天津高速公路大數(shù)據(jù)可視化平臺探索

周曉亮 李峰 李冠軍

摘要：大數(shù)據(jù)和可視化是各個領域的熱門話題，天津高速公路大數(shù)據(jù)可視化平臺，從車流量大數(shù)據(jù)的態(tài)勢預測角度對高速公路車流量可視化管理進行了初步的分析和探索，對于交通運輸行業(yè)可視化平臺的建設具有一定參考價值。

Abstract： Big data and visualization are hot topics in various fields. The Tianjin Expressway Big Data Visualization Platform has carried out preliminary analysis and exploration of the visualized management of expressway traffic flow from the perspective of traffic flow big data situation prediction， which has certain reference value for the construction of the visualization platform of the transportation industry.

關鍵詞：大數(shù)據(jù);可視化;態(tài)勢分析

Key words： big data;visualization;situation analysis

中圖分類號：U495? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）31-0192-02

1? 大數(shù)據(jù)概述

當今時代已經(jīng)進入信息社會，人們衣食住行處處都離不開數(shù)據(jù)，購物會產(chǎn)生消費數(shù)據(jù)、物流數(shù)據(jù)，出行會產(chǎn)生交通數(shù)據(jù)，用電會涉及供電數(shù)據(jù)，用水會涉及供水數(shù)據(jù)，天氣會涉及氣象數(shù)據(jù)等等，各行各業(yè)無時無刻都在產(chǎn)生數(shù)據(jù)，而且這些不斷積累的數(shù)據(jù)，存在于經(jīng)濟社會的方方面面，從不同角度描述著經(jīng)濟社會的各種活動和規(guī)律。

在高速公路行業(yè)，高速公路三大系統(tǒng)“收費系統(tǒng)”、“監(jiān)控系統(tǒng)”、“通信系統(tǒng)”多年來積累了大量的數(shù)據(jù)，隨著智慧高速技術的深入應用，更多的智能交通應用不斷上線，高速公路行業(yè)產(chǎn)生了更多的新的數(shù)據(jù)?！度毡?020年國土交通白皮書》明確將智能卡全國互通、“出行即服務”（MaaS）、ETC2.0、先進型安全車輛（ASV）、小汽車出行誘導與自動駕駛等智慧交通技術作為日本在未來很長一段時間內(nèi)交通行業(yè)應用的重點。隨著“十四五”規(guī)劃編制的推進，新的五年規(guī)劃中，我國智慧高速應用的重點也會轉向物聯(lián)網(wǎng)、云計算、區(qū)塊鏈、自動駕駛、車路協(xié)同、大數(shù)據(jù)等新技術領域。這些新技術多年來在各領域的應用試點工作一直在進行中，隨著區(qū)塊鏈、自動駕駛、車路協(xié)同等新技術在高速公路行業(yè)內(nèi)逐步投入應用，逐步走向成熟，可以預見會有更多的全新的智慧交通數(shù)據(jù)，將不斷填補到大數(shù)據(jù)的基礎數(shù)據(jù)倉庫中來。

2? 大數(shù)據(jù)價值與意義

大數(shù)據(jù)是一種數(shù)據(jù)分析和處理技術，通過大數(shù)據(jù)技術，人們試圖通過對某個領域或方向的全部多樣性數(shù)據(jù)進行總體分析和處理，找到產(chǎn)生數(shù)據(jù)的事物之間的相關性和依賴關系，從而發(fā)現(xiàn)和確定其中內(nèi)部規(guī)律和必然性，從而預測事物的發(fā)展方向。

大數(shù)據(jù)通過大量的統(tǒng)計了解大家的喜好，想要的東西，從而得到他們想要的，比如精準營銷、征信分析、消費分析等等，簡而言之，大數(shù)據(jù)技術是發(fā)現(xiàn)問題本質(zhì)的技術，大數(shù)據(jù)著眼于人們在日常生活中，經(jīng)意或不經(jīng)意間遺留的各種數(shù)據(jù)痕跡，進行分析和整理，最終通過各方面的多種數(shù)據(jù)的印證，而最終確定一個準確的結論，這個結論甚至有時候就連當事人最親密的人也未必能夠意識到。關于大數(shù)據(jù)的一個經(jīng)典的故事，就是在國外突然一天有人上門推銷兒童尿不濕，說這家女兒懷孕了，該家主人一頭霧水，但經(jīng)過確認確有其事，這樣的數(shù)據(jù)分析技術怎么能不讓人汗顏。

現(xiàn)階段正處于信息社會的初級階段，也是原始數(shù)據(jù)積累階段，這些原始數(shù)據(jù)如何有效的加以利用，是信息社會中后期需要解決的問題，也是現(xiàn)階段各方一直以來研究和探索的課題，從某種意義來說這也是大數(shù)據(jù)技術存在的價值和意義。

3? 大數(shù)據(jù)應用現(xiàn)狀

高速公路作為國家重要的交通基礎設施，在促進國民經(jīng)濟發(fā)展、現(xiàn)代化物流體系構建、區(qū)域間合作以及公眾便利出行等方面產(chǎn)生了巨大的影響。天津市高速公路業(yè)務信息系統(tǒng)經(jīng)過多年的運行，沉淀了海量的視頻、圖片、圖表、文字等交通相關數(shù)據(jù)，且這些數(shù)據(jù)具有量大、高維、異構、動態(tài)、實時等特點，形成了名副其實的高速公路交通大數(shù)據(jù)。然而，這些海量數(shù)據(jù)大多分散在多個異構的業(yè)務系統(tǒng)中，未被充分融合并加以利用，“孤島效應”明顯。交通運輸部印發(fā)的《交通運輸信息化“十三五”發(fā)展規(guī)劃》提出要促進大數(shù)據(jù)的發(fā)展和應用，在推動交通運輸公共數(shù)據(jù)資源開發(fā)共享的基礎上，開展交通運輸數(shù)據(jù)開發(fā)共享能力提升工程，建設綜合交通服務大數(shù)據(jù)平臺，探索跨行業(yè)數(shù)據(jù)融合和協(xié)同創(chuàng)新機制，共同利用交通大數(shù)據(jù)提升協(xié)同管理和公共服務能力，開展出行信息服務交通誘導等增值服務。國內(nèi)在高速公路的大數(shù)據(jù)方面也開展了很多試點應用，這些應用大多集中在高速公路收費稽查、應急救援、態(tài)勢分析、公眾服務等方面。

該系統(tǒng)以大數(shù)據(jù)分析為手段從高速公路運行狀態(tài)態(tài)勢分析層面，對高速公路的運行狀態(tài)推演和可視化研究方面進行了探索。系統(tǒng)地從高速公路現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源的融合、分析和高速公路運行狀態(tài)實時感知、趨勢預測角度，為路網(wǎng)運行管理、協(xié)調(diào)指揮調(diào)度、公眾服務以及數(shù)據(jù)共享等提供高效、直觀的數(shù)據(jù)支撐，對全面提升天津市高速公路管理水平和出行服務信息化、智能化服務水平具有重要意義。

4? 應用架構和體系

系統(tǒng)基于天津高速公路路網(wǎng)運行管理業(yè)務海量數(shù)據(jù)，通過研究構建天津高速公路大數(shù)據(jù)分析處理平臺，建立交通狀態(tài)分析預測模型，結合模擬仿真和數(shù)據(jù)可視化技術，實現(xiàn)高速公路行業(yè)海量業(yè)務數(shù)據(jù)融合、分析、狀態(tài)推演和價值挖掘，并進行交互式綜合展示，實現(xiàn)高速公路運行情況的實時分析、感知和趨勢研判，為路網(wǎng)運行管理、協(xié)調(diào)指揮調(diào)度、公眾服務以及數(shù)據(jù)共享等提供高效、直觀的數(shù)據(jù)支撐。系統(tǒng)應用框架包含如下幾部分：

4.1 構建交通數(shù)據(jù)融合方法體系

利用聯(lián)網(wǎng)收費數(shù)據(jù)、路況數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)，分析各類數(shù)據(jù)的參數(shù)字段、數(shù)據(jù)特征，提煉各類數(shù)據(jù)在交通運行狀態(tài)表達上的優(yōu)缺點。結合高速公路網(wǎng)，分析各類數(shù)據(jù)在空間、時間上的分布態(tài)勢，針對路網(wǎng)運行狀態(tài)態(tài)勢研判目標和特定區(qū)域、特定時間段、特定流向，確定具體的可融合的數(shù)據(jù)源。依據(jù)數(shù)據(jù)特征，應用統(tǒng)計分析、模糊研判、深度學習等方法，分別進行特征級和決策級的多源數(shù)據(jù)融合，構建公路交通數(shù)據(jù)融合方法體系，為交通運行狀態(tài)評估、交通運行態(tài)勢研判，路網(wǎng)事件條件下的交通運行態(tài)勢推演等提供基礎數(shù)據(jù)支撐。（圖1）

4.2 開發(fā)高速公路運行狀態(tài)分析預測系統(tǒng)

根據(jù)表征高速公路路網(wǎng)運行狀態(tài)的融合數(shù)據(jù)，提出基于短時交通流預測理論的交通狀態(tài)分析預測模型，采用歷史平均法、卡爾曼濾波法和近鄰非參數(shù)回歸方法進行交通狀態(tài)分析預測。以高速公路交通狀態(tài)分析預測模型為基礎，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)所描述的路網(wǎng)運行狀態(tài)的衍化趨勢，結合常態(tài)模式下歷史數(shù)據(jù)變化軌跡，通過仿真技術推演高速公路非常態(tài)模式下的運行態(tài)勢。（圖2）

4.3 研發(fā)高速公路數(shù)據(jù)可視化平臺

利用地理信息技術、虛擬化技術、WEB技術、可視化技術等技術方法，實現(xiàn)路網(wǎng)運行狀態(tài)的實時數(shù)據(jù)及變化趨勢的可視化展示與專題圖表的定制化制作輸出。直觀反映高速公路路網(wǎng)運行狀態(tài)的變化，實現(xiàn)對高速公路運行狀況實時變化的感知、把握和掌控。（圖3）

5? 總結

天津高速公路大數(shù)據(jù)可視化平臺，從高速公路車流量可視化管理、車流量大數(shù)據(jù)態(tài)勢預測的角度進行了初步的分析和探索，系統(tǒng)直觀、簡潔，實用性強。系統(tǒng)的建設對于改善高速公路服務水平提升社會形象，推進“可視、可測、可控、可服務”的高速公路監(jiān)測體系的建立，以及發(fā)布出行誘導信息從而對進一步緩解交通擁堵、提升通行能力、降低物流成本、提高運輸效率起到了積極作用。同時對于滿足廣大人民群眾關心的路網(wǎng)高效運行、突發(fā)事件及時處置，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)出行的迫切需求具有重要意義。

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