高速公路運(yùn)營管理中大數(shù)據(jù)平臺的構(gòu)建及應(yīng)用分析

霍思遠(yuǎn)

（山西省智慧交通研究院有限公司,山西 太原 030032）

0 引言

現(xiàn)階段，高速公路的信息化水平還不高，對于高速公路信息化運(yùn)營管理產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，不能高效利用，且開發(fā)程度較低，無法充分滿足交通運(yùn)營管理的實(shí)際需要[1]。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，綜合運(yùn)用新技術(shù)構(gòu)建起高速公路大數(shù)據(jù)系統(tǒng)平臺，能將高速公路信息系統(tǒng)的各個模塊串聯(lián)起來，共享系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并將全部數(shù)據(jù)集中保存，從而為全面的數(shù)據(jù)分析提供保障，依托于大數(shù)據(jù)平臺信息做出科學(xué)的決策，提高高速公路運(yùn)營管理的智能化水平。

1 大數(shù)據(jù)平臺總體架構(gòu)

大數(shù)據(jù)系統(tǒng)平臺收集并存儲高速公路數(shù)據(jù)資產(chǎn)，并基于當(dāng)前的信息管理系統(tǒng)，匯總運(yùn)營管理數(shù)據(jù)，按照相同的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)倉庫，整合并存儲高速公路的海量運(yùn)營數(shù)據(jù)，此外還設(shè)計有外部數(shù)據(jù)接口，公路運(yùn)營管理的關(guān)聯(lián)部門數(shù)據(jù)都可接入平臺中，經(jīng)過數(shù)據(jù)整合、評價決策等，為公路調(diào)度指揮、事故預(yù)警、客戶服務(wù)等提供數(shù)據(jù)支持，有利于全面提升高速公路運(yùn)營管理水平[2]。

大數(shù)據(jù)系統(tǒng)平臺包含數(shù)據(jù)層、模型層以及應(yīng)用層，以充分滿足高速公路的運(yùn)營管理需求。系統(tǒng)平臺以及與模型算法的設(shè)計主要通過數(shù)據(jù)層來實(shí)現(xiàn)，提升數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性與科學(xué)性。數(shù)據(jù)層將收集的運(yùn)營數(shù)據(jù)作適當(dāng)處理后，將其傳輸至公共大數(shù)據(jù)中心，其中存儲的各項數(shù)據(jù)都可實(shí)現(xiàn)內(nèi)外共享。模型層為系統(tǒng)平臺的穩(wěn)定運(yùn)行提供重要保障，其主要內(nèi)容為數(shù)據(jù)融合及模型，收集整合各項數(shù)據(jù)，經(jīng)分析計算后，在系統(tǒng)分析平臺中廣泛應(yīng)用。應(yīng)用層是在數(shù)據(jù)層與模型層基礎(chǔ)上設(shè)計的，其功能主要是通過收集分析路況、路網(wǎng)及天氣等信息，實(shí)現(xiàn)實(shí)時的交通分析、路況預(yù)測、路面養(yǎng)護(hù)、智慧交通以及事故預(yù)警等[3]（見圖1）。

圖1 大數(shù)據(jù)系統(tǒng)平臺總體架構(gòu)

2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

通過多個渠道可以收集高速公路數(shù)據(jù)，例如通過視頻監(jiān)控、路政管理、ETC 門架等，可以廣泛收集車輛的視頻、圖片以及行駛數(shù)據(jù)等信息。除了上述三個來源，還有其他途徑可收集高速公路的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

高速公路運(yùn)營管理數(shù)據(jù)主要包括：①公路、橋隧、收費(fèi)站及服務(wù)區(qū)等基礎(chǔ)設(shè)施信息；②高速公路通行費(fèi)、貨車收費(fèi)站入口稱重數(shù)據(jù)以及征費(fèi)稽查數(shù)據(jù)；③高速公路行車數(shù)量、車牌號、進(jìn)站點(diǎn)與時間、出站點(diǎn)與時間、區(qū)間行駛距離以及車流量調(diào)度數(shù)據(jù)等；④車輛事故數(shù)、車輛維修費(fèi)用、道路巡查及養(yǎng)護(hù)等數(shù)據(jù)；⑤氣象預(yù)報、道路問詢、收費(fèi)站是否開放、路面路況等出行服務(wù)數(shù)據(jù)[4]。

通過系統(tǒng)平臺共享的外部及內(nèi)部數(shù)據(jù)包括：①來源于交管部門的違法車駕信息、執(zhí)法糾違、交通事故處理等數(shù)據(jù)：②來源于路政部門的事故救援、超限執(zhí)法等運(yùn)營數(shù)據(jù)；③來源于公安部門的盜搶車輛、涉車犯罪及違法記錄等數(shù)據(jù)[5]。

3 應(yīng)用模型

構(gòu)建高速公路運(yùn)營管理的大數(shù)據(jù)系統(tǒng)平臺，主要運(yùn)用到以下六種模型。

（1）基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)模型和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)模型：由于現(xiàn)階段的高速公路運(yùn)營管理數(shù)據(jù)并不十分完整，且精確度還有待提升，采用數(shù)據(jù)融合方式，來獲得相對準(zhǔn)確的高速公路運(yùn)營數(shù)據(jù)。在具體的應(yīng)用模型中輸入多源數(shù)據(jù)，構(gòu)建相應(yīng)的格式轉(zhuǎn)化模型，得到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，通過不斷校驗數(shù)據(jù)格式，全面提升數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確度，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)的價值(見圖2）。

圖2 數(shù)據(jù)融合框架

（2）交通流量預(yù)測模型：統(tǒng)計高速公路不同路段以往的交通流量數(shù)據(jù)，設(shè)定不同維度的數(shù)據(jù)，開展全面分析，從而針對交通流量趨勢開展不同維度的預(yù)測[6]。

（3）突發(fā)事件評估模型：從路政部門收集以往的交通事故數(shù)據(jù)，構(gòu)建綜合性的道路突發(fā)事故分析評估機(jī)制，融入道路特征、氣象條件、事故時間及原因等信息，提升對突發(fā)交通事故的預(yù)判能力。

（4）綜合稽查分析模型：收集高速收費(fèi)站入口稱重、費(fèi)用稽查等收費(fèi)信息以及車輛型號、車牌號等車輛運(yùn)營數(shù)據(jù)，建立全閉環(huán)稽查管理機(jī)制，同時完成稽查分析、任務(wù)派發(fā)、數(shù)據(jù)上報及信息反饋等。

（5）運(yùn)營管理優(yōu)化模型：通過視頻監(jiān)控、ETC 門架等收集路面車流量、車速及路面破損等數(shù)據(jù)，設(shè)計全面的道路行車應(yīng)急處置預(yù)案，不斷完善道路交通組織[7]。

4 大數(shù)據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用

4.1 應(yīng)用目標(biāo)分析

當(dāng)前，有些道路的稽查養(yǎng)護(hù)、硬件設(shè)備維修及安全檢查等并不十分完善，高速公路運(yùn)營管理企業(yè)要實(shí)現(xiàn)科學(xué)、高效的決策，必須構(gòu)建完整、智能、高效的大數(shù)據(jù)分析及運(yùn)營決策管理系統(tǒng)。主要業(yè)務(wù)需求如下：

（1）全面掌握高速公路運(yùn)營路段的車流量、路段邊界等信息，并合理預(yù)測道路車流量，能科學(xué)、準(zhǔn)確地分析道路交通總流量、區(qū)域流量、各路段及高速公路收費(fèi)站的車流量，還能統(tǒng)計分析各個時間段的交通流量。

（2）能分析高速公路各項運(yùn)營管理指標(biāo)的發(fā)展趨勢，構(gòu)建相關(guān)的指標(biāo)評價體系。評價指標(biāo)主要有道路斷面車流量、車速及路面破損程度等[8]。

（3）結(jié)合高速公路運(yùn)營管理的實(shí)際需求，不斷統(tǒng)籌運(yùn)營業(yè)務(wù)，實(shí)時監(jiān)測道路運(yùn)行狀況，做出科學(xué)評估分析，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化及信息反饋。

4.2 應(yīng)用情景

4.2.1 交通流量預(yù)測的應(yīng)用

高速公路運(yùn)營數(shù)據(jù)主要來自監(jiān)控視頻流、車輛抓拍以及通行路徑存儲等，通過對不同維度的路段車流量趨勢進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上，對各個時間段的道路交通流量進(jìn)行有效判斷。交通流量預(yù)測主要應(yīng)用于以下五個方面：

（1）車輛密度預(yù)測：借助于大數(shù)據(jù)系統(tǒng)平臺，實(shí)施處理高速公路的車流量數(shù)據(jù)，并將其比較于高速公路的以往數(shù)據(jù)，按照車流量大小進(jìn)行排名，并運(yùn)用相應(yīng)的算法，提出科學(xué)的建議，為最終決策提供支持[9]。

（2）道路擁堵預(yù)警：有些熱門高速公路主線，在非工作日時間段的車流量非常大，極易發(fā)生交通擁堵。針對這一現(xiàn)狀，可運(yùn)用大數(shù)據(jù)平臺系統(tǒng)，收集該路段的車流量信息，對未來的車流量大小做出預(yù)測，并準(zhǔn)確鎖定引發(fā)交通擁堵的主要因素，在此基礎(chǔ)上，制定合理的道路擁堵疏解方案，快速解決道路擁堵問題。

（3）收費(fèi)額預(yù)測：預(yù)測高速公路收費(fèi)的金額，主要依據(jù)交通流量的大小作出判斷。針對某段高速公路，可以分不同長度的時間段，有效預(yù)測其交通流量，并運(yùn)用相應(yīng)的計算方式，依據(jù)交通流量計算收費(fèi)金額，由此可以預(yù)測高速公路在這一時間段內(nèi)的收費(fèi)金額。

（4）收費(fèi)人員配置：基于對道路交通流量的合理預(yù)測，掌握車流量規(guī)律，分析交通流量在工作日與非工作日、白天與黑夜的差異。高速公路運(yùn)營管理企業(yè)可據(jù)此科學(xué)設(shè)定收費(fèi)站工作人員數(shù)量，根據(jù)道路車流量的變化，及時調(diào)整收費(fèi)人員配置。

（5）道路養(yǎng)護(hù)：基于對交通流量的分析，并綜合考慮具體車型、車速及超載量等數(shù)據(jù)，對道路通行能力進(jìn)行判斷，提取可量化的指標(biāo)，不斷完善道路養(yǎng)護(hù)施工方案。

4.2.2 逃費(fèi)稽查分析的應(yīng)用

收集高速公路車輛出入口信息、ETC 門架、高速通行費(fèi)繳費(fèi)記錄以及車輛乘車人數(shù)量等信息，構(gòu)建稽查數(shù)據(jù)信息庫，并設(shè)計高速通行費(fèi)逃費(fèi)稽查分析模型，開展智能化科學(xué)分析，不再依靠人工經(jīng)驗，比較異常行為數(shù)據(jù)，通過對通行車輛進(jìn)行全面分析，實(shí)現(xiàn)逃費(fèi)稽查[10]。

（1）優(yōu)免政策逃費(fèi)分析：在特定法定節(jié)假日，對于七座及以下的小型車輛，會免除其高速公路通行費(fèi)，并在收費(fèi)站出入口設(shè)置專門的免費(fèi)車道。有些車輛超過七座，還會選擇通過免費(fèi)車道。此時，逃費(fèi)稽查分析模型會運(yùn)用相關(guān)算法，將通行免費(fèi)車道的車輛的座位數(shù)與符合高速免費(fèi)政策的車輛座位數(shù)進(jìn)行比對，通過這種智能化分析來判斷該車輛是否存在逃費(fèi)行為。

（2）大車小標(biāo)分析：在收費(fèi)站人工收費(fèi)中，運(yùn)用稽查模型，分析降低車型的逃費(fèi)行為。收集車輛ETC 辦理信息、車輛繳費(fèi)記錄、實(shí)際車型及入站稱重數(shù)據(jù)等，開展全面分析，如果存在貨車ETC 設(shè)備對應(yīng)的車型小于實(shí)際車型、使用不配套的ETC 設(shè)備、不按規(guī)定通行規(guī)定車道出站等現(xiàn)象，由此可判定大車存在違規(guī)使用小標(biāo)的問題。此時，將違規(guī)車輛信息報送至路政服務(wù)站，工作人員會稽查該貨車，判斷是否有逃費(fèi)行為。

（3）套牌分析：運(yùn)用車輛稽查模型，全面分析車輛型號、車牌信息、顏色及高速公路通行時間等數(shù)據(jù)，若相同的一塊車牌被用于不同車輛，則可斷定這是套牌行為。此時，系統(tǒng)模型會收集套牌車輛的相關(guān)信息，并向車輛發(fā)出套牌預(yù)警。

4.2.3 實(shí)時交通分析的應(yīng)用

通過實(shí)時分析高速公路路況、收費(fèi)站及服務(wù)區(qū)等信息，從而全面了解高速公路當(dāng)前的服務(wù)狀況，向駕乘人員提供相關(guān)服務(wù)，主要作用如下：

（1）路況信息提示：收集道路交通實(shí)時信息，并開展全面分析，如果路段出現(xiàn)擁堵、事故或異常天氣等，會將提示信息推送給駕乘人員，提示其繞行或做出其他選擇。

（2）服務(wù)區(qū)信息提示：當(dāng)車輛快接近高速服務(wù)區(qū)時，如果駕乘人員有進(jìn)站需求，則系統(tǒng)會向其推送服務(wù)區(qū)空余車位信息。

（3）收費(fèi)站信息提示：當(dāng)車輛將要駛出高速公路時，系統(tǒng)會向駕乘人員推送收費(fèi)站開閉及車輛通行信息。

4.2.4 安全隱患排查的應(yīng)用

構(gòu)建生產(chǎn)安全事故隱患數(shù)據(jù)庫，依照生產(chǎn)法規(guī)、操作流程及管理標(biāo)準(zhǔn)制度，開展例行巡檢及專項檢查，收集的生產(chǎn)安全隱患信息輸入隱患數(shù)據(jù)庫，并借助互聯(lián)網(wǎng)自媒體，將企業(yè)員工吸納到生產(chǎn)安全隱患采集、排查及整改活動中，從而實(shí)時收集安全管理信息，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)管理。

4.2.5 機(jī)電運(yùn)維分析的應(yīng)用

收集高速公路監(jiān)控與機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行環(huán)境等數(shù)據(jù)，開展在線監(jiān)測及故障預(yù)警，從而有效提升高速公路機(jī)電設(shè)備運(yùn)維的智能化程度。

5 結(jié)論

綜上所述，在高速公路運(yùn)營管理中綜合運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，具有顯著的應(yīng)用價值：一是能準(zhǔn)確掌握交通流量規(guī)律；二是可快速稽查逃費(fèi)車輛；三是為民眾出行提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)；四是能有效排查管控交通隱患；五是能提高高速公路機(jī)電設(shè)備運(yùn)維的智能化程度。將大數(shù)據(jù)技術(shù)充分融入高速公路的運(yùn)營管理，并在其中具體運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析成果，一方面能為高速公路運(yùn)營管理企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，另一方面還能創(chuàng)造顯著的社會效益，值得大力推廣應(yīng)用。