基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧交通大數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)

潘俊方　樊阿嬌　茹艷　李永祥

摘要：為了解決都市內(nèi)嚴(yán)重的交通問題，文章運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)獲取大數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行分析處理，實(shí)現(xiàn)多種不確定性信息處理模型的相互融合，構(gòu)建基于聚類分析的數(shù)據(jù)挖掘算法庫，構(gòu)建高效的海量語義數(shù)據(jù)挖掘平臺，進(jìn)而開發(fā)出所需要的智慧交通大數(shù)據(jù)挖掘軟件應(yīng)用系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；物聯(lián)網(wǎng)；數(shù)據(jù)挖掘；智慧交通

1.背景分析

隨著計(jì)算機(jī)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，“大數(shù)據(jù)時代”悄然來臨。它的到來，影響著人類社會發(fā)展的進(jìn)程，標(biāo)志著繼農(nóng)業(yè)革命、工業(yè)革命、信息革命3次浪潮之后的數(shù)據(jù)革命的開始，它無時無刻不在影響著人們的日常生活。大數(shù)據(jù)給人們生活帶來的改變是方方面面的，是全方位、多領(lǐng)域的，當(dāng)然也包括交通。大數(shù)據(jù)在改變著人們的出行方式，使人們的出行更加便捷，更加高效，更有樂趣。

大數(shù)據(jù)時代的到來，為智慧交通的發(fā)展提供了有力的支持，同時也帶來了巨大的變革。當(dāng)人們乘坐地鐵或公交車刷卡時，刷卡機(jī)就記錄了人們的出行次數(shù)以及上車地點(diǎn)，通過對匯總過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以在一定程度上掌握人們的出行規(guī)律，從而對未來的出行進(jìn)行預(yù)測?，F(xiàn)在的很多交通信號燈是動態(tài)調(diào)整配時，它的實(shí)現(xiàn)方式是在交叉口附近埋置大量的傳感器，采集流量的數(shù)據(jù)，通過對各個傳感器的數(shù)據(jù)的匯總和分析，計(jì)算出本交叉口車流量的比例，再根據(jù)車流量、車道數(shù)的數(shù)據(jù)計(jì)算出合理的配時，最終實(shí)現(xiàn)通行能力最大化。高速公路上通過高清攝像頭的全程無縫隙實(shí)時監(jiān)控，交通部門可以實(shí)時掌握高速公路的運(yùn)行狀況，對于車輛超速、遮擋牌照以及在非緊急情況下侵走應(yīng)急車道等違法行為，高速交警可根據(jù)視頻圖片證據(jù)給予處罰。這些均有利于維持良好的交通秩序。

物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)等科學(xué)技術(shù)和相關(guān)的創(chuàng)新活動共同促進(jìn)著智慧交通的建設(shè)，智慧交通在交通運(yùn)行管理優(yōu)化、面向車輛和出行者的智慧化服務(wù)等各方面，為公眾提供更加敏捷、高效、綠色、安全的出行環(huán)境，創(chuàng)造了更美好的生活。智慧交通必定會對未來城市交通的發(fā)展模式、產(chǎn)業(yè)發(fā)展以及融資政策產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

2.物聯(lián)網(wǎng)在智慧交通中的應(yīng)用

為了改善我國當(dāng)今社會日趨嚴(yán)重的交通狀況，人們應(yīng)該努力提高交通運(yùn)輸設(shè)備及設(shè)施的信息化和智能化水平。由于物聯(lián)網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)工程、通信工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能等方面具有更大的技術(shù)優(yōu)勢，因此基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧交通為現(xiàn)代交通運(yùn)輸行業(yè)提供了發(fā)展的新方向。

物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)質(zhì)是利用射頻自動識別（RFID）技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物品的自動識別和信息的互聯(lián)與共享。在物聯(lián)網(wǎng)中，物品主要通過射頻識別裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，把物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和共享，從而實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。但是，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展。將物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算為代表的智能傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)、衛(wèi)星導(dǎo)航與定位技術(shù)等進(jìn)行有效的集成，運(yùn)用于整個交通運(yùn)輸管理體系，是智慧交通的一個重要標(biāo)志。在這個網(wǎng)絡(luò)中，人、車、路密切配合達(dá)到和諧統(tǒng)一，在很大程度上提高了交通運(yùn)輸效率，保障了交通安全，使整個交通體系智能化。

交通系統(tǒng)是一個復(fù)雜的綜合體，如果只從道路或者車輛的角度來考慮，無法從根本上解決問題。那么在信息技術(shù)的支持下，可以采用系統(tǒng)的方式來解決交通系統(tǒng)問題。由此可見，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對于解決交通系統(tǒng)問題有很大的幫助。

物聯(lián)網(wǎng)在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在3個方面：（1）V2V汽車防碰撞預(yù)警系統(tǒng)。這一預(yù)警系統(tǒng)名為“V2V”，中文意思是“車對車”，由美國通用汽車公司研發(fā)。該預(yù)警系統(tǒng)利用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)精確定位車輛所處方位，在兩車距離處于危險(xiǎn)范圍的時候發(fā)出警報(bào)，并通過無線網(wǎng)絡(luò)將所獲取的信息傳送到距離300米以內(nèi)的車輛上，提醒雙方駕駛員注意并立即采取相應(yīng)的措施。此外，系統(tǒng)還可以自動剎車，但車輛仍由駕駛員完全掌控。據(jù)通用公司的馬歇爾介紹，預(yù)警系統(tǒng)能夠最大限度減少駕駛員因處于車輛盲區(qū)而看不到其他車輛帶來的危險(xiǎn)。同時，系統(tǒng)也能夠防止因能見度低、道路曲折或注意力不集中導(dǎo)致的追尾事故。（2）Telematics通信服務(wù)系統(tǒng)?！败囕d信息服務(wù)”是指在車上安裝的資訊互動平臺，通過通信網(wǎng)絡(luò)提供的多種多樣的信息來實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)通過呼叫中心和數(shù)據(jù)中心為車主提供“點(diǎn)對點(diǎn)”的服務(wù)，可以實(shí)現(xiàn)包括遠(yuǎn)程車輛診斷、失竊車輛定位、撞車自動報(bào)警、氣囊打開報(bào)警、道路救援等在內(nèi)的車載智能通信服務(wù)，通過人機(jī)對話設(shè)置的車載導(dǎo)航，結(jié)合服務(wù)平臺收到的實(shí)時路況信息，從而避開道路擁堵和車輛高峰，給駕駛員提供道路指引，給用戶行車提供最大的方便。此外，隨著越來越多的傳感器在車身上的應(yīng)用，呼叫中心可通過收集實(shí)時路況信息為車主提供合理的應(yīng)急方案和維修方案。（3）互動式公交車站Eyeshop系統(tǒng)。美國麻省理工學(xué)院“感知城市實(shí)驗(yàn)室”正在研究一種互動式公交車站，該車站可以使人們在等車時有更多的事情可做，從而減少等待公交的無聊枯燥感。該設(shè)計(jì)的思想是：人與數(shù)字環(huán)境的互動應(yīng)該達(dá)到無時無刻，在開放的空間中提供開放式服務(wù)，讓人們在等車的同時還可以進(jìn)行信息查詢、規(guī)劃旅游線路、閱讀以及娛樂等。該系統(tǒng)將公交車站變?yōu)槿伺c物可以互動的車站，同時提供互動式地圖、分類廣告、路線規(guī)劃、公告欄等，實(shí)實(shí)在在地讓公交站成為人們休閑娛樂的場所。

3.數(shù)據(jù)挖掘在智慧交通領(lǐng)域的應(yīng)用

智慧交通是改善城市交通的關(guān)鍵，但是，及時、準(zhǔn)確地獲取交通數(shù)據(jù)并構(gòu)建交通數(shù)據(jù)處理模型是建設(shè)智慧交通的前提，這一難題可通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)得以解決。交通數(shù)據(jù)復(fù)雜龐大，交通信息來源廣泛，種類和形式均多種多樣，信息量巨大，利用海量的數(shù)據(jù)找到有用的信息則變成交通工作者的首要任務(wù)。根據(jù)交通數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析方法大多是采用統(tǒng)計(jì)和多維數(shù)據(jù)分析方法，這些方法均無法解決復(fù)雜龐大的交通數(shù)據(jù)。然而隨著數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的發(fā)展，在交通數(shù)據(jù)分析中更好地結(jié)合傳統(tǒng)的分析技術(shù)和新興的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對交通難題進(jìn)行分析和預(yù)測使人們看到了新的希望。endprint

數(shù)據(jù)挖掘是從大型數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)中提取出隱含的、事先未知的、但潛在有用的信息和知識的過程。確切地說，數(shù)據(jù)挖掘的過程是一個決策支持過程，主要基于數(shù)據(jù)庫、人工智能、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，自動化地分析生產(chǎn)線中原有的數(shù)據(jù)，進(jìn)行歸納推理，從而挖掘出潛在的模式，預(yù)測用戶的行為，幫助駕駛員調(diào)整行車路線，規(guī)避車流量高峰期和風(fēng)險(xiǎn)，作出正確的決策。隨著互聯(lián)網(wǎng)時代的到來，城市中各種各樣的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出爆炸式增長的態(tài)勢，這使人們進(jìn)入了數(shù)據(jù)時代，但同時也面臨著不能及時獲取實(shí)時信息等問題，因此人們迫切需要一種能從海量數(shù)據(jù)中發(fā)掘有用信息的工具，數(shù)據(jù)挖掘正是順應(yīng)這種需求誕生的。

數(shù)據(jù)挖掘通常有幾個任務(wù)：關(guān)聯(lián)分析、聚類分析、分類分析、時序模式和偏差分析。常用的數(shù)據(jù)挖掘方法有：決策樹方法、遺傳算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、最近臨技術(shù)和規(guī)則歸納，此外，還有可視化方法以及公式發(fā)現(xiàn)方法。為了解決交通擁堵和交通事故問題，可以利用數(shù)據(jù)挖掘中的分類技術(shù)對歷史交通問題進(jìn)行分析，提取發(fā)生交通擁堵時的規(guī)則，然后用道路或者路口的交通數(shù)據(jù)來匹配這些規(guī)則，將可以很好地預(yù)測交通擁堵問題的發(fā)生；對于交通事故，關(guān)鍵是從已發(fā)生的交通事故數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)問題，分析事故的原因，可以方便相關(guān)部門及時采取相應(yīng)的有效措施，數(shù)據(jù)挖掘中的關(guān)聯(lián)分析可以推導(dǎo)出一些有用的規(guī)則表達(dá)式，展示出事故發(fā)生時各種客觀因素對事故發(fā)生的影響程度。

除此之外，數(shù)據(jù)挖掘還應(yīng)用在許多其他領(lǐng)域。針對每一種特定領(lǐng)域，開發(fā)專用的數(shù)據(jù)挖掘工具，其中包括生物醫(yī)學(xué)、DNA數(shù)據(jù)分析、金融數(shù)據(jù)分析、零售業(yè)和電信等。數(shù)據(jù)挖掘存在許多序列模式分析和相似檢索技術(shù)，成為DNA分析中的強(qiáng)有力工具，在DNA序列間相似搜索和比較、關(guān)聯(lián)分析、同時出現(xiàn)的基因序列的識別、路徑分析和遺傳數(shù)據(jù)分析等方面起著不小的貢獻(xiàn)；在金融數(shù)據(jù)分析方面，可以對目標(biāo)市場客戶進(jìn)行分類與聚類，也可以幫助洗黑錢和其他金融犯罪的偵破；零售數(shù)據(jù)挖掘可以利于促銷活動的有效分析，識別顧客的購買行為，改進(jìn)服務(wù)質(zhì)量，提高貨品銷量，從而取得更好的顧客口碑；在電信領(lǐng)域，可以利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對電信數(shù)據(jù)進(jìn)行多維分析，識別盜用模式和異常模式，從而更好地利用資源和提高服務(wù)質(zhì)量。

基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧交通大數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)是一個服務(wù)于大型城市的、具有自適應(yīng)性的智慧應(yīng)用與整合能力的項(xiàng)目，保證該項(xiàng)目成功的前提是設(shè)立一套科學(xué)、合理的方法論和管理過程模型，同時為項(xiàng)目的大規(guī)模復(fù)制和推廣創(chuàng)造基礎(chǔ)條件。相信隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的不斷進(jìn)步，它們終將科學(xué)、高效地服務(wù)于城市，智慧交通以及整個智慧城市系統(tǒng)會越來越完善，人們的城市生活會更加美好。endprint