交通大數據在智能高速公路中的應用

陳曉慶

（廣東華路交通科技有限公司，廣東 廣州 510420）

0 引言

高速公路是中國社會經濟發展的必然產物，是工業化和城市化發展的“經濟大動脈”。目前，我國高速公路正在朝著智能化方向迅速發展，逐漸實現“智能高速公路”的發展理念。

我國高速公路建設初期是利用信息技術共享與互換，通過引入互聯網思維和技術，對傳統高速公路管理服務和機電系統進行重構和再造，將多個數據源整合并提取有價值的信息，進一步提高高速公路的運營管理水平以及出行服務質量，以滿足廣大出行者對高速公路的需求。隨著交通大數據和云計算技術在高速公路建設與運營當中的應用越來越廣泛，實現了省域高速公路的信息化和智能化，包括路政管理、安全管理、通信管理、收費辦理以及交通指引等服務，可以說我國已經進入智能高速公路的發展階段。

1 交通大數據技術

1.1 交通大數據技術概述

交通大數據技術是一種先進的應用技術，是指在高速公路上運用信息技術、數據通信技術、傳感器技術以及電子控制技術等技術手段來保障高速公路的安全運行。而高速公路的監控系統、人像識別系統、車牌識別系統，以及地質監控一體化裝置等諸多系統會產生大量的交通數據，這些數據也可以通過智能高速公路中的視頻安防監控系統進行具體分析，從而獲取有價值的數據[1]。

隨著物聯網、互聯網、云計算等電子技術的快速發展，交通大數據技術在智能高速公路中的應用已經越來越廣泛，這極大地提高了我國高速公路的運輸效率，緩解了交通壓力。

1.2 交通大數據技術在智能高速公路中的作用

1.2.1 路況監管。我國高速公路交通網絡背后有龐大的高速管理系統和人員，每天監控高速公路的交通情況，包括道路損壞與否、當地天氣情況、自然災害情況、交通流量情況、交通事故情況等路況信息，這些信息都由事先設置在高速公路上的傳感器來進行收集和傳遞。隨著我國電子信息技術的高速發展，相關的信息收集設備也得到了蓬勃發展，如傳感器、視頻監控、PM2.5 數據監控器等，這些電子設備作為收集信息的元設備都應用在智能高速公路中，其收集到的信息對于高速路況的監管至關重要。

1.2.2 運營管理。將傳感器收集到的信息傳遞到高速公路運營管理部門以后，管理人員可以借助信息處理技術來判斷高速公路的運行情況，并根據相關數據及時調整運營策略，提前制訂具有針對性和可行性的運營方式，比如更改行車路線以便交通更加順暢、提前規避發生自然災害的路段等，以提高高速公路的運行效率。

1.2.3 安全管理。我國汽車產業發展的突飛猛進，對高速公路的運輸造成了巨大的負擔，同時也加劇了高速公路安全問題的嚴重性。利用交通大數據技術，可以提升對高速公路安全運營的管理水平，并通過整理收集到的交通路況信息、天氣以及自然災害等情況，全面分析和討論，制訂合理的應急管理措施，以便減少該路段發生事故的可能性。同時，對于發生了交通事故或其他事故的路段，也可以快速響應，及時救援，減少傷亡和經濟損失。

1.2.4 數據分析。我國龐大的高速公路交通網絡和廣泛應用的交通大數據技術，為我國乃至全球的智能高速公路建設和運營提供了海量的數據，通過對這些數據的收集、整理、分類、分析、研判，可以為后續高速公路的建設和運營提供充足的依據，為交通運輸乃至整個人類社會的經濟發展作出貢獻。

1.3 交通大數據的關鍵技術

交通大數據并不僅僅是一項技術，而是一系列技術的統稱，其中最關鍵的是現代通信技術，主要包括：移動通信技術、數字微波技術、圖像通信技術、衛星通信技術、電話信息網、智能網絡系統等技術[2]。運用這些技術來構建智能化交通大數據關鍵技術，從而提升高速公路交通的通行效率和安全管理水平。組建交通大數據的關鍵技術主要有以下五種類型：

1.3.1 感知技術。為了能夠準確掌握道路交通天氣、路網交通流量、路網內部結構和路段車輛等的實時狀況，需要在高速公路中設置大量的感知器件，這些感知器件所對應的電子信息技術就是感知技術，也就是對高速公路周邊環境的智慧感知技術。當前，我國高速公路中應用的智慧感知技術主要包括：圖像識別技術、GIS-T 技術、物聯網技術、BIM 技術等傳感技術，并以此構建了一整個全網狀態感知體系，為智能高速公路的管理運營提供最基礎數據。

1.3.2 信息傳遞技術。通過感知技術收集到的路況信息，還需要由高效的信息傳遞技術安全、無損、及時地傳遞到后臺的數據處理中心和高速公路運營管理中心。當前，我國智能高速公路應用的多源信息智能傳遞技術由Wi-Fi、RFID、DSRC 等數據集成，構建了一個高效、可靠的數據傳輸系統，并將多樣化的信息匯集于云路網中心。

1.3.3 數據分析技術。通過感知技術和信息傳遞技術收集和匯總的信息數據量非常龐大，要從這些數據當中迅速整理出可用的、有價值的信息，除了對智能高速公路運營管理人員本身的素質和決策能力有較高要求之外，還需要相應的數據分析技術作為支撐，當前該技術主要包括：云計算技術、人工智能等互聯網技術。

1.3.4 智慧服務技術。智能高速公路最主要的特點就是管理人員少，信息化、智能化服務多，而利用智能識別系統、GIS 等傳感技術建立智能收費系統，可實現無人操作、自動化管理、高效率、精準計費的智能收費服務。其他諸如智能導航、路況研判等技術都屬于智慧服務技術。

2 交通大數據技術在智能高速公路中應用的發展趨勢

2.1 云技術系統的應用前景

智能高速公路的發展離不開交通大數據技術的支撐，而交通大數據技術的應用也將隨著智能高速公路的不斷推廣而越來越廣泛。云計算是一種利用互聯網基礎設施，通過增強、處理、利用和傳遞某些服務方式來實現的技術方式，而云技術則是網絡和互聯網基礎設施的抽象概念。通常涉及的是虛擬資源，這些虛擬資源是通過互聯網提供的動態資源來實現的。云計算的計算速度非常快，可以實現每秒鐘達到10 萬億次的運算，這也促使處理高速公路管理數據的效率得到了巨大提升。目前，云計算技術在智能高速公路領域的應用越來越普及，成為大數據應用中不可或缺的關鍵技術。云計算的核心主要包括三種計算方式，分別為分布式計算、并行計算和網格計算。通過云計算可以實現將節點集中在成本較低的服務器上，云計算的節點集群方式與傳統的并行數據庫構成的節點集群相比具有可擴展性和實用性，而且能夠實現更高的性能水平。現如今，智能高速公路的發展已經離不開云技術，因此就必須建立一個具備彈性擴容、開放共享的大數據云平臺，并部署全套的數據應用工具，以實現完整的大數據分析應用功能。同時，還需要充分整合各業務系統的數據資源，利用云平臺的計算存儲資源，結合大數據的分析、整理、挖掘能力，可以成功提高高速公路的運營管理和出行服務，同時也可以將其應用于流量預測和態勢分析等場景，并進行可視化展示，這是未來智能高速公路發展的重點任務[3]。智能高速公路云平臺整體框架如圖1 所示。

2.2 車聯網移動感知平臺技術的應用

為了解決固定傳感器只能檢測特定位置的數據而無法全面反映高速公路交通流量的動態變化問題，在高速公路檢測參數中引入移動傳感器和參與式感知，促使車聯網移動感知平臺具有良好的應用前景。在車聯網移動感知平臺下，通過自組織形成的路面網絡覆蓋，傳感器節點可以將基于位置的數據價值附著在相鄰傳感器節點之間的通信鏈路上，從而實現交通感知的優化和最短路徑問題的轉化。

車聯網移動感知平臺技術能夠提供更廣泛、更精確的高速交通流數據，通過在車輛節點上安裝傳感器組成車載傳感器網絡，使傳感器節點隨著交通流動，可與監測對象關聯密切。傳感器的覆蓋能力更高，可以在不同的地點執行任務，可以收集更多、更準確的車輛行駛數據，也能保證數據收集的實時性[4]。

以汽車為節點，以移動自組織網絡為基礎，通過協調人、車、路、網等要素，車聯網移動感知平臺技術將徹底改變傳統汽車信息孤島的狀態，實現車輛主動獲取個性化路網信息，從而能夠有效提升高速公路交通運輸的安全意識、環保意識和效率水平。因為高速公路網上的車輛傳感器網絡屬于參與式感知，因此高速公路管理中心無須投入大量專用交通感知設備，而通過匯集高速公路上參與者提供的大量局部信息，就可以獲得豐富的感知數據和強大的路網覆蓋能力。這種感知方式具有低成本、高精度的優點，并且不需要增加額外的軟硬件成本，因此在獲取和傳播交通流量數據方面具有廣闊的發展前景。

2.3 精確的高速公路多義性路徑識別系統

傳統的高速公路信息收集系統采用的是一個業務對應一套IT 基礎系統的模型，效率不高，管理難度大，無法適應高速公路收費系統發展的實際需求，因此，在未來的智能高速公路系統中，必須引入新的技術，以提升高速公路收費系統的效率和整體水平。

高速公路聯網收費系統的一個組成部分是多義性路徑識別系統，該系統包括ETC 系統、RFID 標識點系統等，能夠在實時傳輸標識流水記錄等數據的基礎上，實現對車輛行駛路徑的準確識別和收費計算。也可以從聯網中心主機下發相應的系統參數，如向收費車道下發路徑基礎費率等信息，該系統架構如圖2 所示：

圖2 高速公路多義性路徑識別系統架構圖

高速公路的基礎運行數據，包括行車路徑、收費記錄、路況信息和路況標識等，可以通過高速公路出入口、標識點等點位進行傳遞，經過高速公路收費站、收費分中心和聯網中心，再通過多義性路徑系統逐級傳遞，以此提升信息查詢系統的便利性。

3 結語

將交通大數據技術應用于高速公路管理，可以提升高速公路的管理水平，推動高速公路的智能化、自動化、便利化發展，這是推動智能高速公路建設的必然趨勢，也是國家提出高質量發展高速公路的必然要求。利用交通大數據技術，可以構建更加智能化和高效的高速公路管理和服務系統，從而最大化地提升高速公路的運輸效益，為國家經濟的全面發展提供強有力支撐。