基于大數(shù)據(jù)的路網(wǎng)綜合管理平臺設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

邱 淮

（福建省高速公路集團(tuán)有限公司，福州 350001）

1 引言

我國高速公路經(jīng)過30 年的蓬勃發(fā)展， 截至2018 年底，通車?yán)锍踢_(dá)到14.26 萬公里，國家高速公路年平均日交通量為26435 輛， 年平均日行駛量為138840 萬車公里。 隨著人類生產(chǎn)出行活動的加劇及云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)在高速公路行業(yè)的應(yīng)用，交通數(shù)據(jù)種類、數(shù)量均呈跨越式增長趨勢，如何充分挖掘海量數(shù)據(jù)價值，更好的服務(wù)于高速公路行業(yè)管理和公眾出行服務(wù)， 是高速公路管理部門和信息化從業(yè)人員需要不斷思考和探索的新課題。

2018 年2 月，交通運(yùn)輸部辦公廳印發(fā)《關(guān)于加快推進(jìn)新一代國家交通控制網(wǎng)和智慧公路試點(diǎn)的通知》，福建省作為九個試點(diǎn)省份之一， 重點(diǎn)實(shí)施內(nèi)容為基于大數(shù)據(jù)的路網(wǎng)綜合管理， 構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)的高速公路運(yùn)營與服務(wù)智能化管理決策平臺。本文以試點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目為依托，提出大數(shù)據(jù)路網(wǎng)綜合管理平臺設(shè)計與建設(shè)思路。

2 數(shù)據(jù)分類及特點(diǎn)

2.1 數(shù)據(jù)分類

高速公路數(shù)據(jù)從內(nèi)在結(jié)構(gòu)可以分為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)， 結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)主要包括收費(fèi)等應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)主要為視頻、圖片等。 高速公路數(shù)據(jù)按照業(yè)務(wù)種類主要包括以下內(nèi)容：

（1）基礎(chǔ)信息。 包括高速公路路線、樞紐互通、隧道、橋梁、服務(wù)區(qū)、收費(fèi)站等基礎(chǔ)信息，包括物理參數(shù)、載荷參數(shù)等。

（2）聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)數(shù)據(jù)。包括通行費(fèi)、收費(fèi)站流量、斷面流量、收費(fèi)流水等信息，存儲著高速公路通車以來的所有收費(fèi)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)規(guī)模十分龐大。

（3）運(yùn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)。 包括道路擁堵告警、隧道火災(zāi)報警、交通氣象監(jiān)測等路網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)。

（4）視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)。 包括高速公路主線、隧道及收費(fèi)站的視頻圖像數(shù)據(jù)。

（5）道路養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)。 包括高速公路養(yǎng)護(hù)施工、橋梁及隧道的技術(shù)狀況評定等級等數(shù)據(jù)。

（6）事件報送信息。 包括12122 電話接警、APP/微信用戶報料等信息數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)特點(diǎn)

高速公路交通大數(shù)據(jù)作為特定行業(yè)的大數(shù)據(jù)， 具有數(shù)據(jù)種類繁多，數(shù)據(jù)生成速度快、數(shù)據(jù)價值密度低、數(shù)據(jù)量巨大等特點(diǎn)。在高速公路運(yùn)營管理中，不僅對實(shí)時性數(shù)據(jù)和歷史性數(shù)據(jù)采集、分析均有較高的要求，基于交通行業(yè)數(shù)據(jù)的分析、應(yīng)用對交通狀態(tài)評估、行業(yè)管理和公眾出行服務(wù)也有較大的意義。

3 路網(wǎng)大數(shù)據(jù)應(yīng)用

高速公路行業(yè)具有豐富的數(shù)據(jù)資源， 但數(shù)據(jù)資源更多沉積在各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)，業(yè)務(wù)之間缺乏溝通和聯(lián)系，數(shù)據(jù)共享不足，造成了交通數(shù)據(jù)資源“孤島現(xiàn)象”嚴(yán)重，影響信息資源的共享利用和集成開發(fā)， 對現(xiàn)有應(yīng)用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)資源的整合利用還不夠深入，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化工作分散建設(shè)，嚴(yán)重制約了路網(wǎng)綜合管理的集成和融合應(yīng)用。

為解決目前系統(tǒng)運(yùn)行痛點(diǎn)，聚焦數(shù)據(jù)的分析、挖掘、應(yīng)用， 大數(shù)據(jù)路網(wǎng)綜合管理平臺主要建設(shè)內(nèi)容包括建立一套融合多源數(shù)據(jù)且規(guī)范可靠的高速公路網(wǎng)全面感知體系，建立數(shù)據(jù)資源整合、管理、分析及共享的統(tǒng)一路網(wǎng)支撐平臺，并基于平臺建立高速公路建設(shè)、管理、養(yǎng)護(hù)的決策管理服務(wù)應(yīng)用、出行服務(wù)應(yīng)用，同時提升行業(yè)管理系統(tǒng)的智能化水平。 平臺應(yīng)用主要包括運(yùn)行監(jiān)測、應(yīng)急處置、公眾服務(wù)以及態(tài)勢可視化等領(lǐng)域。

3.1 路網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測

基于綜合路網(wǎng)大數(shù)據(jù)中心提供的多來源、多維度、多類型業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)信息的自動聯(lián)動響應(yīng)、采用統(tǒng)計分析和挖掘分析方法， 對預(yù)設(shè)的業(yè)務(wù)專題進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，計算高速公路運(yùn)行的關(guān)鍵指標(biāo)。該應(yīng)用支持自定義報表輸出，支持以可編輯圖表、圖形和GIS 一張圖等方式，多要素聯(lián)動，點(diǎn)面結(jié)合，實(shí)時呈現(xiàn)全省高速公路的管理運(yùn)行態(tài)勢。

3.2 路網(wǎng)應(yīng)急處置

基于“平戰(zhàn)結(jié)合”的設(shè)計理念，將信息、安監(jiān)、路政、養(yǎng)護(hù)等應(yīng)急相關(guān)職能部門的數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)有機(jī)融合， 初步建立高速公路突發(fā)事件應(yīng)急處置體系。事前階段，支持對事故隱患、重大危險源、關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施、重要防護(hù)目標(biāo)等要素的空間分布和運(yùn)行狀況進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測， 并通過接報系統(tǒng)從12122 熱線、微信小程序、互聯(lián)網(wǎng)圖商、交警部門、應(yīng)急部門等多個信息采集渠道搜集信息；事中階段，依托智能預(yù)案匹配、融合通信調(diào)度實(shí)施跨行業(yè)、跨部門、跨級別的聯(lián)動應(yīng)急處置； 事后階段能夠?qū)ν话l(fā)事件的全流程進(jìn)行回溯和考評。

3.3 路網(wǎng)公眾服務(wù)

（1）12122 智能客服

2020 年1 月1 日，全國高速公路撤銷全部省界收費(fèi)站，建設(shè)ETC 門架，推進(jìn)高速公路管理和收費(fèi)制度改革，這給對我們的ETC 客戶服務(wù)工作帶來了很大的挑戰(zhàn)。 福建的ETC 客服具有自身的特點(diǎn)，ETC 客服與12122 救援合署辦公，資源共享。本次項(xiàng)目通過將人工智能語音機(jī)器人與12122 救援熱線相結(jié)合， 依托綜合路網(wǎng)大數(shù)據(jù)中心提供的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，對原12122 呼叫中心進(jìn)行了全面升級。除了采用語音機(jī)器人承擔(dān)大部分客服話務(wù)， 還開發(fā)了咨詢熱線跨區(qū)域動態(tài)溢出算法，既保證了救援的及時性，又提高了人員利用率。

（2）互聯(lián)網(wǎng)出行服務(wù)

綜合路網(wǎng)公眾服務(wù)前端新增微信小程序?yàn)榻换シ绞剑c目前已有的福建高速微信公眾號和閩通寶APP 互為補(bǔ)充； 后端將智能客服機(jī)器人的智能交互能力與綜合路網(wǎng)大數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)支撐能力緊密結(jié)合， 在已有的交通資訊、車主服務(wù)等信息服務(wù)的基礎(chǔ)上，特別新增了ETC在線智能客服、一鍵救援、一鍵爆料、路況快報等新功能，加強(qiáng)與客戶的互動，讓客戶也成為管理運(yùn)營的參與主體，也為未來更多的業(yè)務(wù)拓展打下良好的基礎(chǔ)。

3.4 路網(wǎng)態(tài)勢可視化

面向省、 市兩級指揮信息中心的大屏指揮調(diào)度的需求，基于三維矢量渲染引擎和三維GIS 引擎，將綜合路網(wǎng)智慧大腦提供的實(shí)時分析數(shù)據(jù)以各種曲線形式在計算機(jī)中進(jìn)行相關(guān)計算擬合， 并利用圖型特效技術(shù)構(gòu)建出一套場景化動態(tài)展示系統(tǒng)。在場景設(shè)計方面，構(gòu)建省級與設(shè)區(qū)市級指揮信息中心的綜合路網(wǎng)態(tài)勢可視化展示場景，并針對日常監(jiān)測、應(yīng)急指揮、節(jié)假日保障、調(diào)研考察等不同業(yè)務(wù)專題定制對應(yīng)的主題場景。 行業(yè)管理者可以以最便捷、 最直觀的方式全方位獲取轄區(qū)高速路網(wǎng)的運(yùn)行態(tài)勢信息。

4 平臺架構(gòu)設(shè)計

4.1 設(shè)計思路

福建省大數(shù)據(jù)路網(wǎng)綜合管理平臺項(xiàng)目設(shè)計充分結(jié)合高速公路運(yùn)營管理體制，實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)共享、融合應(yīng)用，平臺設(shè)計思路主要包括以下三個方面：

4.1.1 立足業(yè)務(wù)需求

該項(xiàng)目建設(shè)了與福建省高速公路統(tǒng)一運(yùn)營管理體制相匹配的、統(tǒng)一的省市兩級一體化路網(wǎng)管理信息化平臺，實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的串聯(lián)融合。平臺縱向融合省、市兩級高速公路指揮信息中心的日常業(yè)務(wù)， 并對接交通部和省交通廳的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，既聚焦了核心業(yè)務(wù)的協(xié)同聯(lián)動，又兼顧了省市兩級的分工差異； 橫向串聯(lián)起高速公路收費(fèi)系統(tǒng)、機(jī)電設(shè)備聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、應(yīng)急指揮調(diào)度系統(tǒng)、綜合態(tài)勢高分可視化系統(tǒng)、軟交換通信系統(tǒng)、公眾服務(wù)系統(tǒng)和協(xié)同辦公系統(tǒng)等多個獨(dú)立的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，打破信息壁壘，提升協(xié)同效率，推進(jìn)管理體制創(chuàng)新。

4.1.2 數(shù)據(jù)融合應(yīng)用

該項(xiàng)目立足于構(gòu)建完善的高速公路智慧化客戶服務(wù)平臺，整合集團(tuán)公司內(nèi)網(wǎng)、政務(wù)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等多渠道數(shù)據(jù)。基于移動互聯(lián)網(wǎng)、 高速視頻監(jiān)控系統(tǒng)采集高速路網(wǎng)運(yùn)行信息、 基于運(yùn)營商手機(jī)信令數(shù)據(jù)采集高速公路出行客流運(yùn)行特征和服務(wù)區(qū)人流狀況分析、 通過收費(fèi)系統(tǒng)采集ETC 車輛等數(shù)據(jù)信息，同時融合氣象、兩客一危等車輛信息，實(shí)現(xiàn)基于全方位的信息采集處理。以數(shù)據(jù)融合應(yīng)用助力路網(wǎng)運(yùn)營模式創(chuàng)新。

（1）通過公眾出行服務(wù)信息發(fā)布，來構(gòu)建出行客戶服務(wù)新模式。 探索客戶參與、共治共贏的運(yùn)營模式創(chuàng)新。 通過建設(shè)公眾服務(wù)智慧應(yīng)用， 吸引越來越多的客戶參與到高速路網(wǎng)運(yùn)營的互動中來。 強(qiáng)化高速運(yùn)營企業(yè)與客戶之間的信息紐帶，為客戶提供更加安全、暢通、高效的通行服務(wù)。

（2）基于大數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘數(shù)據(jù)后續(xù)潛在的商業(yè)價值。 通過建立刻畫出人、車在高速公路上的行為畫像，進(jìn)而挖掘高速公路生態(tài)圈中的更多產(chǎn)品和服務(wù)的商業(yè)價值，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)變現(xiàn)和反向回哺到企業(yè)運(yùn)營。

（3）基于分析路網(wǎng)各類數(shù)據(jù)運(yùn)行分析挖掘構(gòu)建路網(wǎng)運(yùn)行預(yù)警模型， 來構(gòu)建路網(wǎng)出行應(yīng)急協(xié)調(diào)、 應(yīng)急預(yù)案設(shè)置，探索基于大數(shù)據(jù)應(yīng)用的應(yīng)急保障支撐體系建設(shè)。

4.1.3 驅(qū)動業(yè)務(wù)創(chuàng)新

該項(xiàng)目的建設(shè)中， 立足業(yè)務(wù)需求， 應(yīng)用了移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)挖掘、手機(jī)定位和三維地理信息引擎等多項(xiàng)前沿信息技術(shù)， 以新技術(shù)融合應(yīng)用驅(qū)動業(yè)務(wù)應(yīng)用創(chuàng)新：

（1）基于大數(shù)據(jù)分析挖掘的實(shí)現(xiàn)展現(xiàn)的一張圖：讓決策者、 管理者者能夠全面快速精準(zhǔn)高效地獲取高速運(yùn)營的全息信息，提升了決策的及時性與準(zhǔn)確性。

（2）AI 智能客服機(jī)器人結(jié)合軟交換呼叫中心平臺的應(yīng)用，極大地減輕了基層信息員的重復(fù)性勞動負(fù)擔(dān)，能夠推動高速指揮信息中心客戶服務(wù)資源的優(yōu)化配置。

（3） 利用基于用戶撥打12122 語音和短信產(chǎn)生的信令數(shù)據(jù)，采集事故車輛車主用戶的手機(jī)精確的位置數(shù)據(jù)，從而快速定位事故車輛， 可以為應(yīng)急救援贏得寶貴的時間；基于微信公眾號、小程序等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，給公眾出行構(gòu)建了更符合使用習(xí)慣的交流溝通渠道， 更友好的界面使用體驗(yàn)。

4.2 平臺架構(gòu)設(shè)計

福建省大數(shù)據(jù)路網(wǎng)綜合管理平臺的建設(shè)以綜合路網(wǎng)大數(shù)據(jù)中心為核心，采用分層解耦技術(shù)架構(gòu)，匯聚多源異構(gòu)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)， 在此基礎(chǔ)上將原本分散的功能模塊和業(yè)務(wù)系統(tǒng)橫向串聯(lián)起來，立足需求落地創(chuàng)新的智能應(yīng)用。分層解耦架構(gòu)的特點(diǎn)是：分層之間、模塊之間均采用標(biāo)準(zhǔn)接口適配，不同時期、不同廠商建設(shè)的不同業(yè)務(wù)應(yīng)用都可以在數(shù)據(jù)層之上穩(wěn)定運(yùn)行，彼此之間不會相互制約和限制，具有良好兼容性和擴(kuò)展性。

圖1 平臺架構(gòu)設(shè)計

福建省大數(shù)據(jù)路網(wǎng)綜合管理平臺的整體架構(gòu)如圖1所示，分為設(shè)施層、支撐層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層、展示層。

設(shè)施層提供大數(shù)據(jù)路網(wǎng)綜合管理平臺運(yùn)行的基礎(chǔ)軟硬件環(huán)境，包括服務(wù)器、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備和信息安全設(shè)備等。

支撐層為數(shù)據(jù)集成和業(yè)務(wù)應(yīng)用提供公共支撐組件，包括：公共基礎(chǔ)組件、數(shù)據(jù)集成工具、數(shù)據(jù)分析模型庫和算法庫、GIS 引擎、3D 圖形渲染引擎等。

數(shù)據(jù)層是綜合路網(wǎng)大數(shù)據(jù)中心軟件系統(tǒng)的核心支撐組件，承擔(dān)著數(shù)據(jù)樞紐的角色。它實(shí)現(xiàn)了全省高速公路的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（路段/橋梁/隧道/設(shè)備/設(shè)施等）、收費(fèi)數(shù)據(jù)（ETC/MTC）、ETC 門架過車數(shù)據(jù)、 高速出入口及重要路段流量數(shù)據(jù)、服務(wù)區(qū)監(jiān)測信息、機(jī)電設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控（AI 圖像識別）、交通事故/事件/施工/養(yǎng)護(hù)/管制信息、路面交通誘導(dǎo)信息、互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時交通路況、互聯(lián)網(wǎng)高精度氣象數(shù)據(jù)和手機(jī)信令/定位信息等多來源、多維度、多類型數(shù)據(jù)的采集、清洗、轉(zhuǎn)換、關(guān)聯(lián)、比對、歸并、標(biāo)識、修正、重組、審計和共享，并且以標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)服務(wù)的方式為應(yīng)用層提供源頭活水。

應(yīng)用層緊扣業(yè)務(wù)需求，先期建設(shè)運(yùn)行監(jiān)測（大數(shù)據(jù)綜合路網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測）、應(yīng)急指揮（綜合路網(wǎng)應(yīng)急處置）、公眾服務(wù)（12122 智能客服平臺、綜合路網(wǎng)公眾服務(wù)）和管理決策（綜合路網(wǎng)態(tài)勢可視化）共四大類五項(xiàng)智慧應(yīng)用。 在數(shù)據(jù)融合的基礎(chǔ)上針對不同的用戶群體保持功能的相對獨(dú)立，相互關(guān)聯(lián)、無縫銜接。 高分可視化決策指揮系統(tǒng)為基于大屏的互動提供支撐。為滿足值守人員、應(yīng)急指揮人員、 管理與服務(wù)人員以及上級政府部門和社會公眾的需求提供相應(yīng)的技術(shù)支撐。

展示層提供大數(shù)據(jù)路網(wǎng)綜合管理平臺的人機(jī)交互界面。 決策者和管理者可以通過高分辨率大屏全面查看全省高速的實(shí)時運(yùn)行態(tài)勢； 工作人員可以使用綜合網(wǎng)的臺式電腦進(jìn)行各種業(yè)務(wù)操作；廣大公眾（尤其是ETC 客戶）可以通過福建高速微信小程序、公眾號等進(jìn)行信息互動。

4.3 數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計

高速公路業(yè)務(wù)系統(tǒng)較多，各系統(tǒng)研發(fā)集成廠家不一，采用的技術(shù)架構(gòu)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)多種多樣，因此，如何實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合、共享、應(yīng)用，是路網(wǎng)綜合管理平臺建設(shè)過程中的一個難點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)。 路網(wǎng)綜合管理平臺統(tǒng)一了各業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交換內(nèi)容、 數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)交換形式，確保數(shù)據(jù)信息完整有效融合。

綜合路網(wǎng)大數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計如圖2 所示。其依據(jù)數(shù)據(jù)處理過程進(jìn)行了邏輯分區(qū)，將貼源數(shù)據(jù)（原始數(shù)據(jù)）、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（中間數(shù)據(jù)）、主題數(shù)據(jù)（結(jié)果數(shù)據(jù)）和共享數(shù)據(jù)的分區(qū)管理，實(shí)現(xiàn)不同環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)之間的有效隔離，有助于減少互斥，提高運(yùn)行效率。 其中，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)區(qū)是支撐業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行所需要的數(shù)據(jù)來源； 整合數(shù)據(jù)區(qū)匯聚了多種方式提取的結(jié)構(gòu)化貼源數(shù)據(jù)、 非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和經(jīng)數(shù)據(jù)治理而形成的各類核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)；基礎(chǔ)庫中的“靜態(tài)”和“動態(tài)”數(shù)據(jù)在融合分析區(qū)中進(jìn)行多維度分析；生成的結(jié)果存放在主題庫中； 共享庫根據(jù)用戶權(quán)限配置從基礎(chǔ)庫和主題庫提取數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)的分發(fā)。

圖2 數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計

5 結(jié)束語

通過福建省大數(shù)據(jù)路網(wǎng)綜合管理平臺的建設(shè)， 福建高速對如何將大數(shù)據(jù)、 人工智能等新技術(shù)手段與高速公路管理運(yùn)營工作實(shí)踐相結(jié)合，做了有益的探索，也取得了一定的成效。 高速公路大數(shù)據(jù)項(xiàng)目的建設(shè)要達(dá)成預(yù)期的目標(biāo)，首先必須切實(shí)做好需求調(diào)研，從業(yè)務(wù)中來，到業(yè)務(wù)中去；其次要重視頂層設(shè)計，架構(gòu)設(shè)計優(yōu)劣會長期影響信息化建設(shè)的成效； 第三要充分發(fā)揮綜合路網(wǎng)大數(shù)據(jù)中心的核心樞紐作用，充分挖掘數(shù)據(jù)效果，通過數(shù)據(jù)驅(qū)動實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的集成創(chuàng)新；最后，在項(xiàng)目建設(shè)的過程中，制定配套的管理制度也是必要的保障措施。