山西高速路网交通流量大数据分析平台的建设实践.pdf

信息与电脑2023年第10 期Information&Computer软件开发与应用山西高速路网交通流量大数据分析平台的建设实践王玉标丨赵宇鸿1崔毅1魏永福丨高东明（1.山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西太原2.山西省智慧交通研究院有限公司，山西太原0 30 0 32）030032;摘要：高速公路路网交通流量是最基本的交通管理数据，也是高速公路交通研究与决策的重要依据。阐述了平台的技术架构和业务架构，简述了平台所解决的关键技术问题和创新点。高速公路交通流量大数据分析平台的建设实现了山西省高速公路路网车流量分析统计，可充分发挥门架数据价值，提高高速公路信息化发展水平。关键词：交通流量；大数据分析；电子收费（ETC）门架中图分类号：U495Construction Practice of Large Data Analysis Platform of Traffic Flow in Shanxi文献标识码：A文章编号：10 0 3-9 7 6 7（2 0 2 3）10-157-0 4Expressway NetworkWANG Yubiao,ZHAO Yuhong,CUI Yi,WEI Yongfu,GAO Dongming2(1.Shanxi Transportation Planning Survey and Design Institute Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi 030032,China;2.Shanxi IntelligentTransportation Research Institute Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi 030032,China)Abstract:Traffic flow of highway network is the most basic traffic management data,is an important basis for highwaytraffic research and decision-making.The construction of the platform realizes the analysis and statistics of traffic flow ofShanxi highway network,and can give full play to the value of portal frame data,improve the development level of expresswayinformationization.Keywords:traffic flow;big data analysis;Electronic Toll Collection(ETC)gantry0引言交通是国民经济的战略性、先导性、基础性产业，是要素空间流动的“血脉”，也是数字经济、新基建发展的重要先行领域-2。高速公路是一个国家综合国力的体现，其建设和运营涉及国家经济和社会生活的各个方面。19 9 3年6 月，太旧高速公路开工建设，截至2020年底高速公路建成通车57 54km，山西省高速公路经历了从无到有，从人字骨架、大字骨架、2 纵11横11环到3纵12 横12 环，从一路一公司、全省联网到取消省界主线收费站实现全国“一张网”运行的发展历程。高速公路路网交通流量是最基本的交通管理数据，收稿日期：2 0 2 3-0 4-2 1基金项目：山西交通科学研究院集团有限公司创新发展计划项目（项目编号：2 1-JKCF-06）。作者简介：王玉标（19 8 2 一），男，山东菏泽人，硕士研究生，正高级工程师。研究方向：公路与市政道路设计、岩土工程与道路工程。是高速公路交通研究与决策的重要依据，无论是进行公路规划、勘察设计、公路建设可行性研究分析以及确定公路设计标准，还是进行公路养护决策、应急决策、交通管控等，都需要高速公路交通流量作为研究的依据 3。因此，高速公路路网交通流量是交通智慧化的基础数据、底层数据。目前，公路交通流量数据以自动化交调站采集为主，但覆盖范围有限，数据随机性较大，很多时候不能反映项目所处周边区域路网行驶车辆的真实水平。2 0 19 年，全国开展取消高速公路省界收费站工程，实现了全国收费“一张网”，电子收费（Electronic TollCollection，ET C）门架系统能够准确记录通行信息，且157台首页、流量管理、流向管理以及数据报表等功能，还信息与电脑软件开发与应用Information&Computer具有门架路网覆盖范围广、设备精度高、运维保障水平高以及数据可靠等优点。基于此，开展高速公路路网交通流量大数据+分析平台建设，实现山西省高速路网车流量分析统计，可充分发挥门架数据价值，提高高速公路信息化发展水平。1平台架构设计高速公路路网交通流量大数据分析平台架构图如图1所示。高速公路路网交通流量大数据分析平台流量分析流向分析节假日流量分析节假日流向分析大数据云计算智能算法GIS地图基础数据、计费数据、牌识数据门架平台基于山西省门架数据、收费数据、跨省拆分数据，围绕车辆特征、时间、流量及流向等指标进行多维度统计和分析，实现交通流量分析、交通流向分析、节假日流量流向分析、省界流量流向分析、趋势分析、报表统计以及可视化展示等功能。高速公路路网交通流量大数据分析平台业务架构图如图2 所示，包含基础设施层、数据资源层、平台层、用户层4部分。用户层维理运用户管理可视化分析数理平台层系统标准规范体系数据资源层基础设施2023年第10 期（1）基础设施层。按照平台实际需求，以大数据服务器为依托进行基础设施层建设。（2）数据资源层。数据资源层主要包括空间数据库、业务数据库、平台支撑库3部分。空间数据库包括基础地图、行政区划、支撑矢量数据等；业务数据库包括路段、收费站、门架等相关数据；平台支撑库主要包括平台建设、运行维护中涉及的用户信息、角色权限、操作日志等数据。另外，在数据资源层对原始门架数据进行预处理，通过算法剔除无效数据，保证后续数据计算的质量。（3）平台层。平台层主要包括可视化一张图、平车型分析OD分析趋势分析报表统计基础数据、收费数据、治超数据收费站图1平台架构图各级领导角色管理可视化一张图首页路段路段矢量数据路段基础数据行政区划&基础底图网络服务器包括统一数据访问接口、平台支撑软件层、平台系统层等几个方面。其中：统一数据访问接口主要为平台各系统访问数据资源层提供统一的登录、读取、更新及写人等接口，还为空间数据人库、更新、展示、服务发布等提供稳定、统一的数据接口；平台支撑软件层主要包括开发软件（主要为Java平台）、地理信息系统（Geographic跨省拆分数据Information System，G I S）支撑软件及其他相关支撑软件。（4）用户层。用户层主要指平台在实际业务中的用户和权限的管理，主要提供平台运行所需的用户管理、角色管理、部门管理、服务监控、日志管理、参数设置以及在线用户等内容。高速公路路网交通流量大数据分析平台还包括标准规范体系、安全保障体系、运行维护体系的建设，这是平台稳定运行的重要保障。2平台功能设计高速公路路网交通流量大数据分析平台功能涵盖可各级管理人员部门管理服务监控统计分析流量管理流向管理平台支撑软件：Java/GIS平台收费站路段基础数据ETC出、入口数据非ETC出、入口数据存储数据规范体系图2 业务架构图操作者日志管理参数设置数据报表全路段车流量统计表全省界门架车流量统计全收费站车流量统计表全路段流向统计门架其他门架基础数据ETC拆分数据牌识数据用户数据组织架构数据流水数据拿数据库在线用户防火墙中间件安全运维体系158信息与电脑2023年第10 期Information&Computer视化展示、交通流量分析、交通流向分析、节假日流量流向分析以及报表统计等内容。2.1可视化展示可视化展示基于高精度地图构建的复杂路网结构模型，将高速公路车辆通行数据融合分析，按照总流量概况、路段流量分析、跨省流量概况、流量趋势分析、收费站流量概况以及收费站流量排名等内容进行展示。采用GIS地图直观展示山西省内所有路段、收费站、门架，具体可显示门架断面车流量、收费站车流量、收费站货车流量、省界车型流量以及拥堵指数等数据，数据实时动态更新。可视化展示界面如图3所示。2.2交通流量分析交通流量分析包含高速公路断面流量、区间流量、路段流量以及收费站流量分析。断面流量和区间流量通过采集断面门架车辆通行原始记录数据，分析统计不同道路和区间上交通流量情况，按照车型、时间等维度直观展示断面流量和区间流量情况，并按照交通量进行排序。路段流量针对全路网流量、行政区划的路网流量、分路线流量以及重点路段流量从车辆类型、时间等维度进行交通流量统计、车道占有率统计与对比，并利用图、表、曲线展现路段交通流量分布规律。收费站流量对各收费站流量数据进行统计分析，通过预设不同的筛选条件，如收费站、开始时间、结束时间以及车辆类型等条件，对交通流量进行图片和列表的多维展示，并进行排序。页面展示全省流量概况、路段流量分析、收费站流量分析、断面（门架）流量分析、山西省界门架流量分析以及节假日收费站流量分析等详细内容。总流量概况流量全省总车流量占比分析点车辆40%（345)#车40%(345)4562辆客车40%(345)增长趋势总车洗单空车流量#重点车洗照10号:1310号：3o号4610号4610号10号15号跨省流量概况进山西客淀菜总数2234M00%软件开发与应用2.3交通流向分析交通流向分析包含断面流向、区间流向、路段流向以及收费站流向分析等内容。断面流向采集分析断面门架车辆通行记录数据，并根据车辆类型、通行时间对断面车辆流向进行统计分析。区间流向通过路网门架之间的组合，对经过该区间的的车辆进行数据采集分析，准确分析某一区间的车辆流向情况。收费站出人口流向对出入口收费原始记录数据进行分析，实现收费站之间不同车型的车辆的关联，完成对人口收费站、出口收费站以及车辆特征之间的关系分析，从而准确统计收费站间的车辆流向情况。省界流向分析是在一定时间范围内通过山西省界出人口门架信息实时数据进行计算建模，通过收费站人口信息和收费站出口信息关联数据，准确分析省界车辆流向，并根据路径门架分析其轨迹。2.4节假日流量流向分析节假日流量流向分析主要是实现高速公路重要节假日交通流量统计。其以列表形式展示各个节假日高速公路路段、断面、收费站以及山西省界日均车流量排名，包含总流量、客车、货车及跨境等数据。2.5统计分析统计分析涵盖高速公路路段流量统计、门架流量统计、收费站流量统计、山西省流量流向管理、路段区域流向管理（经过）、路段流向管理（经过）、路段区域流量流向管理（出发到达）、路段流向管理（出发到达）、收费站区域流向管理、收费站路段流向管理、收费站流向管理、门架区域流向管理、门架路段流向管理以及山西省界门架流向管理山西省高速公路路网交通流量流向大数据平台谨送经收查站.门架Q特情40%(345)空车40%(345)20号25号4M收费站流量概况收费站总数收费贴入口总数223-4M22340费路收费站入口西北环（(2 3辆）路校名称：西北环送线热月的总流量231在用有热中的指名：13年放2000012541500021A10000500030号口总数2234收费站出口编号：CJ2356788里程：6 54KM12弄12142客车货车图3可视化展示收费站流量排名全部出口入口排名车黑点车锅车301230重点车辆空车3012331263012收费站跨省流量排名出口入口排名收费站流量收费站名称总洗量客车货车重点车辆空车13456301213456alool313456134585134563012aliala3012ialali30123012159一信息与电脑软件开发与应用Information&Computer3关键技术与创新点3.1所解决的关键技术问题（1）基于大数据的地图引擎服务。引人地图引擎，依据地图底图定义道路级的数据结构，包括门架和收费站的位置、道路中心点等相关信息，实现门架标注、车辆流量显示、车辆流向显示等，是数据可视化展示的关键技术之一。（2）复杂路网结构模型。高速公路路网结构涉及复杂的路网交叉、互通节点，具有路段多、交叉或循环节点复杂等特点，建立山西省的交通通行路网模型，是解决车辆行驶路径和通行量分析的基础条件。（3）基于大数据的车流量分析技术。基于复杂路网结构和收费大数据，建立统一的数据采集与大数据处理、计算机制，降低大数据使用成本，让数据产生更大价值。通过深度学习、机器学习等大数据算法解决大规模收费数据中分车型、分时间段、分区域实时计算，是实现车流量大数据分析的关键技术之一。（4）大数据分析可视化技术。将大数据分析结果进行可视化展现，将分析数据以图形、GIS地图、排名等方式进行实时展示，按照收费站、省界、路段、区域以及时间等维度，对车流量、车辆类型、拥堵情况等进行可视化展示，直观明了。3.2创新点（1）建设山西省高速公路路网交通流量流向大数据分析平台，填补了山西省高速公路路网、互通枢纽、收费站断面交通大数据流量、流向以及交通出行量分析等方面的空白，为公路规划设计、咨询服务以及业务需求等提供大数据平台，助力山西省交通强省建设和交通2023年第10 期运输高质量发展。（2）首次提出基于山西省高速公路门架数据、收费数据等通过大数据、智能算法进行交通统计、分析和运行评估，分析与挖掘高速公路交通流量数据，并建立功能健全、数据准确的大数据分析平台，有利于全面掌握交通运行状况，为高速公路管理提供分析方法，为高速公路交通研究提供依据和新的思路 5。4结语建立一个全面、能够反映山西省高速公路路网交通流量情况的分析系统，对公路规划设计、建设设计、养护管理、运营管理都可实现相对精准的数据支撑服务，具有一定的应用价值。系统对交通流量的多维度分析有助于挖掘更深层次的关联关系和隐藏规律，为决策者提供多角度的决策依据，也有利于交通智能化与大数据互相促进，推动行业信息化发展水平不断提升，具有广阔的应用前景。参考文献1白亚男.基于大数据的实时交通流预测方法研究 D.广州：广东工业大学,2 0 18:2 3.2陈子瑜.基于大数据的异常检测研究：以高速公路拥堵为例 D.福州：福建工程学院,2 0 2 2:17.3李成露.基于云架构的交通流量数据分析平台 D.南京：南京邮电大学,2 0 15:2 8.4陈玉飞.面向交通大数据的可视化系统关键技术研究 D.唐山：华北理工大学,2 0 2 1:2 7.5陈喜群，李俊懿.智慧城市交通系统若干共性关键技术与应用 J.浙江警察学院学报,2 0 2 3(2):1-9.（上接第156 页）参考文献1Feng G.Implementation of Web data mining technologybased on PythonEB/OL.(2021-11-10)2023-01-16.https:/iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/2066/1/012033.2王辛浩，单艳.探究Python语言下网络爬虫的技术特点及应用 J.数字技术与应用,2 0 2 2,40(10):8 5-8 7.3王国华.基于python的豆瓣电影网络爬虫设计与分析 CJ/第三十六届中国（天津）2 0 2 2 IT、网络、信息技术、电子、仪器仪表创新学术会议论文集,2 0 2 2:2 12-2 15.4张乐，孙怡芳.基于Python的运城旅游数据可视化分析 J.计算机时代,2 0 2 2(10):8 5-8 8.5赵蔷.基于Python爬虫的旅游网站数据分析与可视一160一化 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