基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的城市智能交通研究

湯宜涌

河南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司 河南 鄭州 450000

“十九大”以來,網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)、數(shù)字中國(guó)、智慧社會(huì)的建設(shè)為城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了新增長(zhǎng)點(diǎn),為城市全面發(fā)展提供了新的技術(shù)方式。大數(shù)據(jù)技術(shù)在交通領(lǐng)域的滲透和應(yīng)用,極大地推動(dòng)了我國(guó)智能交通建設(shè)的步伐,為構(gòu)建美好智慧城市打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

大數(shù)據(jù)是指在一定時(shí)間內(nèi)難以用傳統(tǒng)軟件工具加以捕捉、分析和處理,大數(shù)據(jù)存在數(shù)據(jù)來源多、采集方法不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)格式多樣、實(shí)時(shí)更新的特征,大數(shù)據(jù)分析結(jié)果較傳統(tǒng)數(shù)據(jù)更客觀、精準(zhǔn),但必須運(yùn)用新處理模式才能充分挖掘和體現(xiàn)其決策力、洞察發(fā)現(xiàn)力和流程優(yōu)化能力的海量、多樣化的數(shù)據(jù)信息資產(chǎn)。

對(duì)交通領(lǐng)域而言,大數(shù)據(jù)主要是指各類與交通運(yùn)行相關(guān)的監(jiān)控、服務(wù)及應(yīng)用數(shù)據(jù),包括公路客運(yùn)站點(diǎn)的視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),各類干支線公路、高速公路的流量、收費(fèi)數(shù)據(jù),公交車的IC卡使用數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)定位數(shù)據(jù),出租車的載客及實(shí)時(shí)地理位置數(shù)據(jù),公共自行車租賃數(shù)據(jù),甚至手機(jī)信令和位置數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)也能應(yīng)用于交通分析領(lǐng)域。

不難發(fā)現(xiàn),對(duì)應(yīng)于復(fù)雜的交通系統(tǒng),交通大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)體量龐大、數(shù)據(jù)種類繁多、數(shù)據(jù)更新頻率較快,因此,數(shù)據(jù)挖掘分析技術(shù)和多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)的應(yīng)用趨勢(shì)迫在眉睫,未來才可以更好地為交通領(lǐng)域提供定量化、精準(zhǔn)、高效、實(shí)時(shí)的結(jié)果。

1 大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在交通領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1.1 提高交通效率 根據(jù)國(guó)內(nèi)外各城市機(jī)動(dòng)車保有量發(fā)展歷程,機(jī)動(dòng)車保有量總體呈現(xiàn)“S型”增長(zhǎng)曲線：第一次轉(zhuǎn)折是在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推動(dòng)之下,機(jī)動(dòng)化進(jìn)程由慢變快;第二次轉(zhuǎn)折是在人口密度、城市空間結(jié)構(gòu)和交通政策的約束下,機(jī)動(dòng)化進(jìn)程由快變慢,最終趨于穩(wěn)定。目前國(guó)內(nèi)大部分城市機(jī)動(dòng)車保有量都處于快速增長(zhǎng)階段,且還將在未來相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi),保持這種態(tài)勢(shì)。

而隨著我國(guó)汽車保有量的不斷增加,城市交通變得越來越擁擠,通行效率每況愈下,嚴(yán)重制約城市的發(fā)展進(jìn)程。而城市交通治理是一項(xiàng)非常龐大的綜合工程,若沒有先進(jìn)的技術(shù)手段提供支撐,要想實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)行環(huán)境的整體改善是十分困難的。

大數(shù)據(jù)技術(shù)的出現(xiàn),可以實(shí)時(shí)捕捉和動(dòng)態(tài)掌握交通運(yùn)行信息,同時(shí)預(yù)測(cè)未來一段時(shí)間內(nèi)的交通路況及交通需求變化,并針對(duì)性地做出交通出行策略調(diào)整,從而有效避免各類不當(dāng)或低效交通行為的發(fā)生,有效提高交通整體運(yùn)轉(zhuǎn)效率和路網(wǎng)通行能力,更好地滿足人們的交通出行需求。

1.2 保障交通安全 大數(shù)據(jù)技術(shù)具有強(qiáng)大的動(dòng)態(tài)檢測(cè)及預(yù)測(cè)能力,通過路邊的探測(cè)、傳感裝置可收集車輛運(yùn)行的軌跡數(shù)據(jù),同時(shí)利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行整合和建模分析,能夠全面掌握車輛行駛狀態(tài),判斷交通運(yùn)行的安全性,大大減少交通事故發(fā)生的概率。此外,一旦發(fā)生緊急事故,可利用大數(shù)據(jù)的快速反應(yīng)能力及決策輔助能力,為應(yīng)急救援工作提供有力支持,確保應(yīng)急人員能夠第一時(shí)間到達(dá)事故現(xiàn)場(chǎng)展開救援活動(dòng),從而最大限度地減少事故造成的人員傷亡與財(cái)產(chǎn)損失。

1.3 降低交通污染 通過大數(shù)據(jù)技術(shù)建立區(qū)域交通尾氣排放監(jiān)測(cè)模型,共享交通運(yùn)行數(shù)據(jù),有助于深入分析和研究交通運(yùn)行與大氣污染之間的關(guān)系,為構(gòu)建更高效、綠色的城市交通體系提供支持。同時(shí),通過大數(shù)據(jù)技術(shù)建立的智能化交通信號(hào)控制系統(tǒng),能夠大大減少交通延誤,降低車輛在交通信號(hào)等待期間的廢氣排放,從而減少對(duì)大氣環(huán)境的污染。

2 基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的智能交通實(shí)現(xiàn)

智能交通是目前城市交通的發(fā)展方向,融合了先進(jìn)的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通信傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)、控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)等,物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、5G 通信技術(shù)的不斷發(fā)展,為智能交通提供了充足的技術(shù)保障,為實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)、高效的綜合交通運(yùn)輸管理平臺(tái)建立提供了可能。

2.1 基礎(chǔ)服務(wù)層 基礎(chǔ)服務(wù)層是整個(gè)智能交通平臺(tái)架構(gòu)中最基礎(chǔ)的一層,能夠?yàn)槠脚_(tái)運(yùn)行提供最基本的數(shù)據(jù)及性能保證。基礎(chǔ)服務(wù)層以云計(jì)算為依托,負(fù)責(zé)將不同系統(tǒng)中的交通信息整合到一起,包括車輛信息、基礎(chǔ)設(shè)施信息(交通事件、基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)、道路通行狀態(tài)、公共交通運(yùn)行數(shù)據(jù)等)、交通對(duì)象信息(駕駛員狀態(tài)、貨物狀態(tài))等,然后進(jìn)行異構(gòu)數(shù)據(jù)的分析、存儲(chǔ)等操作。

基礎(chǔ)服務(wù)層的數(shù)據(jù)更新非常快,需要頻繁進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢、插入、修改、刪除等操作,能否在保證系統(tǒng)動(dòng)態(tài)更新的同時(shí)維護(hù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性與穩(wěn)定性,是基礎(chǔ)服務(wù)層需要解決的關(guān)鍵問題。

2.2 數(shù)據(jù)分析層 數(shù)據(jù)分析層以基礎(chǔ)服務(wù)層提供的交通大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),利用Hadoop、NoSQL、HBase、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)等進(jìn)行處理,實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)副本的維護(hù)與挖掘,不僅可以對(duì)海量交通數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理,還能完成對(duì)交通大數(shù)據(jù)中海量圖片、視頻以及音頻數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理需求,以并行處理模式,通過對(duì)多源大數(shù)據(jù)的深入挖掘和分析,得出對(duì)交通決策有用的信息。

數(shù)據(jù)分析層擁有強(qiáng)大的運(yùn)算及處理能力,能夠?qū)煌〝?shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)狀分析、趨勢(shì)預(yù)測(cè)等多維度的分析演算,滿足政府、企業(yè)、公眾等不同受眾的信息需求,對(duì)新技術(shù)應(yīng)用和算法更新提出了較高的要求。

2.3 終端發(fā)布層 通過大數(shù)據(jù)分析得出結(jié)論后,就要通過終端發(fā)布層進(jìn)行信息的展示和發(fā)布,比如通過手機(jī)APP和PC端發(fā)布云服務(wù)消息,為管理者、廣大公眾提供第一手交通信息,包括交通路況信息、交通預(yù)警信息、決策輔助信息等,一方面可以幫助人們制定和調(diào)整出行計(jì)劃,避開高峰擁擠路段,減小交通運(yùn)行造成的環(huán)境污染,另一方面可以幫助交通管理部門快速評(píng)估、處理各種突發(fā)性交通狀況,有效提高交通管理水平及效率。

3 大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在智能交通中的應(yīng)用

大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在智能交通領(lǐng)域的應(yīng)用范圍很廣,比如交通管控、新型交通出行方式、平安城市等方面。

3.1 交通管控方面 當(dāng)前很多城市都在構(gòu)建交通智能管理系統(tǒng),志在利用大數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)提高城市的交通管理水平。交通智能管理系統(tǒng)建設(shè)基于多樣化精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備(如高清視頻、線圈、雷達(dá)、探針等),提高基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集精度和刷新頻率,同時(shí)依托云平臺(tái)匯合多源數(shù)據(jù),借助大數(shù)據(jù)技術(shù)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、分析能力,得到更為全面的交通運(yùn)行信息。交通智能管理系統(tǒng)的分析結(jié)果一方面可以幫助交通參與者、管理者實(shí)時(shí)掌控現(xiàn)狀道路系統(tǒng)上各參與要素的運(yùn)行狀態(tài),更為重要的是能為交通管理措施(如信號(hào)優(yōu)化、可變車道分布、公交優(yōu)先方案等)的制定提供依據(jù),并指導(dǎo)交通發(fā)展戰(zhàn)略和規(guī)劃方案的制訂。

不僅如此,通過大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)車牌、人臉數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)、分析,能夠精確掌握一些車輛的全天候出行規(guī)律,然后通過對(duì)大量車輛數(shù)據(jù)的匯總分析,精確預(yù)測(cè)車流高峰,甚至對(duì)每個(gè)路口進(jìn)入高峰的大概時(shí)間,某個(gè)時(shí)間段的路段上行駛的都是哪些車輛都能做出較為準(zhǔn)確的預(yù)判,為交通管制及交通梳理提供重要參考。

3.2 新型交通出行方式方面 目前比較引人注目的無人駕駛、自動(dòng)駕駛、共享車輛都是以大數(shù)據(jù)技術(shù)作為前提的。如果僅僅依靠傳感器獲取的有限道路環(huán)境信息來進(jìn)行剎車或預(yù)處理操作,顯然不足以為車輛駕駛提供足夠的安全保證,而借助大數(shù)據(jù)技術(shù)提供的海量數(shù)據(jù)處理能力,就能提前對(duì)路況做出“心中有數(shù)”,并通過智能化的交通控制系統(tǒng)來實(shí)時(shí)調(diào)整車輛運(yùn)行軌跡和狀態(tài),為無人駕駛車輛行駛上路提供更高的安全保證。

隨著互聯(lián)網(wǎng)、5G 技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展,網(wǎng)約共享汽車、共享單車等新型交通服務(wù)模式的規(guī)模不斷增加,依托完備的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng),共享服務(wù)提供平臺(tái)也在不斷優(yōu)化服務(wù)內(nèi)容,比如拼車服務(wù)路徑優(yōu)化、分時(shí)段分區(qū)域車輛投放規(guī)模、實(shí)時(shí)優(yōu)化車輛調(diào)配范圍等,不斷提升的服務(wù)水平,使得這些共享出行模式愈加受到出行者的青睞。

3.3 平安城市建設(shè)方面 通過將智能交通系統(tǒng)與城市治安監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)字城管系統(tǒng)、應(yīng)急指揮系統(tǒng)等進(jìn)行整合,形成城市聯(lián)動(dòng)管理機(jī)制,能夠大大提高城市的集成化、智慧化管理水平。例如,目前多個(gè)城市通過整合各方海量數(shù)據(jù),利用大數(shù)據(jù)平臺(tái)自動(dòng)比對(duì)識(shí)別違法車輛,一些套牌車輛、逾期未年檢的車輛、被法院查封的“老賴”車輛、案件嫌疑車輛上路之后,只要進(jìn)入監(jiān)控系統(tǒng)范圍,就能第一時(shí)間被識(shí)別出來,幫助交警部門實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)糾違,并反饋給其它相關(guān)執(zhí)法部門,提高各類違法案件的破獲率。再如,對(duì)于交通肇事逃逸行為,即便肇事者遮蔽、更換車牌,或一開始使用的就是套牌,也能夠通過對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)海量車輛信息的碰撞比對(duì),從中排查出車輛特征及駕駛員特征高度吻合的肇事車輛,為案件偵破提供巨大幫助。

結(jié)語

綜上所述,以大數(shù)據(jù)分析技術(shù)為基礎(chǔ)的智能交通系統(tǒng),充分利用大數(shù)據(jù)的海量、多元化基本特征,通過對(duì)大數(shù)據(jù)整合、挖掘、分析、展示功能,不僅可以向交通使用者快速反饋實(shí)時(shí)交通運(yùn)行狀況、提供交通出行優(yōu)化方案,而且可以為城市交通管理提供橫向?qū)?biāo)城市交通發(fā)展經(jīng)驗(yàn)借鑒、城市縱向歷史交通發(fā)展軌跡評(píng)估,為城市現(xiàn)狀及未來交通提供可實(shí)施、個(gè)性化的管理及發(fā)展策略,推動(dòng)城市交通領(lǐng)域的科學(xué)快速發(fā)展。