云計算技術與軌道交通信息處理初探電氣自動化專業(yè)

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1、云計算技術與軌道交通信息處理初探 【內(nèi)容摘要】實現(xiàn)海量交通信息的存儲、傳輸和處理，是軌道交通系統(tǒng)建設的重點內(nèi)容，目前，我國特大城市的軌道交通平臺的基礎建設已初步形成，但普遍面臨著整合利用交通信息來服務于交通管理和出行者的問題。對大量的交通信息進行處理、分析、挖掘和利用，將是未來交通信息服務的關鍵問題，而借助云計算技術的發(fā)展，以其自動化IT資源調(diào)度和快速部署以及優(yōu)異的擴展性等優(yōu)勢，將成為解決這一問題的重要技術手段。 【關鍵詞】軌道交通 云計算 信息處理 緒論 隨著城市軌道交通的迅猛發(fā)展，城市軌道交通網(wǎng)在不斷的發(fā)展和完善。然而，軌道交通的高速化、密集化發(fā)展趨勢對車地間通信能力和大規(guī)模

2、數(shù)據(jù)處理的計算能力帶來了雙重的挑戰(zhàn)，而軌道交通信息有著多樣化、海量性等特性，對于信息基礎設施提出了更高的要求。在網(wǎng)絡化背景的運營下，有著大量的軌道交通信息待處理，因此，系統(tǒng)的信息處理尤為重要。云計算作為一個新興的計算技術，它提供了一個可靠、安全的數(shù)據(jù)儲存中心，且擁有無限的儲存容量。利用云計算技術實現(xiàn)信息處理，以推進軌道交通信息網(wǎng)絡化建設，對于提高軌道交通運營安全系數(shù)具有重作用。本文通過云計算的特點及軌道交通的需求和城市交通疏導的需求等，對云計算技術與軌道交通信息處理及安全問題進行了初步探討，希望能以此提高軌道交通網(wǎng)路系統(tǒng)的靈活性和可靠性，提高安全系數(shù)，保證軌道交通運營的安全與穩(wěn)定。 一、

3、云計算的特點及軌道交通的需求 云計算是近年來發(fā)展的一種新的計算形態(tài)。對于云計算的定義，比較普遍的定義為：云計算是分布式處理、并行處理和網(wǎng)格計算的發(fā)展。云計算的基本原理是：使計算分布在大量的分布式計算機上，而非本地計算機或遠程服務器中，將各類資源整合，使用戶可以方便找尋和方便使用。 針對軌道交通建設的發(fā)展目標及服務對象，軌道交通有以下建設需求：一是大量多類型的交通信息處理。軌道交通需采集、傳輸、處理、存儲大量的交通信息數(shù)據(jù)，包括交通流量、圖像、視頻等信息，需要一個具備強大計算能力的與存儲能力的管理平臺。二是服務廣大交通參與者。軌道交通服務不僅應用于各級交通管理部門，還要服務于廣大的交通參與者

4、，確保他們可以從道路上任何位置，利用正在使用的設備，如車載終端、個人電腦或者移動電話，通過互聯(lián)網(wǎng)或手機網(wǎng)絡，快速和廉價地利用交通技術基礎設施資源所獲得的交通基礎信息，并獲取各類交通服務。三是數(shù)據(jù)安全性要求高。由于存在大量數(shù)據(jù)處理服務，軌道交通系統(tǒng)需建設硬件和軟件冗余機制，以保障交通業(yè)務的連續(xù)性和災難恢復，對計算機硬件的要求較高。四是需具備良好的擴展性。隨著軌道交通系統(tǒng)的快速發(fā)展，其下的各類子系統(tǒng)通常根據(jù)管理及服務需求分階段進行開發(fā)，考慮到軌道交通系統(tǒng)中各類資源，軟件、硬件的共享調(diào)用，系統(tǒng)需具備良好的擴展性，提高資源利用率，節(jié)約開發(fā)成本。云計算是一個新興的計算技術，它提供了一個可靠、安全的數(shù)據(jù)儲

5、存中心，且擁有無限的儲存容量，它正好可以滿足軌道交通系統(tǒng)以上的各項需求。 二、城市交通疏導對云計算的需求 作為一項新興的、顛覆性的技術，云計算技術一經(jīng)推出便在計算機、網(wǎng)絡產(chǎn)業(yè)引起廣泛響應，城市交通擁堵作為城市運行、管理的普遍問題之一，將云計算技術引入交通領域，為交通疏導服務，成為一項必然的發(fā)展趨勢。一是掌控實時交通信息的需求。由于城市交通信息量巨大，一個覆蓋全部城市交通的信息系統(tǒng)需同時處理、存儲、傳輸幾百萬甚至上千萬基本交通元的數(shù)據(jù)信息，當前一般信息系統(tǒng)軟硬件的處理速度和管理效能都難以滿足此項需求，同時考慮建設成本的因素，發(fā)展實時交通信息系統(tǒng)對所有交通管理部門都是一項巨大的挑戰(zhàn)。而云計算方

6、法結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術，通過將所有的信息采集對象變?yōu)樾畔l(fā)送、處理、傳輸對象，將昂貴的中心計算機改變?yōu)榉植际降挠嬎阆到y(tǒng)，將為此類系統(tǒng)的建設提供了可行性。二是實施交通疏導措施的需求。交通管理部門一項管理措施的出臺涉及到現(xiàn)有交通信息的采集以及對交通信息的分析，如通過檢測方式獲取路網(wǎng)交通流量信息及擁堵情況，根據(jù)分析交通流信息，判斷后通過交通誘導設施對現(xiàn)有交通進行引導，均衡路網(wǎng)流量；交通控制系統(tǒng)通過分布在城市中各路口的檢測器，對區(qū)域內(nèi)路網(wǎng)各進口道的流量及占有率進行分析，制定區(qū)域交通配時方案等。均涉及到大量交通數(shù)據(jù)的處理分析，并做到對分析后信息的及時發(fā)布，云計算系統(tǒng)的高速處理、發(fā)布優(yōu)勢在此處效果明顯。三是預測

7、交通運行動態(tài)的需求。制定有效的交通疏導方案，需根據(jù)現(xiàn)有的交通運行情況對一定時間內(nèi)的交通發(fā)展進行預測。交通預測系統(tǒng)計算的數(shù)據(jù)量大，信息實時處理要求高，同時在不同時段的計算需求量差異較大，如采購一般服務器與小型機難以實現(xiàn)對區(qū)域路網(wǎng)的動態(tài)交通數(shù)據(jù)的處理，且經(jīng)濟性不佳。云計算方式根據(jù)計算需求，實時調(diào)用不同數(shù)量的計算單元進行高效計算，成為交通運行動態(tài)的有效途徑、 三、軌道交通系統(tǒng)應用云計算的特點 如果交通數(shù)據(jù)系統(tǒng)采用通常的系統(tǒng)建設方式，相對將產(chǎn)生建設成本較高、建設周期比較長、IT管理效率較低、管理員工作量繁重等問題。隨著ITS應用的發(fā)展，服務器規(guī)模日益龐大，將帶來高能耗、數(shù)據(jù)中心空間緊張；服務器利用

8、率低或者利用率不均衡，造成資源浪費；IT 基礎架構(gòu)對業(yè)務需求反應不夠靈敏，不能有效地調(diào)配系統(tǒng)資源適應業(yè)務需求等問題。而在軌道交通系統(tǒng)建設中引入云計算將能有效解決上述問題，使用云計算的軌道交通系統(tǒng)將具備以下特點： 一是可處理海量數(shù)據(jù)：交通服務可提供全面的路況，需組成多維、立體的交通綜合監(jiān)測網(wǎng)絡，實現(xiàn)對城市道路交通狀況、交通流信息、交通違法行為等的全面監(jiān)測，能夠在交通高峰期采集、處理及分析大量的實時監(jiān)測的數(shù)據(jù)。二是實現(xiàn)應對負載波動：隨著城市機動車水平不斷提高，城市道路交通狀況日趨復雜化，可應對交通流特性呈現(xiàn)隨時間變化大，區(qū)域關聯(lián)性強的特點，能夠?qū)崟r的交通流數(shù)據(jù)及時全面采集、處理、分析等。三是實

9、現(xiàn)信息實時處理：滿足市民對公眾出行服務的交通信息發(fā)布的高時效性，準確的將信息及時提供給不同需求的主體。四是完成數(shù)據(jù)全面共享：全面整合與共享交通行業(yè)信息資源，實現(xiàn)軌道交通系統(tǒng)高效運行，確保軌道交通相關子系統(tǒng)的信息處理、決策分析和信息服務建立在全面、準確、及時的信息資源基礎之上。五是滿足高可用性、高穩(wěn)定性要求：面向政府、社會和公眾提供交通服務，為出行者提供安全、暢通、高品質(zhì)的行程服務，充分利用軌道交通手段，保障交通運輸?shù)母甙踩?、高時效和高準確性，確保ITS應用系統(tǒng)具有高可用性和高穩(wěn)定性。 四、軌道交通對云計算技術的運用 從軌道交通系統(tǒng)運用云計算的特點可以看到，云計算通過虛擬化等技術，整合服務器

10、、存儲、網(wǎng)絡等硬件資源，優(yōu)化系統(tǒng)資源配置比例，實現(xiàn)應用的靈活性，同時提升資源利用率，降低總能耗，降低運維成本。因此，在軌道交通系統(tǒng)中引入云計算有助于系統(tǒng)的建設實施。根據(jù)當前軌道交通建設發(fā)展階段面臨的形勢，滿足城市交通疏導需求，應推進從“構(gòu)建軌道網(wǎng)絡、匯聚處理信息、重視交通疏導中的應用”來推進交通云的發(fā)展。 （一）構(gòu)建軌道網(wǎng)絡 現(xiàn)有的軌道交通網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)通常由基本的星型結(jié)構(gòu)組成，由一臺強大的中心計算機處理所有終端節(jié)點采集的信息，并將處理完成的信息傳輸給發(fā)布終端。當前的軌道交通網(wǎng)絡的弊端在于大量的計算資源沒有得到充分利用，冗余數(shù)據(jù)備份功能欠缺，網(wǎng)絡的穩(wěn)定性不足。而云計算網(wǎng)絡正可以給出上述問題的解決

11、方案，由于互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，交通疏導功能應用與軌道交通的服務器集群可實現(xiàn)“物理分布、邏輯統(tǒng)一”，通過這個統(tǒng)一的虛擬云計算中心，為終端提供各種各樣的計算和存儲服務。連上交通網(wǎng)絡，就可以使用云計算中心的各種資源來存貯數(shù)據(jù)和進行各種各樣的運算，為數(shù)據(jù)中心和各部門之間的數(shù)據(jù)合作和數(shù)據(jù)整合提供了可能。這使得使用個體能夠?qū)①Y源切換到需要的應用上，根據(jù)需求訪問計算機和存儲系統(tǒng)。 云計算網(wǎng)絡為物聯(lián)網(wǎng)的硬件設備搭建的了面向互聯(lián)網(wǎng)基礎的應用平臺，平臺具備各節(jié)點信息的處理、存儲、融合能力，使得傳感器網(wǎng)絡能夠?qū)崿F(xiàn)成熟的服務應用，同時也為軌道交通網(wǎng)絡利用物聯(lián)網(wǎng)技術（RFID等傳感器網(wǎng)絡技術）發(fā)展奠定了基礎。信息處理功

12、能可體現(xiàn)在前端檢測設備能夠?qū)z測數(shù)據(jù)進行分析過濾，或進行一定預處理；流量檢測、信號系統(tǒng)等前端設備具備一定的數(shù)據(jù)存儲能力，一方面對自身檢測數(shù)據(jù)容留存儲空間，另一方面需具備對其他單元傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的快速保存；對通過監(jiān)控、卡口設備、RFID設備、信號控制系統(tǒng)等處得到的交通流信息，云計算網(wǎng)絡各單元應有一定的多元數(shù)據(jù)處理過濾能力。 （二）匯聚處理信息 為滿足交通疏導的需要，軌道交通信息從宏觀至微觀、采集途徑從源頭至前端可分為三個信息層次：出行需求信息層次、道路網(wǎng)絡信息層次、交通節(jié)點信息層次。 一是出行需求信息服務。交通需求信息主要指城市各類交通參與者出行信息，包括每個出行者出行的方式、時間、起訖點等信

13、息。出行需求信息是進行軌道交通管理管理的基礎，可利用手機LBS定位信息源，通過云交通網(wǎng)絡進行信息傳輸處理，快速準確掌握交通參與者的出行需求，從而近期的交通狀況進行精確判斷和預測，并通過各類信息平臺反饋給出行者，開展有效的交通需求管理。二是軌道網(wǎng)絡信息服務。道路網(wǎng)絡信息服務是指：在中觀層面正在路網(wǎng)中運行的交通流信息，包括路網(wǎng)中各路段的交通流量、車速，以及根據(jù)上述參數(shù)計算得到的局部路網(wǎng)、路段飽和度、服務水平信息。道路網(wǎng)絡信息主要是通過路段的各類（視頻、微波、RFID）流量檢測設備以及對出租車GPS數(shù)據(jù)分析獲得，并利用交通云中的誘導設施根據(jù)上述信息引導路網(wǎng)交通流，均衡路網(wǎng)交通，提供道路網(wǎng)絡信息服務。

14、三是交通節(jié)點信息服務。交通節(jié)點信息服務是基于微觀層次的信息服務類型，其通過視頻監(jiān)控設備、路口信號控制設施中的流量檢測線圈的設備，通過分析交通流速度、占有率、視頻中的車輛運行狀態(tài)，掌握通過某節(jié)點的交通流情況，智能分析交通事件發(fā)生與否與嚴重程度，并通過交通信號系統(tǒng)對進行及時控制反饋，進行節(jié)點交通的有效管理。 （三）重視交通疏導中的應用 一是運用云計算對軌道網(wǎng)動態(tài)關鍵節(jié)點和路段分析。各類流量檢測設備和車輛GPS裝置是重要的信息采集和應用設備，浮動車交通信息采集系統(tǒng)用浮動車定位系統(tǒng)采集車輛的位置，并將位置信息通過無線通訊系統(tǒng)傳輸?shù)叫畔⑻幚碇行?，在信息中心應用相關的計算模型和算法，得到城市的道路交通

15、擁堵狀況信息。同時，除現(xiàn)有的常規(guī)交通流與交通事件檢測手段外，還可憑借物聯(lián)網(wǎng)技術、視頻分析技術，通過云計算方法將各類信息采集源進行整合，在各信息節(jié)點中分布計算，如對通過監(jiān)控視頻，交通流特點分析和對交通擁堵等交通事件進行判斷，實現(xiàn)道路“視場外”交通信息分析。 針對交通流量檢測數(shù)據(jù)量變化很大且極不平衡，交通高峰時數(shù)量大，夜晚數(shù)據(jù)量??；受到系統(tǒng)限制，各類采集方式得到的流量信息數(shù)據(jù)精度、準確度差異大，如采用精確算法則需要更多的計算資源；浮動車受到車輛行業(yè)營運影響，數(shù)據(jù)需要深加工才能生成服務城市的交通信息；浮動車直接傳送所接收到的原始GPS信息和車輛身份到數(shù)據(jù)中心存儲和處理。通過上述流量分析方法，實現(xiàn)對

16、路網(wǎng)流量進行云計算分析，達到對路段交通流運行狀況的實時掌握，確保交通管理部門對關鍵節(jié)點進行重點管控。 二是運用云計算實施動態(tài)交通信息服務。云計算在交通流信息處理和服務中的應用前景廣闊，云計算機制和強大計算能力使其可以深度感知交通，并在為海量個體提供個性動態(tài)導航服務的過程中，實施基于路網(wǎng)流量平衡的控制性路徑誘導，實現(xiàn)交通控制系統(tǒng)的目標。高速網(wǎng)絡將計算機、服務器和流量檢測裝置的計算能力連接起來構(gòu)成云計算的基礎設施，可伸縮地將計算能力、存儲能力有效地分配給復雜、海量的地圖匹配、車輛行駛路徑推測、路況信息計算等工作，使得數(shù)以十萬計的個性化動態(tài)路徑誘導成為可能，也為大規(guī)模開發(fā)交通信息應用提供平臺基礎。

17、通過云計算，可將交通控制性誘導與動態(tài)導航融合在一起，實現(xiàn)交通流信息云服務，均衡高峰時段路網(wǎng)流量，有效緩解局部擁堵，為動態(tài)區(qū)域信號控制提供系統(tǒng)基礎和檢測數(shù)據(jù)基礎。交通流信息云計算將信息采集與信息服務融合在一起，實現(xiàn)了有車輛就有交通檢測，實現(xiàn)了大尺度道路交通系統(tǒng)檢測感知。 基于交通的地理信息系統(tǒng)（GIS-T）也可以作為主要服務通過公共云平臺，向廣大的市民提供交通常用信息、地理基礎信息、出行地理信息導航等的智能導航服務。該服務直接為大眾市民所用，也同時為交通運營企業(yè)對針對GIS-T的二次開發(fā)提供豐富的接口調(diào)用服務。通過上述多種信息發(fā)布方式，可實現(xiàn)交通誘導等精細的交通行為控制，為交通緩堵提供了各類基

18、礎誘導平臺。 三是運用云計算加強對信號控制系統(tǒng)研究?，F(xiàn)有的智能信息控制系統(tǒng)通過各類被動交通流檢測方式（線圈、微波、視頻等）實現(xiàn)對路口各流向及路網(wǎng)內(nèi)交通流的檢測，并通過中心計算機進行運算，對信號機統(tǒng)一調(diào)控?；谠朴嬎愕男盘柨刂葡到y(tǒng)將改變現(xiàn)有的信息管理思路，其憑借GPS、RFID及其他物聯(lián)網(wǎng)技術，將路網(wǎng)中運行的所有車輛為信息源，在向流量分析采集系統(tǒng)提供交通流數(shù)據(jù)的同時，也向軌道交通控制系統(tǒng)提供進入路網(wǎng)各流向車道的車流量，通過在信號機、車輛、智能信號控制后臺計算機之間的分布式運算，自動形成真正的區(qū)域交通控制方案，實現(xiàn)云計算下的軌道交通控制對車輛的疏導。 四是運用云計算對公交優(yōu)先控制。智能公交服務

19、主要實現(xiàn)公交優(yōu)先以及提供更加便捷的公交信息服務，而公共云計算網(wǎng)絡為智能公交服務創(chuàng)造的先進的管理、處理、傳輸、發(fā)布平臺。通過建設智能公交云計算平臺，實現(xiàn)公交車運行信息與軌道交通控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡銜接，確保信號控制的路口可根據(jù)上游進口道公交車輛的運行和排隊情況優(yōu)先放行。 此對于公共交通管理部門來說，云計算的到來，可以將分布在各公交車信息定位發(fā)布終端具備計算能力的小島匯聚起來，從而供公共交通管理部門享受到云計算服務中心提供的高性能計算服務，可以免去系統(tǒng)維護的問題，針對公交客運需求，實現(xiàn)公交運力的科學調(diào)度分配。同時，可將Internet上的應用歸于公共云計算平臺，智能公交把信息查詢服務以及智能分析服務作

20、為一個平臺服務提供給其他用戶使用，不但可以標準化服務訪問接口，也可以隨負載壓力動態(tài)調(diào)整IT資源，提高資源利用率以及保障系統(tǒng)高可用性及穩(wěn)定性，實現(xiàn)公交信息及公共運行的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布，手機查詢，站臺電子屏發(fā)布等，提高公交服務質(zhì)量，促進公交出行分擔率的提升，減少汽車出行需求。 五、注重公安等部門應用的安全性 一方面隨著車駕管檔案電子化管理、非現(xiàn)場執(zhí)法（闖紅燈監(jiān)控、雷達測速、公路卡口、電視監(jiān)控等科技裝備抓拍的交通違法）的進一步發(fā)展，信息和數(shù)據(jù)量以幾何級數(shù)增長，使得核心業(yè)務信息的管理難度越來越高，存儲容量進一步擴大，對數(shù)據(jù)存儲容量和可靠性提出了更高的要求。云計算技術能有效增強公安交通管理業(yè)務數(shù)據(jù)的可靠性

21、和存儲能力，應對不可抗力事件，如地震和火災等，為交通管理存儲不斷增長的業(yè)務數(shù)據(jù)提供強有力的支撐。另一方面，如果公安交通管理采用“云計算”技術，一旦發(fā)現(xiàn)某個應用程序進入計算機，該計算機會把這個應用程序的信息與內(nèi)容發(fā)送到云端服務器，云端服務器同時將云內(nèi)所有其他節(jié)點上的計算機發(fā)出針對該信息的質(zhì)詢請求。質(zhì)詢請求主要是詢問其他計算機是否有類似的應用程序的判定方法。云計算對公安交通管理數(shù)據(jù)增加了多層安全機制進行保護，確保公安交通管理數(shù)據(jù)萬無一失。另外，云提供單位的專家人員，提供各種入侵檢測和入侵防御服務，針對各種間諜軟件、木馬、病毒和蠕蟲有獨到的處理方案，同時使用加密技術對數(shù)據(jù)加以保護，可實現(xiàn)有效地保障公

22、安內(nèi)網(wǎng)的網(wǎng)絡安全。 結(jié)語 軌道交通系統(tǒng)是一項龐大復雜的系統(tǒng)工程，涵蓋了信息采集、網(wǎng)絡構(gòu)建、系統(tǒng)集成、應用開發(fā)等多個方面內(nèi)容，涉及城市交通運行管理的多個領域。將云計算融入軌道交通系統(tǒng)之中，可通過政府引導，企業(yè)參與，各方得益，服務群眾的方式開展，發(fā)展軌道交通建設不僅是技術問題，同時也涉及到行政管理問題，云計算將改變現(xiàn)有IT系統(tǒng)的建設和運維模式，既面臨思想觀念上的挑戰(zhàn)，還需要技術上的儲備和應用。但無疑順應軌道交通網(wǎng)絡技術發(fā)展的趨勢，并將帶來交通管理模式的創(chuàng)新和進步。當前軌道交通的發(fā)展重點不僅應著眼于云計算硬件平臺的建設，更應注重拓展服務需求與管理需求，以實現(xiàn)云計算技術在實際交通管理服務中由點及面的逐步推廣。 8