交通大數(shù)據(jù)的應用現(xiàn)狀與未來發(fā)展方向

孟鴻程

關鍵詞： 智慧交通 交通大數(shù)據(jù) 交通態(tài)勢 數(shù)據(jù)管理 生命周期

大數(shù)據(jù)時代的到來為交通管理帶來了巨大的機遇與挑戰(zhàn)，大數(shù)據(jù)一方面描繪了交通管理的美好愿景，打通多源異構交通數(shù)據(jù)，為政府管理、公民出行帶來便利，提升管理效能與出行體驗；另一方面交通大數(shù)據(jù)也面臨著發(fā)展的問題，如何匯聚多源異構交通數(shù)據(jù)、如何進行數(shù)據(jù)優(yōu)化處理以實現(xiàn)交通應用。

國家高度重視交通大數(shù)據(jù)的發(fā)展，2015 年8 月，國務院印發(fā)《促進大數(shù)據(jù)發(fā)展行動綱要》，2019 年9 月，中共中央、國務院印發(fā)的《交通強國建設綱要》提出要“推進數(shù)據(jù)資源賦能交通發(fā)展”“構建綜合交通大數(shù)據(jù)中心體系”，2019 年12 月，交通運輸部印發(fā)《推進綜合交通運輸大數(shù)據(jù)發(fā)展行動綱要（2020—2025 年）》。

近年來，交通運輸大數(shù)據(jù)取得了長足發(fā)展，但對照國家要求和行業(yè)發(fā)展需求，還存在著數(shù)據(jù)資源基礎不夠扎實、數(shù)據(jù)共享開放需深入推進、大數(shù)據(jù)應用不夠廣泛、數(shù)據(jù)安全存在挑戰(zhàn)、管理體系尚需健全等問題，需要進一步深入推進解決。

該文通過分析交通大數(shù)據(jù)從采集、處理到應用的全生命周期過程，研究大數(shù)據(jù)在交通領域的應用，說明交通大數(shù)據(jù)的發(fā)展與應用現(xiàn)狀，同時分析交通大數(shù)據(jù)的發(fā)展方向。

1 交通大數(shù)據(jù)應用模式

大數(shù)據(jù)的廣泛定義來自其5V 屬性，即，Volume 數(shù)據(jù)量大、Variety 數(shù)據(jù)種類多、Value 數(shù)據(jù)價值密度低、Velocity 數(shù)據(jù)增長速度快、Veracity 數(shù)據(jù)準確性低。在交通領域，數(shù)據(jù)來源復雜，并且隨著時間不斷累積，最終形成海量多源的交通數(shù)據(jù)，具體包括公路、鐵路、航空、水運等多行業(yè)的設施、設備、人員、安全保障等基礎數(shù)據(jù)，還包括綜合交通網(wǎng)絡中人、車、路、環(huán)境等相互作用的關系數(shù)據(jù)[1]。

目前，大數(shù)據(jù)在交通領域的應用模式如下圖1 所示。數(shù)據(jù)從采集到處理直至最后的應用，首先通過多種形式的設備采集多源交通數(shù)據(jù)，之后對數(shù)據(jù)進行處理，建立相應的指標模型，最后實現(xiàn)交通大數(shù)據(jù)的應用。與此同時，還需要做好數(shù)據(jù)標準、數(shù)據(jù)安全與數(shù)據(jù)治理體系建設工作。

1. 1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集是交通大數(shù)據(jù)應用的基礎，通過數(shù)據(jù)采集獲取最原始的交通數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析與應用服務。高質(zhì)量的原始數(shù)據(jù)能夠簡化后續(xù)的數(shù)據(jù)清洗工作，提高數(shù)據(jù)發(fā)揮價值與被有效利用的可能性[2]。交通數(shù)據(jù)類型多樣，數(shù)據(jù)采集設施也在不斷升級進化，為交通大數(shù)據(jù)應用提供了更多可能性。

1.1.1 數(shù)據(jù)源

交通大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源十分豐富，以城市交通領域為例，基于中國智能交通協(xié)會發(fā)布的城市交通時空大數(shù)據(jù)格式標準[3]，數(shù)據(jù)分為城市交通基礎地理數(shù)據(jù)、城市交通設施數(shù)據(jù)、城市交通系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)、城市交通系統(tǒng)運行狀態(tài)數(shù)據(jù)、城市交通系統(tǒng)智能感知數(shù)據(jù)、城市交通系統(tǒng)外關聯(lián)系統(tǒng)數(shù)據(jù)這幾大類型。這些數(shù)據(jù)的來源、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)格式等都存在差異，如何綜合利用多源數(shù)據(jù)是交通大數(shù)據(jù)需要解決的問題。

1.1.2 數(shù)據(jù)采集設備

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集設備多為單點式采集，數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡連通性較差。隨著大數(shù)據(jù)與云計算技術的發(fā)展，交通領域的數(shù)據(jù)采集方式、數(shù)據(jù)類型越來越豐富，數(shù)據(jù)采集和傳輸效率、數(shù)據(jù)可獲取性愈發(fā)增強。以道路交通流數(shù)據(jù)采集為例，目前被廣泛應用的有感應線圈、地磁、微波、超聲波、紅外線、視頻、激光雷達與毫米波雷達等[4]，它們都各有其適用場景和局限性。傳統(tǒng)檢測設備具備一定的優(yōu)勢，但因為需求與技術的變化，其適用場景越來越少。以感應線圈檢測方法為例，這種方法技術成熟、效果較好且成本較低，但是需要埋入車道，且只能獲取交通流量信息。視頻識別技術盡管易受天氣影響，但是在圖像識別技術飛速發(fā)展的背景下，視頻能夠提供道路上更豐富的信息，因而愈發(fā)為交通管理者所青睞。目前，國內(nèi)較為先進的攝像頭設備本身已具備AI 識別能力，并能夠輸出結構化數(shù)據(jù)。通過結合深度學習與計算機視覺技術，視頻能夠檢測車輛輪廓和形態(tài)、識別車牌與車身信息、檢測交通事件等[5]。

現(xiàn)如今，攝像頭被越來越多地與激光雷達以及毫米波雷達結合，雷視一體機被快速應用于道路交通檢測領域，尤其在車路協(xié)同等領域發(fā)揮了巨大的作用。數(shù)據(jù)采集設備根據(jù)不同的數(shù)據(jù)要求，在采集階段已經(jīng)具備了數(shù)據(jù)處理能力，例如：攝像頭的圖像識別能力與雷視一體機的融合感知能力，它們不僅能夠輸出原始的視頻數(shù)據(jù)與雷達點云數(shù)據(jù)，還能夠基于其算法能力輸出結構化數(shù)據(jù)，更便捷地為數(shù)據(jù)應用服務，同時也能夠減少對帶寬的要求。

1. 2 數(shù)據(jù)處理與應用

盡管數(shù)據(jù)采集設備愈發(fā)先進，所采集的數(shù)據(jù)質(zhì)量愈發(fā)受到重視，但原始數(shù)據(jù)仍然無法直接發(fā)揮作用，需要對數(shù)據(jù)進行處理和分析，才能最終實現(xiàn)應用。由于交通數(shù)據(jù)種類豐富，需要進行良好的數(shù)據(jù)管理，才能實現(xiàn)數(shù)據(jù)綜合運用，具體工作包括元數(shù)據(jù)管理、主數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)集成與互操作、數(shù)據(jù)模型管理和數(shù)據(jù)歸檔管理等。數(shù)據(jù)預處理的4 個主要任務是數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)變換和數(shù)據(jù)規(guī)約[6]。

交通大數(shù)據(jù)研究的最終目的是實現(xiàn)數(shù)據(jù)應用，在該階段，需要建立與實際情況相符合的交通指標與模型。統(tǒng)一標準的指標能夠直觀地展示交通運行水平，提供交通管理的優(yōu)化方向。交通模型能夠有效提升對交通運行狀況的感知能力，從而提高交通管理能力，為提升交通安全與效率服務?；诮煌ù髷?shù)據(jù)構建交通模型能夠結合動態(tài)變化數(shù)據(jù)，為解釋交通現(xiàn)象、城市活動的特性及其演化機理提供了重要的觀察手段與研究保障[7]。

2 大數(shù)據(jù)在交通領域的典型應用——交通態(tài)勢分析系統(tǒng)

交通大數(shù)據(jù)在交通領域中的一大典型應用是交通態(tài)勢分析系統(tǒng)。道路交通系統(tǒng)產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)蘊含著能夠準確描述復雜交通系統(tǒng)運行態(tài)勢的信息[8]，交通態(tài)勢分析系統(tǒng)能夠利用實時道路交通運行數(shù)據(jù)實現(xiàn)道路交通運行狀態(tài)監(jiān)測，系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的實時性要求以及數(shù)據(jù)量的龐大決定了其交通大數(shù)據(jù)屬性，對大數(shù)據(jù)技術的需求較為顯著。

2. 1 交通態(tài)勢系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理

交通態(tài)勢分析系統(tǒng)需要獲取道路交通實時運行數(shù)據(jù)，為交通管理服務，需求方多為交通管理部門，其動態(tài)數(shù)據(jù)源一般是電警卡口數(shù)據(jù)，靜態(tài)數(shù)據(jù)則包括設備信息、設備與車道關聯(lián)信息和地圖數(shù)據(jù)等。實現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的關聯(lián)需要進行數(shù)據(jù)表結構的設計與接口設計，之后利用大數(shù)據(jù)技術組件進行數(shù)據(jù)處理。

系統(tǒng)利用Flume 日志采集組件獲取海量多源交通數(shù)據(jù)，通過Kafka 消息隊列輸出至Flink 進行實時計算，實現(xiàn)對交通的實時監(jiān)測，并將交通實時數(shù)據(jù)存儲至Redis、HBase、ES 和MySQL 等數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)應用。而利用Spark 的彈性分布式數(shù)據(jù)集RDD 與機器學習算法，可以實現(xiàn)交通預測等能力。在大數(shù)據(jù)領域，F(xiàn)lume 是一種被廣泛使用的日志收集組件，它是一種分布式、可靠和可用的服務，能夠高效收集、聚合、移動不同數(shù)據(jù)源的海量日志數(shù)據(jù)，并存儲到一個中心化數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中[9]。Kafka 是一個分布式的發(fā)布/訂閱系統(tǒng)，它可以被作為消息中間件用于流式數(shù)據(jù)分析，從而確保交通大數(shù)據(jù)的實時應用能力。Flink 是一個分布式計算框架，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)流的實時處理，保證了流計算的低延遲。而基于Spark 進行機器學習與深度學習能夠?qū)崿F(xiàn)更好的分布式訓練和數(shù)據(jù)傳輸。

2. 2 交通態(tài)勢系統(tǒng)的數(shù)據(jù)應用

為了實現(xiàn)良好的數(shù)據(jù)應用，首先需要建立合理的交通數(shù)據(jù)指標和模型。在交通態(tài)勢分析領域，所關注的交通指標基本以GB/T 33171-2016[10]等國家和行業(yè)標準為參考，從路口、路段、道路和路網(wǎng)不同等級設定評價指標，例如路口平均延誤、路段交通運行狀況、道路和路網(wǎng)平均行程速度以及交通擁堵指數(shù)等。除了這些行業(yè)統(tǒng)一的指標外，基于數(shù)據(jù)建立交通模型也是一個重要方向，基于交通數(shù)據(jù)可以建立交通擁堵評價模型、交通仿真、擁堵預測等模型，為頂層的交通應用服務。

基于多源交通數(shù)據(jù)，應用大數(shù)據(jù)技術，交通態(tài)勢系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)交通運行監(jiān)測、擁堵預警、交通信息發(fā)布、指揮調(diào)度等高實時性應用，也能夠?qū)崿F(xiàn)車流分析、交通預測、信號優(yōu)化和重點車輛監(jiān)管等非實時性應用，此外，也可以提供檢索統(tǒng)計、交通報告等個性化應用?，F(xiàn)階段，機器學習、深度學習等人工智能技術也更多地被應用于交通大數(shù)據(jù)領域[11]，為交通擁堵識別、交通流預測等應用提供了新的應用方向。

3 交通大數(shù)據(jù)的發(fā)展方向

隨著技術的發(fā)展，交通大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)來源愈發(fā)豐富，數(shù)據(jù)處理流程要求更高，數(shù)據(jù)應用領域更為廣泛，而這些都對交通大數(shù)據(jù)領域的從業(yè)者提出了更高的挑戰(zhàn)。

3. 1 交通大數(shù)據(jù)發(fā)展格局

交通大數(shù)據(jù)領域業(yè)已形成了政府統(tǒng)籌規(guī)劃、企業(yè)推動應用、高校技術支撐的整體格局。政府注重頂層設計，從宏觀視角調(diào)查分析交通大數(shù)據(jù)發(fā)展狀況，提出推動交通大數(shù)據(jù)發(fā)展的指導方法和意見。以交通運輸部印發(fā)的《推進綜合交通運輸大數(shù)據(jù)發(fā)展行動綱要（2020—2025 年）》[12]為例，綱要以黨中央關于國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略部署和推進交通強國建設為指導，提出推動交通大數(shù)據(jù)發(fā)展的五大行動和21 項具體任務，各項任務分別指定交通運輸部屬下各司及各省級交通運輸主管部門負責，層層推進，逐步豐富和細化推動交通大數(shù)據(jù)發(fā)展的工作。

企業(yè)是市場的主體，也是切實推進交通大數(shù)據(jù)發(fā)展的中堅力量，在落實國家政策，推動交通大數(shù)據(jù)應用方面發(fā)揮著至關重要的作用。交通大數(shù)據(jù)從采集到處理分析直到應用的整個過程中，都需要依賴企業(yè)發(fā)揮作用，交通大數(shù)據(jù)的產(chǎn)業(yè)鏈包括智能交通設施、數(shù)據(jù)處理、智慧交通軟件研發(fā)等相關企業(yè)。

除了政府和企業(yè)需要發(fā)揮作用，高校等科研機構也在交通大數(shù)據(jù)領域發(fā)揮著重要作用。高?；谘芯矿w系與經(jīng)驗不斷深化交通大數(shù)據(jù)的研究，在現(xiàn)有技術的基礎上深入研究，拓寬技術邊界。同時也在標準和專利方面發(fā)揮著作用，通過與企業(yè)合作發(fā)揮科研優(yōu)勢，校企融合促進應用。

3. 2 交通大數(shù)據(jù)發(fā)展方向

盡管交通大數(shù)據(jù)已經(jīng)獲得了一定的發(fā)展，但仍然存在著一些亟待解決的問題，例如交通數(shù)據(jù)共享開放有待加強、數(shù)據(jù)管理和治理體系尚未完善、數(shù)據(jù)應用效果仍需提升等。這些問題需要依賴政府、企業(yè)、科研機構之間的共同合作，在交通大數(shù)據(jù)采集到應用的全生命周期開展建設與研究工作。

3.2.1 完善交通大數(shù)據(jù)標準體系

由于交通大數(shù)據(jù)覆蓋領域廣泛，從數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)應用涉及的參與方眾多，企業(yè)之間若無統(tǒng)一的標準，將會造成重復建設與資源浪費。如果要切實有效推進交通大數(shù)據(jù)發(fā)揮作用，需要構建和完善交通大數(shù)據(jù)標準體系。

構建交通大數(shù)據(jù)標準，應當推動硬件規(guī)格、產(chǎn)品開發(fā)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)模型和系統(tǒng)架構等多個環(huán)節(jié)的標準建設工作。具體需要依靠相關社會組織和產(chǎn)業(yè)技術聯(lián)盟制定團體標準，并將其中具有廣泛適用性的標準升級為行業(yè)標準、地方標準直至國家標準，通過多級標準體系為交通大數(shù)據(jù)領域的發(fā)展建設提供指導。同時注重國際化發(fā)展，促進國內(nèi)標準與國外標準的融合與借鑒，構建高效且廣泛適用的交通大數(shù)據(jù)標準。

完善交通大數(shù)據(jù)標準體系，對現(xiàn)有標準進行周期性梳理，開展實施情況評估與動態(tài)調(diào)整，對其中落后于現(xiàn)行發(fā)展狀況的標準進行修訂或廢止，同時結合發(fā)展需求確定新標準規(guī)劃方向。對于國家標準，需要強化強制性標準“?；?、兜底線”的作用和技術法規(guī)地位[13]，優(yōu)化提升推薦性標準。此外，還需要促進交通大數(shù)據(jù)標準與交通行業(yè)及大數(shù)據(jù)領域相關標準的協(xié)調(diào)銜接，促進國家標準、地方標準、行業(yè)標準之間的協(xié)調(diào)銜接。

3.2.2 加強交通大數(shù)據(jù)全生命周期管理

（1）強化數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集是交通大數(shù)據(jù)發(fā)展的基礎，為推動交通大數(shù)據(jù)發(fā)展，需要強化數(shù)據(jù)采集工作。應當加強基礎設施建設，包括數(shù)據(jù)采集設備與通信傳輸設備。將基礎設施建設與交通工程建設結合到一起，在新建和優(yōu)化的交通基礎工程中完成數(shù)據(jù)采集相關設施建設工作。對于已建設設施，需要監(jiān)測設備運行情況，保證已有設備正常采集與傳輸數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)需求實現(xiàn)升級換代。數(shù)據(jù)采集基礎設施將逐步提升智能化水平，設備端將會集成更成熟的數(shù)據(jù)處理方法及交通算法，并且可以實現(xiàn)自動化采集與傳輸。

（2）完善數(shù)據(jù)管理體系。數(shù)據(jù)管理涉及領域眾多，包括數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)架構、數(shù)據(jù)建模和設計、數(shù)據(jù)存儲和操作、數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)集成和互操作、文件和內(nèi)容管理、參考數(shù)據(jù)和主數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)倉庫和商務智能、元數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)質(zhì)量等。在交通大數(shù)據(jù)領域，還未系統(tǒng)性地開展這些數(shù)據(jù)管理工作，因此需要完善交通大數(shù)據(jù)管理體系，以保證數(shù)據(jù)在采集、轉(zhuǎn)換、存儲和應用全流程的完整和準確，從而為數(shù)據(jù)應用提供支撐。

數(shù)據(jù)管理中，數(shù)據(jù)安全是其中至關重要的一環(huán)，能夠確保對數(shù)據(jù)資產(chǎn)的適當訪問，防止未經(jīng)許可的非法訪問，確保公民隱私得到保護。為此，在交通大數(shù)據(jù)的發(fā)展過程中，應當牢牢把握數(shù)據(jù)安全，構建交通大數(shù)據(jù)安全保障體系，具體工作包括識別數(shù)據(jù)安全需求、制定并完善數(shù)據(jù)安全制度、定義并分配數(shù)據(jù)保密等級和數(shù)據(jù)監(jiān)管類別等。

現(xiàn)階段，交通大數(shù)據(jù)管理的一個突出問題是數(shù)據(jù)資源共享和開放水平不足，各地區(qū)之間、政府部門之間暫未形成高效統(tǒng)一的數(shù)據(jù)共享機制，信息孤島現(xiàn)象明顯。隨著國家推進交通大數(shù)據(jù)共享開放，未來交通領域的數(shù)據(jù)融合與開放創(chuàng)新程度將顯著提升。政府部門之間的數(shù)據(jù)融合將有效推動交通大數(shù)據(jù)的創(chuàng)新應用，交通數(shù)據(jù)集的逐步開放也將為交通大數(shù)據(jù)領域的學術與課題研究帶來新的發(fā)展動能。

（3）深化數(shù)據(jù)綜合應用。交通大數(shù)據(jù)的發(fā)展最終是為了服務于所有交通參與者，因此需要不斷深化交通大數(shù)據(jù)應用，具體包括完善和推廣現(xiàn)有應用、發(fā)展和強化關鍵應用、促進和試點創(chuàng)新應用。

交通大數(shù)據(jù)現(xiàn)有應用中，相對成熟的有交通運行監(jiān)測調(diào)度中心（Transportation Operations CoordinationCenter，TOCC）和交通態(tài)勢分析評價系統(tǒng)，這些系統(tǒng)已經(jīng)應用了較長時間，但在覆蓋的地域范圍上相對有限，尤其是TOCC 所覆蓋的城市屈指可數(shù)。未來，應當不斷完善現(xiàn)有交通大數(shù)據(jù)應用，提升應用效果，并推動已有應用在各市、縣甚至區(qū)級行政區(qū)域的應用。

此外，還需要發(fā)展和強化交通大數(shù)據(jù)領域的關鍵應用，例如：發(fā)揮交通大數(shù)據(jù)在應急管理和指揮調(diào)度中的能力，構建應急管理大數(shù)據(jù)，把控交通運行態(tài)勢和資源分布，為應急管理服務。也有必要將大數(shù)據(jù)能力應用于交通運輸生產(chǎn)監(jiān)測中，針對重點車輛、重點交通設施和重點領域的安全風險進行監(jiān)控，提升安全水平。

對于交通大數(shù)據(jù)領域的創(chuàng)新應用，更是需要通過試點等方式促進其發(fā)展，例如：出行即服務（MaaS，Mobility as a Service）模式，需要打通共享單車、公交、出租、地鐵和航空等多種交通運輸方式，需要利用大數(shù)據(jù)優(yōu)化交通出行供給方的服務形式、了解交通參與方的支付意愿等。

4 結語

該文結合交通大數(shù)據(jù)全生命周期流程分析了交通大數(shù)據(jù)的應用模式，并結合交通態(tài)勢分析系統(tǒng)說明了大數(shù)據(jù)在交通領域的具體應用，最后分析了交通大數(shù)據(jù)的發(fā)展格局以及未來的發(fā)展方向，應當完善標準體系、強化數(shù)據(jù)采集、完善數(shù)據(jù)管理體系、深化數(shù)據(jù)應用。現(xiàn)階段，智能交通和大數(shù)據(jù)技術仍在發(fā)展過程中，需要結合更先進的技術，依靠政府、企業(yè)、科研院所的合作，共同推動交通大數(shù)據(jù)的發(fā)展應用，為交通參與者帶來更多便利。