摘要：本文全面分析了數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的整體概念理論，闡述了城市軌道交通信息系統(tǒng)的概念和發(fā)展態(tài)勢(shì)，總結(jié)了城市軌道交通信息系統(tǒng)中數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)，從軌道交通運(yùn)行評(píng)價(jià)、客流信息數(shù)據(jù)處理和設(shè)備維修檢測(cè)三個(gè)維度研討了數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在城市軌道交通信息系統(tǒng)中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)挖掘；城市軌道交通；信息系統(tǒng)

引言

城市軌道交通線路新增和客流上漲，對(duì)城市軌道交通信息系統(tǒng)的智能化、自動(dòng)化以及全面化發(fā)展提出了更高要求。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是現(xiàn)階段基于數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的新興的網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、統(tǒng)計(jì)學(xué)管理、模式識(shí)別等進(jìn)行了深入廣泛的融合。這就保證了數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在大數(shù)據(jù)信息管理、信息分析、信息提取以及事務(wù)管理中重要作用的發(fā)揮，有效解決了數(shù)據(jù)管理中復(fù)雜性和多樣性引發(fā)的管理困難和障礙。

1. 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的整體概念理論

1.1 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的基本概念

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是基于信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等應(yīng)運(yùn)而生的一種新型技術(shù)手段。具體來(lái)說，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)是指在體量較大、數(shù)據(jù)信息不完備、數(shù)據(jù)信息隨機(jī)的數(shù)據(jù)“庫(kù)”中進(jìn)行甄別、篩選、識(shí)別，并獲取有用的數(shù)據(jù)信息或者資料信息[1]。因?yàn)槌浞纸Y(jié)合了大數(shù)據(jù)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)等，所以數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)自身具有廣泛性、多元性的特征，還將數(shù)據(jù)資料統(tǒng)計(jì)、模式判定技術(shù)、模糊數(shù)學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等融合其中，所以其本質(zhì)屬于多樣化技術(shù)、多元化學(xué)科交叉而生成的一項(xiàng)技術(shù)[2]。

1.2 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的具體劃分

根據(jù)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的技術(shù)核心和組成，現(xiàn)階段數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的類別主要從四個(gè)維度進(jìn)行劃分，即統(tǒng)計(jì)學(xué)理念、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論、數(shù)據(jù)資料庫(kù)、人機(jī)交互。從統(tǒng)計(jì)學(xué)理念來(lái)看，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)又包含了判定解析、遺傳算法等內(nèi)容；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論又將數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)解構(gòu)為競(jìng)爭(zhēng)學(xué)習(xí)、自主神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等；數(shù)據(jù)庫(kù)資料往往需要對(duì)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)過程進(jìn)行全方位多角度的數(shù)據(jù)信息解析，且保證數(shù)據(jù)信息的可視化；人機(jī)交互主要針對(duì)的是機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘。

因此，隨著我國(guó)城市軌道交通的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)能夠在城市軌道交通信息系統(tǒng)中產(chǎn)生重要價(jià)值，對(duì)軌道交通通信、軌道交通網(wǎng)絡(luò)管理、軌道交通運(yùn)行數(shù)據(jù)管理、軌道交通檢票系統(tǒng)等都能實(shí)現(xiàn)操作，提高城市軌道交通信息系統(tǒng)中信息流動(dòng)的速率[3]。比如，依托數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，城市軌道交通信息系統(tǒng)能有針對(duì)性地進(jìn)行乘客資料歸納整理、出行高峰時(shí)間判斷、列車運(yùn)行時(shí)間規(guī)劃等，幫助城市軌道交通進(jìn)行可視化管理。此外，傳統(tǒng)城市軌道交通信息系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)資料或者數(shù)據(jù)結(jié)果往往會(huì)受到一些突發(fā)情況的干擾，如果出現(xiàn)突發(fā)情況影響運(yùn)行數(shù)據(jù)，信息系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)誤差。依托數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，有效規(guī)避了突發(fā)情況的信息干擾和數(shù)據(jù)異常干擾情況，提高了城市軌道交通信息系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的客觀性和穩(wěn)定性[4]。

1.3 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

1.3.1 乘客信息管理

對(duì)于城市軌道交通信息系統(tǒng)而言，不僅承擔(dān)了軌道交通規(guī)劃、軌道交通運(yùn)行的主要任務(wù)，還在乘客信息管理、票務(wù)資料管理方面有著重要價(jià)值。所以，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在城市軌道交通信息系統(tǒng)中的運(yùn)用，首先可以進(jìn)行乘客數(shù)據(jù)資料的細(xì)致化管理和有效管控，針對(duì)乘客的出行習(xí)慣、出行時(shí)間、出行偏好、出行支付方式等進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)學(xué)分析，進(jìn)而為城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)提供支持[5]。這樣，依托乘客信息挖掘、乘客信息分析，城市軌道交通信息系統(tǒng)就能通過信號(hào)系統(tǒng)、列車管理系統(tǒng)等調(diào)整列車班次和發(fā)車時(shí)間，發(fā)揮價(jià)值。

1.3.2 解析運(yùn)營(yíng)消耗情況

城市軌道交通屬于公共資源、公共服務(wù)，其運(yùn)營(yíng)消耗與運(yùn)營(yíng)時(shí)間、通勤頻率、功能比例、乘客數(shù)量等有著密切關(guān)系。所以，依托數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)中的分類解析、回歸解析，可以搭建城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)消耗情況預(yù)測(cè)模型。根據(jù)乘客通勤時(shí)間、乘客通勤數(shù)量、列車損耗情況等因素規(guī)律，以城市軌道交通整體運(yùn)營(yíng)時(shí)間作為函數(shù)，就可以通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和時(shí)間排序預(yù)測(cè)城市軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)消耗情況，為列車安全管理、軌道交通基建管理等提供數(shù)據(jù)支撐[6]。

1.3.3 檔案信息數(shù)據(jù)的管理

對(duì)于城市軌道交通信息系統(tǒng)，檔案信息數(shù)據(jù)的管理是其智能化、數(shù)據(jù)化、自動(dòng)化運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵和核心，也是軌道交通安全運(yùn)維評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。所以，基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)實(shí)施城市軌道交通信息系統(tǒng)的檔案信息數(shù)據(jù)管理具有重要價(jià)值。具體來(lái)說，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以根據(jù)城市軌道交通信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)歸類、數(shù)據(jù)傳遞、數(shù)據(jù)甄別和數(shù)據(jù)管理，并以此建立數(shù)據(jù)管理模型。在數(shù)據(jù)搜集過程中，可以依托數(shù)據(jù)管理模型的邏輯架構(gòu)、管理語(yǔ)言、信息語(yǔ)言等整體解析城市軌道交通信息系統(tǒng)中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)，再根據(jù)數(shù)據(jù)特征進(jìn)行分類篩選和分類管理[7]。

2. 城市軌道交通信息系統(tǒng)的概念和發(fā)展結(jié)構(gòu)

城市軌道交通信息系統(tǒng)是基于控制技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展并成熟起來(lái)的，具備自動(dòng)化、智能化和數(shù)據(jù)化的特征。具體來(lái)說，城市軌道交通系統(tǒng)主要由信號(hào)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、自動(dòng)化檢票系統(tǒng)、乘客信息管理系統(tǒng)、綜合安全系統(tǒng)以及監(jiān)控系統(tǒng)組成。所以，城市軌道交通信息系統(tǒng)是交通信息的多角度全方位呈現(xiàn)，也是交通綜合管理的數(shù)據(jù)信息平臺(tái)[8]。城市軌道交通信息系統(tǒng)的發(fā)展不是一蹴而就的，它是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，更是與軌道交通基礎(chǔ)建設(shè)、軌道交通綜合服務(wù)、軌道交通基礎(chǔ)業(yè)務(wù)相匹配的共同發(fā)展。所以，城市軌道交通信息系統(tǒng)的發(fā)展首先需要強(qiáng)化現(xiàn)有信息系統(tǒng)在運(yùn)維安全、物資保障等方面的推動(dòng)，其次需要升級(jí)信息化管理、智能化管理、數(shù)據(jù)化管理水平，匹配新的軌道交通發(fā)展要求和網(wǎng)絡(luò)信息發(fā)展要求等。

3. 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在城市軌道交通信息系統(tǒng)中的應(yīng)用基礎(chǔ)和應(yīng)用要求

3.1 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在城市軌道交通信息系統(tǒng)中的應(yīng)用基礎(chǔ)

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在城市軌道交通信息系統(tǒng)中的應(yīng)用主要是依托于“Hadoop”分布式架構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)更新和平臺(tái)設(shè)計(jì)。相比其他架構(gòu)和平臺(tái)，“Hadoop”平臺(tái)的計(jì)算能力更快、擴(kuò)展性更好、計(jì)算方式更便捷[9]。其中，“MapReduce”和“HDFS文件系統(tǒng)”是并行于計(jì)算機(jī)接口的核心部分架構(gòu)，“MapReduce”主要提供數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)搜集支持，“HDFS文件系統(tǒng)”提供底層數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存支持。所以，針對(duì)城市軌道交通信息系統(tǒng)中信息量大、信息種類龐雜多樣的特點(diǎn)，基于“Hadoop”框架構(gòu)建的城市軌道交通數(shù)據(jù)挖掘平臺(tái)是具有可行性的[10]。

3.2 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在城市軌道交通信息系統(tǒng)中的應(yīng)用要求

3.2.1 可讀性和維護(hù)性要求

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在城市軌道交通信息系統(tǒng)中的應(yīng)用，需要貼合城市軌道交通信息系統(tǒng)的實(shí)際情況，根據(jù)涉及列車運(yùn)行情況、運(yùn)力分布情況、乘客承載情況等，搭載相對(duì)應(yīng)匹配的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)應(yīng)用和城市軌道交通信息系統(tǒng)的有機(jī)融合，確保在城市軌道交通信息系統(tǒng)的運(yùn)行過程中數(shù)據(jù)使用和運(yùn)行方便，且數(shù)據(jù)具備可讀性和可維護(hù)性[11]。依托于數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用的可讀性和維護(hù)性，城市軌道交通信息系統(tǒng)還可以輔助實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理的簡(jiǎn)化，提升系統(tǒng)運(yùn)行的整體質(zhì)量。

3.2.2 穩(wěn)定性和安全性要求

現(xiàn)階段城市軌道交通信息系統(tǒng)中數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用基本成熟，加之大部分城市軌道交通信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)構(gòu)造和信息庫(kù)設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，運(yùn)行和操作也相對(duì)比較簡(jiǎn)單，便于開展日常維護(hù)和拓展。為了確保城市軌道交通信息系統(tǒng)的順利運(yùn)行，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在城市軌道交通信息系統(tǒng)中的應(yīng)用也要滿足自動(dòng)化運(yùn)行和智能化運(yùn)營(yíng)，且保證數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)自身內(nèi)部具有一定的冗余設(shè)置和糾錯(cuò)能力，進(jìn)而保證城市軌道交通信息系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全。這樣，城市軌道交通信息系統(tǒng)的運(yùn)行過程才能符合要求，促進(jìn)各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)能夠系統(tǒng)化管理，確保城市軌道交通順暢運(yùn)行[12]。

3.2.3 自動(dòng)化和大容量要求

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在城市軌道交通信息系統(tǒng)中的應(yīng)用是基于該系統(tǒng)工作流程的，且與系統(tǒng)的設(shè)置完全吻合，能適配系統(tǒng)中運(yùn)行評(píng)估、客流數(shù)據(jù)分析、運(yùn)維數(shù)據(jù)分析的具體要求。因此，城市軌道交通信息系統(tǒng)中數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用還需要滿足自動(dòng)化和大容量要求。當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)需要存儲(chǔ)和傳輸大量數(shù)據(jù)的情況下，如果提取部分?jǐn)?shù)據(jù)信息，那么最佳的解決方法是通過臨時(shí)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)度。此外，城市軌道交通信息系統(tǒng)涉及多臺(tái)服務(wù)器運(yùn)行，每個(gè)服務(wù)器都會(huì)產(chǎn)生許多臨時(shí)文件和工作日志，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以對(duì)服務(wù)器進(jìn)行分類，后續(xù)再進(jìn)行詳細(xì)分析。

4. 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在城市軌道交通信息系統(tǒng)中的應(yīng)用策略

4.1 軌道交通運(yùn)行評(píng)價(jià)中的運(yùn)用

城市軌道交通中列車運(yùn)行的安全性、平穩(wěn)性、舒適性、時(shí)效性等構(gòu)建了城市軌道交通運(yùn)行評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系。因此，構(gòu)建基于數(shù)據(jù)挖掘的軌道交通運(yùn)行評(píng)價(jià)平臺(tái)具有重要意義?；跀?shù)據(jù)挖掘技術(shù)的城市軌道交通信息系統(tǒng)所呈現(xiàn)出的數(shù)據(jù)內(nèi)容是城市軌道交通信息化管理和列車安全運(yùn)維的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)體系和參考指標(biāo)。這樣，列車運(yùn)營(yíng)過程中的安全性、時(shí)效性、舒適性有了數(shù)據(jù)支持，整個(gè)評(píng)價(jià)過程有了相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 客流信息數(shù)據(jù)處理中的運(yùn)用

城市軌道交通中的客流量往往伴隨著通勤時(shí)間、天氣狀況等條件進(jìn)行變化，這使得客流信息數(shù)據(jù)具有動(dòng)態(tài)化的特征，這就給軌道交通客流信息數(shù)據(jù)處理帶來(lái)不穩(wěn)定和隨機(jī)性的難題。比如，某個(gè)城市在開展大型文藝活動(dòng)或者體育賽事，極易造成客流變化，主要體現(xiàn)在早晚高峰、城市區(qū)域等客流差異上。客流信息數(shù)據(jù)處理難度的增加，給客流峰值預(yù)估造成偏差，影響城市軌道交通運(yùn)行的效率。城市軌道交通信息系統(tǒng)中的自動(dòng)化檢票系統(tǒng)可以將不同乘客在不同時(shí)間、不同地點(diǎn)乘坐城市軌道交通列車的信息呈現(xiàn)出來(lái)，這是運(yùn)營(yíng)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)判斷的基礎(chǔ)。在客流信息數(shù)據(jù)處理中，“Hadoop”可以通過統(tǒng)計(jì)學(xué)分析、模擬識(shí)別等將乘客的出行偏好、出行情況模擬分析出來(lái)，并構(gòu)建乘客的出行習(xí)慣。這樣，依托于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，通過數(shù)據(jù)內(nèi)部規(guī)律分析，運(yùn)營(yíng)人員就能獲取較為精準(zhǔn)的客流數(shù)據(jù)變化。

4.3 設(shè)備檢測(cè)維修中的運(yùn)用

城市軌道交通信息系統(tǒng)依靠的設(shè)施設(shè)備多，通過數(shù)據(jù)挖掘構(gòu)建的海量信息系統(tǒng)設(shè)備數(shù)據(jù)信息，可以將諸如網(wǎng)關(guān)設(shè)備、路由設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備等的型號(hào)、故障數(shù)據(jù)、維修數(shù)據(jù)、預(yù)警數(shù)據(jù)等與軌道信息系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)。一旦某個(gè)設(shè)備即將出現(xiàn)問題時(shí)，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)將會(huì)通過故障代碼、故障原因、故障記錄時(shí)間、故障預(yù)警數(shù)據(jù)等反映出設(shè)備檢測(cè)維修的特點(diǎn)，并開啟人工維修通知和設(shè)備關(guān)停預(yù)警。比如，通過“Hive數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)”搭建城市軌道交通信息系統(tǒng)中的信號(hào)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的維修指標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過數(shù)據(jù)庫(kù)將檢測(cè)信號(hào)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等相關(guān)設(shè)備的工作時(shí)間、工作狀態(tài)、工作效率等反饋出來(lái)，一旦某個(gè)設(shè)備即將出現(xiàn)問題，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)將會(huì)按照“原始數(shù)據(jù)處理—數(shù)據(jù)庫(kù)篩選—數(shù)據(jù)值梳理—算法分析—預(yù)處理（維修）結(jié)果分析”的流程，引導(dǎo)工作人員進(jìn)行提前預(yù)防性處理，真正實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的狀態(tài)維修。

結(jié)語(yǔ)

數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在城市軌道交通信息系統(tǒng)中的運(yùn)用，順應(yīng)了我國(guó)當(dāng)下城市軌道交通發(fā)展迅猛的趨勢(shì)，有效優(yōu)化了城市軌道交通信息系統(tǒng)運(yùn)維緩慢和運(yùn)維過程極易出現(xiàn)的問題。同時(shí)，數(shù)據(jù)挖掘也提升了城市軌道交通信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理水平、數(shù)據(jù)分析能力，推動(dòng)了城市軌道交通信息系統(tǒng)的發(fā)展，提升了城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)維護(hù)水平和安全保障水平。因此，結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)特點(diǎn)，依托城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)的要求實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘的應(yīng)用，是當(dāng)下城市軌道交通信息系統(tǒng)發(fā)展和軌道交通建設(shè)規(guī)劃的新方向。

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作者簡(jiǎn)介：趙俊，本科，副高級(jí)工程師，研究方向：云數(shù)據(jù)中心搭建、數(shù)據(jù)挖掘、軌道交通及運(yùn)營(yíng)商行業(yè)信息化系統(tǒng)。