基于大數(shù)據(jù)的智能交通系統(tǒng)研究與應(yīng)用

宋罡

（河北京石高速公路開(kāi)發(fā)有限公司，河北石家莊 050000）

0 引言

信息數(shù)據(jù)在智能交通系統(tǒng)中起到至關(guān)重要的作用，規(guī)范化地進(jìn)行交通信息數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、處理、分析和發(fā)布，能強(qiáng)化交通運(yùn)行監(jiān)測(cè)和管理，提升交通系統(tǒng)運(yùn)行效率，保證車輛運(yùn)行安全。新時(shí)期，運(yùn)行車輛數(shù)量不斷增加，車輛運(yùn)行管理數(shù)據(jù)量大幅提升，且管理難度增大，亟須進(jìn)行交通運(yùn)行數(shù)據(jù)管理方法的創(chuàng)新。大數(shù)據(jù)技術(shù)是基于信息時(shí)代背景發(fā)展起來(lái)的數(shù)據(jù)利用技術(shù)，深化其在交通系統(tǒng)中的應(yīng)用，能發(fā)揮數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大、價(jià)值觀、處理速度快等優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)智能交通系統(tǒng)建設(shè)，創(chuàng)造良好的交通運(yùn)行環(huán)境。

1 智能交通大數(shù)據(jù)內(nèi)涵及應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1.1 智能交通大數(shù)據(jù)內(nèi)涵

大數(shù)據(jù)是指大量的信息數(shù)據(jù)，其不僅具有數(shù)據(jù)種類多、數(shù)據(jù)處理速度快的特點(diǎn)，而且數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量較大，數(shù)據(jù)信息的價(jià)值高。在交通行業(yè)發(fā)展中，大數(shù)據(jù)技術(shù)的融合和應(yīng)用使得交通建設(shè)、運(yùn)行、管理的智能化程度更高。一方面，在智能交通體系下，交通信息數(shù)據(jù)的來(lái)源更加廣泛，且所有的數(shù)據(jù)都可以進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)。另一方面，在計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)等平臺(tái)作用下，這些存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)可以更加快速地進(jìn)行交流共享，有效地增強(qiáng)了信息的實(shí)效性。此外，受數(shù)據(jù)來(lái)源多樣等因素的影響，數(shù)據(jù)整體的類型較為多樣，這些數(shù)據(jù)表現(xiàn)出多元化的模態(tài)，為后期的分析應(yīng)用奠定了良好基礎(chǔ)。

在信息化、智能化設(shè)備軟件的支撐下，人們可從多層面進(jìn)行這些數(shù)據(jù)的分析和可視化管理，大幅提升了數(shù)據(jù)的應(yīng)用價(jià)值，為交通運(yùn)行狀況的掌控和管理提供了指導(dǎo)[1]。

1.2 智能交通系統(tǒng)應(yīng)用大數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)

智能交通發(fā)展中，大數(shù)據(jù)技術(shù)的融合和應(yīng)用有效地提升了交通運(yùn)行管理效率和質(zhì)量。大數(shù)據(jù)信息本身具有實(shí)時(shí)性的特征，在大數(shù)據(jù)技術(shù)的支撐下，可系統(tǒng)化地對(duì)這些信息進(jìn)行分析和利用，并對(duì)交通運(yùn)行的狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)，切實(shí)提升了交通運(yùn)行的效率。

另外，通過(guò)交通信息數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理和應(yīng)用，還能有效保證交通運(yùn)行的安全性。例如，在汽車運(yùn)行過(guò)程中，可借助聯(lián)合探測(cè)裝置對(duì)汽車的運(yùn)行軌跡進(jìn)行探測(cè)，隨后通過(guò)大數(shù)據(jù)進(jìn)行這些探索數(shù)據(jù)的傳輸和處理，構(gòu)建相應(yīng)的安全模型，可實(shí)現(xiàn)汽車運(yùn)行安全狀況的全面分析，保證交通運(yùn)行的安全性。

2 智能交通系統(tǒng)大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用

2.1 多元數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集

交通數(shù)據(jù)采集是智能交通系統(tǒng)運(yùn)行應(yīng)用的基礎(chǔ)，保證數(shù)據(jù)采集的充分性、全面性、準(zhǔn)確性，能為后期交通調(diào)度和運(yùn)行管理創(chuàng)造良好條件?，F(xiàn)階段，交通外場(chǎng)建有大量的路況信息采集設(shè)備，常見(jiàn)設(shè)備不僅包含卡口、電警、微波檢測(cè)器，還涉及視頻檢測(cè)器、地磁和互聯(lián)網(wǎng)交通數(shù)據(jù)等。這些路況信息采集設(shè)備的建設(shè)和應(yīng)用為智能交通多元數(shù)據(jù)獲取提供了條件。

在多元數(shù)據(jù)采集中，首先，在考慮道路網(wǎng)模型的基礎(chǔ)上，應(yīng)重視交通流感知方法的研究，該環(huán)節(jié)中，應(yīng)融合適應(yīng)相鄰路段平滑策略和GroupLink聯(lián)合分析模型；其次，應(yīng)引入具有自學(xué)習(xí)功能的調(diào)權(quán)算法，并配置一定的路況計(jì)算引擎，以此實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)、路況、路口的全方位覆蓋。同時(shí)，在進(jìn)行路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)信息類型和尺度歸一化處理后，應(yīng)保證所收集的路況信息能精準(zhǔn)輸出；最后，交通信息采集后，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，還應(yīng)能實(shí)現(xiàn)多方面的關(guān)聯(lián)搜查，如進(jìn)行多點(diǎn)關(guān)聯(lián)、頻率變化、路徑匹配、環(huán)境預(yù)測(cè)分析等，以滿足智能交通廣泛的應(yīng)用需要[2]。

2.2 利用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行交通路況預(yù)測(cè)分析

現(xiàn)階段，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，在城市影響力增強(qiáng)、促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)加速發(fā)展的同時(shí)，也隨之出現(xiàn)了一些城市問(wèn)題。交通擁堵是眾多城市病中較為突出的一個(gè)問(wèn)題，尤其是早晚高峰時(shí)間段，城市道路運(yùn)行車輛較多，交通擁堵問(wèn)題較為明顯，不僅降低了城市交通通行效率，也威脅著駕乘人員的人身安全。科學(xué)合理地使用大數(shù)據(jù)技術(shù)，建立智能化的交通系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)城市交通路況的預(yù)測(cè)分析。

從智能交通系統(tǒng)應(yīng)用情況來(lái)看，其在大數(shù)據(jù)技術(shù)的支撐下，于系統(tǒng)內(nèi)建立同等運(yùn)算能力的網(wǎng)絡(luò)幾何結(jié)構(gòu)，在考慮不同路段相對(duì)固定流向關(guān)系的基礎(chǔ)上，可實(shí)現(xiàn)車流行駛方向的模擬，隨即通過(guò)對(duì)城市交通流柵格化編碼，可完成交通通行速度和流量的預(yù)測(cè)。在城市交通路況預(yù)測(cè)分析中，為保證大數(shù)據(jù)計(jì)算的科學(xué)性、高效性，多使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（圖1），這些神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算方式滿足了交通通行速度和流量預(yù)測(cè)需要，對(duì)城市交通流控制具有積極作用[3]。

圖1 循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框架

從城市交通路況預(yù)測(cè)結(jié)果來(lái)看，在大數(shù)據(jù)技術(shù)支撐下，通過(guò)對(duì)交通路況、流量預(yù)測(cè)和數(shù)據(jù)分布，駕乘人員能提前得知旅游景區(qū)、公共場(chǎng)所大規(guī)模流量聚集現(xiàn)象，同時(shí)可獲得路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)擁堵信息，為個(gè)人出行路線規(guī)劃和城市交通服務(wù)創(chuàng)造了良好條件。又如在城市交通系統(tǒng)中，公共交通是極為重要的組成部分，結(jié)合公共交通運(yùn)行實(shí)際可知，其雖然具有固定的站點(diǎn)、線路，但受城市人流、車輛等復(fù)雜因素的影響，公共交通車輛達(dá)到站點(diǎn)的時(shí)間具有一定差異性。對(duì)乘客而言，若不能準(zhǔn)確地了解公共車輛運(yùn)行信息和需等待時(shí)間，則容易出現(xiàn)錯(cuò)過(guò)車次或等待時(shí)間較長(zhǎng)等問(wèn)題，影響了人們乘坐公共交通的體驗(yàn)。在智能交通系統(tǒng)中使用大數(shù)據(jù)技術(shù)[4-5]，借助相應(yīng)的查詢軟件（見(jiàn)圖2），乘客能精準(zhǔn)掌握公共交通工具的具體位置和運(yùn)行狀況，并對(duì)其到站時(shí)間進(jìn)行預(yù)估，方便了乘客出行的時(shí)間安排，提升了乘客的出行體驗(yàn)。

圖2 公共交通線路查詢截屏示意

2.3 借助大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行交通事故分析

隨著城市道路運(yùn)行車輛數(shù)量的增加，城市路況變得愈發(fā)復(fù)雜，導(dǎo)致在交通系統(tǒng)運(yùn)行中容易出現(xiàn)一些突發(fā)狀況，針對(duì)突發(fā)的交通事故進(jìn)行快速救援，不僅能保證事故車輛、人員的安全性，而且能確保事故點(diǎn)的快速通行。

智能交通系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，借助大數(shù)據(jù)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)這些交通事故分析，并針對(duì)事故成因，制定應(yīng)急對(duì)策。具體操作方法為：在大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)的支撐下，可通過(guò)GIS平臺(tái)對(duì)道路交通基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，待篩選的數(shù)據(jù)不僅包含區(qū)域救援、安全風(fēng)險(xiǎn)分析，而且涉及保險(xiǎn)費(fèi)用影響、行人干擾分析，此外，傷亡經(jīng)濟(jì)分析、沖突仿真等都是極為重要的信息內(nèi)容。通過(guò)對(duì)這些信息進(jìn)行篩選、集成，可實(shí)現(xiàn)接入數(shù)據(jù)的有效融合，隨后對(duì)沖突數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾，可實(shí)現(xiàn)沖突頻率統(tǒng)計(jì)，完成交通緊急效益評(píng)價(jià)。其中，在交通事故分析中，可在大數(shù)據(jù)技術(shù)支撐下，構(gòu)建分布式交通安全決策模型，然后通過(guò)該模型對(duì)事故和擁堵網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，并在考慮歷史數(shù)據(jù)、引入實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行路網(wǎng)控制，能確保路網(wǎng)運(yùn)行整體的安全性[6]。針對(duì)已發(fā)生的安全事故，借助該模型還能診斷事故成因，制定應(yīng)急對(duì)策，為智能交通系統(tǒng)的安全管理提供微觀數(shù)據(jù)支撐。

2.4 利用大數(shù)據(jù)技術(shù)建立智慧交通指揮調(diào)度平臺(tái)

為進(jìn)一步處提升智能交通系統(tǒng)運(yùn)行效果，在交通系統(tǒng)運(yùn)行中，還應(yīng)在大數(shù)據(jù)技術(shù)的支撐下，構(gòu)建系統(tǒng)完善的智慧交通指揮調(diào)度平臺(tái)?；诖髷?shù)據(jù)技術(shù)建設(shè)智慧交通指揮調(diào)度平臺(tái)時(shí)，還應(yīng)注重以下要點(diǎn)：

（1）信息技術(shù)和云存儲(chǔ)技術(shù)是智慧交通指揮調(diào)度平臺(tái)建設(shè)的基礎(chǔ)，在使用這兩種技術(shù)的同時(shí)，應(yīng)在交通外場(chǎng)建立視頻監(jiān)控系統(tǒng)、闖紅燈自動(dòng)記錄系統(tǒng)，同時(shí)應(yīng)配置一定的超速違法監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和運(yùn)行車輛記錄系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行車輛路況、車輛、駕乘人員信息的準(zhǔn)確采集。

（2）在指揮交通指揮調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)用中，應(yīng)在大數(shù)據(jù)技術(shù)的支撐下，對(duì)交通狀況進(jìn)行全天候監(jiān)測(cè)，主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容不僅包含交通路況、交通流量，而且涉及車速信息、氣象信息等內(nèi)容。

（3）在對(duì)重點(diǎn)路段交通流量、通行車速、交通事故、交通違法等情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警的基礎(chǔ)上，應(yīng)在大數(shù)據(jù)技術(shù)的作用下，完成事故多發(fā)路段的分析，在事故發(fā)生原因分析中，應(yīng)重視多元要素的關(guān)聯(lián)，為后期的指揮決策提供指導(dǎo)。

（4）在使用智慧交通指揮調(diào)度平臺(tái)后，應(yīng)對(duì)城市交通系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的事件進(jìn)行指揮流程優(yōu)化，如在重大突發(fā)事件、極端惡劣天氣、重點(diǎn)違法行為指揮管理中，應(yīng)按照響應(yīng)、通報(bào)、調(diào)度、處置的流程進(jìn)行處理（見(jiàn)圖3），以實(shí)現(xiàn)城市交通系統(tǒng)向科學(xué)化、集約化和智能化的方向轉(zhuǎn)變。

圖3 智慧交通指揮調(diào)度流程

3 大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能交通系統(tǒng)中應(yīng)用的注意事項(xiàng)

新時(shí)期，大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用逐漸深入，為進(jìn)一步提升大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用水平，還應(yīng)注重以下要點(diǎn)：

（1）在大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用中，應(yīng)借助大數(shù)據(jù)技術(shù)系統(tǒng)完成交通系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)的收集和整合。在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集中，應(yīng)從交通運(yùn)輸、車輛形式、氣象等多層面進(jìn)行信息采集，保證交通運(yùn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的全面性、準(zhǔn)確性。在此過(guò)程中，還應(yīng)重視傳感器信息收集、WebService接口數(shù)據(jù)等信息整合技術(shù)的應(yīng)用，并將收集的信息傳輸?shù)叫畔⒐芾砟K，為后期數(shù)據(jù)處理提供便利。

（2）在信息處理中，應(yīng)在數(shù)據(jù)庫(kù)處理的基礎(chǔ)上，結(jié)合使用信息數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，整合不同類型的數(shù)據(jù)，并借助大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證，保證數(shù)據(jù)精準(zhǔn)性，為用戶提供出行信息和交通運(yùn)輸網(wǎng)擁堵情況等相關(guān)信息。

（3）在完成上述數(shù)據(jù)分析后，應(yīng)深層次挖掘有價(jià)值的信息，對(duì)交通系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)的預(yù)測(cè)和管理，并結(jié)合用戶的習(xí)慣，及時(shí)發(fā)布這些信息，如利用電子顯示屏和移動(dòng)設(shè)備發(fā)布交通系統(tǒng)運(yùn)行信息，確保智能交通系統(tǒng)運(yùn)行的順暢性、便捷性。

4 結(jié)語(yǔ)

大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于智能交通系統(tǒng)建設(shè)、應(yīng)用具有深刻影響，能有效提升交通系統(tǒng)智慧化程度，提升交通運(yùn)行效率，保證交通運(yùn)行安全。城市交通管理者應(yīng)深刻認(rèn)識(shí)智能交通系統(tǒng)建設(shè)價(jià)值和大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用的重要性，深化大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能交通系統(tǒng)中的應(yīng)用，掌握大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)，以創(chuàng)造良好的交通出行環(huán)境，促進(jìn)交通運(yùn)輸系統(tǒng)的智慧化、現(xiàn)代化發(fā)展。