基于大數(shù)據(jù)分析技術的城市智能交通研究

湯宜涌

河南省交通規(guī)劃設計研究院股份有限公司 河南 鄭州 450000

“十九大”以來,網(wǎng)絡強國、數(shù)字中國、智慧社會的建設為城市經(jīng)濟發(fā)展提供了新增長點,為城市全面發(fā)展提供了新的技術方式。大數(shù)據(jù)技術在交通領域的滲透和應用,極大地推動了我國智能交通建設的步伐,為構建美好智慧城市打下了堅實基礎。

大數(shù)據(jù)是指在一定時間內(nèi)難以用傳統(tǒng)軟件工具加以捕捉、分析和處理,大數(shù)據(jù)存在數(shù)據(jù)來源多、采集方法不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)格式多樣、實時更新的特征,大數(shù)據(jù)分析結果較傳統(tǒng)數(shù)據(jù)更客觀、精準,但必須運用新處理模式才能充分挖掘和體現(xiàn)其決策力、洞察發(fā)現(xiàn)力和流程優(yōu)化能力的海量、多樣化的數(shù)據(jù)信息資產(chǎn)。

對交通領域而言,大數(shù)據(jù)主要是指各類與交通運行相關的監(jiān)控、服務及應用數(shù)據(jù),包括公路客運站點的視頻監(jiān)控數(shù)據(jù),各類干支線公路、高速公路的流量、收費數(shù)據(jù),公交車的IC卡使用數(shù)據(jù)和實時定位數(shù)據(jù),出租車的載客及實時地理位置數(shù)據(jù),公共自行車租賃數(shù)據(jù),甚至手機信令和位置數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)也能應用于交通分析領域。

不難發(fā)現(xiàn),對應于復雜的交通系統(tǒng),交通大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)體量龐大、數(shù)據(jù)種類繁多、數(shù)據(jù)更新頻率較快,因此,數(shù)據(jù)挖掘分析技術和多源數(shù)據(jù)融合技術的應用趨勢迫在眉睫,未來才可以更好地為交通領域提供定量化、精準、高效、實時的結果。

1 大數(shù)據(jù)分析技術在交通領域的應用優(yōu)勢

1.1 提高交通效率 根據(jù)國內(nèi)外各城市機動車保有量發(fā)展歷程,機動車保有量總體呈現(xiàn)“S型”增長曲線：第一次轉折是在經(jīng)濟發(fā)展的推動之下,機動化進程由慢變快;第二次轉折是在人口密度、城市空間結構和交通政策的約束下,機動化進程由快變慢,最終趨于穩(wěn)定。目前國內(nèi)大部分城市機動車保有量都處于快速增長階段,且還將在未來相當長的時間內(nèi),保持這種態(tài)勢。

而隨著我國汽車保有量的不斷增加,城市交通變得越來越擁擠,通行效率每況愈下,嚴重制約城市的發(fā)展進程。而城市交通治理是一項非常龐大的綜合工程,若沒有先進的技術手段提供支撐,要想實現(xiàn)交通運行環(huán)境的整體改善是十分困難的。

大數(shù)據(jù)技術的出現(xiàn),可以實時捕捉和動態(tài)掌握交通運行信息,同時預測未來一段時間內(nèi)的交通路況及交通需求變化,并針對性地做出交通出行策略調整,從而有效避免各類不當或低效交通行為的發(fā)生,有效提高交通整體運轉效率和路網(wǎng)通行能力,更好地滿足人們的交通出行需求。

1.2 保障交通安全 大數(shù)據(jù)技術具有強大的動態(tài)檢測及預測能力,通過路邊的探測、傳感裝置可收集車輛運行的軌跡數(shù)據(jù),同時利用大數(shù)據(jù)技術對這些數(shù)據(jù)進行整合和建模分析,能夠全面掌握車輛行駛狀態(tài),判斷交通運行的安全性,大大減少交通事故發(fā)生的概率。此外,一旦發(fā)生緊急事故,可利用大數(shù)據(jù)的快速反應能力及決策輔助能力,為應急救援工作提供有力支持,確保應急人員能夠第一時間到達事故現(xiàn)場展開救援活動,從而最大限度地減少事故造成的人員傷亡與財產(chǎn)損失。

1.3 降低交通污染 通過大數(shù)據(jù)技術建立區(qū)域交通尾氣排放監(jiān)測模型,共享交通運行數(shù)據(jù),有助于深入分析和研究交通運行與大氣污染之間的關系,為構建更高效、綠色的城市交通體系提供支持。同時,通過大數(shù)據(jù)技術建立的智能化交通信號控制系統(tǒng),能夠大大減少交通延誤,降低車輛在交通信號等待期間的廢氣排放,從而減少對大氣環(huán)境的污染。

2 基于大數(shù)據(jù)分析技術的智能交通實現(xiàn)

智能交通是目前城市交通的發(fā)展方向,融合了先進的信息技術、數(shù)據(jù)通信傳輸技術、電子傳感技術、控制技術及計算機技術等,物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析技術、5G 通信技術的不斷發(fā)展,為智能交通提供了充足的技術保障,為實時、精準、高效的綜合交通運輸管理平臺建立提供了可能。

2.1 基礎服務層 基礎服務層是整個智能交通平臺架構中最基礎的一層,能夠為平臺運行提供最基本的數(shù)據(jù)及性能保證?；A服務層以云計算為依托,負責將不同系統(tǒng)中的交通信息整合到一起,包括車輛信息、基礎設施信息(交通事件、基礎設施運行狀態(tài)、道路通行狀態(tài)、公共交通運行數(shù)據(jù)等)、交通對象信息(駕駛員狀態(tài)、貨物狀態(tài))等,然后進行異構數(shù)據(jù)的分析、存儲等操作。

基礎服務層的數(shù)據(jù)更新非?？?需要頻繁進行數(shù)據(jù)查詢、插入、修改、刪除等操作,能否在保證系統(tǒng)動態(tài)更新的同時維護系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性與穩(wěn)定性,是基礎服務層需要解決的關鍵問題。

2.2 數(shù)據(jù)分析層 數(shù)據(jù)分析層以基礎服務層提供的交通大數(shù)據(jù)為基礎,利用Hadoop、NoSQL、HBase、數(shù)據(jù)挖掘技術等進行處理,實現(xiàn)對多個數(shù)據(jù)副本的維護與挖掘,不僅可以對海量交通數(shù)據(jù)進行實時處理,還能完成對交通大數(shù)據(jù)中海量圖片、視頻以及音頻數(shù)據(jù)的存儲、管理需求,以并行處理模式,通過對多源大數(shù)據(jù)的深入挖掘和分析,得出對交通決策有用的信息。

數(shù)據(jù)分析層擁有強大的運算及處理能力,能夠對交通數(shù)據(jù)進行現(xiàn)狀分析、趨勢預測等多維度的分析演算,滿足政府、企業(yè)、公眾等不同受眾的信息需求,對新技術應用和算法更新提出了較高的要求。

2.3 終端發(fā)布層 通過大數(shù)據(jù)分析得出結論后,就要通過終端發(fā)布層進行信息的展示和發(fā)布,比如通過手機APP和PC端發(fā)布云服務消息,為管理者、廣大公眾提供第一手交通信息,包括交通路況信息、交通預警信息、決策輔助信息等,一方面可以幫助人們制定和調整出行計劃,避開高峰擁擠路段,減小交通運行造成的環(huán)境污染,另一方面可以幫助交通管理部門快速評估、處理各種突發(fā)性交通狀況,有效提高交通管理水平及效率。

3 大數(shù)據(jù)分析技術在智能交通中的應用

大數(shù)據(jù)分析技術在智能交通領域的應用范圍很廣,比如交通管控、新型交通出行方式、平安城市等方面。

3.1 交通管控方面 當前很多城市都在構建交通智能管理系統(tǒng),志在利用大數(shù)據(jù)優(yōu)勢提高城市的交通管理水平。交通智能管理系統(tǒng)建設基于多樣化精準的數(shù)據(jù)采集設備(如高清視頻、線圈、雷達、探針等),提高基礎數(shù)據(jù)采集精度和刷新頻率,同時依托云平臺匯合多源數(shù)據(jù),借助大數(shù)據(jù)技術強大的數(shù)據(jù)處理、分析能力,得到更為全面的交通運行信息。交通智能管理系統(tǒng)的分析結果一方面可以幫助交通參與者、管理者實時掌控現(xiàn)狀道路系統(tǒng)上各參與要素的運行狀態(tài),更為重要的是能為交通管理措施(如信號優(yōu)化、可變車道分布、公交優(yōu)先方案等)的制定提供依據(jù),并指導交通發(fā)展戰(zhàn)略和規(guī)劃方案的制訂。

不僅如此,通過大數(shù)據(jù)技術對車牌、人臉數(shù)據(jù)進行比對、分析,能夠精確掌握一些車輛的全天候出行規(guī)律,然后通過對大量車輛數(shù)據(jù)的匯總分析,精確預測車流高峰,甚至對每個路口進入高峰的大概時間,某個時間段的路段上行駛的都是哪些車輛都能做出較為準確的預判,為交通管制及交通梳理提供重要參考。

3.2 新型交通出行方式方面 目前比較引人注目的無人駕駛、自動駕駛、共享車輛都是以大數(shù)據(jù)技術作為前提的。如果僅僅依靠傳感器獲取的有限道路環(huán)境信息來進行剎車或預處理操作,顯然不足以為車輛駕駛提供足夠的安全保證,而借助大數(shù)據(jù)技術提供的海量數(shù)據(jù)處理能力,就能提前對路況做出“心中有數(shù)”,并通過智能化的交通控制系統(tǒng)來實時調整車輛運行軌跡和狀態(tài),為無人駕駛車輛行駛上路提供更高的安全保證。

隨著互聯(lián)網(wǎng)、5G 技術、大數(shù)據(jù)技術的發(fā)展,網(wǎng)約共享汽車、共享單車等新型交通服務模式的規(guī)模不斷增加,依托完備的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng),共享服務提供平臺也在不斷優(yōu)化服務內(nèi)容,比如拼車服務路徑優(yōu)化、分時段分區(qū)域車輛投放規(guī)模、實時優(yōu)化車輛調配范圍等,不斷提升的服務水平,使得這些共享出行模式愈加受到出行者的青睞。

3.3 平安城市建設方面 通過將智能交通系統(tǒng)與城市治安監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)字城管系統(tǒng)、應急指揮系統(tǒng)等進行整合,形成城市聯(lián)動管理機制,能夠大大提高城市的集成化、智慧化管理水平。例如,目前多個城市通過整合各方海量數(shù)據(jù),利用大數(shù)據(jù)平臺自動比對識別違法車輛,一些套牌車輛、逾期未年檢的車輛、被法院查封的“老賴”車輛、案件嫌疑車輛上路之后,只要進入監(jiān)控系統(tǒng)范圍,就能第一時間被識別出來,幫助交警部門實現(xiàn)精準糾違,并反饋給其它相關執(zhí)法部門,提高各類違法案件的破獲率。再如,對于交通肇事逃逸行為,即便肇事者遮蔽、更換車牌,或一開始使用的就是套牌,也能夠通過對數(shù)據(jù)庫內(nèi)海量車輛信息的碰撞比對,從中排查出車輛特征及駕駛員特征高度吻合的肇事車輛,為案件偵破提供巨大幫助。

結語

綜上所述,以大數(shù)據(jù)分析技術為基礎的智能交通系統(tǒng),充分利用大數(shù)據(jù)的海量、多元化基本特征,通過對大數(shù)據(jù)整合、挖掘、分析、展示功能,不僅可以向交通使用者快速反饋實時交通運行狀況、提供交通出行優(yōu)化方案,而且可以為城市交通管理提供橫向對標城市交通發(fā)展經(jīng)驗借鑒、城市縱向歷史交通發(fā)展軌跡評估,為城市現(xiàn)狀及未來交通提供可實施、個性化的管理及發(fā)展策略,推動城市交通領域的科學快速發(fā)展。