基于大數據處理的高速公路智能管控數據中心設計研究

孫酉山

摘 要：隨著物聯網和5G網絡的國家重大戰略的持續推進，以及高速公路大數據創新應用的不斷深入，全方位建立高速公路運行監測體系，深層次實現高速公路監測數據處理，已然成為高速公路信息化建設過程中迫切需要解決的問題。本文通過對高速公路智能管控系統的構建研究，借助大數據處理手段實現對海量監測數據的分析與應用，對基于大數據處理的高速公路智能管控數據中心架構進行設計，進而為高速公路參與者提供智慧交通出行信息服務。

關鍵詞：高速公路；智能管控；數據中心；大數據處理

中圖分類號：U49 文獻標識碼：B 文章編號：1671-2064（2018）15-0034-02

“智慧交通”是引領交通運輸行業發展的新動能。目前，高速公路的智能化應用較為廣泛，多數高速公路具備了包括匝道控制、事件檢測、事件管理、主線速度控制、氣象交通管理等信息化管理系統，并通過交通廣播頻道以及信息服務提供商提供的發布方式等進行出行前或在途交通信息發布，因此及時獲取高速公路監測數據，構建高效的大數據處理模型，是建立高速公路智能管控系統的先決條件。

1 高速公路智能管控系統構成特點

高速公路智能管控系統，依托先進的信息化、智能化技術手段，集成數據采集、視頻監控、通信傳輸、信息處理、主動管控、誘導發布等多功能于一體，在保證信息掌握及時準確的基礎上，實現交通管控決策的科學高效，從而為打造安全、有序、暢通高效的智能高速公路奠定基礎，高速公路智能管控系統應該具備如下特點：

1.1 路網運行感知保障能力

智能管控系統要求實現對高速公路全要素、全方位的感知：基礎設施狀態感知方面，具備對重特大橋梁、隧道、邊坡等安全狀態的動態監測功能、車輛載荷對道路設施的沖擊影響監測以及護欄等附屬設施的性能監測等能力；車輛狀態感知方面，應能夠通過接入“兩客一?！睂崿F重點營運車輛的動態監控，通過用戶手機信令、車路信息交互等手段實現對個體車輛行為的監測功能；氣象環境狀態感知方面，監測能見度、濕度、溫度、風、路面濕滑狀態等氣象環境信息；對于交通流的監測，在傳統的視頻監測、交通流斷面狀態監測的基礎上，還具備視頻流的分析處理和事件報警。

1.2 主動安全管理和應急響應

依托大數據、地理信息系統、路測智能設施等基礎支撐條件，拓展對高速公路交通狀態的管控手段和能力。通過大數據分析平臺等方式，實現高速公路交通運行態勢的綜合評估和預警；通過主線交通均衡控制、合流區交通誘導、卡口監測等手段實現對高速公路的主動交通管理；通過霧區交通誘導等手段提升高速公路不良環境下的行車安全性，探索構建高效的緊急事件信息發布和應急處置體系。

1.3 科學決策和出行信息應用

基于全方位的運行監測體系、數據共享交換平臺，利用大數據存儲和處理技術實現對獲取到的海量交通數據進行規范、整合、抽取和深度挖掘，進而提取出其中準確、可靠、有用的交通信息，一方面為高速公路交通管理者制定科學的管控措施提供輔助決策支持，另一方面為高速公路出行者舒適、便捷和安全的出行服務提供信息支撐。

2 基于大數據處理技術的高速公路監測數據處理模型

2.1 高速公路監測數據的來源與構成

高速公路監測數據分析是開展高速公路安全事件風險研判、路段交通安全等級評估和路網安全性能衡量，制定高速公路交通管理和控制策略的重要依據。高速公路監測數據涉及公安、交通、氣象等多個部門，數據類型包括：視頻、圖像、數據、文本等多種類型，動態信息來源于監測設備通過通信網絡傳輸至數據中心存儲，實時性要求高；靜態信息主要描述公路相關的靜態屬性，如公共設施、路面特征、管理機構等信息，通常為先期錄入、定期更新的模式，因此實時性要求較低。

2.2 高速公路大數據處理模型的構建

數據信息具有數據量大、信息處理方法多樣化、信息獲取時間不一致等特點。原先的應用系統通常采用的是并行數據庫，常見的Orcle和DB2等，支持SQL語言，以關系的形式存儲結構化數據，取得了良好的應用效果。隨著數據量的不斷增多，數據結構的不斷負責，采用并行數據庫的計算機集群的拓展面臨瓶頸。分布式計算和并行計算近年來得到了進一步的發展，云計算已成為大數據處理技術的主要途徑。

Hadoop是目前大數據解決方案的主流開源平臺，為應用程序提供了一組穩定可靠的接口，是一個穩定、高性能、高可用性、可擴展的系統。MapReduce是大數據的編程模型.MapReduce簡化了分布式編程的復雜性， 復雜的并行處理以及任務調度交由系統完成，用戶在編程時只需要實現Map函數和Reduce函數，Map函數指定需要處理的數據塊，Reduce函數則對分塊數據進行處理，MapReduce框架自動對數據分塊、調度并執行。對于傳統數據庫和大數據云平臺的系統數據集成問題，采用Sqoop組件可實現數據的遷移和轉換。

2.3 高速公路大數據應用與可視化

高速公路監測數據多源異構的屬性，表現為數據的多樣性、異地分布式數據結構和海量信息。實現高速公路智能管控的首要任務是對多源異構數據進行預處理，即通過數據融合建立統一的接口對外提供數據訪問服務，進而利用數據挖掘算法對交通安全影響因素進行識別。所以，需要制定統一的數據格式和交換規則，提供一個數據交換共享平臺來滿足應用需求，各個應用系統通過該平臺實現信息的交換與共享，實現數據按需索取，避免數據壁壘現象的發生。

3 智慧高速公路智能管控數據中心設計

高速公路智能管控技術要在大范圍內、全方位發揮作用，需要建立數據中心，通過整合不同行業、不同部門的基礎信息，建立全局統一的數據資源視圖，進而為各項工作提供綜合的查詢、分析和信息發布服務。其系統功能框架如圖1所示。

智能高速公路數據中心將實時獲取的、以及通過共享交換得到的多源、異構交通數據經過大數據處理后，實現對數據的深度分析和挖掘，并實時給業務系統返回數據，實現智慧交通業務協同。

數據共享與交換平臺是實現與其他業務系統進行信息資源及數據交換的基礎，負責基礎信息資源和共享信息資源的目錄信息和信息交換功能的統一管理，通過數據交換平臺的數據轉換規則，實現不同業務系統之間以及不同部門間信息交換。數據共享交換平臺與各業務系統采取松藕合方式，以保持各業務系統的自主性，保證其正常運行。目錄管理服務基于成熟軟件開發目錄管理服務系統，主要功能包括元數據管理、目錄管理與服務，為實現交通信息資源目錄的梳理、管理和服務提供技術支持，如圖2所示。

采用虛擬存儲單元，實現視頻數據的分布式、結構化數據的集中式存儲；構建虛擬主機單位，實現計算資源的統一管理。在此基礎上，構建統一的基礎數據和應用系統。IT資源虛擬化管理可與廳IT資源虛擬化平臺實現統一管理與適配，從而確保云數據中心的一體化，同時，根據業務系統的管理需要通過共享與交換平臺等實現業務系統的互操作。

4 結語

針對智慧高速公路智能管控的基本需求，以信息處理和共享為核心，設計了高速公路數據中心架構。在此基礎上，研究了高速公路大數據處理和數據共享平臺等問題，從而為高速公路出行者和管理者提供統一、安全、可靠、快速、便捷、透明的智能高速公路交通相關數據的存儲、處理服務。該系統具有較強的實用性和科學性，強化了現有高速公路監控管理系統的功能，為構建“可視、可測、可控、可服務”的智慧高速公路體系奠定了基礎。

參考文獻

[1]Lee D，Han.Evacuation. modeling and operations using dynamic traffic assignment and most assignment and most desirable destination approaches[J].Transportation Research Board.2005，（05）：24-29.

[2]王超.高速公路交通智能管理信息系統的設計與開發[D].山東：山東大學，2013.

[3]王谷，過秀成，姜玉佳，侯佳.高速公路交通運行效率監控方法研究[J].公路交通科技，2010，（4）：155-158.

[4]鐘連德，孫小端，陳永勝.高速公路突發事件應急管理系統[J].公路，2006，（1）：127-130.