探究大數(shù)據(jù)分析在高速公路收費(fèi)管理中的應(yīng)用

霍昱宏

摘 要：高速公路通過(guò)采用諸多技術(shù)的集成使用，各個(gè)功能系統(tǒng)在使用的過(guò)程中產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)信息。近些年，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷進(jìn)步，大數(shù)據(jù)技術(shù)在高速公路收費(fèi)管理系統(tǒng)中的應(yīng)用程度已經(jīng)有了進(jìn)一步的提升。高速公路收費(fèi)信息數(shù)據(jù)具有處理速度快、價(jià)值密度低、數(shù)據(jù)類型多樣、數(shù)據(jù)量大等優(yōu)勢(shì)大數(shù)據(jù)分析和傳統(tǒng)的高速公路收費(fèi)管理可以有效結(jié)合，讓如今的高速公路收費(fèi)管理變得更加高效、智能化、規(guī)范化。高速公路收費(fèi)系統(tǒng)采用諸多技術(shù)，各個(gè)功能系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，需要對(duì)那些有價(jià)值的信息進(jìn)行分析、處理，以此來(lái)提升高速公路的服務(wù)水平。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)分析;高速公路;收費(fèi)管理

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，使用大數(shù)據(jù)分析可以有效加快高速公路通行收費(fèi)的處理效率，使得通行費(fèi)數(shù)據(jù)始終處于一個(gè)可控的范圍內(nèi)。但是，鑒于目前我國(guó)高速公路收費(fèi)還存在的一些問(wèn)題，本文圍繞大數(shù)據(jù)在高速公路收費(fèi)管理中的相關(guān)理論，論述了大數(shù)據(jù)分析在高速公路收費(fèi)管理中的具體應(yīng)用策略。

一、理論基礎(chǔ)

（一）數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)

數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)是一個(gè)集成的、主題驅(qū)動(dòng)的、相對(duì)可靠的數(shù)據(jù)集合。數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)用于支持決策和面向分析的數(shù)據(jù)處理，有效整合多個(gè)異構(gòu)數(shù)據(jù)源。面對(duì)大數(shù)據(jù)的多樣性，在存儲(chǔ)和處理這些大數(shù)據(jù)時(shí)，需要知道兩個(gè)重要的技術(shù)，即數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)（Hadoop）。如果數(shù)據(jù)是來(lái)自現(xiàn)有數(shù)據(jù)源的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，將使用數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)來(lái)存儲(chǔ)和處理該類數(shù)據(jù)。

（二）大數(shù)據(jù)分析的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)工具

大數(shù)據(jù)分析需要思考如何在一系列加工、處理、分析、挖掘中處理海量數(shù)據(jù)，并將其應(yīng)用到實(shí)際業(yè)務(wù)場(chǎng)景中，可以提高業(yè)務(wù)績(jī)效和效率。規(guī)劃出整個(gè)流程的實(shí)現(xiàn)邏輯，讓大數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)支持未來(lái)與之對(duì)應(yīng)的開(kāi)發(fā)。數(shù)據(jù)分析師最常用的分析工具是Excel、SQL和Python。負(fù)責(zé)大數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)工作內(nèi)容、大數(shù)據(jù)平臺(tái)、相關(guān)工具平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、網(wǎng)絡(luò)日志大數(shù)據(jù)分析、實(shí)時(shí)計(jì)算與流計(jì)算、數(shù)據(jù)可視化等技術(shù)研發(fā)和網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)與維護(hù)。

二、應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析的可行性分析

（一）大數(shù)據(jù)分析概述

“大數(shù)據(jù)”指的是一種現(xiàn)象。在“大數(shù)據(jù)”中，“大”首先是指數(shù)據(jù)量比較大的信息。在具體應(yīng)用中，大部分企業(yè)已經(jīng)逐步形成PB級(jí)的數(shù)據(jù)信息。隨著數(shù)據(jù)源類型的不斷增加，數(shù)據(jù)信息的類型也在隨之增加，并具有多重形式，在分析和處理信息的過(guò)程中應(yīng)該使用更高級(jí)的分析工具。

（二）大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)

大數(shù)據(jù)分析技術(shù)具有比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘更快的信息處理速度。目前，高速公路收費(fèi)管理數(shù)據(jù)處理的運(yùn)行速度較快，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析，可以將收費(fèi)系統(tǒng)的費(fèi)用數(shù)據(jù)直接發(fā)送到支付管理中心，大大提高了處理速度。此外，還可以在暴雨、暴風(fēng)雪等惡劣天氣下，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析，及時(shí)獲取當(dāng)前公路的信息和數(shù)據(jù)，并系統(tǒng)地分析當(dāng)前的路況并傳輸至結(jié)算中心。大數(shù)據(jù)分析還可以實(shí)時(shí)監(jiān)控過(guò)往車輛的狀況，并結(jié)合動(dòng)態(tài)和靜態(tài)圖像生成大量的數(shù)據(jù)信息。當(dāng)高速公路發(fā)生交通事故時(shí)，有效數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)率較低，因此大數(shù)據(jù)分析可以監(jiān)控這些信息，及時(shí)完成數(shù)據(jù)的采集和傳輸。

（三）大數(shù)據(jù)技術(shù)在高速公路收費(fèi)管理中的挑戰(zhàn)

首先，目前高速公路收費(fèi)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理仍然是傳統(tǒng)的總數(shù)核對(duì)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，可以調(diào)用數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)處理，無(wú)法實(shí)現(xiàn)全局化、自動(dòng)化的數(shù)據(jù)分析處理。另外，結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)彼此之間相互獨(dú)立，內(nèi)部之間關(guān)聯(lián)性小，如此，假若出現(xiàn)問(wèn)題，從兩種數(shù)據(jù)中檢索數(shù)據(jù)都需要耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間，工作效率低下。二是數(shù)據(jù)庫(kù)是高速公路收費(fèi)系統(tǒng)的重要支撐，目前還沒(méi)有建立完整的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，同時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理也沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，使用價(jià)值沒(méi)有充分發(fā)揮。存儲(chǔ)在應(yīng)用程序中的很多數(shù)據(jù)對(duì)運(yùn)營(yíng)部門沒(méi)有幫助，反而加大了工作量。最后，目前高速公路收費(fèi)系統(tǒng)的發(fā)展存在服務(wù)質(zhì)量低、軟件開(kāi)發(fā)分散、技術(shù)規(guī)范不一致等問(wèn)題，精準(zhǔn)度還有待提高。目前，高清車牌識(shí)別、RSU天線等設(shè)備在高速公路上得到廣泛應(yīng)用，成為網(wǎng)絡(luò)計(jì)費(fèi)和管理的關(guān)鍵設(shè)備，5G網(wǎng)絡(luò)和大數(shù)據(jù)中心成為高層次網(wǎng)絡(luò)安全防御的重點(diǎn)對(duì)象。加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全管理措施，有效監(jiān)測(cè)和防范新技術(shù)帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)，提升5G網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)等新型基礎(chǔ)設(shè)施的安全能力成為下一步工作重點(diǎn)需要關(guān)注的問(wèn)題。

（四）大數(shù)據(jù)挖掘的局限性

至于目前的數(shù)據(jù)挖掘工作，主要是在與交通行業(yè)密切相關(guān)的研究機(jī)構(gòu)和高校開(kāi)展的，主要集中在對(duì)數(shù)據(jù)的整體的框架、內(nèi)容進(jìn)行更深入的研究，對(duì)隱性的、挖掘公路數(shù)據(jù)固有價(jià)值的、能夠支持決策的數(shù)據(jù)還不足?？偟膩?lái)說(shuō)，我國(guó)的高速公路收費(fèi)系統(tǒng)正處于不斷完善的過(guò)程中，積累了大量的信息和數(shù)據(jù)，但如何充分利用這方面的資源，未來(lái)還有待改進(jìn)。

三、大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的構(gòu)建

（一）平臺(tái)的框架

在高速公路收費(fèi)站收費(fèi)數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)中，因?yàn)榻煌鞯牟淮_定性、高非線性度，若是采用單一的預(yù)測(cè)方法，那么所產(chǎn)生的隨機(jī)干擾就會(huì)很高，預(yù)測(cè)效果不理想。結(jié)合ARIMA模型和多元回歸模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，可以在很大程度上減少隨機(jī)干擾帶來(lái)的誤差，更為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)未來(lái)通行費(fèi)，更好的為公路管理設(shè)備的分析和管理提供數(shù)據(jù)支持。如何選擇更合適的模型和組合，減少隨機(jī)干擾，提升預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性是今后研究的重點(diǎn)方向。

（二）大數(shù)據(jù)分析服務(wù)

我國(guó)高速公路的發(fā)展過(guò)程中，對(duì)于實(shí)際收費(fèi)，特別是貨車計(jì)重收費(fèi)、國(guó)家政策變化大、有一些存在偷逃通行費(fèi)的行為，給高速公路造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。山東省高速公路采用綜合稽查管理系統(tǒng)，稽查基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的主要來(lái)源是網(wǎng)絡(luò)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)和原始計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析、確定、選擇和匯總統(tǒng)計(jì)，并基于特定的費(fèi)用規(guī)避模型進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和挖掘。采用新的收費(fèi)方式可以有效預(yù)測(cè)公路未來(lái)的經(jīng)濟(jì)收入，更好的幫助管理人員分析公路交通流量和通行費(fèi)。尤其是近些年，許多新的軟件、新的方法在高速公路收費(fèi)管理中應(yīng)用開(kāi)來(lái)。其中，數(shù)據(jù)在挖掘、遺傳算法、理論完善等方面使用較多。在測(cè)量交通量的過(guò)程中，所涉及的方法最為常用的是定性預(yù)測(cè)方法和回歸和趨勢(shì)曲線、回歸分析預(yù)測(cè)方法和一元回歸曲線。在具體的應(yīng)用中，需要對(duì)相關(guān)技術(shù)內(nèi)容做出準(zhǔn)確的了解和把握，充分滿足實(shí)際要求才能選擇和應(yīng)用該方法。

四、大數(shù)據(jù)分析在高速公路收費(fèi)管理中的應(yīng)用

（一）大數(shù)據(jù)分析在高速公路收費(fèi)管理中應(yīng)用的必要性

信息技術(shù)應(yīng)用于高速公路的場(chǎng)景越來(lái)越多，交通執(zhí)法、應(yīng)急管理、收費(fèi)管理等都基于信息網(wǎng)絡(luò)。為了適應(yīng)公路建設(shè)的需要，不可避免地必須實(shí)施信息化管理。在傳統(tǒng)的高速公路收費(fèi)數(shù)據(jù)記錄中，人工記錄和人工查找不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且由于人的判斷力和集中力是有時(shí)間限制的，還會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。此外，諸如后方收費(fèi)設(shè)備、高速公路管理更新收費(fèi)數(shù)據(jù)的速度等問(wèn)題，都將阻礙高速公路收費(fèi)管理工作的進(jìn)一步發(fā)展。對(duì)此，如果將大數(shù)據(jù)分析用于高速公路收費(fèi)管理，可以增加高速公路收費(fèi)管理的便捷性。高速公路收費(fèi)站數(shù)據(jù)管理中心要求數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠、信息及時(shí)全面、應(yīng)用方便快捷，才能更好地應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)。為了使高速公路收費(fèi)管理適應(yīng)自身發(fā)展的需要，高速公路必須合理利用寶貴的大數(shù)據(jù)信息資源，為社會(huì)提供更為優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

（二）高速公路收費(fèi)管理的內(nèi)容

收費(fèi)管理主要是對(duì)高速公路各路段的收費(fèi)站設(shè)置、設(shè)備管理、人員配置等。當(dāng)車輛進(jìn)入收費(fèi)站并收到通行證時(shí)，攝像頭會(huì)被車輛的碾軋線圈的動(dòng)作喚醒并拍照。車輛進(jìn)入收費(fèi)站后，這就是起始數(shù)據(jù)，然后工作人員通過(guò)計(jì)算機(jī)的輸入操作記錄發(fā)放通行卡。此時(shí)，收費(fèi)計(jì)算機(jī)將拍攝的照片連同車號(hào)和通行卡號(hào)一起記錄下來(lái)，并存儲(chǔ)在指定的空間內(nèi)，以便在支付車輛時(shí)進(jìn)行通信。當(dāng)支付通行費(fèi)并且車輛進(jìn)入車道時(shí)，滾動(dòng)線圈的動(dòng)作會(huì)創(chuàng)建相應(yīng)的快照。同時(shí)，它自動(dòng)識(shí)別車牌信息和照片，調(diào)用并比對(duì)先前收集的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并通過(guò)計(jì)算機(jī)算法檢查出車與進(jìn)車是否匹配。利用收費(fèi)計(jì)算機(jī)對(duì)收費(fèi)站入口、收費(fèi)站等信息快速計(jì)算里程和繳費(fèi)費(fèi)用，最終完成車輛繳費(fèi)。ETC快速車道也是基于此實(shí)行自動(dòng)扣費(fèi)。

（三）大數(shù)據(jù)分析的策略

1、數(shù)據(jù)篩選

高速公路收費(fèi)站數(shù)據(jù)的輸入、輸出過(guò)程主要包含收費(fèi)交易所需的各種數(shù)據(jù)，如支付方式、通行費(fèi)、里程、位置、時(shí)間、車輛信息等。通過(guò)查看原始高速公路數(shù)據(jù)，可以篩選出額定毛重、總重、總軸數(shù)、最重車型、車型、車道類型、車道號(hào)、收費(fèi)站號(hào)、出站時(shí)間，這些信息可以用于車輛支付、裝載、行駛、時(shí)空等信息，對(duì)交通運(yùn)輸行業(yè)及其他行業(yè)的發(fā)展意義重大。智能車型識(shí)別依靠高清視頻、車牌和中心批量數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)使用軟件識(shí)別路線。這與傳統(tǒng)的物理車輛識(shí)別技術(shù)路徑（取決于車軸、車輛高度和車輛長(zhǎng)度）有著本質(zhì)的區(qū)別。車型標(biāo)準(zhǔn)一般以客車座位數(shù)和貨車核定載重量為依據(jù)，所有自動(dòng)識(shí)別方法都不能直接確定座位數(shù)和核定載重量。智能車輛識(shí)別系統(tǒng)以全路網(wǎng)出口收費(fèi)員人工核對(duì)的模型識(shí)別結(jié)果為基礎(chǔ)樣本，從每輛車的統(tǒng)計(jì)角度提取最準(zhǔn)確的模型，從而得到最準(zhǔn)確的模型識(shí)別結(jié)果。

2、數(shù)據(jù)預(yù)處理

高速公路收費(fèi)系統(tǒng)通過(guò)對(duì)過(guò)往車輛的相關(guān)信息的查詢，尋找有價(jià)值的數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)彼此間存在的規(guī)律，以便對(duì)公路建設(shè)、養(yǎng)護(hù)、收費(fèi)和增設(shè)出口等做出科學(xué)的調(diào)整與規(guī)劃。對(duì)于數(shù)據(jù)預(yù)處理的價(jià)值具體體現(xiàn)如下：其一是按城市和城市之間整合收費(fèi)站的交通數(shù)據(jù)，對(duì)時(shí)間、入口、交通流量、路段等信息進(jìn)行分析，從多角度分析公路網(wǎng)和個(gè)別路段，時(shí)空分析交通流量分布，了解并記錄屬性等有價(jià)值的信息，為公路升級(jí)改造等提供參考信息：其二，分析多年道路通行費(fèi)數(shù)據(jù)，根據(jù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的各項(xiàng)指標(biāo)，繪制科學(xué)的數(shù)據(jù)曲線和參照模型。核算高速公路通行費(fèi)收入并向高速公路運(yùn)營(yíng)商提供預(yù)測(cè);其三是收集特定路段或區(qū)域高速公路的統(tǒng)計(jì)、車流量、車輛負(fù)荷、養(yǎng)護(hù)成本和養(yǎng)護(hù)頻率的歷史數(shù)據(jù)，并開(kāi)發(fā)曲線提供的相應(yīng)數(shù)據(jù)。為運(yùn)營(yíng)商調(diào)整動(dòng)態(tài)通行費(fèi)，降低養(yǎng)護(hù)成本提供合理依據(jù)。其四是對(duì)公路通行時(shí)段和車流量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，構(gòu)建科學(xué)的路網(wǎng)模型，分析各類車輛的駕駛習(xí)慣，在緊急情況下，相關(guān)部門可以快速準(zhǔn)確地做出反應(yīng);其五是合理整合路段氣象信息、道路建設(shè)改造信息、交通數(shù)據(jù)功能監(jiān)管信息等，定期建立相關(guān)道路安全指引。并在必要時(shí)向公路車輛駕駛員提供相應(yīng)的警示信息，從而預(yù)防事故發(fā)生。其六是分析公路歷史交通信息，了解當(dāng)?shù)毓肪W(wǎng)的具體情況，合理控制和引導(dǎo)車輛通行，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。

五、結(jié)論

目前，我國(guó)的高速公路的修建里程不斷增長(zhǎng)，有效地提高了區(qū)域內(nèi)的交通運(yùn)輸水平。大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用可以更好地應(yīng)對(duì)新形勢(shì)下的高速公路收費(fèi)管理，可為公路決策、市場(chǎng)監(jiān)管、出行服務(wù)和交通安全應(yīng)急響應(yīng)提供數(shù)據(jù)支持，不斷提升公路管理水平和運(yùn)營(yíng)效率，這也將是未來(lái)研究的重點(diǎn)。

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