大數(shù)據(jù)背景:高速公路收費系統(tǒng)數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀、分析與展望

杜玉輝 蔣姣麗

摘要：文章對當前高速公路收費系統(tǒng)數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀進行了分析，針對系統(tǒng)數(shù)據(jù)量日趨增大，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)多樣化的特性，創(chuàng)造性地提出大數(shù)據(jù)背景下高速公路收費系統(tǒng)數(shù)據(jù)面臨的問題，并初步探討了未來高速公路收費系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)展的趨勢，對未來高速公路收費系統(tǒng)數(shù)據(jù)倉庫平臺研究有一定的參考作用。

關(guān)鍵詞:高速公路;智能交通;收費系統(tǒng);數(shù)據(jù);大數(shù)據(jù)

中圖分類號：TP30; U495文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2012)15-3752-03

Big Data Background: Studies,Analysis and Forecasts of the Highway Toll System Data

DU Yu-hui1，JIANG Jiao-li2

(1. Guangzhou Newsoft Technology Company Limited, Guangzhou 510101, China; 2. Guangdong Province Agricultural Machinery Test ing Station, Guangzhou 510515, China)

Abstract：This paper analysised the current status of the highway toll system data, for the amount of system data is increasing day by day, the diverse characteristics of the data structure, the Creatively put forward the problems faced by the highway toll system data in the context of big data, And explored the development trend of the future highway toll system data. Discourse of this paper, with a reference value on the future highway toll system data warehouse platform.

Key words：highway; intelligent traffic ; toll system; data; big data

自1988年中國第一條高速公路開始通車運營，到2012年，國內(nèi)高速公路通車總里程達65000公里，廣東省內(nèi)的高速公路通車里程約為5500公里。高速公路的快速發(fā)展，提高了人、財、物等關(guān)乎經(jīng)濟發(fā)展的資源的快速流通，對中國經(jīng)濟的快速發(fā)展起到了重要作用。由于我國從上世紀80年代至今沿用“貸款修路、收費還貸”高速公路建設投資模式，造成高速公路路段、收費站林立。盡管交通部聯(lián)合其他部委于2011年展開收費公路清理工作，并推進現(xiàn)代化收費系統(tǒng)建設，加快區(qū)域合并步伐，保障高速公路的通暢性，然而由于高速公路建設模式及復雜的投資關(guān)系，在今后相當長一段時間都難以大規(guī)模實現(xiàn)路段合并或撤并收費站。大量收費站的存在會持續(xù)相當長一段時間。

自80年代中期以來，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及和完善，人們將先進的信息技術(shù)、通訊技術(shù)、傳感技術(shù)、控制技術(shù)以及計算機技術(shù)等有效地集成運用于高速公路收費體系，極大提高了收費和服務效率。同時，歧義路徑算法、自由流模型等技術(shù)不斷成熟完善，為未來高速公路收費體系跨越式發(fā)展和區(qū)域合并提供了堅實的技術(shù)支撐。在各種技術(shù)在高速公路有效運用的的背景下，各功能系統(tǒng)產(chǎn)生快速、大量、多樣的數(shù)據(jù)，高性能的高速公路收費體系需要從數(shù)據(jù)中，快速獲得有價值信息，就需依仗高效的數(shù)據(jù)查詢、分析處理功能，也就是面向“大數(shù)據(jù)”的分析處理技術(shù)。對“大數(shù)據(jù)”的分析相比于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)倉庫應用，具有數(shù)據(jù)量大、查詢分析復雜等特點，能提高收費效率，增強服務能力，提升管理的前瞻性，保障高速公路的通暢性，同時降低能源消耗，減輕環(huán)境污染。

1高速公路收費系統(tǒng)的現(xiàn)狀及存在問題

1.1高速公路收費系統(tǒng)類型

高速公路收費體系的核心業(yè)務—收費系統(tǒng)，根據(jù)自動化程度的不同可分為人工收費、半自動收費、全自動機械收費、電子不停車收費（ETC）和半自動收費與全自動電子收費相結(jié)合的組合式收費等類型[1]。

高速公路收費體系的子系統(tǒng)有：收費站軟件系統(tǒng)、路段收費中心軟件系統(tǒng)、區(qū)域收費中心系統(tǒng)、省聯(lián)網(wǎng)收費結(jié)算中心計算機系統(tǒng)以及業(yè)務支持類系統(tǒng)，例如：營運稽查系統(tǒng)、閉路監(jiān)控系統(tǒng)、音頻管理系統(tǒng)、視頻管理系統(tǒng)、機電管理維護系統(tǒng)、道路養(yǎng)護系統(tǒng)、運營支持系統(tǒng)、緊急救援系統(tǒng)(EMS)、辦公自動化系統(tǒng)（OA）等。

收費站軟件系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)通信管理子系統(tǒng)、參數(shù)瀏覽子系統(tǒng)、交接班子系統(tǒng)、報表管理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)備份與恢復子系統(tǒng)、發(fā)票管理子系統(tǒng)、車牌及卡號查詢子系統(tǒng)、收費監(jiān)控子系統(tǒng)、IC卡管理子系統(tǒng)等。

路段收費中心軟件系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)、參數(shù)管理子系統(tǒng)、IC卡管理子系統(tǒng)、報表管理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)備份和恢復子系統(tǒng)、車牌和卡號查詢管理子系統(tǒng)、收費監(jiān)控子系統(tǒng)、圖像稽查子系統(tǒng)、發(fā)票管理子系統(tǒng)等。

區(qū)域結(jié)算中心軟件系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)、收費數(shù)據(jù)拆分和結(jié)算系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)查詢管理系統(tǒng)、人員管理與設置系統(tǒng)、IC卡管理系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡與系統(tǒng)管理系統(tǒng)、報表系統(tǒng)；安全保障系統(tǒng)等。

省聯(lián)網(wǎng)收費結(jié)算中心計算機軟件系統(tǒng)包括密鑰管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)備份與恢復系統(tǒng)、粵通卡初始化系統(tǒng)、粵通卡庫存管理系統(tǒng)、帳務管理系統(tǒng)、黑名單管理系統(tǒng)、通信管理系統(tǒng)、后臺充值認證系統(tǒng)、交易認證系統(tǒng)、報表統(tǒng)計查詢系統(tǒng)等。

1.2高速公路收費系統(tǒng)的現(xiàn)狀

2010年l2月由交通運輸部、國家發(fā)展改革委、財政部聯(lián)合下發(fā)了《關(guān)于促進高速公路應用聯(lián)網(wǎng)電子不停車收費技術(shù)的若干意見》，其中明確要求：擴大我國高速公路ETC車道的覆蓋率，實現(xiàn)高速公路主要出入口均建有專用的ETC車道；力爭到“十二五”期末，全國高速公路ETC平均覆蓋率達到60%，ETC車道數(shù)達到6000條，ETC用戶量達到500萬個，非現(xiàn)金支付使用率達到40%?？梢灶A計到ETC收費車道將是今后高速公路收費系統(tǒng)設計中要全面考慮的重點，在執(zhí)行目前出人口車道數(shù)在3人4設置1入1出ETC車道原則外，在交通量較大的收費站可以適當增加ETC收費車道數(shù)量，這樣即提高通行效率又符合國家政策導向。2011年年中，由交通運輸部聯(lián)合相關(guān)部委開展了收費公路整頓清理工作，也揭開了高速公路收費系統(tǒng)不斷優(yōu)化發(fā)展的大幕，通過優(yōu)化高速公路收費方法，推動區(qū)域合并不斷推進聯(lián)網(wǎng)收費的區(qū)域和層次，滿足人民群眾對高速公路通暢性、舒適性的要求，與此同時提高通暢性也起到了節(jié)能減排等目的，可謂是一舉兩得。同時根據(jù)交通部“十二五”規(guī)劃，要繼續(xù)推進高速公路電子不停車收費系統(tǒng)的比例，推進國內(nèi)聯(lián)網(wǎng)步伐。

以廣東為例，2012年已經(jīng)著手對省內(nèi)高速公路區(qū)域聯(lián)網(wǎng)收費工作，并逐步推進高速公路區(qū)域合并，減少收費戰(zhàn)數(shù)目，聯(lián)網(wǎng)工作和區(qū)域合并工作的推進，未來高速公路運營中心將迎來“大數(shù)據(jù)”時代。廣東高速公路聯(lián)網(wǎng)收費要按照“分步實施、逐步完善”的原則，先在高速公路實施，再推廣到其他收費公路。高速公路應按“分區(qū)聯(lián)網(wǎng)、逐步合并”的方針，從區(qū)域聯(lián)網(wǎng)收費逐步發(fā)展到跨區(qū)域的全省聯(lián)網(wǎng)收費。

請試想一下：數(shù)以千萬計的車輛實時通過收費站，不停地產(chǎn)生數(shù)據(jù)；當你想進行圖片稽查、流水查詢、信息搜尋等操作時，如何快速定位、檢索資料、存取數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)交換等。大量、多樣、快速的數(shù)據(jù)給高速公路運營提出了巨大挑戰(zhàn)。而這一系列操作均需“大數(shù)據(jù)”做支撐?！按髷?shù)據(jù)”的顯著特征為：“大量化(Volume)、多樣化(Variety)和快速化(Velocity)”。當前高速公路運營單位的數(shù)據(jù)分析與處理越來越不適應這種新的變化。

1.3高速公路收費系統(tǒng)數(shù)據(jù)存在的問題分析

一方面隨著隨著企業(yè)業(yè)務的推進和演變，高速公路車流量和通車里程不斷飛躍式增長，同時高速公路信息功能系統(tǒng)不斷增多，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)越來越多，種類越來越多，數(shù)量越來越大，對存儲成本、運用成本、查詢成本方面的壓力越來越大[2]。

另一方面，企業(yè)的領(lǐng)導者能夠獲取諸多的信息，但是并不代表他能夠從信息當中得到的參謀價值，或者這種指導價值是正確的。

一些數(shù)據(jù)也在清晰地體現(xiàn)這些問題，根據(jù)調(diào)查，1/3的領(lǐng)導不信任現(xiàn)在的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，1/2的領(lǐng)導抱怨沒有得到自己需要的信息，83%的信息管理負責人覺得，商業(yè)智能（BI）應該成為他們信息規(guī)劃當中的一部分。以上數(shù)據(jù)反映的問題實質(zhì)就是：企業(yè)需要獲得一種方法去有效地利用好大數(shù)據(jù)。因此亟需針對“大數(shù)據(jù)”的技術(shù)。

當前高速公路運營單位對數(shù)據(jù)的關(guān)注點還主要集中于收費流水數(shù)據(jù)的正確性和可追溯性，例如主要關(guān)注入口流水與出口流水的一致性、收費金額與車型的一致性、收費結(jié)算與通行數(shù)量的一致性等，對全局數(shù)據(jù)的分析處理還遠遠不夠，這成為未來高速公路運營中心提高數(shù)據(jù)應用和“保暢通、促和諧”的主要矛盾。目前在數(shù)據(jù)處理方面，高速公路運營中心存在的問題主要有：

1）數(shù)據(jù)處理技術(shù)落后，還停留于總數(shù)核對，有問題再細化，沒達到自動智能分析處理層次；

2）數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性不夠，結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)沒有關(guān)聯(lián)，一旦出現(xiàn)問題，查找數(shù)據(jù)非常耗費人力物力；3）數(shù)據(jù)沒有形成數(shù)據(jù)集市、數(shù)據(jù)倉庫等形式，數(shù)據(jù)后期應用價值低；

4）數(shù)據(jù)分析處理落后，導致數(shù)據(jù)應用匱乏，數(shù)據(jù)逐步成為各運營單位的負擔，既不能丟棄又不能產(chǎn)生價值；

云計算、物聯(lián)網(wǎng)等甚囂塵上的概念，無不昭示著未來“大數(shù)據(jù)”對企業(yè)發(fā)展所蘊含的潛在價值，無不表明著未來誰掌握了“大數(shù)據(jù)”，誰就能解決在企業(yè)發(fā)展過程中各種業(yè)務數(shù)據(jù)增長所帶來的痛苦，進而實現(xiàn)快速飛躍發(fā)展。

2大數(shù)據(jù)背景下的高速公路收費系統(tǒng)數(shù)據(jù)

隨著圖像、傳感技術(shù)等新技術(shù)在交通領(lǐng)域應用的不斷深入，高速公路信息應用技術(shù)不斷走向縱深；再次，歧義路徑算法、自由流模型等技術(shù)的完善，將在高速公路收費體系中大規(guī)模應用。顯然可以預見，未來高速公路將是一個“大數(shù)據(jù)”引領(lǐng)的智慧科技的時代。更多的傳感設備、信息終端接入到網(wǎng)絡，由此產(chǎn)生的數(shù)據(jù)及增長速度將比歷史上的任何時期都要多，都要快。高速公路“大數(shù)據(jù)”時代的腳步悄然而至。目前，國內(nèi)已經(jīng)有很多技術(shù)研究者在深入研究這一領(lǐng)域，在中國人民大學王珊博導一文“架構(gòu)大數(shù)據(jù)：調(diào)整、現(xiàn)狀與展望”中提到，在大數(shù)據(jù)的時代背景下，只能對現(xiàn)有數(shù)據(jù)倉庫系統(tǒng)實現(xiàn)方案進行重新審視，通過對并行數(shù)據(jù)庫、MapRe duce、并行數(shù)據(jù)庫和MapReduce技術(shù)的混合架構(gòu)進行評價和歸納對比分析[3]，文章對架構(gòu)大數(shù)據(jù)有很深刻的指導意義。

2.1大數(shù)據(jù)的概念

“大數(shù)據(jù)”首先是一個現(xiàn)象而不是一種技術(shù)。“大”首先是指數(shù)據(jù)體量(volumes)大，指代大型數(shù)據(jù)集，一般在10TB規(guī)模左右，但在實際應用中，很多企業(yè)用戶把多個數(shù)據(jù)集放在一起，已經(jīng)形成了PB級的數(shù)據(jù)量;其次是指數(shù)據(jù)類別(variety)大，數(shù)據(jù)來自多種數(shù)據(jù)源，數(shù)據(jù)種類和格式日漸豐富，已沖破了以前所限定的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)范疇，囊括了半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。從IT角度來看，信息結(jié)構(gòu)類型大致經(jīng)歷了三次浪潮。但是新的浪潮并沒取代舊浪潮，它們?nèi)栽诓粩喟l(fā)展，三種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類型一直存在，只是其中一種結(jié)構(gòu)類型往往主導于其他結(jié)構(gòu)：

結(jié)構(gòu)化信息——這種信息可以在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中找到，多年來一直主導著IT應用。這是關(guān)鍵任務OLTP系統(tǒng)業(yè)務所依賴的信息，另外，還可對結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫信息進行排序和查詢；

半結(jié)構(gòu)化信息——這是IT的第二次浪潮，包括電子郵件，文字處理文件以及大量保存和發(fā)布在網(wǎng)絡上的信息。半結(jié)構(gòu)化信息是以內(nèi)容為基礎，可以用于搜索，這也是谷歌存在的理由；

非結(jié)構(gòu)化信息——該信息在本質(zhì)形式上可認為主要是位映射數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)必須處于一種可感知的形式中(諸如可在音頻、視頻和多媒體文件中被聽或被看)。許多大數(shù)據(jù)都是非結(jié)構(gòu)化的，其龐大規(guī)模和復雜性需要高級分析工具來創(chuàng)建或利用一種更易于人們感知和交互的結(jié)構(gòu)。

2.2大數(shù)據(jù)背景下的高速公路收費系統(tǒng)數(shù)據(jù)

高速公路收費體系產(chǎn)生的數(shù)據(jù)內(nèi)容不僅僅是多，而且結(jié)構(gòu)已發(fā)生了極大改變，不是以二維表的規(guī)范結(jié)構(gòu)存儲。大量的數(shù)據(jù)是非結(jié)構(gòu)化的辦公文檔、文本、圖片、XML、HTML、各類報表、圖片和音頻/視頻等，并且所有數(shù)據(jù)是大量且增長迅速的。據(jù)相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，企業(yè)80%的數(shù)據(jù)是非結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化的，結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)僅有20%。并且全球結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)增長速度約為32%，而非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)增速高達63%。預計今年非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)占有比例將達到互聯(lián)網(wǎng)整個數(shù)據(jù)量的75%以上。面臨如此大量的非機構(gòu)化數(shù)據(jù)，其移動和修改將耗費大量的人力物力，讀取效率也將越來越低。當然這包括了物理存儲和邏輯存儲軟、硬件兩個層面。

以廣深珠高速公路有限公司為例，高速公路收費系統(tǒng)數(shù)據(jù)的格式有結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，非結(jié)構(gòu)化的XML、JPG、音頻、視頻等格式。在未來路段、區(qū)域合并的大背景下，未來高速公路運營單位將進入“大數(shù)據(jù)”時代。如何在充分信息的情況下，對高速公路車輛進行合理的監(jiān)控與疏導、控制和事件管理；路政部門可隨時掌握車輛的運行情況，進行合理的調(diào)度；而運營部門對大數(shù)據(jù)的有效分析處理以支持交通、收費規(guī)劃決策、發(fā)展戰(zhàn)略決策等[4]。

“大數(shù)據(jù)”包括交易和交互數(shù)據(jù)集在內(nèi)的所有數(shù)據(jù)集，其規(guī)模或復雜程度超出了常用技術(shù)按照合理的成本和時限捕捉、管理及處理這些數(shù)據(jù)集的能力，即在一定時間內(nèi)還是采用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫軟件工具對其內(nèi)容進行抓取、管理和處理的數(shù)據(jù)集合，未來高速公路

已經(jīng)完全符合“大數(shù)據(jù)”的特征[5]。

3大數(shù)據(jù)背景下高速公路系統(tǒng)的展望

通過對高速公路運營中心大數(shù)據(jù)的分析處理，可以提高運營單位數(shù)據(jù)綜合應用水平，不斷增強數(shù)據(jù)的價值，為提高高速公路運營提供可靠的決策數(shù)據(jù)支持，為“保暢通、促和諧”注入新的活力[6]。大數(shù)據(jù)背景下的高速公路收費系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析優(yōu)越性有以下幾個方面：

1）提高路況管理的有效性：通過對大數(shù)據(jù)分析處理，不斷優(yōu)化數(shù)據(jù)處理模式，構(gòu)建數(shù)據(jù)自動分析處理模型，提高數(shù)據(jù)分析的主動性和預警性。例如分析某段高速公路入站車輛與出站車輛，可以模擬出此段高速公路的車流量，分配等級，如果超出此段高速公路承載數(shù)量，則進行重點監(jiān)控與疏導，避免車輛堵塞，做好預警。高速公路相關(guān)部門通過數(shù)據(jù)分析處理和數(shù)據(jù)挖掘，可以提前預防堵塞現(xiàn)象，通過收費站的疏導緩解某一階段的通行壓力，保障通暢性[7]。

2）增強數(shù)據(jù)利用率：通過大數(shù)據(jù)分析處理，建立數(shù)據(jù)集市和數(shù)據(jù)倉庫，提高結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非架構(gòu)化數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)度，降低數(shù)據(jù)應用難度，使運營單位在數(shù)據(jù)方面的負擔轉(zhuǎn)化為資源，為后期數(shù)據(jù)分析處理和應用提供便利。

3）降低運營成本：在經(jīng)濟成本上，通過大數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)，充分挖掘數(shù)據(jù)的價值，減少維護車輛出行使用費用上的支出；在人力成本上，通過大數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)，提升管理水平和服務質(zhì)量，滿足人民群眾對高速公路的要求。

4結(jié)論

本文分析了目前高速公路收費系統(tǒng)的現(xiàn)狀、并提出大數(shù)據(jù)背景下高速公路收費系統(tǒng)數(shù)據(jù)的問題，及探討了未來高速公路收費系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。就目前高速公路運營單位對數(shù)據(jù)分析處理的能力和水平遠遠不能滿足未來數(shù)據(jù)發(fā)展需要的現(xiàn)狀，依據(jù)在高速公路行業(yè)多年的經(jīng)驗，借助最新的大數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)的實現(xiàn)方案的研究，對大數(shù)據(jù)背景下，高速公路收費系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析方向進行了展望，對未來高速公路收費系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析及處理有一定的參考性價值。

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