廖俊

摘要： 隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展， 大數(shù)據(jù)分析在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在高速公路收費(fèi)管理中， 大數(shù)據(jù)分析也具有很大潛力。本文將從高速公路大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和應(yīng)用現(xiàn)狀入手， 探討大數(shù)據(jù)分析在高速公路收費(fèi)管理中的應(yīng)用， 以提高收費(fèi)管理工作質(zhì)量和效率。

關(guān)鍵詞： 大數(shù)據(jù)； 高速公路； 收費(fèi)

DOI：10.12433/zgkjtz.20240514

我國(guó)高速公路網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)展， 高速公路收費(fèi)管理也面臨著越來(lái)越多的挑戰(zhàn)。高速公路系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)數(shù)量多、 形式多樣， 而有用的數(shù)據(jù)占比較低。當(dāng)前， 高速公路收費(fèi)系統(tǒng)存在許多問題， 如數(shù)據(jù)處理相對(duì)落后、 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)不夠完善、 收費(fèi)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化程度較低、 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全管理措施不力等。

一、 高速公路大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)

（一）產(chǎn)生的數(shù)據(jù)規(guī)模大

高速公路交通流量數(shù)據(jù)是高速公路大數(shù)據(jù)中最為基礎(chǔ)和重要的數(shù)據(jù)種類之一。每天， 高速公路的各個(gè)路段都會(huì)有大量車輛駛?cè)搿?駛出， 這些車輛的數(shù)量、 行駛速度等數(shù)據(jù)需要被實(shí)時(shí)收集和記錄。隨著高速公路的發(fā)展和擴(kuò)建， 數(shù)據(jù)的規(guī)模也在逐年增長(zhǎng)， 各種交通事故和違法行為需要及時(shí)記錄和匯總， 隨著車輛數(shù)量和交通密度不斷增加， 數(shù)據(jù)的規(guī)模也在不斷增大。

環(huán)境數(shù)據(jù)、 設(shè)備數(shù)據(jù)等也是高速公路大數(shù)據(jù)中重要的組成部分。環(huán)境數(shù)據(jù)包括大氣、 水質(zhì)、 土壤等數(shù)據(jù)， 需要通過(guò)監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)采集。設(shè)備數(shù)據(jù)包括路面、 橋梁、 隧道等設(shè)備的運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)， 需要通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)收集。此外， 用戶數(shù)據(jù)也是高速公路大數(shù)據(jù)中不可或缺的一部分， 用戶數(shù)據(jù)包括車主信息、 車輛信息、 行駛軌跡等數(shù)據(jù)， 需要通過(guò)智能化系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和記錄。

綜上所述， 高速公路大數(shù)據(jù)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)規(guī)模非常龐大， 涵蓋交通流量、 安全、 環(huán)境、 設(shè)備、 用戶等多方面。這些數(shù)據(jù)需要及時(shí)、 準(zhǔn)確的收集、 存儲(chǔ)和分析， 以便為高速公路的規(guī)劃建設(shè)、 管理運(yùn)營(yíng)和服務(wù)提供重要的決策依據(jù)。

（二）數(shù)據(jù)形式多樣

數(shù)據(jù)來(lái)源豐富多樣： 高速公路系統(tǒng)涉及交通流量、 車輛信息、 道路狀態(tài)、 天氣狀況、 收費(fèi)信息、 視頻監(jiān)控等多個(gè)方面。這些數(shù)據(jù)來(lái)自交通管理部門、 收費(fèi)系統(tǒng)、 交通攝像頭、 車載傳感器、 天氣預(yù)報(bào)等多個(gè)不同的數(shù)據(jù)源， 從而形成了多樣化的數(shù)據(jù)形式。

數(shù)據(jù)類型復(fù)雜多樣： 高速公路數(shù)據(jù)涵蓋多種不同類型的數(shù)據(jù)， 包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（如車輛數(shù)量、 速度、 車道信息等）、 半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（如交通事件、 天氣預(yù)報(bào)等）和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（如交通攝像頭圖像、 視頻監(jiān)控等）。這些不同類型的數(shù)據(jù)形式不同， 包括文本、 數(shù)字、 圖像、 視頻等多種類型， 導(dǎo)致數(shù)據(jù)形式的多樣性。

數(shù)據(jù)采集方式多樣： 高速公路系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集方式也非常多樣， 包括傳感器、 監(jiān)控?cái)z像頭、 電子收費(fèi)系統(tǒng)、 車載設(shè)備等。這些不同的數(shù)據(jù)采集方式導(dǎo)致數(shù)據(jù)的格式和形式各異， 例如： 傳感器數(shù)據(jù)是實(shí)時(shí)采集的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)， 而監(jiān)控?cái)z像頭數(shù)據(jù)是圖像或視頻數(shù)據(jù)。

（三）數(shù)據(jù)處理速度快

高速公路系統(tǒng)采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集和傳輸技術(shù)， 可以實(shí)時(shí)收集并傳輸高速公路的各種數(shù)據(jù)。高速公路系統(tǒng)中設(shè)有大量的監(jiān)測(cè)設(shè)備和傳感器， 對(duì)車輛流量、 速度、 事故情況等數(shù)據(jù)采集， 數(shù)據(jù)通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸， 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理。高速公路系統(tǒng)采用了云計(jì)算、 大數(shù)據(jù)分析等大規(guī)模數(shù)據(jù)處理技術(shù)， 對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的處理和分析。有些高速公路系統(tǒng)采用先進(jìn)的人工智能技術(shù)， 可以通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析和學(xué)習(xí)， 自動(dòng)化地進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用。高速公路系統(tǒng)還采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和邊緣計(jì)算技術(shù)， 可以對(duì)數(shù)據(jù)快速處理和決策。例如： 對(duì)于交通事故， 系統(tǒng)可以通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理， 及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取措施， 有效減少事故損失。

（四）有用的數(shù)據(jù)占比較低

首先， 高速公路系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)中存在大量重復(fù)、 冗余的數(shù)據(jù)。例如： 車流量數(shù)據(jù)、 速度數(shù)據(jù)等， 往往具有相似性和重復(fù)性， 工作人員難以從中獲得更高的價(jià)值。此外， 車輛的顏色、 品牌等數(shù)據(jù)， 雖然也能被采集和存儲(chǔ)， 但在實(shí)際應(yīng)用中并沒有太大價(jià)值。

其次， 數(shù)據(jù)存在數(shù)據(jù)質(zhì)量問題。由于高速公路環(huán)境的復(fù)雜性， 如受惡劣天氣、 車輛故障等因素影響， 使數(shù)據(jù)采集存在不穩(wěn)定性和不準(zhǔn)確性， 對(duì)數(shù)據(jù)的分析和應(yīng)用帶來(lái)較大影響， 降低數(shù)據(jù)的價(jià)值密度。

最后， 需要結(jié)合其他數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和應(yīng)用， 才能真正發(fā)揮其價(jià)值。例如： 車流量數(shù)據(jù)和車速數(shù)據(jù)需要結(jié)合天氣、 路況等其他數(shù)據(jù)， 才能獲得更高的價(jià)值。

二、 高速公路大數(shù)據(jù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著智能化、 信息化管理的不斷推進(jìn)， 高速公路系統(tǒng)產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)應(yīng)用也在不斷拓展。目前， 應(yīng)用集中在以下幾方面：

（一）交通安全的監(jiān)測(cè)與預(yù)警

高速公路交通安全是公路暢通和人民生命安全的重要保障。通過(guò)對(duì)車輛行駛過(guò)程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析， 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)交通事故的預(yù)測(cè)、 預(yù)警和及時(shí)處置。例如： 對(duì)于超速、 違章停車等違法行為， 通過(guò)車輛數(shù)據(jù)和違法數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警， 以提高交通安全水平。

（二）路況的管理和維護(hù)

路況的管理和維護(hù)是保障公路安全和暢通的重要工作。通過(guò)路況數(shù)據(jù)進(jìn)行分析， 實(shí)現(xiàn)對(duì)公路運(yùn)營(yíng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警。例如： 對(duì)于高速公路上的積水、 冰雪等不良路況， 及時(shí)采取措施。

（三）智能收費(fèi)管理

收費(fèi)管理是保障公路正常運(yùn)營(yíng)的重要環(huán)節(jié)。通過(guò)對(duì)車輛行駛數(shù)據(jù)和收費(fèi)數(shù)據(jù)分析， 實(shí)現(xiàn)對(duì)收費(fèi)系統(tǒng)的自動(dòng)化和智能化管理。例如： 通過(guò)車牌識(shí)別和車輛位置數(shù)據(jù)， 可以實(shí)現(xiàn)電子收費(fèi)和自動(dòng)化收費(fèi)， 提高收費(fèi)效率。

三、 當(dāng)前高速公路收費(fèi)系統(tǒng)的問題

（一）數(shù)據(jù)處理相對(duì)落后

由于高速公路的車流量大， 收費(fèi)系統(tǒng)需要快速處理大量的數(shù)據(jù)， 以實(shí)現(xiàn)電子收費(fèi)和自動(dòng)化收費(fèi)。然而， 當(dāng)前收費(fèi)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理速度較慢， 無(wú)法滿足系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性的要求。例如： 無(wú)法通過(guò)數(shù)據(jù)分析和挖掘技術(shù)， 對(duì)車輛行駛軌跡、 駕駛行為、 車輛狀況等關(guān)鍵信息深入分析。

（二）數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)有待完善

首先， 當(dāng)前收費(fèi)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)種類繁多， 且數(shù)據(jù)量巨大。這些數(shù)據(jù)包括車輛信息、 收費(fèi)信息、 用戶信息等， 但由于各種原因， 這些數(shù)據(jù)在后期應(yīng)用中的價(jià)值較低， 不僅沒有給運(yùn)營(yíng)單位帶來(lái)幫助， 反而成了負(fù)擔(dān)。例如： 數(shù)據(jù)的更新周期過(guò)長(zhǎng)、 數(shù)據(jù)已經(jīng)過(guò)時(shí)、 不完整等， 這些導(dǎo)致儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)無(wú)法及時(shí)為管理和決策提供支持。

其次， 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)存在數(shù)據(jù)重復(fù)和冗余的問題。由于各個(gè)收費(fèi)站的數(shù)據(jù)管理方式不同， 導(dǎo)致數(shù)據(jù)重復(fù)或冗余， 浪費(fèi)了儲(chǔ)存資源， 同時(shí)也增加了數(shù)據(jù)管理的難度和復(fù)雜度。不僅會(huì)降低數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的性能和效率， 還會(huì)給運(yùn)營(yíng)單位帶來(lái)麻煩。

最后， 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)缺乏有效的數(shù)據(jù)分析和挖掘手段。例如： 無(wú)法發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的規(guī)律、 異常等情況， 也就無(wú)法對(duì)收費(fèi)系統(tǒng)進(jìn)行有針對(duì)性的改進(jìn)和優(yōu)化。

（三）收費(fèi)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化程度有待提高

在不同的高速公路收費(fèi)站， 由于軟件不兼容、 硬件不同等問題， 會(huì)出現(xiàn)設(shè)備無(wú)法識(shí)別車輛， 導(dǎo)致收費(fèi)延誤或錯(cuò)誤。這不僅影響了用戶的出行體驗(yàn)， 還給運(yùn)營(yíng)單位帶來(lái)了管理和維護(hù)方面的困難。由于收費(fèi)系統(tǒng)軟件分散開發(fā)， 缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)規(guī)范， 不同的開發(fā)單位采用不同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和開發(fā)工具， 導(dǎo)致收費(fèi)系統(tǒng)之間的相互操作性較差， 難以實(shí)現(xiàn)信息共享和數(shù)據(jù)交互。這不僅增加了系統(tǒng)的運(yùn)維成本， 還限制了收費(fèi)系統(tǒng)性能的充分發(fā)揮。收費(fèi)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化程度低， 也給技術(shù)更新和升級(jí)帶來(lái)了困難， 在進(jìn)行技術(shù)更新和升級(jí)時(shí)， 需要考慮不同系統(tǒng)間的兼容性和一致性， 這給系統(tǒng)維護(hù)和升級(jí)帶來(lái)了不小的挑戰(zhàn)。

（四）物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全管理措施有待加強(qiáng)

高速公路收費(fèi)管理涉及大量交易及數(shù)據(jù)處理， 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為信息技術(shù)的重要組成部分， 被廣泛應(yīng)用于收費(fèi)管理中。然而， 隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的不斷擴(kuò)大， 網(wǎng)絡(luò)安全問題成為重要且亟待解決的問題， 物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全管理措施尤為重要。

高速公路收費(fèi)管理中的數(shù)據(jù)具有極高的價(jià)值， 大量車輛信息、 駕駛員信息以及交易信息都會(huì)被記錄在系統(tǒng)內(nèi)， 并存儲(chǔ)于服務(wù)器中。若數(shù)據(jù)被惡意攻擊者獲取或篡改， 將造成嚴(yán)重的后果， 不僅會(huì)帶來(lái)重大的經(jīng)濟(jì)損失， 還可能對(duì)人身安全造成威脅。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與終端數(shù)量眾多且分布廣泛， 使得物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在安全性方面更加脆弱。攻擊者有可能通過(guò)攻擊其中一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備或終端， 進(jìn)一步入侵其他設(shè)備或系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)整個(gè)高速公路收費(fèi)系統(tǒng)被攻擊的目的。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展和更新?lián)Q代， 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的漏洞和安全問題不斷暴露。

四、 大數(shù)據(jù)分析在高速公路收費(fèi)管理中的應(yīng)用

（一）數(shù)據(jù)篩選

首先， 針對(duì)高速公路收費(fèi)管理中的數(shù)據(jù)來(lái)源和類型， 需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和篩選。收費(fèi)站產(chǎn)生的數(shù)據(jù)主要包括車牌號(hào)、 車型、 時(shí)間、 收費(fèi)金額等， 這些數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中， 可能會(huì)出現(xiàn)丟失、 錯(cuò)誤等， 因此， 需要進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗和校驗(yàn)。在路段分中心和省公路中心， 還會(huì)收集到車輛流量、 路面狀況、 天氣情況等更豐富的數(shù)據(jù)， 數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)篩選和匯總， 以供后續(xù)分析使用。

其次， 對(duì)數(shù)據(jù)分析和挖掘， 發(fā)現(xiàn)其中的關(guān)聯(lián)性和規(guī)律性。例如： 通過(guò)分析不同時(shí)間段內(nèi)的車流量和車型分布， 為收費(fèi)站的人員調(diào)度和管理提供參考； 通過(guò)分析不同天氣條件下的車輛行駛速度和事故率， 可為路段維護(hù)和管理提供決策支持。分析結(jié)果可用于提高收費(fèi)系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量和安全性， 降低成本和風(fēng)險(xiǎn)。

最后， 根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行反饋和改進(jìn)。利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)， 實(shí)現(xiàn)對(duì)收費(fèi)管理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)測(cè)， 及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并采取措施。同時(shí)， 對(duì)數(shù)據(jù)的采集和傳輸流程改進(jìn)和優(yōu)化， 以提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量和效率。通過(guò)不斷反饋和改進(jìn)， 實(shí)現(xiàn)高速公路收費(fèi)管理的精細(xì)化和智能化目標(biāo)， 為人們提供更加高效、 便捷和安全的服務(wù)。

（二）預(yù)處理數(shù)據(jù)

預(yù)處理數(shù)據(jù)是指對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行清理、 加工、 過(guò)濾、 轉(zhuǎn)換等操作， 以提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可用性。在高速公路收費(fèi)管理中， 預(yù)處理數(shù)據(jù)的主要目的是提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性， 為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和挖掘提供可靠的基礎(chǔ)。高速公路收費(fèi)系統(tǒng)中涉及的數(shù)據(jù)種類繁多， 需要經(jīng)過(guò)預(yù)處理才能被用于數(shù)據(jù)分析和決策支持。預(yù)處理數(shù)據(jù)的主要內(nèi)容包括以下幾方面：

1.數(shù)據(jù)清洗： 對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行去重、 糾錯(cuò)、 填補(bǔ)缺失值等處理， 以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。

2.數(shù)據(jù)集成： 將多個(gè)數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)整合， 以獲得更全面的信息。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換： 將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、 單位換算等處理， 以滿足后續(xù)數(shù)據(jù)分析的需求。

3.數(shù)據(jù)歸約： 對(duì)大規(guī)模數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣、 壓縮等處理， 以降低數(shù)據(jù)量， 提高數(shù)據(jù)的處理效率。預(yù)處理數(shù)據(jù)的作用不僅在于提高數(shù)據(jù)質(zhì)量和可用性， 還在于節(jié)省后續(xù)數(shù)據(jù)分析和挖掘的時(shí)間和資源成本。

（三）高速公路通行費(fèi)的預(yù)測(cè)

收費(fèi)情況是高速公路運(yùn)營(yíng)效益的重要體現(xiàn)之一， 而車流量則是收費(fèi)情況的關(guān)鍵因素。大數(shù)據(jù)分析技術(shù)可以對(duì)歷史的車流量、 天氣等數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、 處理和分析， 建立合適的模型預(yù)測(cè)通行費(fèi)。通過(guò)對(duì)車流量等數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘和分析， 準(zhǔn)確預(yù)測(cè)不同時(shí)間段和不同天氣情況下的車流量和收費(fèi)情況， 幫助收費(fèi)管理機(jī)構(gòu)更好地制定收費(fèi)政策。此外， 更好地掌握車流量和收費(fèi)情況的變化， 更加準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)未來(lái)的車流量和收費(fèi)情況。例如： 運(yùn)用時(shí)間序列分析方法， 對(duì)歷史通行數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢(shì)和周期性分析， 識(shí)別出通行費(fèi)的季節(jié)性和周期性變化。采用回歸分析方法， 建立通行費(fèi)與各種因素（如車流量、 車型、 天氣等）之間的關(guān)聯(lián)模型， 通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)， 預(yù)測(cè)未來(lái)的通行費(fèi)收入。采用機(jī)器學(xué)習(xí)、 深度學(xué)習(xí)等技術(shù)， 構(gòu)建更加復(fù)雜和精確的預(yù)測(cè)模型， 提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性和精度。

五、 結(jié)語(yǔ)

本文綜述了大數(shù)據(jù)分析在高速公路收費(fèi)管理中的應(yīng)用。通過(guò)對(duì)高速公路大數(shù)據(jù)的應(yīng)用現(xiàn)狀和存在的問題進(jìn)行分析， 可以看到其中的巨大潛力， 可提高收費(fèi)管理工作的質(zhì)量和效率， 為高速公路的安全和暢通提供良好的保障。

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