基于流量大數(shù)據(jù)的智能交通信號控制系統(tǒng)

孟 柯,王忠豪,李金威,劉曉達,楊玉柳

（山東理工大學計算機科學與技術學院,山東 淄博 255049）

基于流量大數(shù)據(jù)的智能交通信號控制系統(tǒng)

孟 柯,王忠豪,李金威,劉曉達,楊玉柳

（山東理工大學計算機科學與技術學院,山東 淄博 255049）

現(xiàn)今，學術界和工業(yè)界已經(jīng)進入了大數(shù)據(jù)時代，智能交通信號控制系統(tǒng)是大數(shù)據(jù)應用場景中的一個重要領域。然而，由于動態(tài)車流量數(shù)據(jù)規(guī)模的變大，對交通網(wǎng)絡的有效管理提出了重大的挑戰(zhàn)。本文介紹了基于流量大數(shù)據(jù)的智能交通信號控制系統(tǒng)，對城市的整個交通流量進行實時的智能檢測與記錄。經(jīng)測試表明，該系統(tǒng)可有效監(jiān)測全城市交通流量狀況且運行正常，能夠有效實現(xiàn)對城市交通管理。

智能交通信號控制；大數(shù)據(jù)；RFID無線設備

隨著物聯(lián)網(wǎng)、傳感器等信息技術的發(fā)展，海量感知信息通過網(wǎng)絡匯集形成具有潛在價值的大數(shù)據(jù)集合，在過去的十年中，針對大數(shù)據(jù)應用已在眾多領域開展研究，并取得了較好的研究成果，例如圖像識別、視頻搜索、語言識別和個性化推薦等。智能交通系統(tǒng)問題是大數(shù)據(jù)應用場景中的一個重要領域。造成交通調度效率低下的主要問題是交叉口車輛流量的爆炸性數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的方法無法處理巨大的數(shù)據(jù)量，因此自動調優(yōu)問題仍然是許多研究者所追求的。大數(shù)據(jù)相關技術的迅速發(fā)展，為解決數(shù)據(jù)量過大的問題提供了新的思路和工具，本文提出了一種基于流量大數(shù)據(jù)的智能交通信號控制系統(tǒng)。

1 大數(shù)據(jù)智能交通信號控制系統(tǒng)結構

為有效誘導城市交通，大數(shù)據(jù)智能交通信號控制系統(tǒng)整合交通信號控制系統(tǒng)和大數(shù)據(jù)服務系統(tǒng)，如圖1所示。該系統(tǒng)由交通信號控制機、RFID無線設備、智能交通服務平臺組成。

交通信號控制機:該設備連接叉口各方向的交通信號燈組、叉口RFID無線設備和智能交通大數(shù)據(jù)服務平臺，實現(xiàn)叉口交通信號燈協(xié)調控制、流量數(shù)據(jù)采集等功能。

RFID無線設備:采集車流信息發(fā)送到交通信號控制器的設備，通常包含以下組件:RFID標簽讀取器和天線模塊。

智能交通服務平臺:平臺實現(xiàn)對交通信號控制機的管理和控制，除可配置信號機的參數(shù)外，還可實現(xiàn)對歷史交通數(shù)據(jù)的分析功能。

交通數(shù)據(jù)倉庫：存儲采集的交通歷史數(shù)據(jù)，支持數(shù)據(jù)清洗、過濾和自動預處理功能，為高效實施交通數(shù)據(jù)挖掘分析提供數(shù)據(jù)基礎。

2 系統(tǒng)關鍵設計目標

大數(shù)據(jù)智能交通信號控制系統(tǒng)在可用性、可靠性和可擴展性方面遵循以下設計目標:

（1）可用性:智能交通信號控制系統(tǒng)被部署在交通十字路口，除控制叉口信號燈組外，借助RFID無線設備采集交通流量。

（2）可靠性:由于系統(tǒng)是在沒有用戶干預的情況下運行，所以系統(tǒng)必須具備有處理突發(fā)情況的能力，保障系統(tǒng)運行可靠。

（3）可擴展性:大數(shù)據(jù)智能交通信號控制系統(tǒng)是為大數(shù)據(jù)時代的高效擴展而設計的，為了確保最大的可移植性和多功能性，設備配置必須可靈活配置，使得該系統(tǒng)更容易適應新的需求。

3 交通信號大數(shù)據(jù)處理平臺

交通信號大數(shù)據(jù)處理基本流程與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理流程基本相似，整個處理流程可以概括為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)導入和預處理、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析和可視化展示五部分。由于交通大數(shù)據(jù)要處理大量的、非結構化流量數(shù)據(jù)，要求處理的強實時性，所以在各個處理環(huán)節(jié)中采用MapReduce分布式計算框架以及實時流數(shù)據(jù)處理計算框架，數(shù)據(jù)存儲用支持文本存儲，支持事務以及分布式數(shù)據(jù)庫HBase和分布式文件存儲系統(tǒng)HDFS。

依據(jù)大數(shù)據(jù)處理流程及交通數(shù)據(jù)處理的特性，整個平臺的構建分兩部分，依次為對交通大數(shù)據(jù)離線批處理、深度挖掘的Hadoop生態(tài)系統(tǒng)和對交通信號大數(shù)據(jù)進行強實時流式計算的Storm處理系統(tǒng)，交通信號大數(shù)據(jù)處理流程如圖2所示。

4 結束語

數(shù)據(jù)是驅動智能交通發(fā)展的基礎，大數(shù)據(jù)技術的開發(fā)利用將為智能交通的進一步發(fā)展帶來質的飛躍。本文建立了基于大數(shù)據(jù)的智能交通信號控制框架，該框架能夠兼顧交通數(shù)據(jù)處理的強實時性和高效性，也兼顧了交通信號數(shù)據(jù)量大、分散的特點，以支持交通流短時預測、交通誘導、居民出行模式等運用大數(shù)據(jù)技術進行分析。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.01.111

淄博市校城融合發(fā)展計劃/SDUT & Zibo City Integration Development Plan（2016ZBXC003）

孟柯（1996-）,男,山東濟南人,本科,研究方向：智能交通信號控制技術。