基于大數(shù)據(jù)的城鄉(xiāng)結(jié)合部仿真研究框架＊

劉中飛，張 軍，邱荷婷

（首都經(jīng)濟貿(mào)易大學管理工程學院，北京100070）

1 引言

隨著社會的發(fā)展以及國家政策的傾斜，人口的急速增長，越來越多的人都聚集在城市中，導致了城市交通的擁堵，特別是在大規(guī)模人群的城鄉(xiāng)結(jié)合部的區(qū)域。為了更好地控制城鄉(xiāng)結(jié)合部的交通，減少不必要的擁堵，用傳統(tǒng)的交通控制與疏散的方式在一定程度上是行不通的。所以，智慧交通應用而生。智慧交通的出現(xiàn)，帶來了許多現(xiàn)代化的管理方式，并減少了大量人力物力的浪費，使得城市的交通變得更加的流暢，減少了城鄉(xiāng)結(jié)合部區(qū)域大量的擁堵問題。在智能交通中，數(shù)據(jù)挖掘有著無比關(guān)鍵的地位，是智能交通中最重要的一面?？梢哉f，沒有數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應用，就沒有智慧交通光明的未來。如果要想在城鄉(xiāng)結(jié)合部大幅度減少交通擁堵問題，就必須更加深入地理解數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)。

2 數(shù)據(jù)挖掘概念

數(shù)據(jù)挖掘是一個過程，主要是對大量的有噪聲的信息進行有效的提取，從中可以得到一個自己想要的數(shù)據(jù)[2]。在社會快速發(fā)展的今天，大量的數(shù)據(jù)在各行各業(yè)都急速的增長，廣泛可用的數(shù)據(jù)使得當今社會進入了數(shù)據(jù)時代，但是有許多的數(shù)據(jù)是無效的，要想從“數(shù)據(jù)海洋“中得到想要的數(shù)據(jù)是極其困難的一件事情，數(shù)據(jù)挖掘的重要性就凸顯出來了，數(shù)據(jù)挖掘的實際應用解決了這個問題，數(shù)據(jù)庫技術(shù)用于存儲和管理數(shù)據(jù)，機器學習方法用于分析存儲的數(shù)據(jù)，從而揭示了隱藏在海量數(shù)據(jù)中的大量“知識”。數(shù)據(jù)挖掘的技術(shù)可以挖掘以下幾種類型的模式：相關(guān)分析、聚類分析、離散點分析、關(guān)聯(lián)分析等。

相關(guān)分析：需要在分類和回歸之前繼續(xù)進行，可以分析、識別、分類、回歸相關(guān)的屬性，并忽略其他無關(guān)的屬性。

聚類分析：相似度很高的對象可以聚集在一起。這些對象中可以根據(jù)類內(nèi)相似度最大化和類內(nèi)相似度最小化的原理進行聚類或者進行分組。

離散點分析：在數(shù)據(jù)集中包含了許多對象，這些對象與數(shù)據(jù)集中其他對象的一般行為有不一致的地方，這些點就是離散點。因為一般的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)把離散點給剔除了，但是有些稀有事物比正常事物更有趣，更能吸引人們的注意力。因此，離散點數(shù)據(jù)分析被稱為離散點分析。

關(guān)聯(lián)分析：又稱為關(guān)聯(lián)規(guī)則。如果兩個或者多個事物之間存在某種關(guān)系，可以通過一個事物聯(lián)系到其他的事物，并可以對其他的事物進行預測。主要是挖掘兩者之間存在的隱藏的關(guān)系。其中，關(guān)聯(lián)分析又可以被進一步分為單維關(guān)聯(lián)規(guī)則和多維關(guān)聯(lián)規(guī)則這兩種類型。

這就是為什么數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在城鄉(xiāng)結(jié)合部區(qū)域的發(fā)展中起著關(guān)鍵性作用的原因，接下來需要對數(shù)據(jù)挖掘的技術(shù)進行深一步的分析，并將其應用于城鄉(xiāng)結(jié)合部的交通問題中。

3 城鄉(xiāng)結(jié)合部的現(xiàn)狀

近幾年以來，中國交通發(fā)展越來越好，交通環(huán)境得到了很好的改善，但是，交通安全方面的措施卻沒有得到很大的改變，中國道路環(huán)境沒有得到改變的根本原因是道路設計不規(guī)范、混合交通環(huán)境比較差以及一些安全措施不足等，這些問題在城鄉(xiāng)結(jié)合部尤為明顯。

隨著國家政策的傾斜，政府對城鄉(xiāng)結(jié)合部的關(guān)注越來越多。城鄉(xiāng)結(jié)合部是中國快速發(fā)展過程中的一個特色區(qū)域，是最活躍的區(qū)域。城鄉(xiāng)結(jié)合部具有距離市區(qū)較近、生活方便、信息流動速度快等多種優(yōu)勢，同時具有城市和農(nóng)村的優(yōu)勢，成為城市向外延展的重要窗口。但是，由于城鄉(xiāng)結(jié)合部人口眾多，人們的交通意識比較淡薄，人流量巨大，導致了大量交通事故的發(fā)生。

其中，在城鄉(xiāng)結(jié)合部地區(qū)道路設計不規(guī)范，人員眾多，且社會關(guān)系構(gòu)成較為復雜。在城鄉(xiāng)結(jié)合部，主要的交通工具有電動車、摩托車，不良習慣有無證駕駛、超速行駛、違章停車以及不系安全帶等具有安全隱患的問題[3]，并且在城鄉(xiāng)結(jié)合部，社會管理較為滯后，經(jīng)濟管理混亂以及規(guī)劃管理無序。

4 大數(shù)據(jù)驅(qū)動下城鄉(xiāng)結(jié)合部交通運行仿真

4.1 交通仿真研究

針對城鄉(xiāng)結(jié)合部的種種難題，基于目前智能交通的大背景，將以大數(shù)據(jù)Hadoop技術(shù)的MapReduce計算中心和分布式數(shù)據(jù)庫HBase存儲融入到交通數(shù)據(jù)處理仿真平臺。

4.1.1 區(qū)域交通系統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘

將選取具有強大并行能力的Hadoop平臺，通過進行海量交通數(shù)據(jù)的分析，部署Hadoop集群，可以基于道路導航，使資源進行合理的分配，以此來改善有關(guān)道路的平衡問題。傳統(tǒng)的單機方法無法解決這樣的問題，未來解決這一類問題，可以借助Hadoop平臺，因為這個平臺具有強大的并行計算的能力，用此平臺可以對道路的情況進行各種判斷，此平臺也可以提供高效的存儲能力。

4.1.2 區(qū)域交通管理仿真平臺

將通過虛擬化技術(shù)構(gòu)建的服務器集群，為平臺的搭建提供基本的硬件資源。在此基礎上構(gòu)建以Cloud Foundry為基礎的PaaS平臺，可以通過使用Cloud Foundry的框架和通信機制來完成集成的任務，這其中包括了有關(guān)交通的海量數(shù)據(jù)，可以將Hadoop的功能通過與Cloud Foundry平臺相結(jié)合，建立一個集中大數(shù)據(jù)存儲和處理的一個平臺，這個平臺可以滿足當前的數(shù)據(jù)訪問量以及業(yè)務計算的需求，這樣就為大數(shù)據(jù)構(gòu)建一個全新的交通仿真的平臺。

4.2 存在的重點、難點問題

區(qū)域交通系統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和區(qū)域交通管理仿真平臺擬解決城鄉(xiāng)結(jié)合部交通網(wǎng)絡的復雜性和動態(tài)性的問題、制約因素的輸入輸出機制問題以及數(shù)據(jù)計算瓶頸問題。

4.2.1 城鄉(xiāng)結(jié)合部交通網(wǎng)絡的復雜性和動態(tài)性問題

城鄉(xiāng)結(jié)合部的外部像“城”，內(nèi)部像“村”的復合型決定了區(qū)域交通網(wǎng)絡的復雜性，通過探索城鄉(xiāng)運輸網(wǎng)絡中各種瓶頸的產(chǎn)生及其傳播過程，并且找到交通擁堵的根本原因就是一個中心問題。

4.2.2 制約因素的輸入輸出機制問題

交通承載力包括了多種的力量：交通環(huán)境污染承載力、交通自然資源承載力以及交通心理承載力等，如何確定模型輸入輸出的變量是一個關(guān)鍵性問題，其中，合理的資源分配是重中之重，必須在交通擁堵和資源閑置之間找到一個平衡點。

4.2.3 數(shù)據(jù)計算瓶頸問題

隨著計算機網(wǎng)絡的快速發(fā)展以及在交通運輸領(lǐng)域的應用，日常需要處理的交通數(shù)據(jù)已經(jīng)呈現(xiàn)出大數(shù)據(jù)的許多特征。采用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息處理方式已經(jīng)遇到了計算分析的性能瓶頸。一方面，集中化的數(shù)據(jù)庫成為整個系統(tǒng)的突破口，數(shù)據(jù)的遞增，無疑給數(shù)據(jù)庫帶來了嚴峻的考驗；另一方面，隨著數(shù)據(jù)的遞增，數(shù)據(jù)計算的時長在急速地增加，越來越不適應海量數(shù)據(jù)對時間的要求。

5 結(jié)論

隨著社會的發(fā)展，城鄉(xiāng)結(jié)合部是國家關(guān)注的重點，城鄉(xiāng)道路交通是城市管理最重要方面之一。加強城鄉(xiāng)交通狀況管理，維護城鄉(xiāng)交通秩序，是極其重要的一個點[4]，且有利于推動城鄉(xiāng)結(jié)合部的發(fā)展，而城鄉(xiāng)結(jié)合部的發(fā)展符合國家政策的制定。但是發(fā)展不能急于求成，應結(jié)合中國的實際情況，并借鑒國外結(jié)合部發(fā)展的模式，以此來構(gòu)建中國城鄉(xiāng)結(jié)合部交通的發(fā)展[5]。