疾病傳播的關(guān)鍵連接；Gardner 等人[12]與Gardner 和Sarkar[13]進(jìn)一步提出和驗(yàn)證了傳染性疾病在航空運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中傳播的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型；Brockmann 和Helbing[14]發(fā)現(xiàn)了在航空運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中傳染性疾病的“有效擴(kuò)散速度”取決于疾病的傳染參數(shù)、擴(kuò)散時(shí)間以及“有效距離”而不是“地理距離”，且有效距離可以用來反推疾病起源的地理位置；Chen 等人[15]提出了一個(gè)如何控制傳染性疾病在航空運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行擴(kuò)散的資源分配模型；李爭光等人[16]利用經(jīng)典的SIS 模型研究傳染病在具有異質(zhì)性的交通網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行擴(kuò)散的機(jī)理，發(fā)現(xiàn)影響疾病傳播的主要因素為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)交通流的異質(zhì)性。以上基于交通網(wǎng)絡(luò)的傳染性疾病擴(kuò)散和控制模型主要應(yīng)用于國際航空網(wǎng)絡(luò)。而針對城市交通系統(tǒng)的疫情評估和控制研究目前有Bota 等人[17]的面向城市公交系統(tǒng)的疫情擴(kuò)散研究，他們構(gòu)建了針對美國明尼蘇達(dá)州明尼波利斯和圣保羅這兩個(gè)城市所組成的雙城都市區(qū)域公交系統(tǒng)的疫情擴(kuò)散網(wǎng)絡(luò)模型，并且使用他們的疫情擴(kuò)散模型推算出網(wǎng)絡(luò)中疫情控制的關(guān)鍵地點(diǎn)。而張玉等人[18]提出了一種基于馬爾科夫鏈的數(shù)學(xué)模型來模擬傳染疾病在公路、高鐵、自駕及航空交通組成的復(fù)雜人口流動交通網(wǎng)絡(luò)中的傳播過程，并通過河南省18 個(gè)省轄市近十年的新型流感病毒傳染病數(shù)據(jù)驗(yàn)證了模型的合理性。周繼彪等人[19]則提出了新冠肺炎疫情下城市公共交通非常規(guī)防疫策略：城市常規(guī)公交應(yīng)采取網(wǎng)格化運(yùn)營策略、需求響應(yīng)式運(yùn)營策略以及應(yīng)急公交接駁策略，城市軌道交通應(yīng)采取暫停運(yùn)營策略、車廂隔離防疫策略以及需求響應(yīng)式防疫策略。茹小磊等人[20]利用經(jīng)典的理論傳播模型模擬了疫情在公共交通系統(tǒng)內(nèi)的擴(kuò)散，衡量了疫情期間部分停運(yùn)方案導(dǎo)致的常規(guī)公交系統(tǒng)可達(dá)性損失。吳楠等人[21]則提出了后疫情時(shí)代在復(fù)工復(fù)學(xué)和疫情防控雙重要求下一系列不同防控要求情況下公共交通系統(tǒng)組合運(yùn)營策略。吳嬌蓉[22]等人則基于疫情期乘客出行偏好問卷調(diào)查數(shù)據(jù)，分析了民眾出行偏好及對不同出行模式的暴露風(fēng)險(xiǎn)感知，提出了通勤合乘設(shè)計(jì)方案并解析了其組織效率。

從以上調(diào)查結(jié)果可以看出，以防疫抗疫為目的的城市交通系統(tǒng)與出行人群管控研究目前來說還屬于初始階段。上述文獻(xiàn)綜述中提到的疫情擴(kuò)散網(wǎng)絡(luò)模型研究也只是針對城市的公交系統(tǒng)[17,18,20]，不但沒有將以整個(gè)城市為研究對象的綜合交通系統(tǒng)考慮進(jìn)來，也沒有涉及交通系統(tǒng)與出行人群管控的具體實(shí)行形式和策略，更沒有提出如何應(yīng)用具體的篩查機(jī)制、追蹤方法和資源配置等現(xiàn)實(shí)中亟待解決的重要決策與管理問題。在政策與法規(guī)層面，我國曾在過去的二十年內(nèi)先后頒布了《突發(fā)公共衛(wèi)生事件應(yīng)急條例》、《國家突發(fā)公共事件總體應(yīng)急預(yù)案》、《國家突發(fā)公共衛(wèi)生事件應(yīng)急預(yù)案》等各種處理應(yīng)急事件的政策文件，但專門用于傳染性疫情防控的交通運(yùn)輸行業(yè)應(yīng)對政策文件依然缺失。為了在一定程度上彌補(bǔ)以上研究與政策上的空白，本研究力圖從城市管理和治理的角度出發(fā)，對疫情防控目標(biāo)和框架下個(gè)體交通出行行為、交通需求分布特征、交通管控基本原理、出行人群篩查機(jī)制、隔離地點(diǎn)選擇標(biāo)準(zhǔn)等重要課題提出關(guān)鍵的管理策略和方法。

3 管理策略原理和內(nèi)容

如上所述，本文所討論的面向城市交通系統(tǒng)的居民出行和資源調(diào)配管控措施包括4 類：① 出行需求管理；② 交通系統(tǒng)控制；③ 出行人群篩查；④ 隔離設(shè)施設(shè)置。以下內(nèi)容將重點(diǎn)討論這四類以疫情防控為目的的管控措施的主要決策原理和內(nèi)容。前兩類措施實(shí)行的目的是實(shí)現(xiàn)保證城市交通系統(tǒng)一定程度運(yùn)行的基礎(chǔ)上如何最大程度地在群體層面降低疫情傳播的風(fēng)險(xiǎn)，后兩類措施的目的是用來在人群出行過程中盡早地檢測、追蹤和隔離潛在的個(gè)體病毒攜帶者。

通常情況下，疫情對城市交通系統(tǒng)的影響及其所引起的應(yīng)對措施有如下特征和要求[1]：① 疫情爆發(fā)的時(shí)間一般處于動態(tài)變化中很難提前預(yù)測，并且疫情常常要持續(xù)數(shù)月才能結(jié)束，同時(shí)對疫情結(jié)束時(shí)間的預(yù)測也具有相當(dāng)?shù)牟淮_定性；② 疫情控制常常需要交通系統(tǒng)中的出行個(gè)體改變其出行行為和適應(yīng)新的出行規(guī)則，比如居家隔離、佩戴口罩和保持社交距離；③ 基于交通系統(tǒng)的疫情防控措施和方法并不能完全獨(dú)立運(yùn)作，要與其他類型的防控措施配合使用與互為補(bǔ)充；④ 針對疫情期間的特殊需求而修改常態(tài)化的交通系統(tǒng)運(yùn)營規(guī)則和方法是應(yīng)對疫情必不可少的環(huán)節(jié)；⑤ 面向出行人群發(fā)布相關(guān)的疫情發(fā)展和防控措施的公共信息對幫助實(shí)施以上這些系統(tǒng)管理措施尤為重要。因此，在制定面向城市交通系統(tǒng)中人群流動的疏導(dǎo)、管控、檢測、追蹤、隔離措施時(shí)，如何將這些基本特征和要求考慮在內(nèi)，是以下討論中的出發(fā)點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)。

3.1 交通需求管理

在疫情發(fā)生的情況下，由于存在公共交通場所感染未知潛在病毒的風(fēng)險(xiǎn)，也因?yàn)檎推笫聵I(yè)單位發(fā)布的強(qiáng)制性停工停業(yè)通知，相當(dāng)一部分通勤出行需求被壓縮甚至消失，非通勤需求也將明顯的降低。即使在那些剛性的非通勤需求中，出行者的出行選擇行為（包括出行目的地、出行交通模式、出行路徑和出發(fā)時(shí)間等）將發(fā)生較大變化，從以降低出行成本（包括時(shí)間成本和金錢成本）為主，轉(zhuǎn)化為優(yōu)先考慮降低病毒傳播幾率，出行成本為次要考慮的目標(biāo)。這樣的出行行為變化所導(dǎo)致的結(jié)果是出行需求規(guī)模和頻率大大降低，出行距離和時(shí)間被大大壓縮，出行模式以私家車和慢行交通方式為優(yōu)先考慮，同時(shí)盡量避免搭乘大型公共交通工具、盡量避開人群較多的地段和場所并盡量避開需求高峰出行。我國的絕大部分城市在疫情期間都實(shí)施了程度和范圍不同的出行需求管制政策。恒大研究院最近的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，我國地鐵運(yùn)量最大的7 個(gè)城市在2020年春節(jié)第一周的客運(yùn)總量跟2019 年同期相比下降了91.2%、春節(jié)第四周跟2019 年同比下降了77.7%；而城市智行研究院的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，2020 年3 月我國35 個(gè)中心城市（武漢除外）的總客運(yùn)量、公共汽車客運(yùn)量、軌道交通客運(yùn)量、出租汽車客運(yùn)量比2019 年同期分別下降了67.7%、70.7%、57.0%、64.4%。

疫情期間的特殊交通需求管理措施主要包括：① 利用各種方式和渠道加強(qiáng)宣傳引導(dǎo)，以降低城市居民的非剛性出行需求；② 通過與政府各部門和各企事業(yè)單位合作，為在職者提供遠(yuǎn)程居家辦公的可能；③ 保障生活和應(yīng)急物質(zhì)就近供應(yīng)，抑制居民的非通勤出行需求，并避免遠(yuǎn)距離、長時(shí)間的生活出行。同時(shí)，以疫情防控為目的的出行需求管理應(yīng)該遵循如下原則和建議：① 需要在政府主導(dǎo)的框架下，將企事業(yè)單位的停工停產(chǎn)決策與出行限制決策統(tǒng)籌規(guī)劃與協(xié)同實(shí)施；② 使用行政命令和經(jīng)濟(jì)杠桿相結(jié)合的手段，調(diào)整企事業(yè)單位的工作時(shí)間并設(shè)定交通設(shè)施和工具運(yùn)營的頻次與費(fèi)用；③ 聯(lián)合各類物流運(yùn)輸企業(yè)與生活服務(wù)企業(yè)，實(shí)現(xiàn)生活物資的就近供應(yīng)和到戶配送；④ 利用移動互聯(lián)網(wǎng)所搜集的手機(jī)位置數(shù)據(jù)追蹤出行人群的時(shí)空移動軌跡，以評價(jià)各項(xiàng)出行需求管理措施的效果及實(shí)現(xiàn)出行需求管理的動態(tài)調(diào)整。此外，疫情條件下的出行需求管理要與交通系統(tǒng)控制結(jié)合起來協(xié)同實(shí)施，以在供需兩方面實(shí)現(xiàn)既滿足最低限度的剛性交通需求，又最大限度地降低疫情擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)。

值得注意的是，疫情期間的出行需求變化具有一次性、突發(fā)性的特點(diǎn)，其需求模式與病毒本身的危害程度和擴(kuò)散特性以及人們對疫情的重視程度等動態(tài)因素密切相關(guān)，因此很難使用傳統(tǒng)的基于長期社會經(jīng)濟(jì)和人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來進(jìn)行建議、推算和評估需求管理措施。借助移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和隨身通訊設(shè)備，可以追蹤絕大部分人群的活動位置；出行需求管理措施實(shí)施前和實(shí)施后的出行人群時(shí)空軌跡的對比可以用來大范圍地評估不同管理措施所產(chǎn)生的疫情防控效果，并為進(jìn)一步對實(shí)施措施的動態(tài)優(yōu)化調(diào)整提供大數(shù)據(jù)依據(jù)。

此外，因疫情防控需要而產(chǎn)生的特殊時(shí)期的人員與物資運(yùn)輸需求也需要在統(tǒng)一的城市交通需求管理框架下進(jìn)行規(guī)劃與管理，并在一定程度上保證這些交通運(yùn)輸需求的優(yōu)先滿足。這些需求包括醫(yī)護(hù)人員的通勤和調(diào)配、病患和隔離人員的運(yùn)送、城市管理與執(zhí)法人員的巡邏活動、醫(yī)療和防護(hù)物資的配送，以及疫情防控期間突發(fā)的人員與物資運(yùn)送需求等。如何將這些以疫情防控為目的的剛性交通需求與疫情期間的居民生活出行需求及生活物資運(yùn)送需求在一個(gè)統(tǒng)一的管理框架內(nèi)進(jìn)行協(xié)調(diào)和管理是一個(gè)多目標(biāo)、多層次的系統(tǒng)優(yōu)化問題。

3.2 交通系統(tǒng)控制

在防疫抗疫的目標(biāo)和原則下，城市交通系統(tǒng)的運(yùn)營需要根據(jù)精準(zhǔn)預(yù)測的出行需求分布來重新進(jìn)行組織和管控，包括交通需求管理和交通系統(tǒng)控制。疫情條件下，交通系統(tǒng)控制的主要目的是為了在交通運(yùn)力資源縮減和滿足疫情防控的額外要求下，以及在滿足最低限度的剛性交通需求條件下最大程度地提升交通運(yùn)輸效率。

從我國疫情防控一年的經(jīng)驗(yàn)來看，有效的城市交通系統(tǒng)控制措施主要包括：① 停止部分公共交通方式的運(yùn)營、減免私家車和慢行交通等低傳染風(fēng)險(xiǎn)交通方式的出行成本與限行措施（例如，北京市交通委員會宣布自2020 年2 月3 日起推遲實(shí)行高峰時(shí)段區(qū)域的基于車牌尾號的限行交通管理措施，疫情期間全國開通城市軌道交通運(yùn)營的40 個(gè)城市中有8 個(gè)城市實(shí)施暫停運(yùn)營、13個(gè)城市關(guān)閉部分車站和線路、30 個(gè)城市調(diào)整了運(yùn)營時(shí)間和班次）；② 對那些繼續(xù)運(yùn)營的大型公共交通工具，嚴(yán)格控制其搭乘密度，保持乘客之間的平均距離在一定的安全范圍之上（例如，交通運(yùn)輸部在2020 年3 月1 日頒布并于4 月11 日修訂了《客運(yùn)場所和交通運(yùn)輸工具新冠肺炎疫情分區(qū)分級防控指南》明確規(guī)定，高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)的公交車輛擁擠度應(yīng)該控制在4 人/m2 以下，地鐵滿載率不得超過50%，而中風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)的公交車輛擁擠度應(yīng)該控制在6 人/m2 以下，地鐵滿載率不得超過70%）；③ 嚴(yán)格控制共享交通工具（出租車、網(wǎng)約私家車、共享汽車等）的運(yùn)營，督促運(yùn)營人員做好消毒、防護(hù)、監(jiān)測等工作；④ 關(guān)閉某些交通場所和路段，對進(jìn)入某些區(qū)域的交通流量進(jìn)行限制（例如，上海市道路運(yùn)輸管理局宣布自2020年2 月8 日起來自湖北、湖南、河南、安徽、浙江、江西、廣東七省的私家車輛暫時(shí)不得通過高速公路進(jìn)入上海）；⑤ 為保障城市重點(diǎn)區(qū)域的出行便利和物資供應(yīng)，政府統(tǒng)一組織專門人員、專門車輛、專門路線進(jìn)行支持；⑥ 為配合以上管控要求，城市交通管控系統(tǒng)（包括交通信號系統(tǒng)、交通信息系統(tǒng)、擁堵收費(fèi)系統(tǒng)等）需要重新進(jìn)行設(shè)置與調(diào)整。

在此基礎(chǔ)上，我們認(rèn)為以疫情防控為目的的交通控制措施需要在如下方面進(jìn)一步加強(qiáng)研究和實(shí)踐：① 根據(jù)每種交通模式的運(yùn)營方式、搭乘密度、覆蓋范圍等特性，限定其運(yùn)營區(qū)域、時(shí)長、頻率，重新優(yōu)化交通控制系統(tǒng)，盡量降低大型公共交通系統(tǒng)和公共交通樞紐的高密度使用，取消或者減少公共交通工具的優(yōu)先路權(quán)；② 嚴(yán)格管控不同交通模式之間的銜接換乘地點(diǎn)和大型交通樞紐的人流走向和密度，避免人群高密度聚集和長時(shí)間停留，實(shí)行公共交通的無接觸購票服務(wù)和預(yù)約出行；③ 在控制城市總體交通需求的情況下，通過經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼或者刺激的方式促成出行人群盡多使用個(gè)人交通工具出行、減少公共交通模式使用、鼓勵以家庭成員或者工作同事等具有天然近距離相處關(guān)系的人士共同出行；④ 根據(jù)以上交通出行總量和方式的變化，重新優(yōu)化城市交通網(wǎng)絡(luò)的控制策略和交通管理所需人力物力的資源分配，將城市交通系統(tǒng)控制的整體目標(biāo)由在保障運(yùn)營安全的基礎(chǔ)上的降低出行延誤轉(zhuǎn)變?yōu)樵诒Ｕ线\(yùn)營安全和出行暢通的基礎(chǔ)上減少出行人群接觸。

疫情期間交通系統(tǒng)控制方案的制訂和選擇需要開發(fā)和使用相應(yīng)的多模式城市交通系統(tǒng)模型來進(jìn)行，主要內(nèi)容包括：① 在精準(zhǔn)獲取交通需求時(shí)空分布結(jié)果的基礎(chǔ)上（例如通過手機(jī)位置數(shù)據(jù)來推算的出行人群軌跡時(shí)空分布），開發(fā)應(yīng)用于整個(gè)城市或者重點(diǎn)區(qū)域的、受制于運(yùn)力資源限制、滿足額外出行限制的多模式交通網(wǎng)絡(luò)流模型，此模型中的主要決策變量包括以上那些交通需求管理和交通供應(yīng)控制措施；② 使用依靠出行人群時(shí)空軌跡數(shù)據(jù)所推算的交通網(wǎng)絡(luò)流量分布來標(biāo)定模型中反映個(gè)體行為和偏好的參數(shù)，特別是那些與防疫控疫措施相關(guān)聯(lián)的參數(shù)；③ 應(yīng)用此模型來評價(jià)和優(yōu)化城市綜合交通管控方案，包括交通模式和出行區(qū)域限制、車輛搭乘密度控制、特定車輛和線路優(yōu)先實(shí)施、交通信號與信息系統(tǒng)優(yōu)化等各類措施。

3.3 出行人群篩查

在疫情防控過程中，一項(xiàng)重要的防止病毒傳播的措施是在各個(gè)城市區(qū)域和交通系統(tǒng)的關(guān)鍵場所對流動人群進(jìn)行檢測與追蹤，通過簡單或?qū)Ｓ玫尼t(yī)學(xué)甄別技術(shù)（如體溫測量、核酸檢測、抗體檢測、抗原檢測，以及最新的唾液檢測技術(shù)等）快速地篩選出那些可能的病毒攜帶者（包括那些自身沒有察覺的病毒攜帶者以及那些有意隱瞞病情的感染者），以及通過動態(tài)手機(jī)信令數(shù)據(jù)和交通運(yùn)營數(shù)據(jù)快速地確定與病毒攜帶者可能有密切接觸的人群，從而對他們盡快進(jìn)行隔離控制及詳細(xì)醫(yī)學(xué)檢查，以便進(jìn)一步進(jìn)行治療并防止病毒在公共場所傳播。近來的相關(guān)傳染病學(xué)調(diào)查表明，那些不帶口罩或其他個(gè)人防護(hù)設(shè)備的傳染性病毒攜帶者在人群中傳播病毒的概率非常高，即使那些佩戴口罩的病毒攜帶者仍有一定幾率在出行過程中感染相鄰的其他人員[23-27]。

在世界范圍內(nèi)，目前針對防控新冠病毒而實(shí)施的人群檢測機(jī)制主要有兩類：一類是被動檢測（或強(qiáng)制檢測），另一類是主動檢測（或自愿檢測）。前者主要在各類公共場所（包括車站、機(jī)場、商業(yè)樓宇、購物中心等）和居住小區(qū)的物業(yè)和社區(qū)管理部門、各類公共交通工具的運(yùn)營公司在各自管控的場所和線路的出入口對來往人群進(jìn)行強(qiáng)制執(zhí)行；后者主要是在政府指定的各個(gè)專門醫(yī)療機(jī)構(gòu)或者具有足夠作業(yè)空間并且交通可達(dá)性良好的臨時(shí)檢測點(diǎn)開展的檢測活動，為那些自我疑似為病毒攜帶者或者因病毒擴(kuò)散而心生恐懼的人群提供一個(gè)專業(yè)的醫(yī)學(xué)檢測途徑。兩者實(shí)施的目的都是為了盡快發(fā)現(xiàn)、確診、隔離、治療人群中可能的病毒攜帶者。

對于強(qiáng)制檢測來說，如果要對以上這些場所或者線路實(shí)施全范圍（所有出入口）、全天候（每天24 小時(shí)）的檢測機(jī)制，實(shí)施部門則需要調(diào)用和布置大量的人力物力以實(shí)現(xiàn)全時(shí)空封閉狀態(tài)。在疫情期間長時(shí)間實(shí)施這些措施，則不可避免地會遇到檢測資源短缺的問題。為了保證篩檢的有效性，經(jīng)常不得不關(guān)閉某些出入口甚至整個(gè)設(shè)施，從而人為地造成人們出行的極大不便。此外，這樣各自為政的篩檢機(jī)制如果無法覆蓋到一個(gè)城市或者城市區(qū)域內(nèi)的每個(gè)角落，那么將不可避免地使得檢測網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)一些漏洞。另一方面，出行人群穿行于一個(gè)城市或者區(qū)域內(nèi)不同場所的過程中將會遇到多次這樣的重復(fù)檢查（例如，筆者在疫情爆發(fā)高峰期間對同濟(jì)大學(xué)留滬師生的出行行為調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，有個(gè)別出行人員一天之內(nèi)在上海市區(qū)各個(gè)不同場所經(jīng)歷高達(dá)15 次以上的體溫檢查）。同樣內(nèi)容的重復(fù)檢查既無必要，也造成了醫(yī)務(wù)資源的分散和浪費(fèi)，以及出行的不便和延誤。

因此需要從城市內(nèi)部社區(qū)或者區(qū)域的整體防疫控疫角度，來統(tǒng)一協(xié)調(diào)部署針對出行人群的篩檢機(jī)制和資源。為提高檢測效率和精度，除了要盡快研制更加高效準(zhǔn)確的病毒檢測技術(shù)（參見科技部于2020 年2 月8 日發(fā)布的新型冠狀病毒現(xiàn)場快速檢測產(chǎn)品研發(fā)應(yīng)急項(xiàng)目申報(bào)的通知）之外，如何科學(xué)合理地選擇檢測地點(diǎn)和分配檢測資源，并在有限的醫(yī)務(wù)人力物力條件下實(shí)現(xiàn)城市范圍內(nèi)（或者城市特定區(qū)域范圍內(nèi)）的全覆蓋、全天候檢測，對當(dāng)前的疫情防控工作有著十分重大的現(xiàn)實(shí)意義。以上海市嘉定區(qū)新安社區(qū)為例，這個(gè)社區(qū)目前總共包括12 個(gè)居住小區(qū)，每個(gè)小區(qū)平時(shí)由各自的物業(yè)公司進(jìn)行日常物業(yè)管理。在疫情爆發(fā)初期，每個(gè)小區(qū)由各自的物業(yè)管理公司負(fù)責(zé)對其出入人群實(shí)行篩檢任務(wù)。由于大部分小區(qū)有多個(gè)出入口，甚至某些小區(qū)還是開放式小區(qū)，使得各物業(yè)管理公司投入篩檢任務(wù)的工作人員數(shù)量相比任務(wù)所需的人員數(shù)量顯得捉襟見肘，很難滿足全天不間斷、整個(gè)小區(qū)全封閉篩檢的要求。為了解決篩檢資源短缺的問題，新安社區(qū)居委會決定利用社區(qū)相對封閉、出入口有限的優(yōu)勢，聯(lián)合所有小區(qū)物業(yè)管理公司實(shí)行以社區(qū)地域范圍為基礎(chǔ)的統(tǒng)一篩檢任務(wù)，在社區(qū)的東南和西北出入口上各設(shè)置一道篩檢警戒線，來檢查所有進(jìn)入新安社區(qū)的人群和車流。這樣的篩檢地點(diǎn)設(shè)置，使得整個(gè)社區(qū)對篩檢人力物力資源的需求大為降低，但其帶來的負(fù)面影響是每個(gè)篩檢地點(diǎn)的檢測任務(wù)較重，特別是每天早晚的出行高峰時(shí)期，篩檢警戒線前常常有進(jìn)入社區(qū)的行人和車輛排起長隊(duì)。

從以上事例可以看出，如何在基于社區(qū)交通道路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、滿足社區(qū)疫情防控需求的情況下，合理設(shè)置篩檢地點(diǎn)及分配篩檢資源，使得篩檢行動對于交通出行的負(fù)面影響降至最低，是出行人群篩檢任務(wù)中的主要管理決策問題。此問題的主要研究內(nèi)容包括：① 根據(jù)目前應(yīng)用的檢測技術(shù)和程序以及現(xiàn)場記錄數(shù)據(jù)，建立起篩檢過程的人群到達(dá)分布模式和排隊(duì)模型，并根據(jù)篩檢實(shí)測數(shù)據(jù)估算相關(guān)的模型參數(shù)；② 根據(jù)出行需求時(shí)空分布數(shù)據(jù)估算或收集結(jié)果，開發(fā)有限篩檢資源條件下的、內(nèi)嵌篩檢排隊(duì)模型的、面向篩檢機(jī)制所覆蓋區(qū)域的篩檢地點(diǎn)選擇和資源分配設(shè)施選址模型和算法。

與強(qiáng)制檢測不同，自愿檢測的目的是在疫情爆發(fā)期間醫(yī)院不能滿足病患就醫(yī)的情況下，為那些自我疑似感染病毒的居民提供一個(gè)快速檢測甄別的途徑。原則上來說，自愿檢測的臨時(shí)站點(diǎn)應(yīng)該選擇那些靠近居住區(qū)域、交通便利快捷、能夠容納較多人數(shù)、最好是有現(xiàn)成空閑基礎(chǔ)設(shè)施的地點(diǎn)，同時(shí)也應(yīng)該考慮到城區(qū)中現(xiàn)有的醫(yī)院分布和容量，而各個(gè)站點(diǎn)的自愿檢測資源分配應(yīng)該根據(jù)供應(yīng)的檢測人力與設(shè)備數(shù)量以及潛在的自愿檢測需求來進(jìn)行決策。韓國政府在新冠肺炎疫情爆發(fā)初期，在全國的主要城市的一些公共停車場建立了“得來速”（Drive-Thru）檢測站點(diǎn)，一方面可以讓疑似病患駕車駛?cè)?，檢測全程無須讓被檢測者下車，降低了因人員聚集造成的傳染風(fēng)險(xiǎn)，另一方面也大大減小了疑似病患涌入醫(yī)院所造成的潛在交叉感染幾率。這種類型的檢測站點(diǎn)隨后在美國、英國、德國、加拿大等多個(gè)國家被推廣和啟用。此類自愿檢測站點(diǎn)的地點(diǎn)和容量設(shè)置同時(shí)也必須考慮到當(dāng)?shù)匾咔榘l(fā)展的狀況和可用醫(yī)療資源的數(shù)量。據(jù)澎湃新聞2020 年3 月16 日的報(bào)道，在美國科羅拉多州丹佛市的一處新冠病毒檢測站點(diǎn)，由于沒有根據(jù)疫情發(fā)展形勢和居民檢測需求提前規(guī)劃好所需的人力物力資源，涌入此站點(diǎn)的車輛在站點(diǎn)開放之后就大排長龍。據(jù)當(dāng)?shù)貦z測管理部門的官方聲明顯示，3 月11 日該檢測站點(diǎn)開放的首日檢測了160 人，平均等候時(shí)間為84 min；次日涌入500 多人，平均等候時(shí)間高達(dá)數(shù)小時(shí)，有人甚至提前4 h 開始排隊(duì)等候檢測。在這之后該檢測站點(diǎn)不得不宣布限制接待人數(shù)。此次事件揭示了在醫(yī)療資源有限的疫情爆發(fā)期間，合理規(guī)劃檢測站點(diǎn)和分配檢測資源的重要性。

如何在城市區(qū)域范圍內(nèi)根據(jù)檢測站點(diǎn)建設(shè)和檢測資源限制，以及潛在的檢測需求時(shí)空分布（跟居民的居住地點(diǎn)和疫情的發(fā)展態(tài)勢相關(guān)）來確定檢測地點(diǎn)選擇和資源分配是此項(xiàng)任務(wù)中的主要管理決策問題。此問題的主要研究內(nèi)容包括：① 根據(jù)目前應(yīng)用的病毒檢測手段和過程，建立起篩檢過程的人群到達(dá)分布和排隊(duì)模型，并根據(jù)篩檢實(shí)測數(shù)據(jù)標(biāo)定相關(guān)的模型參數(shù)；② 根據(jù)自愿檢測需求時(shí)空分布結(jié)果，開發(fā)有限檢測資源條件下、內(nèi)嵌檢測排隊(duì)模型的、基于交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的城市檢測地點(diǎn)選擇和資源分配優(yōu)化模型和算法。

除了以上描述的針對城市居民進(jìn)行大面積主動或被動檢測以外，另外一項(xiàng)有針對性的篩查措施是追蹤并檢測那些與病毒攜帶者在被隔離前有過近距離接觸的人群。這些近距離接觸行為會大概率發(fā)生在出行人群使用公共交通工具和設(shè)施的過程中。

傳統(tǒng)的追蹤潛在感染人群的方法可以通過基于城市交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與車輛和人群時(shí)空位置數(shù)據(jù)建立的人員接觸網(wǎng)絡(luò)來快速實(shí)現(xiàn)。為此我們需要充分融合多源交通運(yùn)營與人群出行數(shù)據(jù)，包括但不限于出行者手機(jī)信令數(shù)據(jù)、交通卡刷卡數(shù)據(jù)、網(wǎng)約車出行平臺數(shù)據(jù)、航空服務(wù)平臺數(shù)據(jù)等，構(gòu)造基于城市多模式交通系統(tǒng)的接觸網(wǎng)絡(luò)。其中手機(jī)信令數(shù)據(jù)將提供手機(jī)持有者的時(shí)空位置信息，而交通卡刷卡數(shù)據(jù)等平臺數(shù)據(jù)將提供乘客使用相關(guān)交通工具的信息，例如乘坐時(shí)間、時(shí)長、班次等。鑒于該網(wǎng)絡(luò)所包含的信息源較多，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)龐大，所需計(jì)算分析時(shí)間較長，因此在城市規(guī)模較大的情況下，接觸網(wǎng)絡(luò)的使用可能會由于計(jì)算瓶頸的限制而無法進(jìn)行。在這種情況下，人員接觸網(wǎng)絡(luò)可以使用等價(jià)但結(jié)構(gòu)相對簡單的車輛行程網(wǎng)絡(luò)來代替。Bota 等人[17]的研究表明，與接觸網(wǎng)絡(luò)相比，車輛行程網(wǎng)絡(luò)可顯著降低網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)和線段數(shù)量，因此可降低網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度以及相應(yīng)的基于網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算時(shí)間。但由于需要引入的城市層面的交通車輛和出行人群時(shí)空數(shù)據(jù)體量巨大，因此車輛行程網(wǎng)絡(luò)仍然具有較大的規(guī)模。一種減小計(jì)算量的方式是通過構(gòu)建基于疑似或確診病例的關(guān)鍵接觸子網(wǎng)絡(luò)或者車輛行程子網(wǎng)絡(luò)來降低網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜程度和規(guī)模，然后基于子網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行潛在感染人群追蹤。在保證排查無疏漏的情況下，這種方法能夠顯著提高潛在感染人群的追蹤效率。

從以上描述中可以看到，如何有效地快速采集、融合、提取相關(guān)運(yùn)行車輛和活動人群的時(shí)空位置數(shù)據(jù)和快速構(gòu)建接觸網(wǎng)絡(luò)或車輛行程網(wǎng)絡(luò)是這個(gè)研究任務(wù)的關(guān)鍵。疑似病例追蹤問題的主要研究內(nèi)容包括：① 開發(fā)一種基于不同接觸判定條件，能夠使用不斷更新的運(yùn)行車輛和活動人群個(gè)體時(shí)空位置數(shù)據(jù)來快速構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)（更準(zhǔn)確地說是構(gòu)建用于描述網(wǎng)絡(luò)的矩陣或向量數(shù)據(jù)）匹配查找算法；② 開發(fā)一種根據(jù)不同接觸感染幾率，能夠快速在城市接觸網(wǎng)絡(luò)或車輛行程網(wǎng)絡(luò)中搜索并識別所有潛在感染人員個(gè)體的網(wǎng)絡(luò)搜索算法。

3.4 隔離設(shè)施設(shè)置

檢測出行人群和追蹤潛在感染人員的目的是為了對發(fā)現(xiàn)的疑似病患做進(jìn)一步的隔離、觀察、檢測和治療，隔離措施能夠防止這其中的無癥狀感染者或隱瞞病情者在人群中繼續(xù)傳播病毒。在今年的疫情期間，我國各地都建立了集中隔離醫(yī)學(xué)觀察點(diǎn)以觀察與新冠病患有過密切接觸的人員以及來自重點(diǎn)疫區(qū)或近期有重點(diǎn)疫區(qū)旅居史的人員，并對這些集中隔離點(diǎn)實(shí)現(xiàn)全流程閉環(huán)式管理。以北京市為例，至2020 年4 月6日為止全市共設(shè)置了280 個(gè)集中隔離醫(yī)學(xué)觀察點(diǎn)，這對有效及時(shí)地阻斷新冠病毒在北京地區(qū)的傳播發(fā)揮了重大作用。毋庸置疑，合理設(shè)置隔離設(shè)施并且快速隔離潛在病例是隔離措施有效性和及時(shí)性的重要保障。而在此次疫情期間，各地政府在隔離點(diǎn)選址、設(shè)置、資源配置方面還暴露了很多管理上的問題，包括隔離地點(diǎn)偏遠(yuǎn)、隔離缺乏監(jiān)管、物資供應(yīng)不足、運(yùn)送人員短缺等現(xiàn)象。據(jù)中央電視臺報(bào)道，2020 年1 月底到2 月初的疫情高峰期間，武漢市內(nèi)各隔離點(diǎn)配置的司機(jī)數(shù)量嚴(yán)重不足，經(jīng)常需要一個(gè)司機(jī)同時(shí)負(fù)責(zé)多條線路的運(yùn)送任務(wù)，因此病患的轉(zhuǎn)移運(yùn)送任務(wù)頻繁延誤，甚至有的病患在運(yùn)送途中突然遭遇路邊停車等候的狀況，因?yàn)樗緳C(jī)臨時(shí)接到其他優(yōu)先級更高的運(yùn)送任務(wù)而中途離場。

城市范圍內(nèi)的隔離設(shè)施一般有兩類：① 用于隔離從境外和外地進(jìn)入人員中的潛在感染者，這些專用隔離點(diǎn)一般建在機(jī)場、車站、碼頭等口岸附近，以及高速和主干公路進(jìn)入城市的區(qū)段；② 用于隔離在城市內(nèi)部通過各種方式（篩查、追蹤，或者自我報(bào)告）發(fā)現(xiàn)的潛在感染人員，這些臨時(shí)隔離點(diǎn)的選址和管理一般要根據(jù)已有居住設(shè)施的安全性和完備性、交通的便捷性和可達(dá)性、對城市環(huán)境和周圍居民的影響等因素來綜合考慮。例如，北京市疾病預(yù)防控制中心特別編制的《集中隔離醫(yī)學(xué)觀察點(diǎn)的設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)及管理技術(shù)指引》就詳細(xì)說明了隔離點(diǎn)建設(shè)的各種專業(yè)意見。另一方面，城市內(nèi)部隔離點(diǎn)的選擇也需要考慮城市潛在感染人群的可能分布特征以及市內(nèi)醫(yī)院分布的地理位置，并在疫情發(fā)展過程中存在各種不確定因素的情況下，從系統(tǒng)優(yōu)化的角度在城市區(qū)域?qū)用娼y(tǒng)一規(guī)劃隔離點(diǎn)的選址決策和運(yùn)輸車輛的配置決策。

一般來說，此類系統(tǒng)決策問題可被描述為集合覆蓋設(shè)施選址問題或者固定費(fèi)用設(shè)施選址問題，要將設(shè)施改造成本、車輛配置成本、隔離實(shí)施成本等考慮在內(nèi)，并以選址和管理決策與車輛配置數(shù)量和類型作為主要決策變量。此外，相關(guān)約束條件包括但不限于：① 隔離點(diǎn)的容量要求：根據(jù)隔離設(shè)施的房間總數(shù)和隔離人員的居住密度要求，確保隔離點(diǎn)總?cè)萘磕苋菁{最高的預(yù)估隔離人員數(shù)量；② 隔離點(diǎn)的位置要求：為方便隔離人員的轉(zhuǎn)移及降低轉(zhuǎn)移過程中的交叉感染風(fēng)險(xiǎn)，相關(guān)隔離點(diǎn)與主要的城際交通樞紐和線路應(yīng)在一定的距離范圍之內(nèi)，并與相關(guān)的治療醫(yī)院之間有便捷的聯(lián)系交通通道；③ 隔離人員運(yùn)輸車輛的數(shù)量要求：隔離點(diǎn)應(yīng)配置足夠數(shù)量的運(yùn)輸車輛以保證隔離人群可以快速轉(zhuǎn)移，避免隔離人員由于長時(shí)間在轉(zhuǎn)移過程中的聚集等待而造成的交叉感染；④ 隔離點(diǎn)的居住條件分級：在滿足上述約束條件的前提下，在隔離點(diǎn)適當(dāng)設(shè)置不同檔次的居住條件，以滿足不同消費(fèi)能力的隔離人群的住宿需求。當(dāng)然，疫情的變化趨勢將影響對隔離點(diǎn)及運(yùn)輸車輛的數(shù)量和容量需求。因此，隔離點(diǎn)的規(guī)劃與管理以及運(yùn)輸車輛配置將會是一個(gè)動態(tài)優(yōu)化的過程。如果疫情發(fā)展時(shí)期較長或者疫情發(fā)展?fàn)顟B(tài)變化不定，上述設(shè)施選址問題需要進(jìn)一步擴(kuò)展為包含時(shí)間維度的多階段決策優(yōu)化問題。

從以上分析可以看出，隔離設(shè)施選址問題是一個(gè)不確定需求條件下基于交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的、包含多種戰(zhàn)術(shù)與運(yùn)營決策的系統(tǒng)優(yōu)化問題。此問題的核心研究內(nèi)容包括：① 篩查并選定符合隔離條件的所有隔離設(shè)施與場所，并核定各個(gè)候選隔離點(diǎn)的主要設(shè)施參數(shù)；② 根據(jù)疫情的發(fā)展趨勢和防控措施的有效性，利用交通出行大數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)來預(yù)測潛在感染人群的可能空間概率分布；③ 建立滿足各項(xiàng)隔離標(biāo)準(zhǔn)和要求的隔離設(shè)施選址模型，并應(yīng)用隨機(jī)規(guī)劃算法來求解最佳地點(diǎn)選擇與車輛配置方案。

4 研究框架與模塊

根據(jù)對以上研究內(nèi)容的分析，提出了如下的基于城市交通系統(tǒng)與區(qū)域的疫情防控策略問題分析框架和任務(wù)模塊，此框架同時(shí)也展示了我們所建議的整體技術(shù)路線和研究步驟（見圖2）。

圖2 針對城市交通系統(tǒng)與出行活動的疫情防控問題分析框架與任務(wù)模塊

此框架中最基礎(chǔ)的任務(wù)模塊是疫情期間出行選擇行為與需求預(yù)測模塊，提供其他幾個(gè)模塊所需的城市出行需求時(shí)空分布數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，包含的技術(shù)任務(wù)包括搜集和分析出行行為數(shù)據(jù)以及使用基于交通網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)計(jì)預(yù)測模型、網(wǎng)絡(luò)均衡模型，甚至機(jī)器學(xué)習(xí)模型來進(jìn)行交通需求的時(shí)空預(yù)測。第二個(gè)模塊是交通需求管理與系統(tǒng)控制模塊，其包含兩部分內(nèi)容：① 交通需求管理（見3.1）；② 交通系統(tǒng)控制（見3.2）。這個(gè)任務(wù)模塊包含著復(fù)雜的具有雙層結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)規(guī)劃模型，其中的決策變量是連續(xù)變量或者離散變量或者兩者兼而有之，這些決策變量代表著可實(shí)施的那些交通需求管理和交通系統(tǒng)控制措施；模型中的上層問題反映交通需求管理和交通系統(tǒng)控制目標(biāo)，下層問題則為第一個(gè)模塊中所建立起來的交通需求時(shí)空預(yù)測模型。模塊一與模塊二的目的分別為疫情期間城市交通系統(tǒng)的需求側(cè)和供給側(cè)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，它們的輸出互相影響、互為結(jié)果，反映了城市通勤和運(yùn)輸需求與交通管理部門管控措施在城市交通網(wǎng)絡(luò)層面的互動結(jié)果。模塊三是出行人群篩查（見3.3）模塊，也包含著兩塊研究內(nèi)容：出行人群檢測和潛在病例追蹤。這兩塊研究內(nèi)容分別對應(yīng)著被動式和主動式尋找和阻斷出行人群中潛在病例的防控措施。這個(gè)任務(wù)模塊主要由基于城市交通網(wǎng)絡(luò)或車輛行程網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)優(yōu)化模型和方法來實(shí)現(xiàn)。模塊三中的研究任務(wù)，特別是潛在病例追蹤任務(wù)，除了需要交通網(wǎng)絡(luò)層面的出行人群流量時(shí)空分布作為輸入數(shù)據(jù)，還依賴車輛和出行個(gè)體的時(shí)空位置數(shù)據(jù)。最后一個(gè)模塊是隔離設(shè)施規(guī)劃與管理（見3.4）模塊，其目的是為了完成疫情防控的最后任務(wù)—隔離與觀察潛在感染者。這個(gè)模塊的技術(shù)也涉及復(fù)雜的基于交通網(wǎng)絡(luò)的多決策任務(wù)、多層級設(shè)施的選址-交通系統(tǒng)優(yōu)化模型和方法。除了出行人群流量時(shí)空分布結(jié)果之外，這個(gè)模塊也需要用到疫情在城市區(qū)域中的時(shí)空分布結(jié)果和相關(guān)市內(nèi)定點(diǎn)醫(yī)院的位置、容量、醫(yī)療資源、治療效能等信息作為輸入數(shù)據(jù)。

由于以上問題分析與建?？蚣苤械母黜?xiàng)功能以模塊化的形式共存，所以實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能的技術(shù)可隨著數(shù)據(jù)采集的精度和手段以及信息傳輸與計(jì)算能力的增強(qiáng)而獨(dú)立升級或改變。例如，對于潛在病例追蹤功能，如果可以使用超級計(jì)算機(jī)來快速地對人員接觸網(wǎng)絡(luò)圖進(jìn)行分析和搜索，避免現(xiàn)有計(jì)算瓶頸的限制，那么將無需引入車輛出行網(wǎng)絡(luò)圖以及構(gòu)建子網(wǎng)絡(luò)來降低網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜程度和規(guī)模。對于出行需求預(yù)測功能，如果可以通過下一代移動通訊網(wǎng)絡(luò)來采集和傳輸所有出行人群的高頻手機(jī)信令數(shù)據(jù)，那么出行需求預(yù)測的結(jié)果將可以利用動態(tài)網(wǎng)絡(luò)流和時(shí)間序列相結(jié)合的方法進(jìn)行實(shí)時(shí)的修正，從而大大提高其精度。

在疫情發(fā)展的不同階段，本文所討論的疫情防控策略的必要性和重要性也有所不同。表1 簡單的標(biāo)示了這些防控措施在不同疫情發(fā)展階段的實(shí)施范圍和力度：符號“■”表示相關(guān)措施必須要全面實(shí)行，符號“□”表示可以局部或部分實(shí)行，沒有符號處表示不需要實(shí)行。從表1 可以看到，在疫情尚未發(fā)生的平時(shí)或預(yù)備階段（Preparedness），只需要根據(jù)未來疫情爆發(fā)的可能性而提前征用和設(shè)置或維護(hù)一些可能會被用到的集中隔離設(shè)施；在疫情零星出現(xiàn)或疫情尚未爆發(fā)的初始階段（Emergence），那些疫情被發(fā)現(xiàn)的城市區(qū)域里需要實(shí)施有針對性的出行需求管理、交通系統(tǒng)控制、出行人群篩查措施，以抑制病毒在人群中大面積擴(kuò)散的可能性，同時(shí)也要在城市范圍內(nèi)啟動集中隔離設(shè)施的準(zhǔn)備工作，以防疫情爆發(fā)而激增的人群隔離需求；在疫情已經(jīng)全面爆發(fā)的階段（Outbreak），以上所有的疫情管控措施要配合其他防疫控疫措施全面啟動，在保證必要的交通運(yùn)輸活動之外，力求在城市交通系統(tǒng)和區(qū)域的各個(gè)管控策略方面實(shí)施最嚴(yán)格的措施；當(dāng)疫情完全控制（新增確診病例持續(xù)一段時(shí)間完全為零），生產(chǎn)生活進(jìn)入到恢復(fù)階段（Recovery）以后，除了維持必要的出行人群檢測和出行病例追查之外，交通系統(tǒng)的運(yùn)營應(yīng)該基本恢復(fù)，出行需求管理可以在某種程度上進(jìn)行開放（但密集人群聚集的場所還需要維持較長時(shí)間的關(guān)閉），集中隔離設(shè)施根據(jù)需要也可以部分選擇關(guān)閉。需要說明的是，疫情不一定按照表1 所示的四個(gè)階段來發(fā)展，因此這些疫情防控策略也不一定按照這個(gè)順序來分階段實(shí)施。例如，如果疫情初始階段各項(xiàng)防控措施實(shí)施到位，有可能避免疫情的大面積爆發(fā)，直接進(jìn)入生產(chǎn)生活恢復(fù)階段；如果在恢復(fù)階段期間，城市的某些區(qū)域又突然出現(xiàn)較多疑似病例或確診病例，那么這些防控策略的實(shí)施又將不得不立即恢復(fù)到疫情初始階段的狀態(tài)。

表1 疫情防控策略在不同階段的實(shí)施范圍與力度

5 結(jié)論與建議

習(xí)近平總書記在2020 年2 月3 日舉行的中央政治局常委會議上指出：“疫情防控不只是醫(yī)藥衛(wèi)生問題，而是全方面的工作，是總體戰(zhàn)?！狈酪呖匾呖傮w戰(zhàn)中的重要一環(huán)就是如何防止疫情通過交通運(yùn)輸活動中的人員聚集和流動而發(fā)生大規(guī)模的擴(kuò)散。從各國疫情跟蹤數(shù)據(jù)（見圖1）對比來看，在疫情發(fā)展初期，實(shí)行嚴(yán)格社會管制措施，包括交通系統(tǒng)和出行人群管控措施的國家與忽視實(shí)施這些措施的國家相比，疫情發(fā)展結(jié)果有云泥之別。即使在疫情控制的平穩(wěn)期和消退期，這些管控措施仍然非常重要并且需要嚴(yán)格執(zhí)行，否則容易造成疫情的重新失控和擴(kuò)散。我國著名呼吸病學(xué)專家、中國工程院院士鐘南山教授在2020 年5 月初接受媒體采訪時(shí)表示：“雖然我國疫情已經(jīng)得到大范圍的控制，但我們?nèi)匀徊荒芊潘蓪σ咔榉揽氐木?。我國仍然面臨新冠病毒第二波疫情的挑戰(zhàn)?！碑?dāng)然，這些措施在實(shí)施過程中，要根據(jù)疫情發(fā)展的不同階段和經(jīng)濟(jì)活動恢復(fù)的需求、不同城市的人口規(guī)模和地理?xiàng)l件來因地制宜、因時(shí)制宜、按需調(diào)整，也要積極地與城市治理中的應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制、資源協(xié)同管理等其他應(yīng)對措施結(jié)合起來，在對疫情嚴(yán)格防控的同時(shí)保障城市交通運(yùn)輸系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行[1,5]。

本文所建議的各項(xiàng)針對城市交通系統(tǒng)與出行活動的疫情管控措施涉及一系列以城市疫情和交通雛形大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的優(yōu)化決策過程，基于運(yùn)籌學(xué)理論和方法的系統(tǒng)優(yōu)化問題的建模和求解是這些措施在規(guī)劃及實(shí)施過程中的基本決策工具。而采集、分析、融合、集計(jì)這些車輛與人員移動大數(shù)據(jù)的主要科技手段是移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和個(gè)人移動通訊技術(shù)以及基于云端的大數(shù)據(jù)處理技術(shù)。這些涉及城市人群的多源異構(gòu)大數(shù)據(jù)在疫情期間需要不斷采集與更新，一方面用來預(yù)測以上優(yōu)化決策問題所需輸入的疫情變化趨勢和人群出行規(guī)律（依靠統(tǒng)計(jì)預(yù)測、機(jī)器學(xué)習(xí)或者系統(tǒng)仿真技術(shù)），另一方面也用來標(biāo)定這些優(yōu)化決策問題中所涉及的個(gè)體和群體行為參數(shù)（依靠系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)）。因此，涉及本文中所描述的交通系統(tǒng)與區(qū)域管控策略的核心研究內(nèi)容將是一系列機(jī)器學(xué)習(xí)和運(yùn)籌優(yōu)化問題的建模、求解和應(yīng)用過程。

本文的主要內(nèi)容僅僅討論了實(shí)施這些面向城市交通系統(tǒng)與出行活動的管控措施的基本原理、分析框架和技術(shù)方法，具體的科學(xué)問題界定和分析以及用來解決這些科學(xué)問題的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算方法還需要進(jìn)一步展開研究。在以上提出的研究框架和路線下，下面這些問題反映了我們在剖析這些科學(xué)問題和選擇研究方法過程中所關(guān)注的出發(fā)點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)：

（1）出行需求管理：有限疫情信息和可能管控的情況下，如何確定城市居民出行選擇行為的主要影響因素？如何建立和標(biāo)定基于以上行為的選擇行為模型和出行需求模型？如何確定疫情期間哪些出行需求為彈性較大需求、哪些需求為基本剛性需求？如何針對彈性需求和剛性需求提出相應(yīng)的出行需求管理措施？

（2）交通系統(tǒng)控制：在疫情發(fā)展的不同階段，城市多模式交通系統(tǒng)中哪些交通控制措施應(yīng)該優(yōu)先考慮？多模式交通系統(tǒng)中的控制優(yōu)化模型有哪些主要的決策變量和額外的限制條件？此模型的覆蓋范圍和建模精度應(yīng)該如何設(shè)定，以及此模型包含哪些確定性的和隨機(jī)性的關(guān)鍵個(gè)體和群體行為參數(shù)？綜合交通系統(tǒng)控制方案如何與出行人群篩查和緊急物流運(yùn)輸結(jié)合起來？

（3）出行人群篩查：檢測機(jī)制應(yīng)該是全區(qū)域集中控制、協(xié)調(diào)行動，還是應(yīng)該分區(qū)設(shè)置、獨(dú)立運(yùn)作？一個(gè)城市中的檢測區(qū)域應(yīng)該根據(jù)哪些因素、通過什么原理來劃分？檢測地點(diǎn)優(yōu)化模型應(yīng)該包含哪些出行行為模塊及哪些檢測過程模塊？用于出行病例追蹤的接觸網(wǎng)絡(luò)或車輛行程網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建需要采集和集計(jì)哪些類型的數(shù)據(jù)？出行病例追蹤算法如何在數(shù)據(jù)精度和維度與計(jì)算效率之間取得平衡？

（4）隔離設(shè)施設(shè)置：如何融合交通出行數(shù)據(jù)與歷史病例數(shù)據(jù)來預(yù)測潛在感染人群的空間概率分布？隔離設(shè)施規(guī)劃與管理應(yīng)該包括哪些優(yōu)化目標(biāo)？運(yùn)輸車輛數(shù)量與類型決策是應(yīng)該在隔離設(shè)施之間協(xié)調(diào)還是為每個(gè)隔離設(shè)施單獨(dú)進(jìn)行配置？除了設(shè)施選址和車輛配置外，是否需要以及怎樣將其他人力物力資源配置考慮在決策模型和實(shí)施框架內(nèi)？