基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧交通大數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)

潘俊方　樊阿嬌　茹艷　李永祥

摘要：為了解決都市內(nèi)嚴重的交通問題，文章運用物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)挖掘等技術獲取大數(shù)據(jù)并對其進行分析處理，實現(xiàn)多種不確定性信息處理模型的相互融合，構建基于聚類分析的數(shù)據(jù)挖掘算法庫，構建高效的海量語義數(shù)據(jù)挖掘平臺，進而開發(fā)出所需要的智慧交通大數(shù)據(jù)挖掘軟件應用系統(tǒng)。

關鍵詞：大數(shù)據(jù)；物聯(lián)網(wǎng)；數(shù)據(jù)挖掘；智慧交通

1.背景分析

隨著計算機以及互聯(lián)網(wǎng)技術的突飛猛進，“大數(shù)據(jù)時代”悄然來臨。它的到來，影響著人類社會發(fā)展的進程，標志著繼農(nóng)業(yè)革命、工業(yè)革命、信息革命3次浪潮之后的數(shù)據(jù)革命的開始，它無時無刻不在影響著人們的日常生活。大數(shù)據(jù)給人們生活帶來的改變是方方面面的，是全方位、多領域的，當然也包括交通。大數(shù)據(jù)在改變著人們的出行方式，使人們的出行更加便捷，更加高效，更有樂趣。

大數(shù)據(jù)時代的到來，為智慧交通的發(fā)展提供了有力的支持，同時也帶來了巨大的變革。當人們乘坐地鐵或公交車刷卡時，刷卡機就記錄了人們的出行次數(shù)以及上車地點，通過對匯總過來的數(shù)據(jù)進行分析，可以在一定程度上掌握人們的出行規(guī)律，從而對未來的出行進行預測。現(xiàn)在的很多交通信號燈是動態(tài)調(diào)整配時，它的實現(xiàn)方式是在交叉口附近埋置大量的傳感器，采集流量的數(shù)據(jù)，通過對各個傳感器的數(shù)據(jù)的匯總和分析，計算出本交叉口車流量的比例，再根據(jù)車流量、車道數(shù)的數(shù)據(jù)計算出合理的配時，最終實現(xiàn)通行能力最大化。高速公路上通過高清攝像頭的全程無縫隙實時監(jiān)控，交通部門可以實時掌握高速公路的運行狀況，對于車輛超速、遮擋牌照以及在非緊急情況下侵走應急車道等違法行為，高速交警可根據(jù)視頻圖片證據(jù)給予處罰。這些均有利于維持良好的交通秩序。

物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)等科學技術和相關的創(chuàng)新活動共同促進著智慧交通的建設，智慧交通在交通運行管理優(yōu)化、面向車輛和出行者的智慧化服務等各方面，為公眾提供更加敏捷、高效、綠色、安全的出行環(huán)境，創(chuàng)造了更美好的生活。智慧交通必定會對未來城市交通的發(fā)展模式、產(chǎn)業(yè)發(fā)展以及融資政策產(chǎn)生深遠影響。

2.物聯(lián)網(wǎng)在智慧交通中的應用

為了改善我國當今社會日趨嚴重的交通狀況，人們應該努力提高交通運輸設備及設施的信息化和智能化水平。由于物聯(lián)網(wǎng)在網(wǎng)絡工程、通信工程、計算機科學和人工智能等方面具有更大的技術優(yōu)勢，因此基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧交通為現(xiàn)代交通運輸行業(yè)提供了發(fā)展的新方向。

物聯(lián)網(wǎng)的實質是利用射頻自動識別（RFID）技術，通過計算機互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)物品的自動識別和信息的互聯(lián)與共享。在物聯(lián)網(wǎng)中，物品主要通過射頻識別裝置、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，把物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和共享，從而實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。但是，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎上的延伸和擴展。將物聯(lián)網(wǎng)、云計算為代表的智能傳感技術、數(shù)據(jù)通訊傳輸技術、電子傳感技術、衛(wèi)星導航與定位技術等進行有效的集成，運用于整個交通運輸管理體系，是智慧交通的一個重要標志。在這個網(wǎng)絡中，人、車、路密切配合達到和諧統(tǒng)一，在很大程度上提高了交通運輸效率，保障了交通安全，使整個交通體系智能化。

交通系統(tǒng)是一個復雜的綜合體，如果只從道路或者車輛的角度來考慮，無法從根本上解決問題。那么在信息技術的支持下，可以采用系統(tǒng)的方式來解決交通系統(tǒng)問題。由此可見，物聯(lián)網(wǎng)技術對于解決交通系統(tǒng)問題有很大的幫助。

物聯(lián)網(wǎng)在智能交通系統(tǒng)中的應用主要表現(xiàn)在3個方面：（1）V2V汽車防碰撞預警系統(tǒng)。這一預警系統(tǒng)名為“V2V”，中文意思是“車對車”，由美國通用汽車公司研發(fā)。該預警系統(tǒng)利用衛(wèi)星導航系統(tǒng)精確定位車輛所處方位，在兩車距離處于危險范圍的時候發(fā)出警報，并通過無線網(wǎng)絡將所獲取的信息傳送到距離300米以內(nèi)的車輛上，提醒雙方駕駛員注意并立即采取相應的措施。此外，系統(tǒng)還可以自動剎車，但車輛仍由駕駛員完全掌控。據(jù)通用公司的馬歇爾介紹，預警系統(tǒng)能夠最大限度減少駕駛員因處于車輛盲區(qū)而看不到其他車輛帶來的危險。同時，系統(tǒng)也能夠防止因能見度低、道路曲折或注意力不集中導致的追尾事故。（2）Telematics通信服務系統(tǒng)。“車載信息服務”是指在車上安裝的資訊互動平臺，通過通信網(wǎng)絡提供的多種多樣的信息來實現(xiàn)。該系統(tǒng)通過呼叫中心和數(shù)據(jù)中心為車主提供“點對點”的服務，可以實現(xiàn)包括遠程車輛診斷、失竊車輛定位、撞車自動報警、氣囊打開報警、道路救援等在內(nèi)的車載智能通信服務，通過人機對話設置的車載導航，結合服務平臺收到的實時路況信息，從而避開道路擁堵和車輛高峰，給駕駛員提供道路指引，給用戶行車提供最大的方便。此外，隨著越來越多的傳感器在車身上的應用，呼叫中心可通過收集實時路況信息為車主提供合理的應急方案和維修方案。（3）互動式公交車站Eyeshop系統(tǒng)。美國麻省理工學院“感知城市實驗室”正在研究一種互動式公交車站，該車站可以使人們在等車時有更多的事情可做，從而減少等待公交的無聊枯燥感。該設計的思想是：人與數(shù)字環(huán)境的互動應該達到無時無刻，在開放的空間中提供開放式服務，讓人們在等車的同時還可以進行信息查詢、規(guī)劃旅游線路、閱讀以及娛樂等。該系統(tǒng)將公交車站變?yōu)槿伺c物可以互動的車站，同時提供互動式地圖、分類廣告、路線規(guī)劃、公告欄等，實實在在地讓公交站成為人們休閑娛樂的場所。

3.數(shù)據(jù)挖掘在智慧交通領域的應用

智慧交通是改善城市交通的關鍵，但是，及時、準確地獲取交通數(shù)據(jù)并構建交通數(shù)據(jù)處理模型是建設智慧交通的前提，這一難題可通過數(shù)據(jù)挖掘技術得以解決。交通數(shù)據(jù)復雜龐大，交通信息來源廣泛，種類和形式均多種多樣，信息量巨大，利用海量的數(shù)據(jù)找到有用的信息則變成交通工作者的首要任務。根據(jù)交通數(shù)據(jù)的特點，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析方法大多是采用統(tǒng)計和多維數(shù)據(jù)分析方法，這些方法均無法解決復雜龐大的交通數(shù)據(jù)。然而隨著數(shù)據(jù)挖掘技術的發(fā)展，在交通數(shù)據(jù)分析中更好地結合傳統(tǒng)的分析技術和新興的數(shù)據(jù)挖掘技術對交通難題進行分析和預測使人們看到了新的希望。endprint

數(shù)據(jù)挖掘是從大型數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)中提取出隱含的、事先未知的、但潛在有用的信息和知識的過程。確切地說，數(shù)據(jù)挖掘的過程是一個決策支持過程，主要基于數(shù)據(jù)庫、人工智能、數(shù)理統(tǒng)計、機器學習等技術，自動化地分析生產(chǎn)線中原有的數(shù)據(jù)，進行歸納推理，從而挖掘出潛在的模式，預測用戶的行為，幫助駕駛員調(diào)整行車路線，規(guī)避車流量高峰期和風險，作出正確的決策。隨著互聯(lián)網(wǎng)時代的到來，城市中各種各樣的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出爆炸式增長的態(tài)勢，這使人們進入了數(shù)據(jù)時代，但同時也面臨著不能及時獲取實時信息等問題，因此人們迫切需要一種能從海量數(shù)據(jù)中發(fā)掘有用信息的工具，數(shù)據(jù)挖掘正是順應這種需求誕生的。

數(shù)據(jù)挖掘通常有幾個任務：關聯(lián)分析、聚類分析、分類分析、時序模式和偏差分析。常用的數(shù)據(jù)挖掘方法有：決策樹方法、遺傳算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡、最近臨技術和規(guī)則歸納，此外，還有可視化方法以及公式發(fā)現(xiàn)方法。為了解決交通擁堵和交通事故問題，可以利用數(shù)據(jù)挖掘中的分類技術對歷史交通問題進行分析，提取發(fā)生交通擁堵時的規(guī)則，然后用道路或者路口的交通數(shù)據(jù)來匹配這些規(guī)則，將可以很好地預測交通擁堵問題的發(fā)生；對于交通事故，關鍵是從已發(fā)生的交通事故數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)問題，分析事故的原因，可以方便相關部門及時采取相應的有效措施，數(shù)據(jù)挖掘中的關聯(lián)分析可以推導出一些有用的規(guī)則表達式，展示出事故發(fā)生時各種客觀因素對事故發(fā)生的影響程度。

除此之外，數(shù)據(jù)挖掘還應用在許多其他領域。針對每一種特定領域，開發(fā)專用的數(shù)據(jù)挖掘工具，其中包括生物醫(yī)學、DNA數(shù)據(jù)分析、金融數(shù)據(jù)分析、零售業(yè)和電信等。數(shù)據(jù)挖掘存在許多序列模式分析和相似檢索技術，成為DNA分析中的強有力工具，在DNA序列間相似搜索和比較、關聯(lián)分析、同時出現(xiàn)的基因序列的識別、路徑分析和遺傳數(shù)據(jù)分析等方面起著不小的貢獻；在金融數(shù)據(jù)分析方面，可以對目標市場客戶進行分類與聚類，也可以幫助洗黑錢和其他金融犯罪的偵破；零售數(shù)據(jù)挖掘可以利于促銷活動的有效分析，識別顧客的購買行為，改進服務質量，提高貨品銷量，從而取得更好的顧客口碑；在電信領域，可以利用數(shù)據(jù)挖掘技術對電信數(shù)據(jù)進行多維分析，識別盜用模式和異常模式，從而更好地利用資源和提高服務質量。

基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧交通大數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)是一個服務于大型城市的、具有自適應性的智慧應用與整合能力的項目，保證該項目成功的前提是設立一套科學、合理的方法論和管理過程模型，同時為項目的大規(guī)模復制和推廣創(chuàng)造基礎條件。相信隨著物聯(lián)網(wǎng)技術和數(shù)據(jù)挖掘技術的不斷進步，它們終將科學、高效地服務于城市，智慧交通以及整個智慧城市系統(tǒng)會越來越完善，人們的城市生活會更加美好。endprint