綜合交通運(yùn)行監(jiān)測大數(shù)據(jù)共享與協(xié)同應(yīng)用技術(shù)研究

文/任康、黃濤、程國海、甘志堅(jiān)、李彤

1 前言

我國的交通四通八達(dá)，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展奠定了良好的運(yùn)輸渠道，但同時(shí)也增加了交通管理的難度。不論是城市交通，還是區(qū)域間的交通，交通擁堵和交通事故已經(jīng)成為司空見慣的事情。如何解決常見的交通問題，提高交通管理效率成為當(dāng)前交通運(yùn)輸部門建設(shè)及工作的重點(diǎn)。目前，我國大部分城市均以“互聯(lián)網(wǎng)+”為依托，結(jié)合大數(shù)據(jù)共享技術(shù)、協(xié)同應(yīng)用技術(shù)、智能技術(shù)等，建設(shè)起智能交通管理系統(tǒng)。部分城市已經(jīng)將智能交通系統(tǒng)打造為智慧城市的一部分，正在在積極的建設(shè)中。智能交通管理系統(tǒng)的關(guān)鍵在于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的共享與各系統(tǒng)的協(xié)同應(yīng)用。研究綜合交通運(yùn)行監(jiān)測大數(shù)據(jù)共享技術(shù)與協(xié)同應(yīng)用技術(shù)，對(duì)進(jìn)一步優(yōu)化智能交通管理系統(tǒng)和智慧城市的建設(shè)有著重要的意義[1]。

2 綜合交通運(yùn)輸管理及管理分析

綜合交通運(yùn)輸管理是基于綜合交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)而實(shí)施的管理。它依據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測的數(shù)據(jù)和大數(shù)據(jù)分析了解更大范圍的交通運(yùn)輸網(wǎng)內(nèi)的交通情況，并實(shí)施針對(duì)性的調(diào)控分流，以實(shí)現(xiàn)高效的交通管理[2]。目前，我國的大部分城市已經(jīng)建立了綜合交通運(yùn)輸體系，配有城市交通運(yùn)行監(jiān)測調(diào)度中心、多路視頻圖像采集設(shè)備、交通業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)等，對(duì)城市交通情況進(jìn)行監(jiān)測，采集交通運(yùn)行數(shù)據(jù)。交通運(yùn)輸監(jiān)測的范圍覆蓋客運(yùn)站、火車站、飛機(jī)場、公交系統(tǒng)、客運(yùn)、貨運(yùn)等，構(gòu)成監(jiān)測點(diǎn)相對(duì)密集的交通運(yùn)行監(jiān)測網(wǎng)。僅北京，綜合交通運(yùn)輸?shù)撵o態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測超過6000 多項(xiàng)，視頻監(jiān)測超過6 萬多路，日存儲(chǔ)綜合交通運(yùn)輸監(jiān)測數(shù)據(jù)超過15GB，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)超過5 億條，為綜合交通運(yùn)行管理奠定了豐富的實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，同時(shí)也為綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng)大數(shù)據(jù)共享和協(xié)同應(yīng)用提出了新的挑戰(zhàn)。

從管理需求上看，綜合交通運(yùn)行監(jiān)測需要依靠更加強(qiáng)大的管理系統(tǒng)支撐，來確保數(shù)據(jù)資源及其價(jià)格的挖掘與深度應(yīng)用，改善交通管理現(xiàn)狀。綜合交通運(yùn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)的海量化和運(yùn)行監(jiān)測系統(tǒng)匯聚的子系統(tǒng)業(yè)務(wù)的擴(kuò)增化都需要功能更加強(qiáng)大的大數(shù)據(jù)共享技術(shù)與協(xié)同應(yīng)用技術(shù)的支持，以解決數(shù)據(jù)共享和應(yīng)用之間服務(wù)功能不完善的問題。目前，各大城市的交通系統(tǒng)都迫切需要資源的整合和系統(tǒng)之間的協(xié)同配合，實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域的交通信息管理，提高大區(qū)域范圍內(nèi)綜合交通運(yùn)行管理的質(zhì)量和效率。

3 綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)簡介

綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng)指火車、汽車、飛機(jī)、輪船等交通運(yùn)載工具運(yùn)載著人員與物資在交通運(yùn)輸網(wǎng)上的流動(dòng)情況，包括線路、運(yùn)輸站點(diǎn)及運(yùn)輸設(shè)備等相關(guān)的各種運(yùn)輸情況。隨著交通運(yùn)載工具的多樣化和交通建設(shè)的不斷發(fā)展，綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng)體現(xiàn)了大跨度、快速化的特征。運(yùn)載工具的位移距離、運(yùn)載量的多少是綜合交通運(yùn)行管理的重要要素。

綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng)需要依靠管理系統(tǒng)對(duì)運(yùn)輸區(qū)間的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測及采集，以實(shí)現(xiàn)綜合運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)上任何一個(gè)系統(tǒng)對(duì)綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng)內(nèi)車輛及信息的查詢與數(shù)據(jù)分析，掌握交通運(yùn)行的動(dòng)態(tài)，高質(zhì)高效的管理交通運(yùn)輸情況[3]。因交通運(yùn)輸業(yè)的業(yè)務(wù)管理必須在交通運(yùn)輸業(yè)生產(chǎn)流通的過程中完成，又因勞動(dòng)對(duì)象復(fù)雜龐大，生產(chǎn)線長、生產(chǎn)點(diǎn)多，運(yùn)輸動(dòng)態(tài)的監(jiān)測對(duì)提升服務(wù)質(zhì)量與服務(wù)效率至關(guān)重要。

3.2 系統(tǒng)智能化

綜合交通運(yùn)行管理系統(tǒng)智能化的建設(shè)是實(shí)現(xiàn)綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng)跨空間、大范圍、實(shí)時(shí)化動(dòng)態(tài)性管理的前提條件。智能終端的信息采集設(shè)備負(fù)責(zé)對(duì)綜合交通運(yùn)輸線內(nèi)的車輛及相關(guān)動(dòng)態(tài)進(jìn)行監(jiān)測并采集數(shù)據(jù)。采集數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)，便于總系統(tǒng)調(diào)取和查詢?？傁到y(tǒng)通過對(duì)交通運(yùn)輸線監(jiān)測的數(shù)據(jù)經(jīng)過大數(shù)據(jù)整理及分析，為交通管理部門管理提供決策依據(jù)。系統(tǒng)智能化的建設(shè)是實(shí)現(xiàn)綜合交通大數(shù)據(jù)跨部門、跨業(yè)務(wù)、跨行業(yè)信息共享和系統(tǒng)之間協(xié)同應(yīng)用的基礎(chǔ)條件，也是實(shí)現(xiàn)多區(qū)域、多信息源、異購、異地?cái)?shù)據(jù)互聯(lián)互通的關(guān)鍵。

4 大數(shù)據(jù)共享技術(shù)在綜合交通運(yùn)行管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

4.1 系統(tǒng)架構(gòu)

綜合交通運(yùn)行管理系統(tǒng)是綜合交通數(shù)據(jù)分析與決策平臺(tái)的附屬系統(tǒng)，其平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)分為三層，分別是業(yè)務(wù)應(yīng)用層、業(yè)務(wù)支撐層、大數(shù)據(jù)分析引擎層。其中業(yè)務(wù)應(yīng)用層采用分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為多個(gè)子系統(tǒng)，如數(shù)據(jù)資源開放共享為子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)挖掘分析子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)可視化子系統(tǒng)等。每個(gè)子系統(tǒng)又分層設(shè)計(jì)，承擔(dān)不同的服務(wù)及功能。業(yè)務(wù)支撐層包括基礎(chǔ)劃線部分與數(shù)據(jù)共享兩大部分?；A(chǔ)畫像根據(jù)不同類型畫像特征分為人與貨物特征畫像、區(qū)域特征畫像、運(yùn)載工具畫像、交通設(shè)施畫像。數(shù)據(jù)共享根據(jù)服務(wù)類型分為數(shù)據(jù)管理服務(wù)、消息服務(wù)、大數(shù)據(jù)提取服務(wù)、安全審計(jì)服務(wù)[4]。大數(shù)據(jù)分析引擎層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、數(shù)據(jù)計(jì)算及作業(yè)調(diào)度等，整合所有相關(guān)資源，深度分析數(shù)據(jù)，挖掘大數(shù)據(jù)的價(jià)值。

綜合交通運(yùn)行監(jiān)測其中的一大功能就是對(duì)綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng)內(nèi)的信息資源進(jìn)行整合與分析，便于掌握高價(jià)值的交通管理信息，應(yīng)用于交通管理中。系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)分析引擎層通過對(duì)各類交通信息分類分級(jí)整理，按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)信息進(jìn)行分類描述，將多源交通信息有機(jī)的融合。這個(gè)過程中，信息的共享與交換是實(shí)現(xiàn)多源信息高效利用的基礎(chǔ)。想要對(duì)分散在不同范圍內(nèi)、不同運(yùn)輸線、不同部門、不同企業(yè)之間交通運(yùn)輸信息的統(tǒng)一識(shí)別、導(dǎo)航、定位，就必須建立大數(shù)據(jù)資源體系，設(shè)置統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)目錄，對(duì)交通運(yùn)輸信息進(jìn)行整理、分析[5]。交通運(yùn)輸大數(shù)據(jù)資源信息目錄體系的建設(shè)總共分為兩大模塊，一是數(shù)據(jù)資源目錄，二是服務(wù)資源目錄。首先，需要為分類采集的基礎(chǔ)信息按照信息類別建立多個(gè)基礎(chǔ)信息庫，再建立一個(gè)交通信息資源數(shù)據(jù)庫，采用分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將基礎(chǔ)信息庫與交通信息資源數(shù)據(jù)庫相連。為數(shù)據(jù)庫制定統(tǒng)一的信息資源支撐標(biāo)準(zhǔn)，用于數(shù)據(jù)資源目錄自動(dòng)分類的依據(jù)。數(shù)據(jù)來源采集與地面公交系統(tǒng)、省際客運(yùn)、不同等級(jí)的公路、民航客運(yùn)、交通樞紐、停車設(shè)施、城市交通網(wǎng)、綜合運(yùn)輸?shù)认到y(tǒng)有機(jī)地將各個(gè)子系統(tǒng)的多源基礎(chǔ)信息實(shí)現(xiàn)的融合。任何時(shí)間可通過總系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測范圍之內(nèi)的交通運(yùn)輸信息進(jìn)行在校查詢，查詢最快可在1 秒內(nèi)完成。

4.2 多源交通信息的融合設(shè)計(jì)

多源交通基礎(chǔ)信息的來源不同，標(biāo)準(zhǔn)不同，緩存的基礎(chǔ)信息是無法直接為平臺(tái)所應(yīng)用的，所有采集的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)需要按照時(shí)間的排序自動(dòng)列隊(duì)處理，完成數(shù)據(jù)目錄的匹配與大數(shù)據(jù)的融合。它應(yīng)用到數(shù)據(jù)排隊(duì)模型，而數(shù)據(jù)自送排隊(duì)的過程所代表的就是數(shù)據(jù)流向[6]。數(shù)據(jù)流向的設(shè)計(jì)一般按照數(shù)據(jù)緩存的時(shí)間列隊(duì)，排為N 隊(duì)。數(shù)據(jù)列隊(duì)的過程中已經(jīng)完成了對(duì)多元數(shù)據(jù)網(wǎng)格的分類聚類，形成一張交叉關(guān)系復(fù)雜的數(shù)據(jù)網(wǎng)格，當(dāng)系統(tǒng)向列隊(duì)數(shù)據(jù)匹配融合的請(qǐng)求發(fā)出后，列隊(duì)就會(huì)進(jìn)行數(shù)據(jù)分發(fā)，實(shí)現(xiàn)不同交通運(yùn)輸段之間的數(shù)據(jù)協(xié)同分析及結(jié)果展示。

4.3 數(shù)據(jù)流向設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)流向設(shè)計(jì)是平臺(tái)處理緩存數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)。綜合交通運(yùn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)流向采用HBase 技術(shù)設(shè)計(jì)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用分布式結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)庫采用面向列的開源數(shù)據(jù)庫。開源數(shù)據(jù)庫打破了傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫中對(duì)于時(shí)間的限制，實(shí)現(xiàn)了多用戶并發(fā)訪問系統(tǒng)和快速查詢系統(tǒng)的目標(biāo)。這種數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠?qū)⒋髷?shù)據(jù)分散到成千上萬個(gè)普通服務(wù)器上，并提供不停機(jī)動(dòng)態(tài)擴(kuò)容形式和讀寫服務(wù)，是實(shí)現(xiàn)綜合交通運(yùn)行監(jiān)測大數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)化無縫擴(kuò)容的關(guān)鍵；另一方面，它繼承了HBase 技術(shù)的高訪問性能與高可用性能，對(duì)提高綜合交通運(yùn)行管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)訪問性能和確保數(shù)據(jù)安全有著重要的作用。

4.4 大數(shù)據(jù)共享應(yīng)用流程

綜合交通運(yùn)行監(jiān)測大數(shù)據(jù)共享應(yīng)用流程為：大數(shù)據(jù)處理分析→緩存數(shù)據(jù)重用→分布式存儲(chǔ)→提供共享應(yīng)用服務(wù)。數(shù)據(jù)共享服務(wù)結(jié)構(gòu)設(shè)置數(shù)據(jù)資源查詢、數(shù)據(jù)資源顯示、下載導(dǎo)出、數(shù)據(jù)服務(wù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)訪問權(quán)限控制等多項(xiàng)功能。從控制界面進(jìn)入訪問，搜索后系統(tǒng)將自動(dòng)查詢出用戶想要訪問的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)跨企業(yè)、跨部門、跨路段、跨區(qū)域的大數(shù)據(jù)共享。

5 協(xié)同技術(shù)在綜合交通運(yùn)行管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

5.1 多視圖關(guān)聯(lián)協(xié)調(diào)技術(shù)

綜合交通運(yùn)行監(jiān)測系統(tǒng)的可視化實(shí)現(xiàn)采用了“1 屏+多屏”多視圖關(guān)聯(lián)協(xié)調(diào)技術(shù)，主屏具有人機(jī)交互功能，可通過觸屏操作控制其他從屏，實(shí)現(xiàn)視圖的互動(dòng)與協(xié)調(diào)演示操作。

5.2 交通專用道仿真分析協(xié)調(diào)技術(shù)

隨著陸地交通的飽和，一些路段采用專用道設(shè)計(jì)。專用道的設(shè)計(jì)需要對(duì)路段交通情況進(jìn)行仿真分析，專用道規(guī)劃中就是采用了多路段道路飽和度、速度、延誤、旅行時(shí)間、公交客運(yùn)量等交通運(yùn)行指標(biāo)的仿真分析來完成對(duì)專用道設(shè)置的預(yù)測與設(shè)備后效果的評(píng)估的，來確保專用道設(shè)置的合理性。

5.3 交通影響評(píng)價(jià)的協(xié)同技術(shù)

交通影響評(píng)價(jià)是道路改造的依據(jù)。在進(jìn)行交通改造時(shí)，需要對(duì)不同路段的交通設(shè)置基本信息、交通小區(qū)設(shè)置、交通流狀況等進(jìn)行評(píng)估，最終根據(jù)評(píng)價(jià)報(bào)告來建設(shè)道路。綜合交通運(yùn)行監(jiān)測系統(tǒng)對(duì)不同交通建設(shè)方案信息的協(xié)同評(píng)價(jià)，最終根據(jù)生成的評(píng)價(jià)報(bào)告選擇道路建設(shè)方案。

6 結(jié)語

建設(shè)智慧交通系統(tǒng)是推動(dòng)交通運(yùn)輸高質(zhì)高效管理的基礎(chǔ)，也是優(yōu)化綜合交通運(yùn)行系統(tǒng)功能和加快區(qū)域化交通系統(tǒng)信息共享與系統(tǒng)協(xié)同管理的重要途徑。綜合交通運(yùn)行監(jiān)測依靠智能終端設(shè)備進(jìn)行采集信息，依靠分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為各個(gè)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)的數(shù)據(jù)庫，用于各個(gè)系統(tǒng)之間信息傳遞與共享，以提高各個(gè)子系統(tǒng)之間協(xié)同作業(yè)的能力[7]。通過信息共享、大數(shù)據(jù)分析及子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)應(yīng)用，綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng)對(duì)完成子系統(tǒng)的訪問與數(shù)據(jù)融合管理，整合更多的相關(guān)資料，預(yù)測、評(píng)估公路交通的情況，并根據(jù)綜合交通運(yùn)行系統(tǒng)的監(jiān)測和分析結(jié)果，實(shí)施針對(duì)性的調(diào)控管理，提高交通管理的效率與質(zhì)量。