高速公路大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用創(chuàng)新平臺建設(shè)探析

孫蘭軍

（山東省交通運輸廳 數(shù)據(jù)應(yīng)用和收費結(jié)算中心,山東 濟南 250002）

1 需求分析

1.1 高速公路在交通運輸中的地位

公路出行是我國民眾出行的主要方式之一，也是人們最喜歡的出行方式，出行距離在200 km以內(nèi)和800 km以上利用公路出行的比例最高，分別為33.5%和30.1%。數(shù)據(jù)證明，公路交通運輸在國家經(jīng)濟中起重要作用，高速公路作為公路運輸中的交通骨干網(wǎng)絡(luò)，預(yù)計2020年末，高速公路建成里程將達(dá)到15萬公里。

1.2 大數(shù)據(jù)與高速公路

大數(shù)據(jù)是世界范圍內(nèi)被廣泛關(guān)注的熱點領(lǐng)域，其強大的顛覆性將會深刻改變?nèi)祟惿鐣纳a(chǎn)生活，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)與分析方法挖掘高速大數(shù)據(jù)背后的聯(lián)系與規(guī)律，能夠為相關(guān)職能部門的管理決策提供強有力的數(shù)據(jù)支持，加快推進智能交通的落地。

高速公路收費系統(tǒng)中就蘊藏了大量高價值數(shù)據(jù)，是交通大數(shù)據(jù)中的重要的、核心的數(shù)據(jù)資產(chǎn)。特別是2019年底，全國高速公路取消省界收費站工程的實施，高速公路收費產(chǎn)生的數(shù)據(jù)更加多樣化，數(shù)據(jù)量是原先的10倍以上。此外，隨著ETC拓展應(yīng)用的開展，ETC無感停車?yán)U費、ETC加油等應(yīng)用的開展，ETC系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)更加多樣，此類信息是交通大數(shù)據(jù)分析的重要數(shù)據(jù)來源。

1.3 山東省高速公路大數(shù)據(jù)建設(shè)現(xiàn)狀

目前，山東省大數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)起步晚,高速公路大數(shù)據(jù)建設(shè)相對滯后，存在部分不足：（1）重視程度不足、投入不足，尚未將大數(shù)據(jù)分析作為管理決策和路網(wǎng)運營的主要手段和工具。（2）數(shù)據(jù)采集不足，數(shù)據(jù)單一。目前僅采集了收費相關(guān)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，大量數(shù)據(jù)未采集和利用。（3）數(shù)據(jù)共享壁壘多，不能跨部門、跨行業(yè)數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析少，政務(wù)協(xié)作還不順暢。（4）數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，無數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系，數(shù)據(jù)交換和共享方式無統(tǒng)一規(guī)范、統(tǒng)一接口、安全控制手段和管理制度。（5）數(shù)據(jù)分析和挖掘力度不夠、數(shù)據(jù)展現(xiàn)能力弱、運營和管理可視化弱。（6）數(shù)據(jù)應(yīng)用創(chuàng)新少，數(shù)據(jù)支撐能力不足。

2 建設(shè)目標(biāo)

2.1 建設(shè)目標(biāo)

山東省高速公路大數(shù)據(jù)建設(shè)中應(yīng)當(dāng)充分總結(jié)外部成功經(jīng)驗和吸取外部教訓(xùn)，建設(shè)高質(zhì)量的大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用系統(tǒng)，有效支撐交通運輸管理的決策和運營、交通強省戰(zhàn)略的實施和落地。大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用創(chuàng)新平臺頂層設(shè)計見圖1。

2.1.1 制定標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一規(guī)范

制定全省行業(yè)內(nèi)統(tǒng)一的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一數(shù)據(jù)定義和數(shù)據(jù)格式，形成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)。

制定全省行業(yè)內(nèi)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)共享制度、規(guī)范、接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、交換的統(tǒng)一接口、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和安全可控。

2.1.2 安全、高效的數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)只有大規(guī)模、實時、多類型、高價值數(shù)據(jù)采集，才能保障大數(shù)據(jù)平臺有效性和高價值。

2.1.3 建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)資源平臺

數(shù)據(jù)資源平臺包括基礎(chǔ)、業(yè)務(wù)、歷史、分門別類的交通主題數(shù)據(jù)，共享和交換的數(shù)據(jù)。建立安全、統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)、高效的數(shù)據(jù)資源平臺，實現(xiàn)公共數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)共享。

2.1.4 建設(shè)穩(wěn)定、高效的大數(shù)據(jù)計算平臺

平臺包括數(shù)據(jù)采集、清洗、存儲、分析，進行實時和離線數(shù)據(jù)計算，建設(shè)成為開放平臺，向各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)開放，為交通運輸行業(yè)提供有力支撐。

2.1.5 建設(shè)全面的數(shù)據(jù)分析平臺

（1）建設(shè)全面的數(shù)據(jù)分析模型，包括高速公路收費、運營、管理相關(guān)模型，高速遷徙、高速交通仿真、車輛信用、特情分析等模型。（2）建立統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)GIS平臺，有效支撐省廳相關(guān)GIS展示服務(wù)、數(shù)據(jù)地圖可視化，并具備為運營單位、其他業(yè)務(wù)單位提供云GIS服務(wù)的能力。（3）建立圖形特征識別平臺，提供車牌識別、車輛行駛特性提取功能，從海量圖像數(shù)據(jù)中提出高價值的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，有效支撐執(zhí)法、稽查對車輛和行駛特征提取的要求，并具備為運營單位、其他業(yè)務(wù)單位提供云服務(wù)的能力。

2.1.6 大數(shù)據(jù)分析平臺業(yè)務(wù)創(chuàng)新應(yīng)用

（1）建設(shè)商業(yè)智能分析、大數(shù)據(jù)綜合分析和業(yè)務(wù)創(chuàng)新應(yīng)用平臺。商業(yè)智能分析包括大數(shù)據(jù)展示，完成數(shù)據(jù)價值的呈現(xiàn)。為高速公路綜合收費、運營分析、高速遷徙、運營車輛分析、特征車輛分析、節(jié)能減排等，能夠提供支撐管理決策。（2）為數(shù)據(jù)科學(xué)家、數(shù)據(jù)工程師、維護人員提供數(shù)據(jù)分析接口，對大數(shù)據(jù)進行探索和挖掘；提供交通行業(yè)的關(guān)聯(lián)分析、交通仿真、大數(shù)據(jù)報告和特情分析等功能。（3）業(yè)務(wù)創(chuàng)新孵化。針對ETC拓展應(yīng)用、ETC客戶服務(wù)、高速公路服務(wù)區(qū)應(yīng)用、政務(wù)協(xié)同、政企協(xié)同、應(yīng)急協(xié)同、特情保障、數(shù)據(jù)變現(xiàn)、北斗導(dǎo)航和下一代高速公路收費系統(tǒng)開展創(chuàng)新和孵化。

圖1 大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用創(chuàng)新平臺頂層設(shè)計

2.2 建設(shè)思路與原則

大數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用平臺是一個長期、不斷完善、開放、有決策人員、業(yè)務(wù)人員和技術(shù)人員廣泛參與的系統(tǒng)建設(shè)，能夠為領(lǐng)導(dǎo)輔助決策、企業(yè)降本增效、業(yè)務(wù)創(chuàng)新提供支撐平臺。

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 數(shù)據(jù)采集

高速公路數(shù)據(jù)類型多樣，數(shù)據(jù)資源豐富，高速出行過程中產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。高速公路大數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)，不僅涉及收費數(shù)據(jù)，更要廣泛采集交通運輸環(huán)節(jié)中的各類數(shù)據(jù)，跨業(yè)務(wù)、跨部門、跨行業(yè)對交通數(shù)據(jù)進行廣度和深度采集。

3.1.1 高速公路收費數(shù)據(jù)

高速公路收費數(shù)據(jù)包括ETC發(fā)行、清分結(jié)算、門架通行、ETC充值、入口治超、部中心、跨省交易等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)；包括高速公路通行、治超執(zhí)法檢查、服務(wù)區(qū)進出站等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。

3.1.2 ETC拓展應(yīng)用數(shù)據(jù)

ETC拓展應(yīng)用逐步開展，目前主要有ETC停車和ETC加油數(shù)據(jù)。

3.1.3 交通運輸行業(yè)數(shù)據(jù)

打通行業(yè)內(nèi)數(shù)據(jù)壁壘，采集兩客一危、綠通車、特種運輸?shù)葼I運車輛基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和GPS/北斗實時位置數(shù)據(jù)，以及所有智能聯(lián)網(wǎng)設(shè)備產(chǎn)生的業(yè)務(wù)和運行數(shù)據(jù)。

3.1.4 車輛基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

廣泛采集車企、工信部發(fā)布的車輛、車型數(shù)據(jù)，公安交警車輛、車主等數(shù)據(jù)。

3.1.5 互聯(lián)網(wǎng)公共數(shù)據(jù)采集通過互聯(lián)網(wǎng)獲取高速公路實時路況、實時氣象數(shù)據(jù)，通過各地公安違章查詢接口，獲取車輛違章等數(shù)據(jù)。

3.1.6 應(yīng)用軟件運行日志采集

通過應(yīng)用軟件運行過程中產(chǎn)生的大量業(yè)務(wù)日志獲取運行情況及用戶訪問習(xí)慣數(shù)據(jù)。

3.2 大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)

3.2.1 數(shù)據(jù)資源平臺建設(shè)

采用HTAP數(shù)據(jù)庫技術(shù)和產(chǎn)品，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)資源平臺。根據(jù)數(shù)據(jù)屬性分為不同類型數(shù)據(jù)庫，建立ODS數(shù)據(jù)庫、歷史庫、基礎(chǔ)信息庫、業(yè)務(wù)庫、交通主題庫和數(shù)據(jù)共享庫。

3.2.2 大數(shù)據(jù)計算平臺

采用開源、開放、主流的大數(shù)據(jù)計算技術(shù)，完成大數(shù)據(jù)采集、清洗、存儲，對數(shù)據(jù)進行實時和離線計算。

平臺應(yīng)具備高性能計算力，對大數(shù)據(jù)進行快速計算，縮短數(shù)據(jù)分析時間，保障各類應(yīng)用對時效性要求。

大數(shù)據(jù)平臺集成機器學(xué)習(xí)，具備分布式機器學(xué)習(xí)能力，支撐高速公路收費中車輛畫像、特情分析等應(yīng)用分析。

3.2.3 數(shù)據(jù)治理平臺

建設(shè)數(shù)據(jù)治理平臺，建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范數(shù)據(jù)體系，實現(xiàn)統(tǒng)一規(guī)范管理，形成山東省交通行業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.4 數(shù)據(jù)支撐服務(wù)平臺

結(jié)合山東省實際業(yè)務(wù)運營、交通運輸管理需要，建立不同主題的大數(shù)據(jù)分析模型。（1）多元軌跡還原分析模型。當(dāng)前高速公路收費主要依賴OBU/CPC的通行記錄信息，還原車輛行駛軌跡。在大數(shù)據(jù)平臺中通過引入多元素多類型數(shù)據(jù)，實現(xiàn)精準(zhǔn)還原行駛軌跡，參與還原路徑的數(shù)據(jù)包括：OBU/CPC通行標(biāo)識數(shù)據(jù)+圖像抓拍提出的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)+特殊車輛的定位數(shù)據(jù)+大數(shù)據(jù)路徑參考模型數(shù)據(jù)。（2）ETC出行特征分析模型。通過對ETC用戶出行行為使用分類、回歸、聚類等大數(shù)據(jù)算法進行分析，從宏觀和微觀上分析ETC出行特征。（3）車輛畫像與車輛信用模型。通過對車輛通行軌跡、車輛違章、車輛信息、車輛信用等綜合數(shù)據(jù)分析，構(gòu)建車輛全面、精準(zhǔn)、多維車輛畫像體系。對車輛信用進行多維評級，建立車輛在本省的通行信用信息。（4）遷徙分析模型。通過ETC/CPC通行記錄數(shù)據(jù)和車輛定位數(shù)據(jù)，建立車流遷徙態(tài)勢感知平臺，分析城市車流遷徙趨勢、區(qū)縣級行政區(qū)車流來源地、以及區(qū)縣級行政區(qū)的熱門車流遷入道路；分析各個城市之間往來關(guān)系，輔助政府及交通管理部門對交通進行研判和決策，輔助分析區(qū)域經(jīng)濟的關(guān)聯(lián)關(guān)系。（5）OD分析與擁堵分析模型。運用大數(shù)據(jù)技術(shù)進行OD分析。進行貨流OD、客運OD等分析，為交通管理、交通規(guī)劃、經(jīng)濟評價等相關(guān)人員提供更科學(xué)、更可靠的計算方法,為公眾提供更有價值的交通信息。（6）運行支撐分析模型。重點對門架天線、攝像頭、PSAM等關(guān)鍵設(shè)施建立分析模型。建立全省CPC卡流通模型，輔助現(xiàn)有的CPC卡調(diào)撥，并對卡丟失、卡損壞等、補卡繳費等事件進行關(guān)聯(lián)分析模型。（7）特情分析模型。針對突發(fā)事件、重大活動保障活動建立專題分析模型，輔助領(lǐng)導(dǎo)決策。重點對綠通車、在途卡、超時車、臨界車型、異常收費金額、異常行駛路線、異常進出站行為、異常天線標(biāo)識、異常圖像抓拍、異常CPC卡丟失等進行分析。通過相關(guān)數(shù)據(jù)分析模型，自動輸出相關(guān)異常行為后由人工審核，輔助收費和追繳偷逃費。（8）交通仿真數(shù)據(jù)分析模型。為交通仿真提供數(shù)據(jù)模型支持。

3.2.5 共享交換平臺

（1）大數(shù)據(jù)GIS平臺。建立全省高速公路大數(shù)據(jù)GIS平臺，為省廳大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用平臺提供GIS展示服務(wù)、數(shù)據(jù)地圖可視化服務(wù)，構(gòu)建全省高速公路“一張圖”。（2）圖像識別平臺。2019年底全國取消省界收費站后，全路網(wǎng)建設(shè)了大量的高清攝像頭，系統(tǒng)中存儲大量圖像數(shù)據(jù)，為更好挖掘數(shù)據(jù)資源，采用AI技術(shù)，建立統(tǒng)一的車輛特征識別平臺，對輸入抓拍圖片分析車輛的車牌、品牌、車款、類型、顏色、特征，提出為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，支撐收費稽核等業(yè)務(wù)開展。行駛證中的車輛識別號碼（VIN）中存儲了大量車輛特征，通過該特征開展輔助收費和相關(guān)業(yè)務(wù)。

3.3 業(yè)務(wù)層建設(shè)

依托大數(shù)據(jù)分析平臺，整合山東省高速公路管理、運營單位、科研院校、車企、運輸企業(yè)和應(yīng)用創(chuàng)新企業(yè)，開發(fā)智慧交通、智慧協(xié)同、數(shù)據(jù)變現(xiàn)和下一代技術(shù)應(yīng)用研發(fā)，助力交通強省戰(zhàn)略。

3.3.1 ETC拓展應(yīng)用

以大數(shù)據(jù)為支撐，把握1 800萬ETC用戶優(yōu)勢，探索“ETC虛擬交易”應(yīng)用，大力拓展ETC停車、加油、ETC綁定消費、ETC綁定繳費、ETC消費積分活動、ETC自駕游、ETC車險、ETC紅包等應(yīng)用，借助互聯(lián)網(wǎng)+ETC，讓OBU-ID作為新“ID”，讓ETC作為新支付方式。

3.3.2 ETC客服應(yīng)用

建立以客戶為中心的服務(wù)理念，全面提升服務(wù)質(zhì)量，提供電話、微信語音、直播、無線廣播等多種形式的客服支撐，服務(wù)車主，提升ETC用戶活躍度。

3.3.3 高速服務(wù)區(qū)應(yīng)用

以數(shù)據(jù)為支撐，互聯(lián)網(wǎng)+為手段，優(yōu)化高速服務(wù)區(qū)資源配置，加強全省高速公路服務(wù)區(qū)信息化服務(wù)能力，建設(shè)特色服務(wù)區(qū)。

3.3.4 協(xié)同應(yīng)用

開發(fā)與公安、應(yīng)急、旅游、氣象、住建等跨部門的協(xié)同應(yīng)用，提升政務(wù)協(xié)同能力。聯(lián)合車企、交通運輸企業(yè)，聯(lián)合開發(fā)智慧交通應(yīng)用。以大數(shù)據(jù)為支撐，為應(yīng)急事件處理開發(fā)相關(guān)應(yīng)用，提供應(yīng)急快速支撐能力。

3.3.5 重大活動、特情保障應(yīng)用

開發(fā)重大活動保障應(yīng)用和特情保障應(yīng)用，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供支撐。

3.3.6 數(shù)據(jù)變現(xiàn)應(yīng)用

積極探索數(shù)據(jù)金礦，依法依規(guī)用數(shù)據(jù)變現(xiàn)。

3.3.7 北斗應(yīng)用創(chuàng)新交通運輸行業(yè)是北斗系統(tǒng)應(yīng)用的重要領(lǐng)域，全國大量道路營運車輛、郵政和快遞運輸車輛已經(jīng)安裝使用或兼容北斗系統(tǒng)，基于大數(shù)據(jù)分析平臺和云GIS平臺，開發(fā)相關(guān)北斗創(chuàng)新應(yīng)用。

3.3.8 下一代高速收費系統(tǒng)

依托數(shù)據(jù)平臺支撐，探索符合山東省經(jīng)濟發(fā)展的高速公路收費模式，積極探索差異化收費、ETC優(yōu)惠政策、自動駕駛和車聯(lián)網(wǎng)時代的高速公路收費模式，開發(fā)下一代高速公路收費的模擬測試應(yīng)用。

4 結(jié)語

山東省高速公路大數(shù)據(jù)建設(shè)必須立足實際、不盲目追隨，做好頂層設(shè)計和規(guī)劃，將大數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用平臺建設(shè)成為支撐業(yè)務(wù)發(fā)展、業(yè)務(wù)創(chuàng)新的決策服務(wù)平臺。