綜合交通運行監測大數據共享與協同應用技術研究

文/任康、黃濤、程國海、甘志堅、李彤

1 前言

我國的交通四通八達，為經濟發展奠定了良好的運輸渠道，但同時也增加了交通管理的難度。不論是城市交通，還是區域間的交通，交通擁堵和交通事故已經成為司空見慣的事情。如何解決常見的交通問題，提高交通管理效率成為當前交通運輸部門建設及工作的重點。目前，我國大部分城市均以“互聯網+”為依托，結合大數據共享技術、協同應用技術、智能技術等，建設起智能交通管理系統。部分城市已經將智能交通系統打造為智慧城市的一部分，正在在積極的建設中。智能交通管理系統的關鍵在于實時數據的共享與各系統的協同應用。研究綜合交通運行監測大數據共享技術與協同應用技術，對進一步優化智能交通管理系統和智慧城市的建設有著重要的意義[1]。

2 綜合交通運輸管理及管理分析

綜合交通運輸管理是基于綜合交通運輸管理系統而實施的管理。它依據實時監測的數據和大數據分析了解更大范圍的交通運輸網內的交通情況，并實施針對性的調控分流，以實現高效的交通管理[2]。目前，我國的大部分城市已經建立了綜合交通運輸體系，配有城市交通運行監測調度中心、多路視頻圖像采集設備、交通業務應用系統等，對城市交通情況進行監測，采集交通運行數據。交通運輸監測的范圍覆蓋客運站、火車站、飛機場、公交系統、客運、貨運等，構成監測點相對密集的交通運行監測網。僅北京，綜合交通運輸的靜態數據監測超過6000 多項，視頻監測超過6 萬多路，日存儲綜合交通運輸監測數據超過15GB，動態數據超過5 億條，為綜合交通運行管理奠定了豐富的實時監測數據，同時也為綜合交通運輸系統大數據共享和協同應用提出了新的挑戰。

從管理需求上看，綜合交通運行監測需要依靠更加強大的管理系統支撐，來確保數據資源及其價格的挖掘與深度應用，改善交通管理現狀。綜合交通運行監測數據的海量化和運行監測系統匯聚的子系統業務的擴增化都需要功能更加強大的大數據共享技術與協同應用技術的支持，以解決數據共享和應用之間服務功能不完善的問題。目前，各大城市的交通系統都迫切需要資源的整合和系統之間的協同配合，實現跨區域的交通信息管理，提高大區域范圍內綜合交通運行管理的質量和效率。

3 綜合交通運輸系統

3.1 系統簡介

綜合交通運輸系統指火車、汽車、飛機、輪船等交通運載工具運載著人員與物資在交通運輸網上的流動情況，包括線路、運輸站點及運輸設備等相關的各種運輸情況。隨著交通運載工具的多樣化和交通建設的不斷發展，綜合交通運輸系統體現了大跨度、快速化的特征。運載工具的位移距離、運載量的多少是綜合交通運行管理的重要要素。

綜合交通運輸系統需要依靠管理系統對運輸區間的相關數據進行監測及采集，以實現綜合運輸網絡上任何一個系統對綜合交通運輸系統內車輛及信息的查詢與數據分析，掌握交通運行的動態，高質高效的管理交通運輸情況[3]。因交通運輸業的業務管理必須在交通運輸業生產流通的過程中完成，又因勞動對象復雜龐大，生產線長、生產點多，運輸動態的監測對提升服務質量與服務效率至關重要。

3.2 系統智能化

綜合交通運行管理系統智能化的建設是實現綜合交通運輸系統跨空間、大范圍、實時化動態性管理的前提條件。智能終端的信息采集設備負責對綜合交通運輸線內的車輛及相關動態進行監測并采集數據。采集數據集中存儲在數據庫內，便于總系統調取和查詢。總系統通過對交通運輸線監測的數據經過大數據整理及分析，為交通管理部門管理提供決策依據。系統智能化的建設是實現綜合交通大數據跨部門、跨業務、跨行業信息共享和系統之間協同應用的基礎條件，也是實現多區域、多信息源、異購、異地數據互聯互通的關鍵。

4 大數據共享技術在綜合交通運行管理系統中的應用

4.1 系統架構

綜合交通運行管理系統是綜合交通數據分析與決策平臺的附屬系統，其平臺系統架構分為三層，分別是業務應用層、業務支撐層、大數據分析引擎層。其中業務應用層采用分布式結構設計為多個子系統，如數據資源開放共享為子系統、數據挖掘分析子系統、數據可視化子系統等。每個子系統又分層設計，承擔不同的服務及功能。業務支撐層包括基礎劃線部分與數據共享兩大部分。基礎畫像根據不同類型畫像特征分為人與貨物特征畫像、區域特征畫像、運載工具畫像、交通設施畫像。數據共享根據服務類型分為數據管理服務、消息服務、大數據提取服務、安全審計服務[4]。大數據分析引擎層主要負責數據采集、監控、數據計算及作業調度等，整合所有相關資源，深度分析數據，挖掘大數據的價值。

綜合交通運行監測其中的一大功能就是對綜合交通運輸系統內的信息資源進行整合與分析，便于掌握高價值的交通管理信息，應用于交通管理中。系統的大數據分析引擎層通過對各類交通信息分類分級整理，按照統一的標準對信息進行分類描述，將多源交通信息有機的融合。這個過程中，信息的共享與交換是實現多源信息高效利用的基礎。想要對分散在不同范圍內、不同運輸線、不同部門、不同企業之間交通運輸信息的統一識別、導航、定位，就必須建立大數據資源體系，設置統一的數據標準目錄，對交通運輸信息進行整理、分析[5]。交通運輸大數據資源信息目錄體系的建設總共分為兩大模塊，一是數據資源目錄，二是服務資源目錄。首先，需要為分類采集的基礎信息按照信息類別建立多個基礎信息庫，再建立一個交通信息資源數據庫，采用分布式結構設計將基礎信息庫與交通信息資源數據庫相連。為數據庫制定統一的信息資源支撐標準，用于數據資源目錄自動分類的依據。數據來源采集與地面公交系統、省際客運、不同等級的公路、民航客運、交通樞紐、停車設施、城市交通網、綜合運輸等系統有機地將各個子系統的多源基礎信息實現的融合。任何時間可通過總系統對監測范圍之內的交通運輸信息進行在校查詢，查詢最快可在1 秒內完成。

4.2 多源交通信息的融合設計

多源交通基礎信息的來源不同，標準不同，緩存的基礎信息是無法直接為平臺所應用的，所有采集的動態數據需要按照時間的排序自動列隊處理，完成數據目錄的匹配與大數據的融合。它應用到數據排隊模型，而數據自送排隊的過程所代表的就是數據流向[6]。數據流向的設計一般按照數據緩存的時間列隊，排為N 隊。數據列隊的過程中已經完成了對多元數據網格的分類聚類，形成一張交叉關系復雜的數據網格，當系統向列隊數據匹配融合的請求發出后，列隊就會進行數據分發，實現不同交通運輸段之間的數據協同分析及結果展示。

4.3 數據流向設計

數據流向設計是平臺處理緩存數據的關鍵技術。綜合交通運行監測數據流向采用HBase 技術設計，其系統結構采用分布式結構，數據庫采用面向列的開源數據庫。開源數據庫打破了傳統的關系數據庫中對于時間的限制，實現了多用戶并發訪問系統和快速查詢系統的目標。這種數據庫結構設計能夠將大數據分散到成千上萬個普通服務器上，并提供不停機動態擴容形式和讀寫服務，是實現綜合交通運行監測大數據動態化無縫擴容的關鍵；另一方面，它繼承了HBase 技術的高訪問性能與高可用性能，對提高綜合交通運行管理系統數據訪問性能和確保數據安全有著重要的作用。

4.4 大數據共享應用流程

綜合交通運行監測大數據共享應用流程為：大數據處理分析→緩存數據重用→分布式存儲→提供共享應用服務。數據共享服務結構設置數據資源查詢、數據資源顯示、下載導出、數據服務監控、數據訪問權限控制等多項功能。從控制界面進入訪問，搜索后系統將自動查詢出用戶想要訪問的數據，實現跨企業、跨部門、跨路段、跨區域的大數據共享。

5 協同技術在綜合交通運行管理系統中的應用

5.1 多視圖關聯協調技術

綜合交通運行監測系統的可視化實現采用了“1 屏+多屏”多視圖關聯協調技術，主屏具有人機交互功能，可通過觸屏操作控制其他從屏，實現視圖的互動與協調演示操作。

5.2 交通專用道仿真分析協調技術

隨著陸地交通的飽和，一些路段采用專用道設計。專用道的設計需要對路段交通情況進行仿真分析，專用道規劃中就是采用了多路段道路飽和度、速度、延誤、旅行時間、公交客運量等交通運行指標的仿真分析來完成對專用道設置的預測與設備后效果的評估的，來確保專用道設置的合理性。

5.3 交通影響評價的協同技術

交通影響評價是道路改造的依據。在進行交通改造時，需要對不同路段的交通設置基本信息、交通小區設置、交通流狀況等進行評估，最終根據評價報告來建設道路。綜合交通運行監測系統對不同交通建設方案信息的協同評價，最終根據生成的評價報告選擇道路建設方案。

6 結語

建設智慧交通系統是推動交通運輸高質高效管理的基礎，也是優化綜合交通運行系統功能和加快區域化交通系統信息共享與系統協同管理的重要途徑。綜合交通運行監測依靠智能終端設備進行采集信息，依靠分布式結構設計為各個子系統設計相關的數據庫，用于各個系統之間信息傳遞與共享，以提高各個子系統之間協同作業的能力[7]。通過信息共享、大數據分析及子系統之間的協調應用，綜合交通運輸系統對完成子系統的訪問與數據融合管理，整合更多的相關資料，預測、評估公路交通的情況，并根據綜合交通運行系統的監測和分析結果，實施針對性的調控管理，提高交通管理的效率與質量。