日前，国际顶级综合性期刊《Nature Communications》（《自然•通讯》）在线发表了浙大城市学院城市大脑研究院特聘副研究员吴戡团队研究成果——“Big data empowered trafic signal control could reduce urban carbon emission ”，揭示数字信号灯如何驱动城市交通碳减排。
在全球范围内，交通运输部门为第三大温室气体排放源（贡献率为16.2%），道路交通的碳排放量占交通总排放量的74%，而由交通拥堵引发的额外碳排放量约占道路交通排放量的12-15%。交通减排路径的研究具有显著的战略意义。我国城市交通治理正经历数字化转型。数字信号灯作为城市大脑的主要落地场景之一，基于摄像头、地磁线圈等多源数据融合，路口信号灯可实现道路资源的动态自适应优化，以精准匹配车流需求，为同时提升城市交通效率和低碳水平提供了新的突破路径。
论文基于OpenStreetMap数据和CBEngine城市级微观交通仿真平台，对中国前100个最拥堵城市的交通流-碳排放进行动态耦合模拟，评估数字信号灯对城市全域的交通碳减排潜力，并基于“环境-社会-成本”三元框架，对数字信号灯的落地应用进行了成本-收益分析，系统回答数字信号灯碳减排的关键科学问题，为城市交通低碳转型提供兼具理论深度与实践价值的解决方案，助力国家“双碳”战略目标实现。
研究发现，数字信号灯通过动态调整路口道路资源的分配，有效地减轻了因交通拥堵导致的车辆减速和怠速现象，进而有助于减少碳排放。模拟实验显示，97%的城市实现了平均速度的提升（49个城市在高峰时段的速度增长超过10%）。城市效益呈现出双模态分布：前50个城市遵循幂函数递减规律（例如，北京的效益为上海的66%），后50个城市则呈现线性递减趋势，这说明排名靠前的城市交通效率提升更明显，而排名靠后的城市则提升效果相对有限。回归分析揭示了拥堵改善潜力与城市当前拥堵情况（即平均速度）、道路里程及人口数量呈负相关，而与街道平直度及经济水平呈正相关，这表明数字信号灯系统在交通压力大、经济发达、路网规划优良的城市中实施效果最佳。
数字信号灯对城市交通效率的优化提升（高峰时段）
根据MOVES模型的测算，在中国排名前100拥堵城市采用数字信号灯可实现年减少二氧化碳排放量达3173万吨，占总排放量的6.65%，相当于每年减少916万辆燃油车的排放。减排潜力在不同城市间存在显著差异：上海以167万吨的减排量位居首位，而三亚仅为1.6万吨。前十名城市的减排总量占到30%，而排名后十位的城市仅贡献了1.64%。即便如此，诸如长沙等排名较低的城市仍能实现超过5%的区域性减排效益。减排规模与城市的基准排放量呈正相关，但并非线性关系（例如，尽管上海的排放量低于重庆，其减排效果却更为显著），这表明需要根据城市的特定条件制定定制化的解决方案。此外，该技术通过优化车辆行驶模式，减少刹车和怠速时间、提高平均车速，能够同步减少氮氧化物（NOₓ）、氨（NH₃）等污染物的排放，有助于改善PM2.5和臭氧的治理。因此，数字信号灯不仅能够推动碳达峰的进程，还能通过改善空气质量带来健康效益，成为实现多目标协同的智慧交通解决方案。
数字信号灯对城市交通碳减排的年度贡献
论文中还根据城市采用数字信号灯的成本-收益分析，建议决策部门突破单一交通疏导的治理范式，系统性纳入环境健康多维效益评估框架，从而强化智慧交通系统在碳中和战略及可持续城市治理体系中的关键作用。
城市采用数字信号灯的成本-收益分析
城市大脑研究院通过持续深入城市大脑建设实践，提出、分析与解决城市发展真题、难题，由此组织跨学科融合团队开展场景化创新研究上亦形成了活力机制。本项研究就是在数字信号灯于杭州、南昌等城市局部区域已经开展试点，但尚未充分了解其在城市全域的社会经济效益与碳减排成效的背景下启动的。除了方法论团队，研究成果得益于与研究院特聘顾问浙江大学环境与资源学院谷保静教授（本文通讯作者）、上海交通大学计算机系John Hopcroft Center郑冠杰、之江实验室、浙江警察学院等团队合作的研发共同体的长期协同共力。
据悉，这也是团队继2023年携手《Nature》子刊 npj Urban Sustainability发起”Digitalization,Centralization and Sustainable City（数字化、中枢化与城市可持续发展）“的主题专刊、2024年联合发表《Precise control balances epidemic mitigation and economic growth》一文后的又一重要的研究进展。
论文信息：https://www.nature.com/articles/s41467-025-56701-4
第一作者：吴戡
浙大城市学院城市发展与战略研究院（城市大脑研究院）特聘副研究员，宾夕法尼亚州立大学交通工程系博士。研究方向包括城市交通、城市治理数字化、城市可持续发展等。研究成果在Nature Communications、Transportation Research Part C等期刊上发表，曾获美国交通运输研究委员会TRB颁发的Fred Burgraff优秀青年学者奖。
责任编辑：孙亚飞
审核：陈雯婕
终审：李磊
