基于大數(shù)據(jù)的聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)數(shù)據(jù)分析平臺(tái)應(yīng)用研究

周學(xué)沛

（安徽省高速公路聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)有限公司，合肥 230000）

1 研究目標(biāo)

（1）構(gòu)建數(shù)據(jù)信息中心。將結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)匯集省中心用于分析，分析結(jié)果正確且有實(shí)際應(yīng)用的價(jià)值，并能夠可控的被第三方應(yīng)用展現(xiàn)和使用。

（2）基于大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理。數(shù)據(jù)處理的過(guò)程與結(jié)果能夠支撐當(dāng)前和未來(lái)的使用，易于維護(hù)和管理，制定的流程和規(guī)范易于執(zhí)行和推廣，逐步推進(jìn)系統(tǒng)改造。

（3）制定全省高速公路大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)的建設(shè)規(guī)范，為交通大數(shù)據(jù)的應(yīng)用提供參考依據(jù)。

（4）提高全省高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)數(shù)據(jù)的使用效率，提升路網(wǎng)服務(wù)水平和質(zhì)量。

2 研究?jī)?nèi)容

2.1 高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)數(shù)據(jù)現(xiàn)狀分析

我省擁有近260個(gè)收費(fèi)站幾千條車(chē)道，每時(shí)每刻都不停的有車(chē)輛通過(guò)收費(fèi)站，產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。各種各樣的海量數(shù)據(jù)對(duì)高速公路經(jīng)營(yíng)管理構(gòu)成了巨大挑戰(zhàn)。

目前高速公路產(chǎn)生的數(shù)據(jù)不僅信息量越來(lái)越多，而且數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也發(fā)生了很大改變，不僅有傳統(tǒng)的二維結(jié)構(gòu)，還有很多非結(jié)構(gòu)化的，如圖片、視頻、音頻、文檔/文本、報(bào)表等，并且所有數(shù)據(jù)是大量且增長(zhǎng)迅速的。高速公路已進(jìn)入“大數(shù)據(jù)”時(shí)代，如何充分利用這些數(shù)據(jù)，是需要亟待解決的，如對(duì)高速公路車(chē)輛進(jìn)行合理的監(jiān)控與疏導(dǎo)、控制和事件管理；時(shí)刻了解路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行車(chē)輛調(diào)度與疏通；通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析對(duì)交通發(fā)展、規(guī)劃、決策給予支持等。

2.2 大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)選型

大數(shù)據(jù)自被提出以來(lái)便出現(xiàn)了種種類型的平臺(tái)和解決方案，工業(yè)界針對(duì)大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，紛紛推出自己的大數(shù)據(jù)分析工具，主流的平臺(tái)和產(chǎn)品如下：Google的大數(shù)據(jù)分析產(chǎn)品、惠普的HAVEn、Teradata、IBM的InfoSphere等，這些平臺(tái)有各自的特點(diǎn)，對(duì)計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)有不同規(guī)格的要求，能做的分析和支持的服務(wù)也不相同。

根據(jù)交通路網(wǎng)的特點(diǎn)，其數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)多且分布在不同物理位置，距離間隔較遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)傳輸不便，流數(shù)據(jù)多，因此適合采用分布式系統(tǒng)架構(gòu)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，其部署對(duì)硬件要求低廉，吞吐量高，可以以流的形式訪問(wèn)文件系統(tǒng)。

主要考慮的是變極電機(jī)與不變極電機(jī)的差價(jià)。根據(jù)上海電機(jī)廠提供的參考價(jià)格,TL 1600—28/56同步電動(dòng)機(jī)的價(jià)格約為150萬(wàn)元/臺(tái)，而TL1600—28同步電動(dòng)機(jī)的價(jià)格約為100萬(wàn)元/臺(tái),則每臺(tái)變極電機(jī)要多投資 50萬(wàn)元，10臺(tái)電機(jī)共計(jì)500萬(wàn)元；因電機(jī)體積增大而導(dǎo)致土建增加的經(jīng)費(fèi)約 60萬(wàn)元，10臺(tái)合計(jì)600萬(wàn)元；其余費(fèi)用與同轉(zhuǎn)速發(fā)電相同。

2.3 數(shù)據(jù)處理規(guī)范

（1）數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

數(shù)據(jù)是用來(lái)描述現(xiàn)實(shí)世界的信息資源。交通大數(shù)據(jù)描述交通工具、道路、流量、進(jìn)出口狀況、天氣等，數(shù)據(jù)表示通過(guò)對(duì)信息資源的分類、編碼以及格式等內(nèi)容進(jìn)行分析規(guī)范，為了使計(jì)算機(jī)可以準(zhǔn)確、高效的識(shí)別數(shù)據(jù)，匯集后的數(shù)據(jù)進(jìn)而能夠?yàn)楦鞣N應(yīng)用提供服務(wù)。

（2）數(shù)據(jù)類型

高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)軟件數(shù)據(jù)：全省有幾百各收費(fèi)站，幾千條收費(fèi)車(chē)道，每天產(chǎn)生大量的收費(fèi)數(shù)據(jù)，日積月累了海量的數(shù)據(jù)信息。

應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)：高速公路收費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng)、呼叫系統(tǒng)、各個(gè)路段運(yùn)行的收費(fèi)、票據(jù)、稽查、通行卡等管理軟件也累積了大量數(shù)據(jù)。

傳感器數(shù)據(jù)：遍布在高速公路上路感線圈、標(biāo)識(shí)站等，不斷的對(duì)過(guò)往車(chē)輛進(jìn)行感知，持續(xù)生成數(shù)據(jù)。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)：收費(fèi)車(chē)道、收費(fèi)廣場(chǎng)、道路干線及隧道都布設(shè)了大量的攝像機(jī)，時(shí)刻產(chǎn)生大量的視頻數(shù)據(jù)。

（3）數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)

高速公路路段下設(shè)的收費(fèi)站很多，管理處與收費(fèi)站又都部署有多套系統(tǒng)，時(shí)刻不停的產(chǎn)出各種類型的數(shù)據(jù)，若不建立良好的規(guī)范，不加以控制，勢(shì)必增加數(shù)據(jù)處理難度；所以數(shù)據(jù)采集的規(guī)范是針對(duì)各類系統(tǒng)的，對(duì)所有系統(tǒng)都有制約性，需要總體規(guī)范和各類系統(tǒng)的詳細(xì)規(guī)范，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)做好歸類工作。

大數(shù)據(jù)由于數(shù)據(jù)量大，價(jià)值密度低的特點(diǎn)數(shù)據(jù)一般不宜久存，需要將存儲(chǔ)按成本高低，容量大小，速度快慢進(jìn)行分層，未經(jīng)過(guò)徹底分析或需要反復(fù)分析的數(shù)據(jù)存放在價(jià)格高、容量小、速度快的存儲(chǔ)上，待數(shù)據(jù)價(jià)值被充分提取并逐步壓縮后放入成本低，容量大，速度慢的存儲(chǔ)上，直到最后被歸檔。

2.4 大數(shù)據(jù)研究方向初探

（1）車(chē)流軌跡分析。基于公路網(wǎng)收費(fèi)站OD數(shù)據(jù)，在一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，識(shí)別、預(yù)測(cè)大多數(shù)車(chē)輛在固定道路上的運(yùn)行軌跡（如貨車(chē)、客車(chē)和部分私家車(chē)），對(duì)于出行軌跡不固定的車(chē)輛，采用隨機(jī)分配方法分配，形成用戶出行軌跡數(shù)據(jù)特征分析模型。通過(guò)給定某時(shí)段某入口車(chē)流量，可以預(yù)測(cè)其分別以多大概率分別流向其他出口。可以幫助發(fā)現(xiàn)某方向或區(qū)段是否超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，可為車(chē)流分流、路徑調(diào)整提供幫助。如制作節(jié)假日遷移圖譜，并對(duì)未來(lái)節(jié)假日高峰流量做出預(yù)警。

（2）路網(wǎng)交通狀態(tài)預(yù)測(cè)。依據(jù)收費(fèi)站點(diǎn)OD數(shù)據(jù)，分析一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間段的交通流量，綜合考慮路況、天氣、時(shí)間節(jié)點(diǎn)等因素。統(tǒng)計(jì)某時(shí)段不同入口車(chē)流，分析這些車(chē)流匯入主干道的概率，基于沖擊波理論分析主干道的車(chē)流。分別統(tǒng)計(jì)并分析入口與出口的車(chē)流密度-時(shí)間曲線，分析兩類曲線及其相關(guān)關(guān)系，進(jìn)而研究干道車(chē)流沖擊波的衰減與增強(qiáng)規(guī)律，構(gòu)建干道車(chē)流短期、中期和長(zhǎng)期預(yù)測(cè)模型。進(jìn)而反演路網(wǎng)在某時(shí)段內(nèi)各路段上的通行速度與通行量分配，從而構(gòu)建模擬實(shí)際的道路運(yùn)行模型，能夠?yàn)榻煌ńㄔO(shè)決策、交通政策變更、環(huán)境工程、經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供建議。

（3）基于大數(shù)據(jù)的收費(fèi)站收費(fèi)預(yù)測(cè)。高速公路的年通行費(fèi)與國(guó)家、地方宏觀經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高度相關(guān)，僅僅依據(jù)交通量預(yù)測(cè)未來(lái)收費(fèi)準(zhǔn)確性低，普適性也差。因此，研究國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)鍵指標(biāo)數(shù)據(jù)與道路收費(fèi)數(shù)據(jù)的相關(guān)關(guān)系，進(jìn)而構(gòu)建基于這兩類大數(shù)據(jù)的年收費(fèi)預(yù)測(cè)模型，可以提高收費(fèi)站收費(fèi)預(yù)測(cè)的精度。

（4）高速公路網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。當(dāng)前交通安全形勢(shì)嚴(yán)峻，分析高速公路網(wǎng)安全性的表征方法及其發(fā)展變化規(guī)律，對(duì)道路管理者主動(dòng)防控風(fēng)險(xiǎn)意義重大。基于交通大數(shù)據(jù)，從“人-車(chē)-路-環(huán)境-管理”五方面分析高速公路交通安全影響因素，綜合考慮交通量、天氣、時(shí)間段、季節(jié)、地點(diǎn)、路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、車(chē)道數(shù)量、事故形態(tài)、事故責(zé)任人交通方式等數(shù)據(jù)，建立路網(wǎng)狀態(tài)預(yù)測(cè)仿真模型和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。

（5）勞動(dòng)強(qiáng)度與收費(fèi)員疲勞關(guān)系分析。由于交通流量在高速路網(wǎng)分布的不均衡性，導(dǎo)致不同時(shí)間段、不同收費(fèi)站的收費(fèi)員勞動(dòng)強(qiáng)度差異較大。對(duì)于流量較大的時(shí)段或收費(fèi)站，收費(fèi)員連續(xù)勞動(dòng)的強(qiáng)度大，容易導(dǎo)致收費(fèi)員工作效率下降，工作態(tài)度失準(zhǔn)，從而降低高速公路收費(fèi)水平；而對(duì)于流量較小的時(shí)段或收費(fèi)站，則會(huì)造成收費(fèi)員工作無(wú)效率，編制冗余，機(jī)構(gòu)臃腫，造成人力資源浪費(fèi)。通過(guò)高速公路收費(fèi)數(shù)據(jù)對(duì)出入口收費(fèi)員勞動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以曲線、表格的形式為管理決策者提供直觀參考，可以輔助管理者合理決策，調(diào)整編制，提高工作效率，改善工作態(tài)度和質(zhì)量。

（6）收費(fèi)稽查分析。針對(duì)不同類型的逃費(fèi)行為，根據(jù)OD數(shù)據(jù)將其在樣本空間上聚類，構(gòu)建不同逃費(fèi)類型的特征識(shí)別模型。基于歷史數(shù)據(jù)，篩選不逃費(fèi)車(chē)輛樣本，將其在特征空間進(jìn)行聚類，構(gòu)建不逃費(fèi)車(chē)輛特征識(shí)別模型，進(jìn)而得到疑似逃費(fèi)車(chē)輛樣本；結(jié)合歷史數(shù)據(jù)篩選出過(guò)往逃費(fèi)嫌疑大的車(chē)輛，通過(guò)比對(duì)分析確定逃費(fèi)車(chē)輛信息。

3 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推動(dòng)下，我省高速公路的建設(shè)步伐高歌猛進(jìn)，營(yíng)運(yùn)里程突飛猛漲，截至目前已突破4600公里，隨之也帶來(lái)了收費(fèi)數(shù)據(jù)呈而幾何級(jí)增長(zhǎng)。因此，高速公路大數(shù)據(jù)平臺(tái)的構(gòu)建勢(shì)在必行，通過(guò)對(duì)高速公路大數(shù)據(jù)的分析處理，不斷增強(qiáng)數(shù)據(jù)的價(jià)值，為高速公路運(yùn)營(yíng)管理提供有效的決策支持。