基于大數(shù)據(jù)處理的高速公路智能管控?cái)?shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)研究

孫酉山

摘 要：隨著物聯(lián)網(wǎng)和5G網(wǎng)絡(luò)的國家重大戰(zhàn)略的持續(xù)推進(jìn)，以及高速公路大數(shù)據(jù)創(chuàng)新應(yīng)用的不斷深入，全方位建立高速公路運(yùn)行監(jiān)測體系，深層次實(shí)現(xiàn)高速公路監(jiān)測數(shù)據(jù)處理，已然成為高速公路信息化建設(shè)過程中迫切需要解決的問題。本文通過對高速公路智能管控系統(tǒng)的構(gòu)建研究，借助大數(shù)據(jù)處理手段實(shí)現(xiàn)對海量監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析與應(yīng)用，對基于大數(shù)據(jù)處理的高速公路智能管控?cái)?shù)據(jù)中心架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)而為高速公路參與者提供智慧交通出行信息服務(wù)。

關(guān)鍵詞：高速公路；智能管控；數(shù)據(jù)中心；大數(shù)據(jù)處理

中圖分類號：U49 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1671-2064（2018）15-0034-02

“智慧交通”是引領(lǐng)交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展的新動(dòng)能。目前，高速公路的智能化應(yīng)用較為廣泛，多數(shù)高速公路具備了包括匝道控制、事件檢測、事件管理、主線速度控制、氣象交通管理等信息化管理系統(tǒng)，并通過交通廣播頻道以及信息服務(wù)提供商提供的發(fā)布方式等進(jìn)行出行前或在途交通信息發(fā)布，因此及時(shí)獲取高速公路監(jiān)測數(shù)據(jù)，構(gòu)建高效的大數(shù)據(jù)處理模型，是建立高速公路智能管控系統(tǒng)的先決條件。

1 高速公路智能管控系統(tǒng)構(gòu)成特點(diǎn)

高速公路智能管控系統(tǒng)，依托先進(jìn)的信息化、智能化技術(shù)手段，集成數(shù)據(jù)采集、視頻監(jiān)控、通信傳輸、信息處理、主動(dòng)管控、誘導(dǎo)發(fā)布等多功能于一體，在保證信息掌握及時(shí)準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)交通管控決策的科學(xué)高效，從而為打造安全、有序、暢通高效的智能高速公路奠定基礎(chǔ)，高速公路智能管控系統(tǒng)應(yīng)該具備如下特點(diǎn)：

1.1 路網(wǎng)運(yùn)行感知保障能力

智能管控系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)對高速公路全要素、全方位的感知：基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)感知方面，具備對重特大橋梁、隧道、邊坡等安全狀態(tài)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測功能、車輛載荷對道路設(shè)施的沖擊影響監(jiān)測以及護(hù)欄等附屬設(shè)施的性能監(jiān)測等能力；車輛狀態(tài)感知方面，應(yīng)能夠通過接入“兩客一危”實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)營運(yùn)車輛的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，通過用戶手機(jī)信令、車路信息交互等手段實(shí)現(xiàn)對個(gè)體車輛行為的監(jiān)測功能；氣象環(huán)境狀態(tài)感知方面，監(jiān)測能見度、濕度、溫度、風(fēng)、路面濕滑狀態(tài)等氣象環(huán)境信息；對于交通流的監(jiān)測，在傳統(tǒng)的視頻監(jiān)測、交通流斷面狀態(tài)監(jiān)測的基礎(chǔ)上，還具備視頻流的分析處理和事件報(bào)警。

1.2 主動(dòng)安全管理和應(yīng)急響應(yīng)

依托大數(shù)據(jù)、地理信息系統(tǒng)、路測智能設(shè)施等基礎(chǔ)支撐條件，拓展對高速公路交通狀態(tài)的管控手段和能力。通過大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)等方式，實(shí)現(xiàn)高速公路交通運(yùn)行態(tài)勢的綜合評估和預(yù)警；通過主線交通均衡控制、合流區(qū)交通誘導(dǎo)、卡口監(jiān)測等手段實(shí)現(xiàn)對高速公路的主動(dòng)交通管理；通過霧區(qū)交通誘導(dǎo)等手段提升高速公路不良環(huán)境下的行車安全性，探索構(gòu)建高效的緊急事件信息發(fā)布和應(yīng)急處置體系。

1.3 科學(xué)決策和出行信息應(yīng)用

基于全方位的運(yùn)行監(jiān)測體系、數(shù)據(jù)共享交換平臺(tái)，利用大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)對獲取到的海量交通數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范、整合、抽取和深度挖掘，進(jìn)而提取出其中準(zhǔn)確、可靠、有用的交通信息，一方面為高速公路交通管理者制定科學(xué)的管控措施提供輔助決策支持，另一方面為高速公路出行者舒適、便捷和安全的出行服務(wù)提供信息支撐。

2 基于大數(shù)據(jù)處理技術(shù)的高速公路監(jiān)測數(shù)據(jù)處理模型

2.1 高速公路監(jiān)測數(shù)據(jù)的來源與構(gòu)成

高速公路監(jiān)測數(shù)據(jù)分析是開展高速公路安全事件風(fēng)險(xiǎn)研判、路段交通安全等級評估和路網(wǎng)安全性能衡量，制定高速公路交通管理和控制策略的重要依據(jù)。高速公路監(jiān)測數(shù)據(jù)涉及公安、交通、氣象等多個(gè)部門，數(shù)據(jù)類型包括：視頻、圖像、數(shù)據(jù)、文本等多種類型，動(dòng)態(tài)信息來源于監(jiān)測設(shè)備通過通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)，實(shí)時(shí)性要求高；靜態(tài)信息主要描述公路相關(guān)的靜態(tài)屬性，如公共設(shè)施、路面特征、管理機(jī)構(gòu)等信息，通常為先期錄入、定期更新的模式，因此實(shí)時(shí)性要求較低。

2.2 高速公路大數(shù)據(jù)處理模型的構(gòu)建

數(shù)據(jù)信息具有數(shù)據(jù)量大、信息處理方法多樣化、信息獲取時(shí)間不一致等特點(diǎn)。原先的應(yīng)用系統(tǒng)通常采用的是并行數(shù)據(jù)庫，常見的Orcle和DB2等，支持SQL語言，以關(guān)系的形式存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，取得了良好的應(yīng)用效果。隨著數(shù)據(jù)量的不斷增多，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的不斷負(fù)責(zé)，采用并行數(shù)據(jù)庫的計(jì)算機(jī)集群的拓展面臨瓶頸。分布式計(jì)算和并行計(jì)算近年來得到了進(jìn)一步的發(fā)展，云計(jì)算已成為大數(shù)據(jù)處理技術(shù)的主要途徑。

Hadoop是目前大數(shù)據(jù)解決方案的主流開源平臺(tái)，為應(yīng)用程序提供了一組穩(wěn)定可靠的接口，是一個(gè)穩(wěn)定、高性能、高可用性、可擴(kuò)展的系統(tǒng)。MapReduce是大數(shù)據(jù)的編程模型.MapReduce簡化了分布式編程的復(fù)雜性， 復(fù)雜的并行處理以及任務(wù)調(diào)度交由系統(tǒng)完成，用戶在編程時(shí)只需要實(shí)現(xiàn)Map函數(shù)和Reduce函數(shù)，Map函數(shù)指定需要處理的數(shù)據(jù)塊，Reduce函數(shù)則對分塊數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，MapReduce框架自動(dòng)對數(shù)據(jù)分塊、調(diào)度并執(zhí)行。對于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和大數(shù)據(jù)云平臺(tái)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成問題，采用Sqoop組件可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遷移和轉(zhuǎn)換。

2.3 高速公路大數(shù)據(jù)應(yīng)用與可視化

高速公路監(jiān)測數(shù)據(jù)多源異構(gòu)的屬性，表現(xiàn)為數(shù)據(jù)的多樣性、異地分布式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和海量信息。實(shí)現(xiàn)高速公路智能管控的首要任務(wù)是對多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，即通過數(shù)據(jù)融合建立統(tǒng)一的接口對外提供數(shù)據(jù)訪問服務(wù)，進(jìn)而利用數(shù)據(jù)挖掘算法對交通安全影響因素進(jìn)行識別。所以，需要制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式和交換規(guī)則，提供一個(gè)數(shù)據(jù)交換共享平臺(tái)來滿足應(yīng)用需求，各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)通過該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)信息的交換與共享，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)按需索取，避免數(shù)據(jù)壁壘現(xiàn)象的發(fā)生。

3 智慧高速公路智能管控?cái)?shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)

高速公路智能管控技術(shù)要在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用，需要建立數(shù)據(jù)中心，通過整合不同行業(yè)、不同部門的基礎(chǔ)信息，建立全局統(tǒng)一的數(shù)據(jù)資源視圖，進(jìn)而為各項(xiàng)工作提供綜合的查詢、分析和信息發(fā)布服務(wù)。其系統(tǒng)功能框架如圖1所示。

智能高速公路數(shù)據(jù)中心將實(shí)時(shí)獲取的、以及通過共享交換得到的多源、異構(gòu)交通數(shù)據(jù)經(jīng)過大數(shù)據(jù)處理后，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的深度分析和挖掘，并實(shí)時(shí)給業(yè)務(wù)系統(tǒng)返回?cái)?shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)智慧交通業(yè)務(wù)協(xié)同。

數(shù)據(jù)共享與交換平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行信息資源及數(shù)據(jù)交換的基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)基礎(chǔ)信息資源和共享信息資源的目錄信息和信息交換功能的統(tǒng)一管理，通過數(shù)據(jù)交換平臺(tái)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換規(guī)則，實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間以及不同部門間信息交換。數(shù)據(jù)共享交換平臺(tái)與各業(yè)務(wù)系統(tǒng)采取松藕合方式，以保持各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的自主性，保證其正常運(yùn)行。目錄管理服務(wù)基于成熟軟件開發(fā)目錄管理服務(wù)系統(tǒng)，主要功能包括元數(shù)據(jù)管理、目錄管理與服務(wù)，為實(shí)現(xiàn)交通信息資源目錄的梳理、管理和服務(wù)提供技術(shù)支持，如圖2所示。

采用虛擬存儲(chǔ)單元，實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的分布式、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的集中式存儲(chǔ)；構(gòu)建虛擬主機(jī)單位，實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源的統(tǒng)一管理。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建統(tǒng)一的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和應(yīng)用系統(tǒng)。IT資源虛擬化管理可與廳IT資源虛擬化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理與適配，從而確保云數(shù)據(jù)中心的一體化，同時(shí)，根據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的管理需要通過共享與交換平臺(tái)等實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的互操作。

4 結(jié)語

針對智慧高速公路智能管控的基本需求，以信息處理和共享為核心，設(shè)計(jì)了高速公路數(shù)據(jù)中心架構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，研究了高速公路大數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)共享平臺(tái)等問題，從而為高速公路出行者和管理者提供統(tǒng)一、安全、可靠、快速、便捷、透明的智能高速公路交通相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理服務(wù)。該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的實(shí)用性和科學(xué)性，強(qiáng)化了現(xiàn)有高速公路監(jiān)控管理系統(tǒng)的功能，為構(gòu)建“可視、可測、可控、可服務(wù)”的智慧高速公路體系奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]Lee D，Han.Evacuation. modeling and operations using dynamic traffic assignment and most assignment and most desirable destination approaches[J].Transportation Research Board.2005，（05）：24-29.

[2]王超.高速公路交通智能管理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)[D].山東：山東大學(xué)，2013.

[3]王谷，過秀成，姜玉佳，侯佳.高速公路交通運(yùn)行效率監(jiān)控方法研究[J].公路交通科技，2010，（4）：155-158.

[4]鐘連德，孫小端，陳永勝.高速公路突發(fā)事件應(yīng)急管理系統(tǒng)[J].公路，2006，（1）：127-130.