城市交通大數(shù)據(jù)智能計算平臺與應用

賈 琳

（1.安徽四創(chuàng)電子股份有限公司，安徽 合肥 230031；2.北斗衛(wèi)星導航技術安徽省重點實驗室，安徽 合肥 230031）

1 研究背景

現(xiàn)代城市綜合交通是支撐城市正常運行、保障居民生活的重要載體。我國面向城市交通治理的數(shù)據(jù)集成機制和創(chuàng)新應用平臺整體上還處于數(shù)據(jù)整合的初級階段，面臨建設單位分治、系統(tǒng)割裂、信息孤島嚴重、數(shù)據(jù)管理碎片化、人工智能和大數(shù)據(jù)應用程度低等挑戰(zhàn)，無法滿足智慧城市交通系統(tǒng)“治理高效有序、資源科學配置、數(shù)據(jù)開放共融共享”的需求。

在大數(shù)據(jù)背景下，城市綜合交通系統(tǒng)建設與創(chuàng)新需要將現(xiàn)代信息技術、人工智能技術、智慧管理技術與傳統(tǒng)的交通運輸系統(tǒng)相結合，充分發(fā)展利用城市交通大數(shù)據(jù)智能計算平臺，分析和解決現(xiàn)代城市發(fā)展過程中所面臨的交通擁堵、交通環(huán)境、交通安全等問題。通過城市交通大數(shù)據(jù)獲取、分析與融合，運行狀態(tài)分析與預測，實現(xiàn)城市交通有效監(jiān)控和管理，提高全路網(wǎng)通行能力和服務水平，形成面向現(xiàn)代城市交通治理的精細化數(shù)據(jù)集成與智能化應用范式。

本文主要圍繞城市交通治理面臨的數(shù)據(jù)來源和需求體系不匹配、綜合交通系統(tǒng)運行不協(xié)調(diào)、政企大數(shù)據(jù)資源共享難等問題，通過整合跨區(qū)域、跨行業(yè)、跨部門海量數(shù)據(jù)資源，設計了集成多種運輸方式的網(wǎng)絡化城市交通大數(shù)據(jù)智能計算平臺，實時感知城市綜合交通系統(tǒng)運行態(tài)勢，準確把握城市交通供給與需求的時空分布規(guī)律，顯著提升大城市交通協(xié)調(diào)運行組織管理能力，有效增強交通信息共享與集成服務品質(zhì)，全面提升城市綜合交通系統(tǒng)的效能與整體承載能力。

2 平臺設計及實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)架構

如圖1所示，平臺分為接入層、云平臺層、應用層和展現(xiàn)層。

圖1 平臺架構

（1）接入層：完成對城市現(xiàn)有交通數(shù)據(jù)資源的整合匯聚，包括軌道交通、地圖路網(wǎng)、地理信息、共享單車、信號控制、視頻監(jiān)控、網(wǎng)約車等政府及企業(yè)已建的交通信息系統(tǒng)。

（2）云平臺層：利用大數(shù)據(jù)分類應用架構的技術路線，建立交通基礎數(shù)據(jù)庫、業(yè)務數(shù)據(jù)庫和主題分析數(shù)據(jù)庫；針對交通業(yè)務數(shù)據(jù)庫基于交通實體知識圖譜構建技術實現(xiàn)對交通業(yè)務數(shù)據(jù)的融合；針對主題分析數(shù)據(jù)庫，采用基于出行鏈的交通信息精準服務協(xié)同分析技術，實現(xiàn)對交通網(wǎng)運行狀態(tài)的研判。

（3）應用層和展現(xiàn)層：通過靈活安全的資源共享、協(xié)作機制和策略來提供無縫的、優(yōu)質(zhì)的城市交通智能應用云服務，包括城市交通基礎設施管控、路網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測、交通事件處置、重點車輛監(jiān)控、交通擁堵治理、交通研判分析、公共出行服務等。

2.2 平臺實現(xiàn)及應用

2.2.1 城市交通大數(shù)據(jù)智能計算云平臺

圖2 城市交通大數(shù)據(jù)智能計算云平臺

采用云平臺化的方式，基于高兼容性的云計算架構，建立城市交通大數(shù)據(jù)智能計算云平臺，通過集成大數(shù)據(jù)挖掘、深度學習、邊緣計算、異構計算等技術，構建面向精細化、智能化、實時化交通監(jiān)控、調(diào)度、運營、管理的城市智慧交通治理范式。

基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸接口設計，建立傳輸機制將不同來源不同格式的數(shù)據(jù)實時自動接入分布式云端存儲服務中心，開發(fā)自適應應急管理系統(tǒng)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)傳輸中斷、部分存儲設備失靈等故障的自動響應；設計分布式數(shù)據(jù)庫構架，實現(xiàn)面向結構化與非結構化數(shù)據(jù)流的實時交通事件主題提取和實時交通流分析。

基于數(shù)據(jù)交換引擎和服務層封裝構建標準服務API，支撐部市兩級交通大數(shù)據(jù)交換共享系統(tǒng)的二次開發(fā)；構建包含離線的圖計算引擎和在線的圖數(shù)據(jù)庫的交通大數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)平臺；針對海量具有關聯(lián)關系交通數(shù)據(jù)提供快速檢索與挖掘分析；進而建立城市交通業(yè)務模型。

通過道路視頻監(jiān)控展示、流量監(jiān)測數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，創(chuàng)建集數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析和地理信息系統(tǒng)為一體的具備智能決策指揮功能的可視化綜合性集成平臺，依據(jù)智能決策指揮功能的綜合性集成系統(tǒng)，實現(xiàn)交通數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、綜合監(jiān)視、運營協(xié)調(diào)、應急指揮等功能，能夠支撐跨時空尺度的多模式復雜城市交通網(wǎng)運行狀態(tài)研判。

2.2.2 跨時空尺度交通大數(shù)據(jù)融合、交換共享與分析系統(tǒng)

交通運行過程中積累的數(shù)據(jù)具有多類型、多源異構的特性。不同信息源提供的數(shù)據(jù)都是在各自的參考框架內(nèi)，致使多源、異構的交通大數(shù)據(jù)時空基準和尺度不統(tǒng)一、空間覆蓋區(qū)域不全面。針對交通大數(shù)據(jù)中圖像、視頻以及多種非結構化數(shù)據(jù)中具有的多源異構等特點，基于多源異構交通大數(shù)據(jù)的特征表示、特征融合以及多階段融合等算法，并結合自編碼器、遷移學習、多任務學習和多視圖學習方式，對不同來源和粒度的交通大數(shù)據(jù)進行多維融合。基于交通大數(shù)據(jù)的多源異構融合表示與分析的結果，從覆蓋范圍、時間粒度、精準度三個方面開展個體行為軌跡預測、局部交通流實時估計、整體交通趨勢分析以及OD時間估計等異構融合分析應用。

目前，城市交通大數(shù)據(jù)理論研究剛起步，面臨跨區(qū)域、跨部門、跨交通運輸方式之間數(shù)據(jù)共享、相應頂層設計和安全技術缺乏等問題。因此，針對大數(shù)據(jù)環(huán)境下的政企數(shù)據(jù)安全可信共享難題，需構建大數(shù)據(jù)共享服務體系，設計部市兩級交通大數(shù)據(jù)交換共享系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務體系框架，建立數(shù)據(jù)元標準、分類及代碼標準、數(shù)據(jù)交換標準，明確數(shù)據(jù)交換共享系統(tǒng)與各部門、各行業(yè)、各層級系統(tǒng)平臺的數(shù)據(jù)交換內(nèi)容及共享方式。圍繞城市交通時空大數(shù)據(jù)存儲管理、清洗、數(shù)據(jù)分析與挖掘，實現(xiàn)多尺度時空數(shù)據(jù)庫自動生成、增量級聯(lián)更新及深度增強學習，形成城市交通時空大數(shù)據(jù)交換共享體系，實現(xiàn)部市兩級交通大數(shù)據(jù)交換共享應用。

2.2.3 路網(wǎng)運行監(jiān)測與交通態(tài)勢研判

基于用戶出行軌跡數(shù)據(jù)、車輛行駛狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)、交通設施運行感知數(shù)據(jù)，全景化監(jiān)測城市內(nèi)部多種運輸網(wǎng)絡，包括對外運輸通道及樞紐節(jié)點內(nèi)人、車、物移動速度、密度、斷面流量、擁擠程度、排隊長度、服務時間等運行狀況等信息，構建涵蓋城市軌道、公交、機動車、慢行交通等復合型城市交通網(wǎng)絡中多層次交通運行狀態(tài)的智能評價指標體系。并通過敏感性仿真來歸納多方式交通流在短期、長期、鄰域和遠域等多尺度下的空間相關性和時間自相關性，研究城市常態(tài)交通流靜態(tài)時空分布規(guī)律。結合綜合交通運行全面監(jiān)測、運行分析、綜合服務等業(yè)務工作需求，建立城市全路網(wǎng)運行態(tài)勢智能研判技術與交通流推演及交通信息精準服務協(xié)同組織調(diào)度系統(tǒng)原型，進行城市綜合交通運行態(tài)勢智能研判技術的應用實現(xiàn)，提供全路網(wǎng)運行實時監(jiān)測與交通運行狀態(tài)研判等服務。

3 結束語

日益嚴重的城市交通問題大大影響了經(jīng)濟建設和社會發(fā)展的運行效率和城市居民生活的便捷；大范圍交通擁堵耗費巨量的出行時間，降低出行用戶的時間使用效率，極大增加額外時間的機會成本和能耗成本。本文設計的城市交通大數(shù)據(jù)智能計算與管理云平臺，通過整合政府部門、智能交通和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的數(shù)據(jù)及其計算存儲資源，建立了數(shù)據(jù)共享服務體系，推動城市交通跨部門、跨層級的信息資源互通和協(xié)同共享，為提升城市交通治理水平和運行效率提供技術支撐，進而形成大數(shù)據(jù)驅(qū)動的城市交通治理技術體系與范式；將有助于緩解交通擁堵，降低出行成本、提高區(qū)域路網(wǎng)的通行效率，減少因交通擁堵而導致的社會損失，進而全面提高我國在城市交通治理領域的技術水平。