高速公路數(shù)據(jù)管理體系研究

李 孜,陳志濤,楊 路,陸艷銘,何汝江

（云南省交通規(guī)劃設(shè)計研究院股份有限公司,云南 昆明 650041）

0 引言

高速公路數(shù)據(jù)管理體系是為了實現(xiàn)高速公路運營管理、決策制定和未來發(fā)展規(guī)劃的高效數(shù)據(jù)獲取、存儲、處理、分析和應(yīng)用，為高速公路系統(tǒng)中各類數(shù)據(jù)資源的規(guī)劃、整合、治理和優(yōu)化而設(shè)計的綜合性框架。它包含了數(shù)據(jù)中臺建設(shè)、數(shù)據(jù)治理和數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理等關(guān)鍵要素，通過對高速公路各項業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的清洗、轉(zhuǎn)換、治理等工作，將大量雜亂多樣的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一、規(guī)范和標準化[1]。

車路協(xié)同、邊緣計算、高速智慧運管養(yǎng)系統(tǒng)、AI 道路事件分析等交通行業(yè)新技術(shù)的應(yīng)用都以對海量的數(shù)據(jù)高效管理和使用為基礎(chǔ)，整合交通資源，促進跨領(lǐng)域的資源共享與數(shù)據(jù)開放[2]。目前，傳統(tǒng)高速公路仍存在基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化水平仍然較低，信息資源整合共享利用不足，子系統(tǒng)數(shù)據(jù)孤島嚴重，數(shù)據(jù)不能全生命周期傳遞，系統(tǒng)建設(shè)多、小、散，部門之間、部門內(nèi)部業(yè)務(wù)系統(tǒng)缺乏統(tǒng)籌共享等問題，更多解決了“從無到有”的缺陷，信息壁壘仍然大量存在，數(shù)據(jù)質(zhì)量也需要進一步提高，建設(shè)集一體化、人性化、便捷性于一體、高效運營和服務(wù)的高速公路數(shù)據(jù)管理體系勢在必行。

1 高速公路數(shù)據(jù)管理現(xiàn)狀

通過對相關(guān)文獻的研究發(fā)現(xiàn)，目前學者普遍認為大數(shù)據(jù)應(yīng)用在企業(yè)運營領(lǐng)域具有非常大的發(fā)展?jié)摿ΑｋS著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，在交通運輸行業(yè)中，高速公路的數(shù)據(jù)管理需要借助數(shù)據(jù)中臺、數(shù)據(jù)治理等手段實現(xiàn)優(yōu)化。王越等人[3]針對子公司數(shù)量多、項目繁雜、資金分散、數(shù)據(jù)冗余的高速公路企業(yè)集團，提出一種搭建數(shù)據(jù)中臺來優(yōu)化數(shù)據(jù)治理的財務(wù)管理模式。譚峰等人[4]重點對基于中臺技術(shù)的技術(shù)架構(gòu)進行探究，并提出了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)部署架構(gòu)。

隨著社會的不斷發(fā)展，交通運輸作為基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的重要組成部分，正面臨著更高效、更智能、更生態(tài)的建設(shè)要求[5]。高速公路信息用戶種類繁多，需求多種多樣，當前高速公路領(lǐng)域信息化建設(shè)中的信息孤島遍布，管理效率低下，在信息的采集、加工、交換、共享和應(yīng)用方面存在諸多問題，具體表現(xiàn)如下：

信息“孤島”嚴重，頂層規(guī)劃缺位。由于高速公路各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)是分階段實施的，在建設(shè)初期，各部門之間無法有效共享數(shù)據(jù)。

信息資源應(yīng)用單一，缺乏共享。傳統(tǒng)高速公路建設(shè)中尚無統(tǒng)一的一體化管理軟件平臺，信息資源只有得到交流和共享，才能得到充分開發(fā)和利用。

缺乏對數(shù)據(jù)的有效利用。交通大數(shù)據(jù)開發(fā)利用度不高，普遍看而不用，很多業(yè)務(wù)場景下數(shù)字化只停留在數(shù)據(jù)感知、匯集和觀看階段，難以適應(yīng)行業(yè)內(nèi)豐富的業(yè)務(wù)需求。

2 高速公路數(shù)據(jù)管理體系目標研究

2.1 通過數(shù)據(jù)治理建立數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理體系

建立高速公路數(shù)據(jù)資產(chǎn)統(tǒng)一管理體系，通過對高速公路的交通基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)、地理空間和模型數(shù)據(jù)等進行數(shù)據(jù)治理，提高各類應(yīng)用獲取數(shù)據(jù)的效率，降低成本和風險，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資產(chǎn)的標準化管理和充分利用。具體目標包括：

（1）高速公路數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集平臺：通過建設(shè)數(shù)據(jù)湖，實現(xiàn)全面采集、實時傳輸、可靠存儲各類數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的完整性和安全性。

（2）高速公路數(shù)據(jù)統(tǒng)一治理平臺：針對交通運輸全生命周期數(shù)據(jù)的復雜性和多樣性，有效地集成各種硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)跨平臺的雙向數(shù)據(jù)調(diào)用，以便更好地收集、處理、存儲和服務(wù)數(shù)據(jù)。

2.2 通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準體系建設(shè)，實現(xiàn)全面數(shù)字化管理

統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準體系是高速公路數(shù)據(jù)管理體系的重要組成部分之一，須滿足數(shù)字化公路建設(shè)和相關(guān)業(yè)務(wù)管理的需求。通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)指標體系，指導各個應(yīng)用場景系統(tǒng)建設(shè)，提高交互效率。這一體系將集成各種高速公路數(shù)據(jù)來源，例如養(yǎng)護管理數(shù)據(jù)、公路機電系統(tǒng)數(shù)據(jù)，視頻雷達數(shù)據(jù)、地理信息數(shù)據(jù)等，實現(xiàn)數(shù)據(jù)歸口管理、加工規(guī)范及分析集成。

2.3 基于數(shù)據(jù)中臺助力高速公路從信息化向數(shù)字化轉(zhuǎn)型

高速公路智慧化發(fā)展建設(shè)大致可分為四個階段，面向機電產(chǎn)品研制、標準化、產(chǎn)品化的1.0 階段；以高速公路通信、收費、監(jiān)控建立和完善的2.0 階段；基于云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)構(gòu)建高速公路智能整合平臺的信息化3.0 階段；實現(xiàn)道路交通一體化、車路協(xié)同、天地一張圖的智慧化4.0 階段。

經(jīng)過多年建設(shè)，目前全國高速公路發(fā)展處于3.0 階段，是智慧高速標準化建設(shè)實踐試點和攻堅階段，通過一體化數(shù)據(jù)中臺的建設(shè)，實現(xiàn)高速公路的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，最大化地發(fā)揮數(shù)據(jù)價值，由統(tǒng)計分析向預(yù)測分析轉(zhuǎn)變，由單領(lǐng)域分析向跨領(lǐng)域轉(zhuǎn)變。

3 高速公路數(shù)據(jù)管理體系架構(gòu)研究

為實現(xiàn)從數(shù)據(jù)接入、處理、存儲、管控和服務(wù)等全生命周期的高速公路數(shù)據(jù)資源管理，構(gòu)建“數(shù)用分離、邏輯統(tǒng)一、智能驅(qū)動”的高速公路信息資源體系。

3.1 高速公路數(shù)據(jù)管理體系業(yè)務(wù)架構(gòu)

高速公路數(shù)據(jù)管理體系涵蓋以下板塊內(nèi)容：數(shù)據(jù)集成平臺、數(shù)據(jù)治理平臺、大數(shù)據(jù)計算與存儲平臺、數(shù)據(jù)服務(wù)鏈、數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺。數(shù)據(jù)來源包括交通基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、地理空間及模型數(shù)據(jù)、設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等。這些平臺共同構(gòu)建一個完整的數(shù)據(jù)管理和分析體系，使高速公路數(shù)據(jù)得以更好地管理和應(yīng)用，為實現(xiàn)智慧高速提供堅實的數(shù)據(jù)支撐。高速公路數(shù)據(jù)管理體系業(yè)務(wù)架構(gòu)如圖1 所示。

數(shù)據(jù)集成平臺。是一個提供數(shù)據(jù)歸集處理功能的平臺，用于多源異構(gòu)的數(shù)據(jù)抽取、轉(zhuǎn)換和加載。通過此平臺，可以將數(shù)據(jù)加載到存儲結(jié)構(gòu)中，用于各種數(shù)據(jù)治理、分析、共享、處理、轉(zhuǎn)化等各個場景。在高速公路數(shù)據(jù)管理體系中，數(shù)據(jù)集成平臺的建設(shè)將有效地消除數(shù)據(jù)孤島問題，幫助實現(xiàn)多業(yè)務(wù)場景的數(shù)據(jù)匯集和整合，為數(shù)據(jù)的后續(xù)治理、分析以及多種業(yè)務(wù)需求提供支持。

數(shù)據(jù)治理平臺。數(shù)據(jù)治理平臺致力于解決高速公路數(shù)據(jù)分散、標準不統(tǒng)一、質(zhì)量難以控制、交付不透明等一系列問題。通過全流程的數(shù)據(jù)管理，探查、評估數(shù)據(jù)質(zhì)量、標準制定以及數(shù)據(jù)模型的加工等功能，數(shù)據(jù)治理平臺確保數(shù)據(jù)在整個生命周期內(nèi)得到有效的管理與優(yōu)化。借助大數(shù)據(jù)引擎，多元異構(gòu)的數(shù)據(jù)可以通過標準化工具和智能化方法進行整合，從而將龐雜的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有價值的數(shù)據(jù)資產(chǎn)。這不僅有助于實現(xiàn)數(shù)據(jù)的價值化，更能推動業(yè)務(wù)的創(chuàng)新與發(fā)展。

大數(shù)據(jù)計算與存儲平臺。作為一個綜合解決方案，能夠處理不同類型數(shù)據(jù)的存儲，包括結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。該平臺提供多樣化的計算能力，如融合分析、數(shù)據(jù)解析和空間計算能力，以應(yīng)對專業(yè)的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，使得各高速公路業(yè)務(wù)場景中所產(chǎn)生的大規(guī)模數(shù)據(jù)都能夠得到有效存儲、高效計算和深度分析，從而支持決策制定、業(yè)務(wù)優(yōu)化和智能化發(fā)展。

數(shù)據(jù)服務(wù)鏈。提供以目錄為驅(qū)動的數(shù)據(jù)服務(wù)鏈，提供數(shù)據(jù)資源服務(wù)管理。通過建立科學合理的分類體系，信息資源目錄將信息資源共享和交換服務(wù)組織成一系列相關(guān)的信息主題，從而支撐多個業(yè)務(wù)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)服務(wù)需求，涵蓋數(shù)據(jù)接入、協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)資源服務(wù)、數(shù)據(jù)資源管理等功能。

數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺。該平臺為高速公路管理部門提供了一個統(tǒng)一的、智能化的環(huán)境，以便利用海量數(shù)據(jù)進行全面的應(yīng)用支持和業(yè)務(wù)優(yōu)化。數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺提供數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理、智能運營管理、智能養(yǎng)護、交通規(guī)劃、應(yīng)急管理等功能。通過數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺，高速公路管理部門能夠更好地管理、分析、可視化和共享數(shù)據(jù)，從而提高運營效率、交通安全性以及道路服務(wù)質(zhì)量。

3.2 高速公路數(shù)據(jù)管理體系功能架構(gòu)

高速公路數(shù)據(jù)管理體系主要提供數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)管控、數(shù)據(jù)服務(wù)、數(shù)據(jù)共享交換和服務(wù)總線等功能模塊，高速公路數(shù)據(jù)管理體系功能架構(gòu)如圖2 所示。

數(shù)據(jù)接入：包含數(shù)據(jù)探查、數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)傳輸、任務(wù)管理、解密解壓、質(zhì)量檢測和系統(tǒng)管理等功能，通過統(tǒng)一接入，將源數(shù)據(jù)集中存儲至原始庫，為高速公路數(shù)據(jù)資源的匯聚集中、統(tǒng)一標準化處理和信息資源池構(gòu)建提供源數(shù)據(jù)支撐。

數(shù)據(jù)處理：通過數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)標識和數(shù)據(jù)比對等功能建立標準化的數(shù)據(jù)智能處理模式，提供數(shù)據(jù)提取、清洗、轉(zhuǎn)換、關(guān)聯(lián)、比對、標識等規(guī)范化的處理工具。

數(shù)據(jù)管控：通過數(shù)據(jù)標準管理、元數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)質(zhì)量管理、數(shù)據(jù)血緣管理、數(shù)據(jù)分級分類管理、資源目錄管理、數(shù)據(jù)流量管控和數(shù)據(jù)運維管理等功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的透明、可管、可控，厘清數(shù)據(jù)資產(chǎn)，提升數(shù)據(jù)質(zhì)量，保障數(shù)據(jù)安全使用，促進數(shù)據(jù)流通。

數(shù)據(jù)服務(wù)鏈：通過數(shù)據(jù)資源目錄服務(wù)、數(shù)據(jù)共享門戶、數(shù)據(jù)檢索服務(wù)和數(shù)據(jù)標簽管理等功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的面向應(yīng)用的封裝和服務(wù)。

數(shù)據(jù)交換共享：通過數(shù)據(jù)共享交換系統(tǒng)，實現(xiàn)高速公路數(shù)據(jù)在不同部門、區(qū)域和合作單位之間的橫向、縱向流通。

服務(wù)總線：為支持高速公路信息的互聯(lián)互通和協(xié)同發(fā)展，數(shù)據(jù)服務(wù)的登記、服務(wù)協(xié)議轉(zhuǎn)換和服務(wù)管理等功能通過服務(wù)總線系統(tǒng)得以實現(xiàn)。

3.3 高速公路數(shù)據(jù)管理體系技術(shù)架構(gòu)

高速公路數(shù)據(jù)管理應(yīng)采用主流成熟的技術(shù)、分層解耦的體系結(jié)構(gòu)來構(gòu)建。整體技術(shù)架構(gòu)可分為數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)服務(wù)四個層次。

數(shù)據(jù)接入層：使用數(shù)據(jù)抽取、日志采集傳輸、分布式消息隊列等技術(shù)手段實現(xiàn)高速公路數(shù)據(jù)的接入，確保數(shù)據(jù)源多樣性和實時性。

數(shù)據(jù)存儲層：支持后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和查詢，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化的高速公路數(shù)據(jù)安全高效存儲，采用分布式文件系統(tǒng)、分布式關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、分布式列數(shù)據(jù)庫、對象存儲等技術(shù)。

數(shù)據(jù)計算層：使用離線計算、實時計算等技術(shù)來處理高速公路數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)清洗、轉(zhuǎn)換、分析和建模等操作，以提取有價值的信息和支持實時監(jiān)控。

數(shù)據(jù)服務(wù)層：利用Restful API、Web Service、文件服務(wù)、消息分發(fā)、數(shù)據(jù)鑒權(quán)等技術(shù)，構(gòu)建高速公路數(shù)據(jù)服務(wù)平臺，為用戶提供數(shù)據(jù)查詢、分析、可視化以及報告生成等功能，滿足不同應(yīng)用場景的需求。

4 結(jié)語

該文介紹了高速公路管理體系研究的主要內(nèi)容，首先分析了高速公路數(shù)據(jù)管理體系現(xiàn)狀和挑戰(zhàn)，并闡述了體系的目標。接著，從業(yè)務(wù)架構(gòu)、功能架構(gòu)和技術(shù)架構(gòu)幾個方面展開介紹了高速公路數(shù)據(jù)管理體系，通過這種體系連接各種應(yīng)用和應(yīng)用所需的信息資源，整理整合各類數(shù)據(jù)、組件和服務(wù)，打通各業(yè)務(wù)部門信息，實現(xiàn)高速公路數(shù)據(jù)的無縫管理。