交通大數(shù)據(jù)在智能高速公路中的應(yīng)用

陳曉慶

（廣東華路交通科技有限公司，廣東 廣州 510420）

0 引言

高速公路是中國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然產(chǎn)物，是工業(yè)化和城市化發(fā)展的“經(jīng)濟(jì)大動(dòng)脈”。目前，我國高速公路正在朝著智能化方向迅速發(fā)展，逐漸實(shí)現(xiàn)“智能高速公路”的發(fā)展理念。

我國高速公路建設(shè)初期是利用信息技術(shù)共享與互換，通過引入互聯(lián)網(wǎng)思維和技術(shù)，對(duì)傳統(tǒng)高速公路管理服務(wù)和機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行重構(gòu)和再造，將多個(gè)數(shù)據(jù)源整合并提取有價(jià)值的信息，進(jìn)一步提高高速公路的運(yùn)營管理水平以及出行服務(wù)質(zhì)量，以滿足廣大出行者對(duì)高速公路的需求。隨著交通大數(shù)據(jù)和云計(jì)算技術(shù)在高速公路建設(shè)與運(yùn)營當(dāng)中的應(yīng)用越來越廣泛，實(shí)現(xiàn)了省域高速公路的信息化和智能化，包括路政管理、安全管理、通信管理、收費(fèi)辦理以及交通指引等服務(wù)，可以說我國已經(jīng)進(jìn)入智能高速公路的發(fā)展階段。

1 交通大數(shù)據(jù)技術(shù)

1.1 交通大數(shù)據(jù)技術(shù)概述

交通大數(shù)據(jù)技術(shù)是一種先進(jìn)的應(yīng)用技術(shù)，是指在高速公路上運(yùn)用信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、傳感器技術(shù)以及電子控制技術(shù)等技術(shù)手段來保障高速公路的安全運(yùn)行。而高速公路的監(jiān)控系統(tǒng)、人像識(shí)別系統(tǒng)、車牌識(shí)別系統(tǒng)，以及地質(zhì)監(jiān)控一體化裝置等諸多系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生大量的交通數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)也可以通過智能高速公路中的視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行具體分析，從而獲取有價(jià)值的數(shù)據(jù)[1]。

隨著物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等電子技術(shù)的快速發(fā)展，交通大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能高速公路中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，這極大地提高了我國高速公路的運(yùn)輸效率，緩解了交通壓力。

1.2 交通大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能高速公路中的作用

1.2.1 路況監(jiān)管。我國高速公路交通網(wǎng)絡(luò)背后有龐大的高速管理系統(tǒng)和人員，每天監(jiān)控高速公路的交通情況，包括道路損壞與否、當(dāng)?shù)靥鞖馇闆r、自然災(zāi)害情況、交通流量情況、交通事故情況等路況信息，這些信息都由事先設(shè)置在高速公路上的傳感器來進(jìn)行收集和傳遞。隨著我國電子信息技術(shù)的高速發(fā)展，相關(guān)的信息收集設(shè)備也得到了蓬勃發(fā)展，如傳感器、視頻監(jiān)控、PM2.5 數(shù)據(jù)監(jiān)控器等，這些電子設(shè)備作為收集信息的元設(shè)備都應(yīng)用在智能高速公路中，其收集到的信息對(duì)于高速路況的監(jiān)管至關(guān)重要。

1.2.2 運(yùn)營管理。將傳感器收集到的信息傳遞到高速公路運(yùn)營管理部門以后，管理人員可以借助信息處理技術(shù)來判斷高速公路的運(yùn)行情況，并根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整運(yùn)營策略，提前制訂具有針對(duì)性和可行性的運(yùn)營方式，比如更改行車路線以便交通更加順暢、提前規(guī)避發(fā)生自然災(zāi)害的路段等，以提高高速公路的運(yùn)行效率。

1.2.3 安全管理。我國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的突飛猛進(jìn)，對(duì)高速公路的運(yùn)輸造成了巨大的負(fù)擔(dān)，同時(shí)也加劇了高速公路安全問題的嚴(yán)重性。利用交通大數(shù)據(jù)技術(shù)，可以提升對(duì)高速公路安全運(yùn)營的管理水平，并通過整理收集到的交通路況信息、天氣以及自然災(zāi)害等情況，全面分析和討論，制訂合理的應(yīng)急管理措施，以便減少該路段發(fā)生事故的可能性。同時(shí)，對(duì)于發(fā)生了交通事故或其他事故的路段，也可以快速響應(yīng)，及時(shí)救援，減少傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。

1.2.4 數(shù)據(jù)分析。我國龐大的高速公路交通網(wǎng)絡(luò)和廣泛應(yīng)用的交通大數(shù)據(jù)技術(shù)，為我國乃至全球的智能高速公路建設(shè)和運(yùn)營提供了海量的數(shù)據(jù)，通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的收集、整理、分類、分析、研判，可以為后續(xù)高速公路的建設(shè)和運(yùn)營提供充足的依據(jù)，為交通運(yùn)輸乃至整個(gè)人類社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

1.3 交通大數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)

交通大數(shù)據(jù)并不僅僅是一項(xiàng)技術(shù)，而是一系列技術(shù)的統(tǒng)稱，其中最關(guān)鍵的是現(xiàn)代通信技術(shù)，主要包括：移動(dòng)通信技術(shù)、數(shù)字微波技術(shù)、圖像通信技術(shù)、衛(wèi)星通信技術(shù)、電話信息網(wǎng)、智能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等技術(shù)[2]。運(yùn)用這些技術(shù)來構(gòu)建智能化交通大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)，從而提升高速公路交通的通行效率和安全管理水平。組建交通大數(shù)據(jù)的關(guān)鍵技術(shù)主要有以下五種類型：

1.3.1 感知技術(shù)。為了能夠準(zhǔn)確掌握道路交通天氣、路網(wǎng)交通流量、路網(wǎng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和路段車輛等的實(shí)時(shí)狀況，需要在高速公路中設(shè)置大量的感知器件，這些感知器件所對(duì)應(yīng)的電子信息技術(shù)就是感知技術(shù)，也就是對(duì)高速公路周邊環(huán)境的智慧感知技術(shù)。當(dāng)前，我國高速公路中應(yīng)用的智慧感知技術(shù)主要包括：圖像識(shí)別技術(shù)、GIS-T 技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、BIM 技術(shù)等傳感技術(shù)，并以此構(gòu)建了一整個(gè)全網(wǎng)狀態(tài)感知體系，為智能高速公路的管理運(yùn)營提供最基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1.3.2 信息傳遞技術(shù)。通過感知技術(shù)收集到的路況信息，還需要由高效的信息傳遞技術(shù)安全、無損、及時(shí)地傳遞到后臺(tái)的數(shù)據(jù)處理中心和高速公路運(yùn)營管理中心。當(dāng)前，我國智能高速公路應(yīng)用的多源信息智能傳遞技術(shù)由Wi-Fi、RFID、DSRC 等數(shù)據(jù)集成，構(gòu)建了一個(gè)高效、可靠的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，并將多樣化的信息匯集于云路網(wǎng)中心。

1.3.3 數(shù)據(jù)分析技術(shù)。通過感知技術(shù)和信息傳遞技術(shù)收集和匯總的信息數(shù)據(jù)量非常龐大，要從這些數(shù)據(jù)當(dāng)中迅速整理出可用的、有價(jià)值的信息，除了對(duì)智能高速公路運(yùn)營管理人員本身的素質(zhì)和決策能力有較高要求之外，還需要相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)作為支撐，當(dāng)前該技術(shù)主要包括：云計(jì)算技術(shù)、人工智能等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

1.3.4 智慧服務(wù)技術(shù)。智能高速公路最主要的特點(diǎn)就是管理人員少，信息化、智能化服務(wù)多，而利用智能識(shí)別系統(tǒng)、GIS 等傳感技術(shù)建立智能收費(fèi)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)無人操作、自動(dòng)化管理、高效率、精準(zhǔn)計(jì)費(fèi)的智能收費(fèi)服務(wù)。其他諸如智能導(dǎo)航、路況研判等技術(shù)都屬于智慧服務(wù)技術(shù)。

2 交通大數(shù)據(jù)技術(shù)在智能高速公路中應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)

2.1 云技術(shù)系統(tǒng)的應(yīng)用前景

智能高速公路的發(fā)展離不開交通大數(shù)據(jù)技術(shù)的支撐，而交通大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用也將隨著智能高速公路的不斷推廣而越來越廣泛。云計(jì)算是一種利用互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，通過增強(qiáng)、處理、利用和傳遞某些服務(wù)方式來實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方式，而云技術(shù)則是網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的抽象概念。通常涉及的是虛擬資源，這些虛擬資源是通過互聯(lián)網(wǎng)提供的動(dòng)態(tài)資源來實(shí)現(xiàn)的。云計(jì)算的計(jì)算速度非?？欤梢詫?shí)現(xiàn)每秒鐘達(dá)到10 萬億次的運(yùn)算，這也促使處理高速公路管理數(shù)據(jù)的效率得到了巨大提升。目前，云計(jì)算技術(shù)在智能高速公路領(lǐng)域的應(yīng)用越來越普及，成為大數(shù)據(jù)應(yīng)用中不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)。云計(jì)算的核心主要包括三種計(jì)算方式，分別為分布式計(jì)算、并行計(jì)算和網(wǎng)格計(jì)算。通過云計(jì)算可以實(shí)現(xiàn)將節(jié)點(diǎn)集中在成本較低的服務(wù)器上，云計(jì)算的節(jié)點(diǎn)集群方式與傳統(tǒng)的并行數(shù)據(jù)庫構(gòu)成的節(jié)點(diǎn)集群相比具有可擴(kuò)展性和實(shí)用性，而且能夠?qū)崿F(xiàn)更高的性能水平?，F(xiàn)如今，智能高速公路的發(fā)展已經(jīng)離不開云技術(shù)，因此就必須建立一個(gè)具備彈性擴(kuò)容、開放共享的大數(shù)據(jù)云平臺(tái)，并部署全套的數(shù)據(jù)應(yīng)用工具，以實(shí)現(xiàn)完整的大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用功能。同時(shí)，還需要充分整合各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源，利用云平臺(tái)的計(jì)算存儲(chǔ)資源，結(jié)合大數(shù)據(jù)的分析、整理、挖掘能力，可以成功提高高速公路的運(yùn)營管理和出行服務(wù)，同時(shí)也可以將其應(yīng)用于流量預(yù)測(cè)和態(tài)勢(shì)分析等場(chǎng)景，并進(jìn)行可視化展示，這是未來智能高速公路發(fā)展的重點(diǎn)任務(wù)[3]。智能高速公路云平臺(tái)整體框架如圖1 所示。

2.2 車聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)感知平臺(tái)技術(shù)的應(yīng)用

為了解決固定傳感器只能檢測(cè)特定位置的數(shù)據(jù)而無法全面反映高速公路交通流量的動(dòng)態(tài)變化問題，在高速公路檢測(cè)參數(shù)中引入移動(dòng)傳感器和參與式感知，促使車聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)感知平臺(tái)具有良好的應(yīng)用前景。在車聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)感知平臺(tái)下，通過自組織形成的路面網(wǎng)絡(luò)覆蓋，傳感器節(jié)點(diǎn)可以將基于位置的數(shù)據(jù)價(jià)值附著在相鄰傳感器節(jié)點(diǎn)之間的通信鏈路上，從而實(shí)現(xiàn)交通感知的優(yōu)化和最短路徑問題的轉(zhuǎn)化。

車聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)感知平臺(tái)技術(shù)能夠提供更廣泛、更精確的高速交通流數(shù)據(jù)，通過在車輛節(jié)點(diǎn)上安裝傳感器組成車載傳感器網(wǎng)絡(luò)，使傳感器節(jié)點(diǎn)隨著交通流動(dòng)，可與監(jiān)測(cè)對(duì)象關(guān)聯(lián)密切。傳感器的覆蓋能力更高，可以在不同的地點(diǎn)執(zhí)行任務(wù)，可以收集更多、更準(zhǔn)確的車輛行駛數(shù)據(jù)，也能保證數(shù)據(jù)收集的實(shí)時(shí)性[4]。

以汽車為節(jié)點(diǎn)，以移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，通過協(xié)調(diào)人、車、路、網(wǎng)等要素，車聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)感知平臺(tái)技術(shù)將徹底改變傳統(tǒng)汽車信息孤島的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)車輛主動(dòng)獲取個(gè)性化路網(wǎng)信息，從而能夠有效提升高速公路交通運(yùn)輸?shù)陌踩庾R(shí)、環(huán)保意識(shí)和效率水平。因?yàn)楦咚俟肪W(wǎng)上的車輛傳感器網(wǎng)絡(luò)屬于參與式感知，因此高速公路管理中心無須投入大量專用交通感知設(shè)備，而通過匯集高速公路上參與者提供的大量局部信息，就可以獲得豐富的感知數(shù)據(jù)和強(qiáng)大的路網(wǎng)覆蓋能力。這種感知方式具有低成本、高精度的優(yōu)點(diǎn)，并且不需要增加額外的軟硬件成本，因此在獲取和傳播交通流量數(shù)據(jù)方面具有廣闊的發(fā)展前景。

2.3 精確的高速公路多義性路徑識(shí)別系統(tǒng)

傳統(tǒng)的高速公路信息收集系統(tǒng)采用的是一個(gè)業(yè)務(wù)對(duì)應(yīng)一套IT 基礎(chǔ)系統(tǒng)的模型，效率不高，管理難度大，無法適應(yīng)高速公路收費(fèi)系統(tǒng)發(fā)展的實(shí)際需求，因此，在未來的智能高速公路系統(tǒng)中，必須引入新的技術(shù)，以提升高速公路收費(fèi)系統(tǒng)的效率和整體水平。

高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)的一個(gè)組成部分是多義性路徑識(shí)別系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括ETC 系統(tǒng)、RFID 標(biāo)識(shí)點(diǎn)系統(tǒng)等，能夠在實(shí)時(shí)傳輸標(biāo)識(shí)流水記錄等數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛行駛路徑的準(zhǔn)確識(shí)別和收費(fèi)計(jì)算。也可以從聯(lián)網(wǎng)中心主機(jī)下發(fā)相應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)，如向收費(fèi)車道下發(fā)路徑基礎(chǔ)費(fèi)率等信息，該系統(tǒng)架構(gòu)如圖2 所示：

圖2 高速公路多義性路徑識(shí)別系統(tǒng)架構(gòu)圖

高速公路的基礎(chǔ)運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括行車路徑、收費(fèi)記錄、路況信息和路況標(biāo)識(shí)等，可以通過高速公路出入口、標(biāo)識(shí)點(diǎn)等點(diǎn)位進(jìn)行傳遞，經(jīng)過高速公路收費(fèi)站、收費(fèi)分中心和聯(lián)網(wǎng)中心，再通過多義性路徑系統(tǒng)逐級(jí)傳遞，以此提升信息查詢系統(tǒng)的便利性。

3 結(jié)語

將交通大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于高速公路管理，可以提升高速公路的管理水平，推動(dòng)高速公路的智能化、自動(dòng)化、便利化發(fā)展，這是推動(dòng)智能高速公路建設(shè)的必然趨勢(shì)，也是國家提出高質(zhì)量發(fā)展高速公路的必然要求。利用交通大數(shù)據(jù)技術(shù)，可以構(gòu)建更加智能化和高效的高速公路管理和服務(wù)系統(tǒng)，從而最大化地提升高速公路的運(yùn)輸效益，為國家經(jīng)濟(jì)的全面發(fā)展提供強(qiáng)有力支撐。