數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在城市軌道交通信息系統(tǒng)中的應用

摘要：本文全面分析了數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的整體概念理論，闡述了城市軌道交通信息系統(tǒng)的概念和發(fā)展態(tài)勢，總結(jié)了城市軌道交通信息系統(tǒng)中數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應用基礎(chǔ)，從軌道交通運行評價、客流信息數(shù)據(jù)處理和設(shè)備維修檢測三個維度研討了數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在城市軌道交通信息系統(tǒng)中的具體應用。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)挖掘；城市軌道交通；信息系統(tǒng)

引言

城市軌道交通線路新增和客流上漲，對城市軌道交通信息系統(tǒng)的智能化、自動化以及全面化發(fā)展提出了更高要求。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是現(xiàn)階段基于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的新興的網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)與計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、機器學習、統(tǒng)計學管理、模式識別等進行了深入廣泛的融合。這就保證了數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在大數(shù)據(jù)信息管理、信息分析、信息提取以及事務管理中重要作用的發(fā)揮，有效解決了數(shù)據(jù)管理中復雜性和多樣性引發(fā)的管理困難和障礙。

1. 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的整體概念理論

1.1 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的基本概念

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是基于信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等應運而生的一種新型技術(shù)手段。具體來說，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是指在體量較大、數(shù)據(jù)信息不完備、數(shù)據(jù)信息隨機的數(shù)據(jù)“庫”中進行甄別、篩選、識別，并獲取有用的數(shù)據(jù)信息或者資料信息[1]。因為充分結(jié)合了大數(shù)據(jù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)等，所以數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)自身具有廣泛性、多元性的特征，還將數(shù)據(jù)資料統(tǒng)計、模式判定技術(shù)、模糊數(shù)學、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等融合其中，所以其本質(zhì)屬于多樣化技術(shù)、多元化學科交叉而生成的一項技術(shù)[2]。

1.2 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的具體劃分

根據(jù)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的技術(shù)核心和組成，現(xiàn)階段數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的類別主要從四個維度進行劃分，即統(tǒng)計學理念、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論、數(shù)據(jù)資料庫、人機交互。從統(tǒng)計學理念來看，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)又包含了判定解析、遺傳算法等內(nèi)容；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論又將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)解構(gòu)為競爭學習、自主神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等；數(shù)據(jù)庫資料往往需要對數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)過程進行全方位多角度的數(shù)據(jù)信息解析，且保證數(shù)據(jù)信息的可視化；人機交互主要針對的是機器學習實現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘。

因此，隨著我國城市軌道交通的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)能夠在城市軌道交通信息系統(tǒng)中產(chǎn)生重要價值，對軌道交通通信、軌道交通網(wǎng)絡(luò)管理、軌道交通運行數(shù)據(jù)管理、軌道交通檢票系統(tǒng)等都能實現(xiàn)操作，提高城市軌道交通信息系統(tǒng)中信息流動的速率[3]。比如，依托數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，城市軌道交通信息系統(tǒng)能有針對性地進行乘客資料歸納整理、出行高峰時間判斷、列車運行時間規(guī)劃等，幫助城市軌道交通進行可視化管理。此外，傳統(tǒng)城市軌道交通信息系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)資料或者數(shù)據(jù)結(jié)果往往會受到一些突發(fā)情況的干擾，如果出現(xiàn)突發(fā)情況影響運行數(shù)據(jù)，信息系統(tǒng)就會出現(xiàn)誤差。依托數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，有效規(guī)避了突發(fā)情況的信息干擾和數(shù)據(jù)異常干擾情況，提高了城市軌道交通信息系統(tǒng)運營的客觀性和穩(wěn)定性[4]。

1.3 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應用價值

1.3.1 乘客信息管理

對于城市軌道交通信息系統(tǒng)而言，不僅承擔了軌道交通規(guī)劃、軌道交通運行的主要任務，還在乘客信息管理、票務資料管理方面有著重要價值。所以，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在城市軌道交通信息系統(tǒng)中的運用，首先可以進行乘客數(shù)據(jù)資料的細致化管理和有效管控，針對乘客的出行習慣、出行時間、出行偏好、出行支付方式等進行數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)學分析，進而為城市軌道交通的運營提供支持[5]。這樣，依托乘客信息挖掘、乘客信息分析，城市軌道交通信息系統(tǒng)就能通過信號系統(tǒng)、列車管理系統(tǒng)等調(diào)整列車班次和發(fā)車時間，發(fā)揮價值。

1.3.2 解析運營消耗情況

城市軌道交通屬于公共資源、公共服務，其運營消耗與運營時間、通勤頻率、功能比例、乘客數(shù)量等有著密切關(guān)系。所以，依托數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)中的分類解析、回歸解析，可以搭建城市軌道交通的運營消耗情況預測模型。根據(jù)乘客通勤時間、乘客通勤數(shù)量、列車損耗情況等因素規(guī)律，以城市軌道交通整體運營時間作為函數(shù)，就可以通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和時間排序預測城市軌道交通系統(tǒng)的運營消耗情況，為列車安全管理、軌道交通基建管理等提供數(shù)據(jù)支撐[6]。

1.3.3 檔案信息數(shù)據(jù)的管理

對于城市軌道交通信息系統(tǒng)，檔案信息數(shù)據(jù)的管理是其智能化、數(shù)據(jù)化、自動化運營的關(guān)鍵和核心，也是軌道交通安全運維評價的基礎(chǔ)。所以，基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)實施城市軌道交通信息系統(tǒng)的檔案信息數(shù)據(jù)管理具有重要價值。具體來說，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以根據(jù)城市軌道交通信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)資料進行數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)歸類、數(shù)據(jù)傳遞、數(shù)據(jù)甄別和數(shù)據(jù)管理，并以此建立數(shù)據(jù)管理模型。在數(shù)據(jù)搜集過程中，可以依托數(shù)據(jù)管理模型的邏輯架構(gòu)、管理語言、信息語言等整體解析城市軌道交通信息系統(tǒng)中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)，再根據(jù)數(shù)據(jù)特征進行分類篩選和分類管理[7]。

2. 城市軌道交通信息系統(tǒng)的概念和發(fā)展結(jié)構(gòu)

城市軌道交通信息系統(tǒng)是基于控制技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計算機技術(shù)發(fā)展并成熟起來的，具備自動化、智能化和數(shù)據(jù)化的特征。具體來說，城市軌道交通系統(tǒng)主要由信號系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、自動化檢票系統(tǒng)、乘客信息管理系統(tǒng)、綜合安全系統(tǒng)以及監(jiān)控系統(tǒng)組成。所以，城市軌道交通信息系統(tǒng)是交通信息的多角度全方位呈現(xiàn)，也是交通綜合管理的數(shù)據(jù)信息平臺[8]。城市軌道交通信息系統(tǒng)的發(fā)展不是一蹴而就的，它是一個循序漸進的過程，更是與軌道交通基礎(chǔ)建設(shè)、軌道交通綜合服務、軌道交通基礎(chǔ)業(yè)務相匹配的共同發(fā)展。所以，城市軌道交通信息系統(tǒng)的發(fā)展首先需要強化現(xiàn)有信息系統(tǒng)在運維安全、物資保障等方面的推動，其次需要升級信息化管理、智能化管理、數(shù)據(jù)化管理水平，匹配新的軌道交通發(fā)展要求和網(wǎng)絡(luò)信息發(fā)展要求等。

3. 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在城市軌道交通信息系統(tǒng)中的應用基礎(chǔ)和應用要求

3.1 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在城市軌道交通信息系統(tǒng)中的應用基礎(chǔ)

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在城市軌道交通信息系統(tǒng)中的應用主要是依托于“Hadoop”分布式架構(gòu)進行系統(tǒng)更新和平臺設(shè)計。相比其他架構(gòu)和平臺，“Hadoop”平臺的計算能力更快、擴展性更好、計算方式更便捷[9]。其中，“MapReduce”和“HDFS文件系統(tǒng)”是并行于計算機接口的核心部分架構(gòu)，“MapReduce”主要提供數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)搜集支持，“HDFS文件系統(tǒng)”提供底層數(shù)據(jù)的儲存支持。所以，針對城市軌道交通信息系統(tǒng)中信息量大、信息種類龐雜多樣的特點，基于“Hadoop”框架構(gòu)建的城市軌道交通數(shù)據(jù)挖掘平臺是具有可行性的[10]。

3.2 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在城市軌道交通信息系統(tǒng)中的應用要求

3.2.1 可讀性和維護性要求

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在城市軌道交通信息系統(tǒng)中的應用，需要貼合城市軌道交通信息系統(tǒng)的實際情況，根據(jù)涉及列車運行情況、運力分布情況、乘客承載情況等，搭載相對應匹配的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，進而實現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應用和城市軌道交通信息系統(tǒng)的有機融合，確保在城市軌道交通信息系統(tǒng)的運行過程中數(shù)據(jù)使用和運行方便，且數(shù)據(jù)具備可讀性和可維護性[11]。依托于數(shù)據(jù)庫應用的可讀性和維護性，城市軌道交通信息系統(tǒng)還可以輔助實現(xiàn)系統(tǒng)管理的簡化，提升系統(tǒng)運行的整體質(zhì)量。

3.2.2 穩(wěn)定性和安全性要求

現(xiàn)階段城市軌道交通信息系統(tǒng)中數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應用基本成熟，加之大部分城市軌道交通信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)構(gòu)造和信息庫設(shè)計相對簡單，運行和操作也相對比較簡單，便于開展日常維護和拓展。為了確保城市軌道交通信息系統(tǒng)的順利運行，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在城市軌道交通信息系統(tǒng)中的應用也要滿足自動化運行和智能化運營，且保證數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)自身內(nèi)部具有一定的冗余設(shè)置和糾錯能力，進而保證城市軌道交通信息系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全。這樣，城市軌道交通信息系統(tǒng)的運行過程才能符合要求，促進各項信息數(shù)據(jù)能夠系統(tǒng)化管理，確保城市軌道交通順暢運行[12]。

3.2.3 自動化和大容量要求

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在城市軌道交通信息系統(tǒng)中的應用是基于該系統(tǒng)工作流程的，且與系統(tǒng)的設(shè)置完全吻合，能適配系統(tǒng)中運行評估、客流數(shù)據(jù)分析、運維數(shù)據(jù)分析的具體要求。因此，城市軌道交通信息系統(tǒng)中數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應用還需要滿足自動化和大容量要求。當數(shù)據(jù)庫需要存儲和傳輸大量數(shù)據(jù)的情況下，如果提取部分數(shù)據(jù)信息，那么最佳的解決方法是通過臨時數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)進行數(shù)據(jù)調(diào)度。此外，城市軌道交通信息系統(tǒng)涉及多臺服務器運行，每個服務器都會產(chǎn)生許多臨時文件和工作日志，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以對服務器進行分類，后續(xù)再進行詳細分析。

4. 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在城市軌道交通信息系統(tǒng)中的應用策略

4.1 軌道交通運行評價中的運用

城市軌道交通中列車運行的安全性、平穩(wěn)性、舒適性、時效性等構(gòu)建了城市軌道交通運行評價的指標體系。因此，構(gòu)建基于數(shù)據(jù)挖掘的軌道交通運行評價平臺具有重要意義?；跀?shù)據(jù)挖掘技術(shù)的城市軌道交通信息系統(tǒng)所呈現(xiàn)出的數(shù)據(jù)內(nèi)容是城市軌道交通信息化管理和列車安全運維的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)體系和參考指標。這樣，列車運營過程中的安全性、時效性、舒適性有了數(shù)據(jù)支持，整個評價過程有了相對應的標準。

4.2 客流信息數(shù)據(jù)處理中的運用

城市軌道交通中的客流量往往伴隨著通勤時間、天氣狀況等條件進行變化，這使得客流信息數(shù)據(jù)具有動態(tài)化的特征，這就給軌道交通客流信息數(shù)據(jù)處理帶來不穩(wěn)定和隨機性的難題。比如，某個城市在開展大型文藝活動或者體育賽事，極易造成客流變化，主要體現(xiàn)在早晚高峰、城市區(qū)域等客流差異上?？土餍畔?shù)據(jù)處理難度的增加，給客流峰值預估造成偏差，影響城市軌道交通運行的效率。城市軌道交通信息系統(tǒng)中的自動化檢票系統(tǒng)可以將不同乘客在不同時間、不同地點乘坐城市軌道交通列車的信息呈現(xiàn)出來，這是運營人員進行數(shù)據(jù)判斷的基礎(chǔ)。在客流信息數(shù)據(jù)處理中，“Hadoop”可以通過統(tǒng)計學分析、模擬識別等將乘客的出行偏好、出行情況模擬分析出來，并構(gòu)建乘客的出行習慣。這樣，依托于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，通過數(shù)據(jù)內(nèi)部規(guī)律分析，運營人員就能獲取較為精準的客流數(shù)據(jù)變化。

4.3 設(shè)備檢測維修中的運用

城市軌道交通信息系統(tǒng)依靠的設(shè)施設(shè)備多，通過數(shù)據(jù)挖掘構(gòu)建的海量信息系統(tǒng)設(shè)備數(shù)據(jù)信息，可以將諸如網(wǎng)關(guān)設(shè)備、路由設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲設(shè)備等的型號、故障數(shù)據(jù)、維修數(shù)據(jù)、預警數(shù)據(jù)等與軌道信息系統(tǒng)聯(lián)系起來。一旦某個設(shè)備即將出現(xiàn)問題時，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)將會通過故障代碼、故障原因、故障記錄時間、故障預警數(shù)據(jù)等反映出設(shè)備檢測維修的特點，并開啟人工維修通知和設(shè)備關(guān)停預警。比如，通過“Hive數(shù)據(jù)倉庫”搭建城市軌道交通信息系統(tǒng)中的信號設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的維修指標數(shù)據(jù)庫，通過數(shù)據(jù)庫將檢測信號設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等相關(guān)設(shè)備的工作時間、工作狀態(tài)、工作效率等反饋出來，一旦某個設(shè)備即將出現(xiàn)問題，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)將會按照“原始數(shù)據(jù)處理—數(shù)據(jù)庫篩選—數(shù)據(jù)值梳理—算法分析—預處理（維修）結(jié)果分析”的流程，引導工作人員進行提前預防性處理，真正實現(xiàn)了設(shè)備的狀態(tài)維修。

結(jié)語

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在城市軌道交通信息系統(tǒng)中的運用，順應了我國當下城市軌道交通發(fā)展迅猛的趨勢，有效優(yōu)化了城市軌道交通信息系統(tǒng)運維緩慢和運維過程極易出現(xiàn)的問題。同時，數(shù)據(jù)挖掘也提升了城市軌道交通信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理水平、數(shù)據(jù)分析能力，推動了城市軌道交通信息系統(tǒng)的發(fā)展，提升了城市軌道交通的運營維護水平和安全保障水平。因此，結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)特點，依托城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)運營的要求實現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘的應用，是當下城市軌道交通信息系統(tǒng)發(fā)展和軌道交通建設(shè)規(guī)劃的新方向。

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作者簡介：趙俊，本科，副高級工程師，研究方向：云數(shù)據(jù)中心搭建、數(shù)據(jù)挖掘、軌道交通及運營商行業(yè)信息化系統(tǒng)。