大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能交通中的應(yīng)用

楊玲玲++劉法勝++董霞++楊現(xiàn)青

[摘要]大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展給解決交通中存在的問題帶來了新的思路，大數(shù)據(jù)緩解交通擁堵，改善交通服務(wù)，促進(jìn)了智能交通系統(tǒng)更好更快的發(fā)展。文章首先述了大數(shù)據(jù)的概念及應(yīng)用現(xiàn)狀，然后闡述了大數(shù)據(jù)技術(shù)在交通誘導(dǎo)、公共交通服務(wù)、交通運(yùn)輸安全及主動式的交通服務(wù)中的應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]大數(shù)據(jù)；交通誘導(dǎo)；公共交通服務(wù)；交通運(yùn)輸安全；主動式的交通服務(wù)

[DOI]1013939/jcnkizgsc201623154

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市車輛也在飛速地增加，傳統(tǒng)的交通管制和規(guī)劃已經(jīng)不能滿足復(fù)雜的交通需求，交通擁堵已經(jīng)影響到了居民的生活質(zhì)量，加劇了環(huán)境污染，降低了城市的運(yùn)行效率。要解決交通擁堵，必須從根源上找到導(dǎo)致交通擁堵的根源——除了車輛數(shù)的劇增外，還有路邊車輛亂停亂靠、交通事故的發(fā)生以及發(fā)生后不能及時(shí)救援、清理現(xiàn)場等原因。面對交通擁堵，大力發(fā)展公共交通是一種有效手段，但事實(shí)上公共交通也存在著資源分配不合理的現(xiàn)象，導(dǎo)致等車時(shí)間上、乘車擁擠甚至擠不上車等問題。那如何解決這一系列的問題，最終解決交通擁堵問題，已經(jīng)引起了我們的思考。大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展給我們解決交通中存在的這些問題帶來了新的思路。大數(shù)據(jù)技術(shù)的戰(zhàn)略性意義在于我們可以快速、準(zhǔn)確地獲取、挖掘大量的有效的交通數(shù)據(jù)，構(gòu)建交通數(shù)據(jù)處理模型，讓交通有秩序的運(yùn)行。本文中針對大數(shù)據(jù)技術(shù)在交通誘導(dǎo)中的應(yīng)用、大數(shù)據(jù)對公共交通的優(yōu)化、對交通安全的優(yōu)化等方面進(jìn)行闡述，并提出了主動式的交通服務(wù)模式。

1大數(shù)據(jù)的概念及應(yīng)用進(jìn)展

1.1大數(shù)據(jù)的概念

所謂大數(shù)據(jù)是指數(shù)據(jù)量特別巨大，“超出了傳統(tǒng)意義上的尺度，一般的軟件工具難于捕捉、存儲、管理分析的數(shù)據(jù)?！边@些數(shù)據(jù)不僅數(shù)量大，而且異質(zhì)、復(fù)雜、來源不同、分散于各處。[1]在維克托·邁爾-舍恩伯格及肯尼斯·庫克耶編寫的《大數(shù)據(jù)時(shí)代》[2]中大數(shù)據(jù)指不用隨機(jī)分析法（抽樣調(diào)查）這樣的捷徑，而采用所有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)可以概括為四個(gè)“V”：Volume（大量 ）、Velocity（高速）、Variety（多樣）、Veracity（精確）。或者說，其特點(diǎn)有四個(gè)層面。第一，數(shù)據(jù)量巨大。大數(shù)據(jù)的起始計(jì)量單位至少是P（1000個(gè)T）、E（100萬個(gè)T）或Z（10億個(gè)T）；第二，數(shù)據(jù)類型繁多。比如，網(wǎng)絡(luò)日志、視頻、圖片、地理位置信息，等等。第三，價(jià)值密度低，商業(yè)價(jià)值高。第四，處理速度快。最后這一點(diǎn)也是和傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)有著本質(zhì)的不同。

1.2交通領(lǐng)域大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展

美國西北大學(xué)的交通研究中心主任Hani Mahmassani2012年11月在芝加哥的Teradata Big Analytics研討會上作了題為“大數(shù)據(jù)分析在出行和交通的應(yīng)用（Travel & Transportation：Big Data Analytics）”的演講，討論了利用海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)增強(qiáng)對交通系統(tǒng)狀態(tài)的分析和預(yù)測能力，從而提高用戶體驗(yàn)和交通系統(tǒng)運(yùn)營效率，創(chuàng)新交通服務(wù)，供應(yīng)鏈可視化等應(yīng)用。

美國麻省理工學(xué)院與新加坡政府于2007年啟動了SMART項(xiàng)目，其中的Future Urban Mobility子項(xiàng)目采用Smart Phone等手段，實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)采集交通需求，通過機(jī)器學(xué)習(xí)方法估計(jì)居民出行活動或位置選擇行為。[3]

雖然大數(shù)據(jù)在交通領(lǐng)域的應(yīng)用剛剛興起，但中國的交通研究機(jī)構(gòu)、高德地圖、百度地圖已經(jīng)開展實(shí)際應(yīng)用。深圳市城市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究中心在2006年建立深圳市城市交通仿真系統(tǒng)，成為我國最早將大數(shù)據(jù)應(yīng)用到交通中來的城市，北京建設(shè)了交通運(yùn)行監(jiān)測調(diào)度中心，上海市建立的交通信息中心是目前為止最全的數(shù)據(jù)中心，廣州市建設(shè)了交通運(yùn)行指揮中心。可見我國已經(jīng)非常重視利用大數(shù)據(jù)技術(shù)來解決交通領(lǐng)域的各種問題。

2大數(shù)據(jù)在交通誘導(dǎo)中的應(yīng)用

道路擁堵多重原因綜合作用而成。路段車流量大，超出道路承載能力；道路基礎(chǔ)設(shè)施不完善；路段的靜態(tài)交通規(guī)劃與日益增長的機(jī)動車數(shù)量不匹配，停車難、停車亂現(xiàn)象導(dǎo)致道路通行能力下降。近年來，由于城市發(fā)展所需，占道施工較多，加劇了交通需求與道路承載能力之間的矛盾，此外駕駛員的不文明行為也會加劇交通擁堵。交通誘導(dǎo)是緩解交通誘導(dǎo)的有效手段，下面對交通誘導(dǎo)做詳細(xì)介紹。

2.1交通誘導(dǎo)簡介及傳統(tǒng)交通誘導(dǎo)技術(shù)的缺陷

交通誘導(dǎo)是一個(gè)實(shí)時(shí)動態(tài)的過程[4]，首先通過各種技術(shù)手段收集即時(shí)的交通運(yùn)行數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)收集是交通誘導(dǎo)的前提條件。第二，基于收集到的即時(shí)交通運(yùn)行數(shù)據(jù)，對當(dāng)前交通狀況作出評價(jià)，并利用交通預(yù)測模型做出短時(shí)間內(nèi)的交通預(yù)測。第三，通過電臺及電視機(jī)、交通廣播、車載終端、電子誘導(dǎo)屏發(fā)布誘導(dǎo)信息。[5]第四，通過監(jiān)測交通流數(shù)據(jù)，反饋誘導(dǎo)的效果，對誘導(dǎo)方案做出優(yōu)化。下圖即為交通誘導(dǎo)的技術(shù)流程。其目的有兩個(gè)：一是使道路網(wǎng)上的交通流量均衡，是道路網(wǎng)的綜合交通能力達(dá)到最充分利用；二是減少行駛時(shí)間，縮短每輛車行駛的距離。交通誘導(dǎo)的技術(shù)流程

傳統(tǒng)的交通誘導(dǎo)技術(shù)已經(jīng)不能滿足交通運(yùn)行監(jiān)測和交通數(shù)據(jù)采集的需求，首先，我國大多數(shù)城市的交通流監(jiān)測系統(tǒng)僅僅覆蓋城市的主要干道，采集到的交通流信息不能完全反應(yīng)交通運(yùn)行狀況，給交通流量的判研帶來了困難。第二，受交通數(shù)據(jù)的采集、存儲及成本的約束。傳統(tǒng)的交通數(shù)據(jù)采集主要是采用隨機(jī)抽樣的方式，抽樣的隨機(jī)性決定了數(shù)據(jù)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。采集的交通數(shù)據(jù)大多是模擬數(shù)據(jù)而非數(shù)字信息，給存儲帶來了極大的挑戰(zhàn)。第三，受地域限制。大多數(shù)城市主要?jiǎng)潊^(qū)域分部門進(jìn)行交通管制，各部門之間很少進(jìn)行交通信息交流，給交通數(shù)據(jù)的采集帶來一定局限性。

2.2大數(shù)據(jù)技術(shù)在交通誘導(dǎo)中的優(yōu)勢

城市交通大數(shù)據(jù)環(huán)境是從相關(guān)交通信息系統(tǒng)中提取數(shù)據(jù)，由此產(chǎn)生了數(shù)據(jù)修補(bǔ)和控制問題。同時(shí)，大數(shù)據(jù)環(huán)境下交通分析的重要特點(diǎn)是最大限度發(fā)揮信息資源的價(jià)值，減少決策判斷中的模糊性。在交通流監(jiān)測和交通數(shù)據(jù)采集方面具有如下優(yōu)勢：

（1）大數(shù)據(jù)方法注重全體交通數(shù)據(jù)監(jiān)測，而非少量隨機(jī)樣本。

（2）大數(shù)據(jù)技術(shù)在出行數(shù)據(jù)采集[6]方面更趨于微觀化，以人為對象的移動數(shù)據(jù)采集，包括公交IC卡數(shù)據(jù)和手機(jī)GPS數(shù)據(jù)。以車為對象的交通移動數(shù)據(jù)的采集主要是車輛電子車牌GPS定位技術(shù)。

（3）在數(shù)據(jù)處理上，克服了數(shù)據(jù)形式單一化，不易于存儲的局限。由原來的靜態(tài)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)集拓展至靜態(tài)與動態(tài)相結(jié)合的數(shù)據(jù)集。數(shù)據(jù)集主要以數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)為主，也對模擬數(shù)據(jù)的采集及轉(zhuǎn)化技術(shù)做了更新。大數(shù)據(jù)處理技術(shù)對圖像處理信息化，使其存儲成本大大減小。

（4）大數(shù)據(jù)對與交通相關(guān)的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，主要包括與人們出行相關(guān)的Web點(diǎn)擊流、文檔、社交網(wǎng)絡(luò)、電話呼叫日志、視頻等。例如可以通過行人發(fā)表的微信動態(tài)判斷其所在的地點(diǎn)及交通狀況等信息。

（5）為實(shí)時(shí)觀測交通運(yùn)行狀態(tài)提供了可能。利用道路檢測技術(shù)，實(shí)時(shí)獲取交通流量，對交通運(yùn)行狀態(tài)作出評估，動態(tài)的呈現(xiàn)交通運(yùn)行狀態(tài)及交通擁堵情況，預(yù)測短時(shí)間內(nèi)的交通運(yùn)行狀況，做出相應(yīng)的交通誘導(dǎo)方案以及交通管制措施，并可以對做出的處理方案進(jìn)行評估與調(diào)整。

3大數(shù)據(jù)技術(shù)優(yōu)化公共交通服務(wù)

公共交通指城市范圍內(nèi)定線運(yùn)營的公共汽車及軌道交通、渡輪、索道等交通方式，這些交通工具都是按時(shí)間點(diǎn)發(fā)車，資源配置不合理就導(dǎo)致了等車時(shí)間長，乘坐擁擠、擠不上車等一系列問題。大數(shù)據(jù)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)資源的合理配置，通過站點(diǎn)實(shí)時(shí)客流量檢測，合理分配公共資源，提高資源利用效率。此外。乘客可以通過手機(jī)App，實(shí)時(shí)查詢公交車的行駛狀況、車內(nèi)客流情況供乘客參考，及時(shí)更改乘坐計(jì)劃，避免出現(xiàn)盲目等車的狀況。公共交通是緩解交通擁堵的一種有效手段，完善公共交通服務(wù)質(zhì)量，讓市民真真切切地體會到公共交通帶來的便利，是市民出行首選公共交通出行的先決條件。

4大數(shù)據(jù)技術(shù)優(yōu)化交通運(yùn)輸安全

隨著國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長，交通需求越來越大，交通事故數(shù)居高不下，道路交通安全成為全社會普遍關(guān)注的問題。減少道路交通事故的發(fā)生，提高道路交通、安全水平，已經(jīng)成為人們的迫切要求。

道路交通系統(tǒng)中，因駕駛員的素質(zhì)、車輛的安全性能、環(huán)境、道路及氣候等因素的不良變化，導(dǎo)致這種因素組合惡化，如果這種惡化因素持續(xù)發(fā)生，就可能導(dǎo)致交通事故的發(fā)生。大數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性及可預(yù)測性保證了交通系統(tǒng)對事故的主動預(yù)警，以便提前預(yù)測事故發(fā)生的可能性。[7]例如，通過GPS定位技術(shù)采集車輛行駛軌跡，判斷車輛是否正常行駛，若出現(xiàn)非正常行駛及時(shí)通知交警部門對車輛進(jìn)行管制；通過道路環(huán)境及設(shè)施監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集道路環(huán)境及道路設(shè)施信息，經(jīng)過云計(jì)算分析處理大數(shù)據(jù)后及時(shí)通過交通廣播發(fā)布或者通過手機(jī)短信將信息推送給在附近行駛的車量；通過大數(shù)據(jù)技術(shù)及時(shí)分析惡劣天氣環(huán)境下道路狀況，減少雨天、大霧、雪天連環(huán)撞車發(fā)生的概率。

將大數(shù)據(jù)應(yīng)用到應(yīng)急救援系統(tǒng)中，可以更加準(zhǔn)確的定位事故地點(diǎn)，快速通知醫(yī)護(hù)及消防救援，并且可以通過大數(shù)據(jù)技術(shù)推送事故發(fā)生信息給附近行駛的車輛，讓其做好讓救援車隊(duì)順利通過的準(zhǔn)備，并告知駕駛員備選路徑，以便于駕駛員改變行駛路徑。

5主動式的智能交通服務(wù)

5.1主動式停車系統(tǒng)

隨著車輛的增多，停車難已成為人們非常關(guān)注的問題。解決停車難問題是治理交通擁堵工作的一部分，把大數(shù)據(jù)應(yīng)用到智能交通系統(tǒng)中，可以通過主動式的方式向用戶推送相關(guān)交通服務(wù)信息。例如利用電子車牌GPS定位技術(shù)[8]獲取車輛?？课恢眉巴？繒r(shí)間信息，出現(xiàn)違規(guī)停靠的情況向車主手機(jī)推送相關(guān)違規(guī)信息，讓其及時(shí)把車開走，這樣可以緩解道路車輛亂?？繋淼慕煌ǘ氯?。通過停車誘導(dǎo)系統(tǒng)獲取車輛所在位置和附近一定區(qū)域內(nèi)的停車場信息，預(yù)測到達(dá)停車場的時(shí)間，通過手機(jī)短信或者手機(jī)App的方式及時(shí)向車主推送附近停車場的信息 ，車主可以主動的選擇停車場或者提前預(yù)定車位。

5.2主動式高鐵乘車系統(tǒng)

為避免乘坐高鐵誤點(diǎn)，乘客往往要提前好幾個(gè)小時(shí)就往火車站趕，趕火車花費(fèi)的時(shí)間甚至要比乘坐高鐵的時(shí)間多出許多。把大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用到交通中，出租車公司可以聯(lián)合高鐵運(yùn)輸部門，獲取乘客的信息例如手機(jī)號及乘車時(shí)間。出租車公司可以與交通信息中心聯(lián)合獲取出行前和出行后交通信息，通過大數(shù)據(jù)處理技術(shù)預(yù)測從出發(fā)點(diǎn)到火車站的時(shí)間t，向乘客推送路徑、用時(shí)乘車方式等信息，乘客若要乘坐出租車，則可以在合適的時(shí)間通過手機(jī)GPS定位技術(shù)獲取乘客出發(fā)地點(diǎn)及附近的出租車信息，通過實(shí)時(shí)交通信息服務(wù)，出租車司機(jī)選擇最優(yōu)路徑[9]以最快的速度到達(dá)火車站，這樣可以節(jié)約乘客大部分的時(shí)間。

6結(jié)論

本文主要從理論上闡述了大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用到交通領(lǐng)域中的優(yōu)勢，并且提出了擁用大數(shù)據(jù)技術(shù)解決停車難及趕高鐵的時(shí)間比乘車時(shí)間長問題的解決思路。

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