李佳玲LI Jia-ling;巫娜燕WU Na-yan;梅偉MEI Wei
(云南建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施投資股份有限公司運(yùn)營(yíng)分公司,昆明 650000)
近年來,隨著“交通強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略的不斷深入,我國(guó)高速公路建設(shè)高速發(fā)展,通車?yán)锍炭焖僭鲩L(zhǎng),交通基礎(chǔ)設(shè)施日趨完備,但高速公路信息化整體水平還不能很好地適應(yīng)交通發(fā)展趨勢(shì)下的運(yùn)營(yíng)管理需要。主要表現(xiàn)為對(duì)高速公路諸多信息化技術(shù)在集成使用過程中,產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)資源利用不充分、開發(fā)程度不高等問題。因此,建設(shè)高速公路大數(shù)據(jù)系統(tǒng)平臺(tái),是充分挖掘交通大數(shù)據(jù)價(jià)值及潛力,提升運(yùn)營(yíng)管理能力的必經(jīng)之路。
以物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新一代技術(shù)為基礎(chǔ),構(gòu)建高速公路大數(shù)據(jù)系統(tǒng)平臺(tái),有助于克服現(xiàn)有高速公路信息化各功能系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立、數(shù)據(jù)信息關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)等弊端,形成整合集中交通大數(shù)據(jù)資源存儲(chǔ)機(jī)制,打破“信息孤島”,盤活數(shù)據(jù)資源,發(fā)揮數(shù)據(jù)效益,為科學(xué)、正確的綜合分析與決策提供輔助支持,加速高速公路運(yùn)營(yíng)管理由“經(jīng)驗(yàn)決策”向“數(shù)據(jù)決策”的轉(zhuǎn)型升級(jí),實(shí)現(xiàn)高速公路智慧化、運(yùn)營(yíng)管理智能化。
大數(shù)據(jù)系統(tǒng)平臺(tái)應(yīng)采用先進(jìn)的、成熟的且可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)方法,并充分體現(xiàn)先進(jìn)的大數(shù)據(jù)應(yīng)用的思想及理念;要有良好的兼容性、可移植性和升級(jí)前景;要保證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊化,功能模塊可平滑擴(kuò)充;并具有良好可擴(kuò)展性能、跨平臺(tái)性能。
大數(shù)據(jù)系統(tǒng)平臺(tái)應(yīng)遵循統(tǒng)一的開發(fā)規(guī)范和接口標(biāo)準(zhǔn),各平臺(tái)、模塊及現(xiàn)有相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)可通過接口方式實(shí)現(xiàn)同步,以保證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完整性和信息的一致性;同時(shí)具備良好的可管理性和可維護(hù)性,能夠?qū)崿F(xiàn)用戶自主分配操作人員權(quán)限、管轄范圍等功能,具備多種方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的維護(hù)。
大數(shù)據(jù)系統(tǒng)平臺(tái)運(yùn)行要穩(wěn)定可靠,重要數(shù)據(jù)完整、一致并且可恢復(fù);界面友好、操作簡(jiǎn)單,結(jié)構(gòu)清晰,流程合理,功能一目了然,對(duì)操作人員的要求較低,以減少操作人員的工作量,提高可操作性。
大數(shù)據(jù)系統(tǒng)平臺(tái)是高速公路數(shù)據(jù)資產(chǎn)的承載體,以現(xiàn)有信息系統(tǒng)為基礎(chǔ),梳理數(shù)據(jù)信息,形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、建立完善的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)、構(gòu)建應(yīng)用型數(shù)據(jù)模型,以實(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路日常產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)的有效整合、存儲(chǔ)與計(jì)算,同時(shí)能夠提供外部數(shù)據(jù)接口,將交警、路政、公安等外部數(shù)據(jù)來源引入并應(yīng)用其中,最終通過對(duì)數(shù)據(jù)的融合、梳理、分析、評(píng)價(jià)及決策,來輔助調(diào)度指揮、預(yù)測(cè)預(yù)警、智慧研判、客戶服務(wù)[1]等實(shí)際運(yùn)營(yíng)管理。
根據(jù)高速公路運(yùn)營(yíng)管理實(shí)際需求,大數(shù)據(jù)系統(tǒng)平臺(tái)總體架構(gòu)分為數(shù)據(jù)層、模型層、應(yīng)用層。數(shù)據(jù)層是系統(tǒng)平臺(tái)和模型算法的基礎(chǔ),是確保分析結(jié)果真實(shí)、科學(xué)的有效依據(jù),主要通過對(duì)數(shù)據(jù)的采集和處理,將有效數(shù)據(jù)接入到系統(tǒng)平臺(tái)的公共大數(shù)據(jù)中心,該中心存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)共享。模型層是系統(tǒng)平臺(tái)中涉及到的數(shù)據(jù)融合及算法模型,主要是將融合的各方數(shù)據(jù)通過計(jì)算和分析,再應(yīng)用到系統(tǒng)分析平臺(tái),以便數(shù)據(jù)的可視化展示和分析應(yīng)用,是系統(tǒng)平臺(tái)可靠性的重要保障。應(yīng)用層是基于數(shù)據(jù)層和模型層,并結(jié)合高速公路的路況、路網(wǎng)、氣象等現(xiàn)狀條件信息,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交通分析、綜合稽查、交通趨勢(shì)評(píng)估、道路科學(xué)養(yǎng)護(hù)、機(jī)電智能運(yùn)維、智慧出行服務(wù)、安全隱患排查等功能。(圖1)
圖1 大數(shù)據(jù)系統(tǒng)平臺(tái)總體架構(gòu)
高速公路的數(shù)據(jù)來源較為廣泛,如通過監(jiān)控視頻流獲取的視頻數(shù)據(jù)、車輛抓拍獲取的圖片數(shù)據(jù)、ETC門架獲取的行駛數(shù)據(jù)等等,所以數(shù)據(jù)來源包括但不限于視頻監(jiān)控、收費(fèi)及路政管理、運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)、移動(dòng)通信、養(yǎng)護(hù)施工、出行服務(wù)、高德地圖。
從內(nèi)部設(shè)施設(shè)備及運(yùn)營(yíng)管理來講,數(shù)據(jù)包括路段、隧道、橋梁、收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)等基礎(chǔ)設(shè)施信息;ETC門架系統(tǒng)、收費(fèi)站出站收費(fèi)、入口稱重?cái)?shù)據(jù)、征費(fèi)稽查數(shù)據(jù)、免通車等收費(fèi)數(shù)據(jù);車流量、車牌號(hào)、車型、車速、繳費(fèi)類型、進(jìn)出站點(diǎn)和時(shí)間、行駛路徑、指揮調(diào)度等運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù);交通事件數(shù)、機(jī)電設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、維修經(jīng)費(fèi)、道路養(yǎng)護(hù)、路產(chǎn)巡查等運(yùn)維數(shù)據(jù);氣象監(jiān)測(cè)、道路問詢、路況數(shù)據(jù)、收費(fèi)站開閉情況等出行服務(wù)數(shù)據(jù)。從同級(jí)或上級(jí)大數(shù)據(jù)平臺(tái)的數(shù)據(jù)共享來看,可獲得的外部數(shù)據(jù)包括車駕信息、執(zhí)法糾違、事故處理等交警車管數(shù)據(jù);救援及災(zāi)控、危化運(yùn)輸、超限執(zhí)法、施工管理等路政運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù);盜搶車輛、涉車犯罪、黑名單等公安管理數(shù)據(jù)[2]。
上述的系統(tǒng)平臺(tái)涉及到的應(yīng)用模型主要有基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)模型、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)模型、交通流量預(yù)測(cè)模型、突發(fā)事件評(píng)估模型、綜合稽查分析模型、運(yùn)營(yíng)管理優(yōu)化模型等。
其中,基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)模型和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)模型,是針對(duì)目前高速公路運(yùn)營(yíng)管理中獲取到的數(shù)據(jù)還沒有能做到樣本全、精度高的能力,而采取數(shù)據(jù)融合來獲取相對(duì)準(zhǔn)確的一種途徑方式,即將多源數(shù)據(jù)接入相應(yīng)的模型當(dāng)中,建立不同數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化模型,形成一致的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn),并對(duì)各類格式進(jìn)行校核與互相驗(yàn)證,提高系統(tǒng)平臺(tái)的數(shù)據(jù)分析準(zhǔn)確性及利用率。(圖2)
圖2 數(shù)據(jù)融合框架
交通流量預(yù)測(cè)模型是通過對(duì)高速路段歷史交通流量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì),關(guān)聯(lián)不同維度(工作日、節(jié)假日、天氣、時(shí)間段、路段、車流量等)數(shù)據(jù)分析,實(shí)現(xiàn)任意維度或多維度的交通流量趨勢(shì)預(yù)測(cè)。
突發(fā)事件評(píng)估模型是通過對(duì)路政交通事件歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì),從“路段、地點(diǎn)、地點(diǎn)特征、時(shí)間、天氣、發(fā)生頻次、導(dǎo)致原因”等多維度數(shù)據(jù)屬性[3]建立突發(fā)事件分析評(píng)估,實(shí)現(xiàn)對(duì)多發(fā)、突發(fā)事件的提前預(yù)判和預(yù)防。
綜合稽查分析模型是通過入口稱重、征費(fèi)稽查等收費(fèi)數(shù)據(jù),車牌號(hào)、車型、繳費(fèi)、行駛路徑等運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)等,實(shí)現(xiàn)稽查分析、任務(wù)派發(fā)、問題處置、上報(bào)數(shù)據(jù)、跟蹤反饋的全閉環(huán)稽查管理。
運(yùn)營(yíng)管理優(yōu)化模型是通過ETC門架、路況、車流等數(shù)據(jù),獲取道路斷面車流量、平均車速、路面損耗等運(yùn)營(yíng)指標(biāo),從而對(duì)道路的交通組織進(jìn)行優(yōu)化,并制定對(duì)應(yīng)的應(yīng)急處置預(yù)案,結(jié)合交通仿真模型,實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)管理的提前預(yù)知、發(fā)生可控、遇事可管的有效體系。
方便高速公路運(yùn)營(yíng)管理企業(yè)對(duì)不適宜的稽查分析、道路養(yǎng)護(hù)、機(jī)電運(yùn)維、安全排查等進(jìn)行優(yōu)化,提高運(yùn)營(yíng)管理宏觀決策的科學(xué)性和高效性,需要融入基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)、運(yùn)營(yíng)管理數(shù)據(jù)、交警車管數(shù)據(jù)、路政數(shù)據(jù)、公安管理數(shù)據(jù)等多樣信息資源,并提供強(qiáng)大的統(tǒng)計(jì)分析功能,開展交通流量評(píng)估、突發(fā)事件評(píng)估、綜合稽查評(píng)估、運(yùn)營(yíng)管理評(píng)估。同時(shí),亟需建設(shè)集一體化、智能化、高效化等特點(diǎn)于一身的大數(shù)據(jù)分析及優(yōu)化運(yùn)營(yíng)決策支持系統(tǒng),并進(jìn)行高速公路運(yùn)營(yíng)管理企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)及外部數(shù)據(jù)的聯(lián)合分析、特殊情況診斷、調(diào)整備選方案的自動(dòng)生成及評(píng)估、營(yíng)運(yùn)特性評(píng)價(jià)等專題分析,充分利用數(shù)據(jù)分析支撐高速公路運(yùn)營(yíng)管理的各個(gè)方面。
具體表現(xiàn)如下業(yè)務(wù)需求:
一是掌握所運(yùn)營(yíng)高速公路路段交通流量信息,明確路段邊界、交通流量現(xiàn)狀及預(yù)測(cè)情況,具備總交通流量分析,區(qū)域交通流量分析,路段交通流量分析,收費(fèi)站交通流量分析,多時(shí)段的交通流量統(tǒng)計(jì)分析,支付方式、天氣、出行者類型等其他維度的交通流量統(tǒng)計(jì)分析;
二是具備運(yùn)營(yíng)指標(biāo)趨勢(shì)分析,包括相關(guān)指標(biāo)評(píng)價(jià)及建立評(píng)價(jià)體系,如道路斷面車流量、平均車速、路面損耗、交通流等;
三是分析交通事件歷史數(shù)據(jù)、路段特征、運(yùn)營(yíng)稽核等,實(shí)現(xiàn)對(duì)交通分析、綜合稽查、道路養(yǎng)護(hù)、機(jī)電運(yùn)維、出行服務(wù)、隱患排查等業(yè)務(wù)的管理,為運(yùn)營(yíng)企業(yè)優(yōu)化管理提供科學(xué)依據(jù);
四是根據(jù)不斷變化的運(yùn)營(yíng)需求,對(duì)運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃,對(duì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、評(píng)估、優(yōu)化、反饋。
3.2.1 交通流量預(yù)測(cè)的應(yīng)用
基于監(jiān)控視頻流、車輛抓拍、通行路徑存儲(chǔ)的信息數(shù)據(jù),分析掌握任意維度或多維度的路段車流量趨勢(shì),判斷常規(guī)時(shí)段或特殊時(shí)段的交通流量變化,可應(yīng)用于:
①車輛密度預(yù)測(cè)。通過大數(shù)據(jù)系統(tǒng)平臺(tái)對(duì)高速公路上的車流數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理,自動(dòng)與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比,能夠設(shè)定出流量排名,最終可以通過算法輸出對(duì)應(yīng)的決策建議,并且預(yù)測(cè)采用這些建議之后將會(huì)造成的高速公路車流變化趨勢(shì),從而就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)車輛密度的精確預(yù)測(cè)[4]。
②道路擁堵預(yù)警。在周末或者節(jié)假日,熱門的高速路線通常會(huì)出現(xiàn)擁堵的現(xiàn)象,那么對(duì)于擁堵易發(fā)路段,一方面可以通過交通流量來預(yù)測(cè)未來一段時(shí)間內(nèi)的車流量變化,詳細(xì)掌握時(shí)間段、氣候情況、原因等導(dǎo)致?lián)矶碌囊蛩兀崆爸贫ㄊ杞夥桨?,為緩解擁堵提供幫助;另一方面可以通過設(shè)定預(yù)警預(yù)測(cè)值,將預(yù)測(cè)值與報(bào)警值上限進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)比,按照預(yù)測(cè)值與報(bào)警值上限不同的差距設(shè)置對(duì)應(yīng)的預(yù)警程度,當(dāng)出現(xiàn)報(bào)警時(shí),可以及時(shí)告知高速路段行駛者,在行駛的路段前方可能出現(xiàn)的擁堵情況,并規(guī)劃出建議行駛的新路線共行駛者參考,避免擁堵,保持行駛暢通。
③收費(fèi)額預(yù)測(cè)。通常交通流量是預(yù)測(cè)收費(fèi)額的基礎(chǔ),通過對(duì)某一高速公路路段月度、季度、年度或者特定時(shí)間段的交通流量預(yù)測(cè),利用收費(fèi)額計(jì)算公式,將流量轉(zhuǎn)化為收費(fèi)額,便可以得到計(jì)算時(shí)間段內(nèi)的理論收費(fèi)額,可對(duì)運(yùn)營(yíng)高速公路征費(fèi)情況做出提前預(yù)判。對(duì)應(yīng)利用交通流量來預(yù)測(cè)收費(fèi)額的,一般涉及對(duì)應(yīng)流量預(yù)測(cè)模型的構(gòu)建,通過模型較為準(zhǔn)確的得到路段流量。
④收費(fèi)人員配置。通過對(duì)未來交通流的預(yù)測(cè),從而掌握一定的車流量規(guī)律,特別是工作日與節(jié)假日、白班與夜班的車流量區(qū)別,運(yùn)營(yíng)企業(yè)可以通過車輛量的情況科學(xué)調(diào)整收費(fèi)站的人工窗口收費(fèi)人數(shù),可以更加合理的配置收費(fèi)站工作人員數(shù)量,做到車多人多、車少人少的靈活調(diào)整。
⑤車道開閉數(shù)量。同上收費(fèi)人員配置,根據(jù)車流量大小,合理安排人工收費(fèi)車道和ETC收費(fèi)車道的數(shù)量,及時(shí)、科學(xué)的增減收費(fèi)車道數(shù)量,有利于對(duì)運(yùn)營(yíng)企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本控制進(jìn)行合理的控制。
⑥道路養(yǎng)護(hù)。通過路段的車流量分析及預(yù)測(cè),結(jié)合對(duì)應(yīng)的車型、車速、超載超限,判斷路段的通行能力、路面質(zhì)量,根據(jù)高速公路道路等級(jí)、年限、路面結(jié)構(gòu)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等,以量化的指標(biāo)指導(dǎo)路面、橋梁、隧道等的養(yǎng)護(hù)施工,制定全壽命周期的養(yǎng)護(hù)周期計(jì)劃[5]。
3.2.2 逃費(fèi)稽查分析的應(yīng)用
基于高速公路車輛入出口信息、ETC門架系統(tǒng)(通行及抓拍圖像數(shù)據(jù))、使用CPC卡交易記錄、車輛具體座位數(shù)等稽查數(shù)據(jù)信息庫(kù),建立逃費(fèi)稽查分析模型,將人工的經(jīng)驗(yàn)式分析轉(zhuǎn)化為智能的科學(xué)型分析,通過篩選、比對(duì)異常行為數(shù)據(jù),分析通行車輛進(jìn)行逃費(fèi)稽查,生成稽核工單,鎖定相關(guān)車輛,包括利用優(yōu)免政策、大車小標(biāo)、套牌等逃費(fèi)行為。
①優(yōu)免政策逃費(fèi)分析。在一些節(jié)假日,以車輛座位數(shù)為基礎(chǔ),會(huì)對(duì)一些小型車輛進(jìn)行免費(fèi)通行政策,而有些車輛在不具備免費(fèi)的條件下,選擇免費(fèi)車道通行,在這樣的情況下,逃費(fèi)稽查分析模型將利用既定的算法,通過途經(jīng)免費(fèi)專用車道的車型座位數(shù)與免費(fèi)通行標(biāo)準(zhǔn)座位數(shù)對(duì)比分析,來智能判斷是否存在利用優(yōu)免政策逃費(fèi)行為。
②大車小標(biāo)分析。通過稽查模型,對(duì)人工收費(fèi)中遇到的降低車型行為進(jìn)行分析,結(jié)合ETC辦理信息、繳費(fèi)信息、實(shí)際車型、動(dòng)態(tài)稱重?cái)?shù)據(jù)等進(jìn)行綜合分析,如果發(fā)現(xiàn)有貨車ETC設(shè)備內(nèi)車型比實(shí)際小、客/貨車使用其他車輛ETC、下高速時(shí)不走ETC而走混合車道、途中裝上拖掛的車輛,可判斷存在大車小標(biāo)行為。同時(shí),提取涉及車輛信息,發(fā)送就近服務(wù)站,提醒路政人員進(jìn)一步檢查,判定是否存在逃費(fèi)。
③套牌分析。通過稽查模型,對(duì)車型、車牌號(hào)、車身顏色、入出站時(shí)間等數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析,如果發(fā)現(xiàn)同一車牌在不同車型上使用,可判斷存在套牌行為。同時(shí),提取涉及車輛信息,進(jìn)一步跟蹤分析,識(shí)別套牌車輛并發(fā)出預(yù)警。
3.2.3 實(shí)時(shí)交通分析的應(yīng)用
基于實(shí)時(shí)的路況、收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)等信息,及時(shí)掌握高速公路服務(wù)現(xiàn)狀,為駕乘人員提供便捷服務(wù),可應(yīng)用于:
①路況信息提示。通過對(duì)實(shí)時(shí)交通信息的分析,對(duì)擁堵路段、事故多發(fā)地點(diǎn)、氣象預(yù)警、繞行方案等進(jìn)行推送,提示靠近該路段的車輛人員。
②服務(wù)區(qū)信息提示。在靠近相應(yīng)服務(wù)區(qū)時(shí),根據(jù)駕乘人員需要,自動(dòng)提供服務(wù)區(qū)空余車位。
③收費(fèi)站信息提示。在快要達(dá)到相應(yīng)收費(fèi)站時(shí),自動(dòng)提示駕乘人員收費(fèi)站開閉情況、車道通行數(shù)量。
3.2.4 安全隱患排查的應(yīng)用
基于安全生產(chǎn)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)、操作規(guī)程、管理制度以及標(biāo)準(zhǔn)化的事故隱患數(shù)據(jù)庫(kù),根據(jù)專項(xiàng)檢查和常態(tài)化巡檢,將現(xiàn)場(chǎng)安全隱患排查與隱患數(shù)據(jù)庫(kù)相對(duì)接,利用微信公眾號(hào)等多媒體形式,使得運(yùn)營(yíng)企業(yè)全員參與到現(xiàn)場(chǎng)安全隱患的采集、排查整改和隱患消除的工作當(dāng)中,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)安全管理信息實(shí)時(shí)收集、動(dòng)態(tài)、閉環(huán)跟蹤與管理。
3.2.5 機(jī)電運(yùn)維分析的應(yīng)用
基于高速公路監(jiān)控設(shè)備、機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行環(huán)境、軟件系統(tǒng)等數(shù)據(jù),進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)、故障預(yù)警等的分析,達(dá)到各類機(jī)電系統(tǒng)智能運(yùn)維。
大數(shù)據(jù)分析可以實(shí)現(xiàn)科學(xué)掌握交通流量規(guī)律、準(zhǔn)確稽查逃費(fèi)車輛、優(yōu)質(zhì)服務(wù)公眾出行、排查管控安全隱患、智能運(yùn)維機(jī)電設(shè)備等功能,是高速公路運(yùn)營(yíng)管理工作的有效支撐和重要輔助,建立大數(shù)據(jù)與高速公路管理的深度融合,拓展大數(shù)據(jù)分析成果在高速公路管理中的實(shí)際應(yīng)用,將是高速公路運(yùn)營(yíng)管理企業(yè)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益雙收的發(fā)展方向。