（交通运输规划与管理专业论文）公路管理数据仓库系统及其实现技术.pdf

摘要 现代公路管理是一个复杂的系统分析、管理、控制与决策过程，它需要强有力的信息 支撑系统沟通各个独立的业务操作处理系统( o u p ) ，以实现现代公路科学化管理所需要的 综合分析能力；但是，现有的公路管理业务操作处理系统是由一些分散的、独立的、异构的 计算机信息管理系统组成的庞大体系，这个体系中虽然积累了大量的公路管理所需要的各种 各样信息，由于没有一套有效的管理与分析方法，这些大量的信息成为“数据的海洋”而难 以支撑现代公路管理的分析需求。因而，在信息社会的条件下，如何响应国家i t s 体系结 构中系统整合思想，集成这些分散、独立、异构的公路管理业务操作处理系统，提出大容 量公路管理数据的有效管理方法，利用数据资源，充分挖掘信息潜力，提高公路管理水平 与效率，降低管理成本已成为当前公路管理中面临的巨大挑战问题。本质上讲，这是一个 探讨众多公路业务处理系统的数据集成、集成后数据的管理与共享、数据分析等具体需求问 题的对策论，这三大问题是联系现实需求与对策方案的中间杠带，其关系如图l ： 釜篓嚣谭现实世界广r 为了实现公路交通与社会 经济的可持续发展，现代 公路管理要求领导者与管 理者必须从系统观点出发 进行整体优化决篆，因而 它需要公路管理各个方面 信息的支撑；在现有分散、 独立、异构的业务处理系 统基础上构筑适合进行综 合分析的数据环境；并通 过有效的数据分析技术充 分挖掘信息潜力 信息支撑 系统 多源数据集成 数据管理与共享 数据深度分析 挖掘信息潜力 具体对策 技术方案 建立公路管理数据仓库 建立基于数据仓库的元数据 共享技术方案 高级报表分析工具； 多维分析工具； 基于公路管理领域模型的数 据挖掘工具： 公路管理空间数据仓库及其 实现技术方案 图1 本论文的问题与技术方案之间的对策关系 本论文以此为出发点展开，主要内容有： 第一章是绪论，对本论文的研究背景、需求、国内外相关研究与进展、研究总体内容 与技术路线进行说明，并说明本论文的主要创新点。 第二章，概述了现代公路管理主要内容及公路管理决策的复杂性，总结出信息社会条件 下挖掘信息潜力需求与信息化现状之间的矛盾，比较分析了各种技术方案，得到利用数据仓 库技术解决公路管理信息化现状需求问题是最佳选择的结论，并对建设开发这一系统的战略 意义进行分析。 第三章，从宏观层面提出公路管理数据仓库的总体体系结构、实现方案，并对数据模型 的整体设计进行研究，主要包括主题、粒度、元数据及通过元数据实现数据共享的技术方案。 本章有三大内容：一是省级公路管理的体系结构，首先剖析美国v d o t 数据仓库工程的体 系结构，其次分析数据仓库体系结构的一般设计理论演变，结合公路管理体制及国家r r s 体系结构，提出省级公路管理数据仓库系统的体系结构；二是，分析现有数据仓库系统数据 模型设计理论基础上，提出数据仓库与数据集市集成设计方案，特别是数据集市多维数据模 型( d d m ) 的因果设计方法，并应用于公路管理具体事例中；三是，对元数据组织结构进 行分析，借鉴地理信息系统数据共享技术方案提出公路管理元数据结构，并提出实现公路管 理数据共享的元数据方案：以公路管理数据为基础，建立依主题查询的公路管理元数据查询 与检索系统，提供数据的共享应用。 第四章、第五章、第六章是本文的核心内容，主要探讨进行公路管理数据分析的技术 与实现方案，并以具体的工程问题提供解决的步骤与思路。 第四章，结合公路管理领域问题，提出基于数据仓库技术进行数据分析的总体方案，一 个是公路管理多维分析实现技术与应用，另一个是公路管理专用数据挖掘系统的总体结构框 架，包括它与一般数据挖掘系统的区别、实现步骤、战略评估与应用领域等诸多问题。作为 深度数据分析的有效工具，公路管理专用数据挖掘系统可以发现公路管理中潜在的模式、规 则等知识。第五章对这一问题进一步深入分析。 第五章，专门讨论公路管理专用数据挖掘系统实现技术，主要基于以下内容( 模型) ( 1 )基于公路养护的时间序列周期模式挖掘、序列模式挖掘； ( 2 )基于工程管理的关联分析、决策树分类预测技术等； ( 3 )征费中报停欺诈车辆的特征分析； ( 4 ) 公路管理专用数据挖掘系统中相关问题的进一步讨论 第六章，主要是探讨研究公路管理空间数据仓库实现技术。首先以实际问题引入公路管 理空间数据仓库实现中存在的问题，主要是如何在多维模型中同时嵌入时间维与空间维，为 了解决这一问题，提出在现有的g i s - t 基础上嵌入时间概念建立时空数据模型。并以时空 多维数据模型为基础：探讨多维分析实现方案，另一方面，概述了国内外利用空间数据挖掘 技术解决空间分析问题的基本方案与思路，给出实施公路管理空间数据挖掘的基本步骤，对 实现过程的相关问题进行深入分析，特别基于公路管理的空间谓词与空间函数。最后，给出 如何把空间数据挖掘技术应用到道路经济效益评价的实际算例中。 第七章是技术验证系统，探讨其在现有基础上开发系统的步骤与核心技术，并对一些 特殊的使用效果进行演示验证，它为整个系统的开发提供了了原型与思路。 第八章结论与未来研究展望，对本文的研究成果进行总结，提出进一步研究的相关问 题及结果展望，它指明了进一步研究的思路。 关缮函办公路管理，数据仓库，元数据，多维分析，数据挖掘，信息融合， 空间数据仓库、时空多维数据模型、空间数据挖掘 a b s t r a c t i t sac o m p l i c a 坂ls y s t e ma n a l y s i s , m a n a g e m e n tc o n t r o la n dd e c i s i o nm a l d n g p r o c e s so fh i g h w a ym a n a g e m e n ti n t h em o d e mt i m e s pi tn e e db e t t e ri n f o r m a t i o n s t t p p o r m l gs y s t e mt oc o n n e c ta l lt h e s eo n l i n et r a n s a c t i o np r o c e s s i n gs y s 毛e m s ( o l r e s ) ， t om e e tt h ei n t e g r a t e dd a t aa n a l y s i sn e e do fs c i e n t i f i cm a n a g e m e n to fh i g h w a y , o nt h e o t h e rh a n d , i t sal a r g es e p a r a t e , s e l f - g o v e r n e d ，h e t e r o - g e n o u sm a n a g e m e n ti r f f o r m a t i o n s y s t e mo ft h e s eo l t p s , t h e y c o l l e c ta l lk i n d so f d a t aa b o u th i g h w a ym a n a g e m e n t , b u t a b s e n c eo fau s e f u ld a t am a n a g e m e n ta n da n a l y s i sm e t h o d s s ot h e r ea 托”s e ao f d a t a ，b u ti tc o u l dn o ts u p p o r tt h ed a t aa n a l y s i sn e e d f lo fh i g h w a ym a n a g e m e n t i n i n f o 眦t i o n 哪脚唧孕觋h o w t o 臻譬p 9 嘴她哆书平抑孵删9 孕i 懒啊蛳。 。一 m a t i o 玎u a li t sa r c 蝉睁恕豫t o 赡孵蛑t h 弓孵唧婵拿睡孵蚋号粤譬d ，h e 睁? 9 ：髀n o 啤 - 。 。 。一。 o l t p s ，t o d e 、，p 1 9 p 嘶嘶晰蚋9 虫t o 嗍她；孵丫9 l u m e 孕热t o 咖脚 j 。 p o t e n t i a lo fi l i i o 罂蝉9 譬p 譬啦嘶鼎骅吩t 0 哗孵嘶a b 县孵州唢e 拇哪c 抑 t 。一。一。 d e c r e a s et h e 删啤辟警哪s 9 s t ：孵h oi 咖a y 萼唧靶m e 幢豫9 m et h e 孵a t 拿啦凹耻 v o。 州p f o p ! 拿罂：s u b s t a n t i a l l y , i t sac o u n t e r m e a s u r ep r o b l e m0 f 觚i i 唱h o w 幻 i n t e g r a t e , 协m a n a g ea n ds h a r e , t om e e t d a t aa n a l y s i so fh i g h w a yo l t p s , i tb e c o m e 妇 b r i d g eb 已t w e e nt h en e e do f r e a lw o r l da n dc 0 删毗目论越i 伽o ft e d m i q u e ss c h e m e s a 5 f i g u r e1 ： f i g u r e1 p r o b l e m sa n dc 讲m 黜孤m 他o f t l l et l l e s i s b a s e do nt h ea b o v ed i s c u s s i o n pt h ep a p e ri n c l u d i n gf o l l o w i n gc o n 锄t ： c h a p t e r1 ，e x p l a i n st h eb a c k g r o u n do fr e s e a r c hr e q u i r e m e n t , c o r r e l a t er e s e a r c hi n b o t hn a t i o n a la n di n t e r n a t i o n a l , t o t a lf r a m ea n ds c h e m eo ft h ep a p e r , a n dp o i n t so u tt h e m a i nc o n t e n ta n di n n o v a t i v ea r e a so ft h ep a p e r c h a p t e r2 ，8 锄吡m a r i 础t h em a i nc o n t e n to fh i g h w a ym a n a g e m e n ta n di t s c o m p l e x i t yo fd e c i s i o n - m a k i n g , $ i 加格u pt h ec o n f l i c t b e t w e e nt h en e e d so fm i n i n g p o i 窟n f i a lo fi n f o r m a t i o na n d 缸a c t u a l i t ys t a t u so fh i g h w a ym a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n , c o m p a r e sa n da n a l y s e st h ed i f f e r e n tt e c h n i q u ec o u n t e r m e a s u r e , a n di tg e t s t h e c o n c l u s i o nt h a tu s i n gt h ed a t aw a r e h o u s et e c h n i q u em a yb et h eb e s tc h o i c et os o l v e st h e r e a lp r o b l e m so fa c t u a l h i g h w a yi n f o r m a t i o ns t a t u s ，e x p l a i n st h es t r a t e g i cs i g n i f i c a n c e o fb u i l d i n gt h ed a t aw a r e h o u s es y s 七e i no fh i g h w a ym a n a g e m e n t c h a p t e r3 ，d e v e l o p st h ea r c h i t e c t u r ea n dt o t a lb u i l d i n g 翻t h e i n eo fh i g h w a y m a n a g e m e n td a t aw a r e h o u s es y s t e m , a n dd o e sr e s e a r c ho nt h ed e s i g no fd a t am o d e l , i n c l u d i n g ：s u b j e c to fh i g h w a ym a n a g e m e n t , g r a n 僦t y ，m e t a - d a t a ，a n ds h a r i n gs c h e m e b a s e do nt h em e t a - d a t aa n dd a t aw a r e h o u s e t h ec h a p t e ri n c l u d et h r e ep a r t ：p a r t1 ，a b o u t t h ea r c h i t e c t u r eo f h i g h w a ym a n a g e m e n td a t aw a r e h o u s es y s t e mo n t h ep r o v i n c el e v e l ，i t a n a l y s e s 岫d a t aw a r e h o u s e a r c h i t e c t u r eo fv d o t sp r o j e c ta n dt h eg e n e r a l d e v e l o p m e n tt h e o r y , b a s e do nt h em a n a g e m e n ts y s t e ma n da r c h i t e c t u r eo fn a t i o n a li t s , d e v e l o p st h ea r c h i t e c t u r eo f 蛐a ym a n a g e m e n td a t aw a r e h o u s es y s t e mo nt h e p r o v i n c el e v e l ；p a r t 乙a n a l y s e st h ed a t am o d e ld e s i g nt h e o r yo fd a t aw a r e h o u s e n o w a d a y s , d e v e l o p st h ei n t e g r a t i o nd e s i g nm e t h o do fd a t aw a r e h o u s ea n dd a t am a l 血p e s p e c i a l l yt h ec a u s e - e f f e c tm e t h o do fm d d ( m u l t i - d i m e n s i o nd a t am o d e l ) d e s i g n , a n d p u t si ti n t op r a c t i c eo fh i g h w a ym a n a g e m e n t ；p a r t3 ，a n a l y s e st h es t r u c t u r eo fm e t a - d a t a , u s ef o rr e f e r e n c eo fs h a r i n gc o u n t e r m e a s u r eo f g i s , d e v e l o p st h em e t a - d a t as t r u c k u 琶a n d d a t as h a r i n gc o u n t e r m e a s u r eb a s e dh i g h w a ym a n a g e m e n td a t aw a r e h o u s e ：b u i l d i n gt h e m e t a - d a t as y s t e mf o rd a t ar e s e a r c h i n gb a s e do nt h es u b j e c to fh i g h w a ym a n a g e m e n ta n d h i g l l w a ym a n a g e m e n td a t aw a r e h o u s e , s u p p l y i n gt h ea p p l i c a t i o nf o rd a t as h a r i n g f r o mc h a p t e r4t o6 ，i ti st h ec o r ec o n t e n to ft h ep a p e r , d i s c u s s e st h ed a t aa n a l y s i s t e c h n i q u ea n di t sm e t h o do nh o w t op u ti ti n t or e a l i t y , d e v e l o pt h ea p p r o a c h e sa n di t s i d e ab a s e do nt h er e a lp r o b l e mo fe n g i n e e r i n g c h a p t e r4 ，d e v e l o p st h ef l a l m eo fd a t aa n a l y s i sb a s e do nt h ed a t aw a r e h o u s ea n d h i g h w a ym a n a g e m e n t r e a lp r o b l e m s , o n ei st h em u l t i - d i m e n s i o n a n a l y s i st o o l s ，t h eo t h e r i s 论d a t am i n i n gs y s t e mb a s e do ns p e c i a l l yp r o b l e mo f h i g h w a ym a n a g e m e n t , i n c l u d i n gt h ed i f f e r e n c ec o m p a r ew i t ht h eg e n e r a ld a t am i n i n gs y s t e m , a p p r o a c h , s t r a t e g i ce v a l u a t i o n , a p p l y i n gd o m a i n , e k a sae f f e c e v et o o lo fd e e p l yd a t aa n a l y s i s ， d a t am u a n gs y s t e mb a s e do nt h es p e d a n yp r o b l e mo fh i g h w a ym a n a g e m e n tc a n d i s c o v e r yt h ei n h e r e n tp a t t e r n , r u l e sa n dk n o w l e d g e i td i s c u s s e st h ep r o b l e mi nt h e c h a p t e r5s p e c i a l l y c h a p t e r5 ，d i s c u s s e sm a i n l yo i ! t e c h n i q u e so nh o w t op u tt h eh i g h w a ym a n a g e m e n t d a t am i n i n gt o o l si n t op r a c t i c e , b a s e do nt h ef o l l o w i n ge x a m p l e ： ( 1 ) m u l t i - d i m e n s i o np e r i o d i c a lp a t t e r no ft i m es e q u e n c e sa n dm u l l i - d i m e n s i o n s e q u e n c ep a t t e r nb a s e do nt h eh i g h w a ym a i n t e n a n c e ； ( 2 ) a s s o c i a t i o na n a l y s i s , d e c i s i o nt r e e 出b a s e do nt h eh i g h w a yp r o j e c t m a n a g e m e n t ； ( 3 ) d a t am i n i n gt e c h n i q u e so nt h ef r a u do fv e h i c l e s t o l la n di t sa c t i v i t y ； v ( 4 ) s o m eo t h e rp r o b l e m s0 1 1t h ed a t am i n i n gs y s t e mo fh i g h w a ym a n a g e m e n t c h a p t e r6 ，m a i n l yd i b c u s s e st h et e c h n i q u e so fh i g h w a ym a n a g e m e n ts p a t i a ld a t a w a r e h o u s e f i r s t l y , i ti n d i c a t e st h ep r o b l e m sa b o u th o w t oe m b e dt h e 石m ed i m e n s i o n a n ds p a t i a ld i m e n s i o ni n t ot h em u l t i - d i m e n s i o no fd a t aw a r e h o u s eb a s e do nt h er e a l n e e d s , d e v e l o p st h em o d e lt h a te m b e d d i n gt h et i m ed i m e n s i o ni n t ot h eg i stt ob u i l d t h et e m p o r a l - s p a t i a lm u l t i - d i m e n s i o nm o d e l , d e v e l o p st h ea n a l y s i sm e t h o db a s e do n t h i sm o d e l ；s e c o n d l y , s u m m a r i z e st h eg e o _ e r a la p p r o a c ha n dm e t h o d o nt h es p a t i a ld a t a m i n i n gi nt h ei n t e r n a t i o n a l , g i v e st h ea p p r o a c h e so nh o w t op u tt h es p a t i a ld a t am i n i n g t e c h n i q u e si n t oh i g h w a ym a n a g e m e n t , d i s c u s s e s 龀r e l a t ep r o b l e m sd e e p l y , e s p e c i a ：u y t h es p a t i a lp r e d i c a t e sa n ds p a t i a lf u n c t i o n sb a s e do nh i g h w a y m a n a g e m e n t , i n t h ee n d ，i t g i v e st h ee x 枷p l eo nh o w t op u tt h es p a t i a ld a t am i n i n gt e c h n i q u e si n t oe v a l u a t i n gt h e e c o n o m i cr e s u l to fr o a d c h a p t e r7 ，i sat e c h n i q u ev a l i d a t i n gs y s t e m , d i s c u s s e st h et o t a la p p r o a c ha n dc o r e t e c h n i q u e so nd e v e l o p i n gt h es y s t e m , i n c l u d i n gs o m ev i s i b l er e s u l to ft h es y s t e m , i tg i v e s t h ep r o t o t y p ea n di d e ao nh o wt op u ti ti n t op r a c t i c e c h a p t e r8 ，a b o u tt h er e s u l ta n db l u e p r i n t , e x p l a i n st h e 删l i n 矽r e s u l to ft h ep a p e r , g i v e ss o m ep r o b l e m st ob em o r ed e e p l yr e s e a r c h e di nt h ef u t u r e , e x p e c t st h ev i s i b l e r e s u l tt ob eg o tt o m o r r o w , i t e x p l a i n t h es o m ei d e af o rm o r er e s e a r c hi nt h ef i e l d k e y w o r d s ：h i g h w a ym a n a g e m e n t , d a t aw a r e h o u s e , m e t a - d a t a , m u l t i - d i m e n s i o na n a l y s 蛔，出纽m i n i n g ，i n f o r m a t i o nf u s i o n ， s p a t i a ld a t aw a r e h o u s e , t e m p o r a l - s p a t i a lm u l t i - d i m e n s i o nd a t am o d e l , s p a t i a l d a t am i n i n g 申请同济大学博士学位论文公路管理数据仓库系统及其实现技术 第一章绪论 现代的公路管理是一个复杂的系统控制与决镱过程，它必须解决这样的矛盾：一方面， 随着社会经济的发展，社会对公路交通提出更高的要求，这种要求体现在人们对交通服务水 平不断提高的迫切愿望上；另一方面，由于社会经济发展的实际情况，建设资金的约束、环 境保护要求的提高，公路交通建设相对于经济社会发展、人们生活的需求之间处于某种程度 的滞后。因而，公路管理的最为根本的目标在于在有限资金的约束下、探讨合理的公路建 设、养护及管理策略，保证整个公路交通系统的正常运行，提高资源的利用效率与使用寿 命，满足社会经济可持续发展的战略需求。在信息社会的条件下，这一目标的实现有赖于 充分利用信息技术等现代管理手段，通过信息技术充分挖掘信息潜力，提高管理水平，整 合已有的系统资源，建设可持续发展的公路交通系统。但由于历史与技术等多方面的原因， 尽管公路管理的过程中推广使用了诸如路面管理系统、桥梁管理系统、交通量自动观测系统、 公路规费征收系统等业务处理系统，产生大量的数据资源，要在这些系统基础上直接进行公 路管理的总体分析，支撑公路管理的过程控制、决策制定等仍存在诸多困难。因而，集成公 路管理业务处理系统甚至更大范围的信息资源，充分挖掘这些资源的潜力，支持公路管理决 策是目前最为重要的任务，仍然是困扰交通行业甚至是计算机行业的一个课题。正如s c h e r e r 与s m i t h 在文献 1 0 6 1 d p 对集成i t s 系统重要性中所说的一样：“随着i t s 系统的发展，运 行良好的单个系统已远远不够，为了真正实现i t s 系统的潜力，必须把如高速公路管理系统、 公交调度系统、信号控制系统、紧急事故计算机辅助调度系统、甚至是基建安排调度系统等 集成在一起，并支持决策的制定，这样使交通决策是在整个系统环境下考虑问题，而不是目 前的单个子系统支持，使交通管理人员能尽可能高效安全地管理整个交通系统”。 二十世纪九十年代初，一项新型的数据集成与分析处理技术数据仓库技术1 4 6 】开始 问世，并迅速在世界范围内多个行业取得应用 4 7 , 5 1 1 。公路交通也不例外，数据仓库技术可 以为实现公路管理战略目标提供新的支撑方法与解决方案，可以说它不仅仅是一种技术，更 是现代公路管理过程中的一种必然战略抉择。本文的研究目的在于： t 以现代公路管理的复杂性及其对信息的极大需求为背景，比较分析数据仓库技术方案 与其它技术方案间的异同，探讨其在实现现代公路管理信息化战略目标与公路管理战略目标 中的必然选择性： ， 根据公路管理信息化现状与未来可能，结合具体不同层面的业务需求，提出实现公路 管理数据仓库系统的总体技术方案，并对其中实现的核心技术进行深入研究与探讨： 以技术验证或原型系统形式，对真实系统的开发中的步骤、实现细节、可能存在的问 题进行技术验证，对整个系统实施的可行性进行验证 1 1 研究需求概述 关于本文的研究需求，可以从如下几个层面进行分析： 信息社会条件下充分挖掘信息潜力的现实需求是本课题选题最重要的出发点。如上 所述，现代公路管理应用大量的信息管理系统来处理日常的业务问题，积累了大量的数据资 源，如何把“数据转化成信息”? 即如何利用这些集成、存储与管理这些资源、并充分挖掘 信息资源潜力，实现信息资源应有的价值，提高公路管理水平是目前面临的重要研究课题。 数据仓库技术是一种新的数据组织与管理方式、数据集成技术及信息加工处理技术。传统的 申请同济大学博士学位论文公路管理数据仓库系统及其实现技术 分布式数据库集成技术侧重于“滞后集成”方案，数据仓库在解决分布式异构数据集成、数 据保存( 管理与共享) 、决策支持等多方面提出新的方案，它不同于传统的业务操作处理系 统、不同于传统的决策支持技术( 如专家系统与智能决策支持系统等) ，它在解决数据集成、 信息挖掘等核心任务提出了新的技术方案。因而，可以说选择数据仓库技术作为研究课题是 一种战略选择，更是一种现实的需求。 从目前交通信息化研究情况上看，国内外对有关数据仓库技术在公路管理中的应用 是一个较少涉及的领域，结合实际的极大需求，它彰显了本课题的必要性及重要性。尽管数 据仓库技术在金融、证券、电信、市场营销等多个领域取得极大应用【4 4 3 以5 7 埘】，并在交通 行业某些领域进行探讨，在国外，如美国的v i r g i n i ad e p a r t m e n to f t r a n s p o r t a t i o n 对数据仓库 技术在整个交通系统宏观层面上应用进行分析【1 0 7 ；国内文献 3 0 ，7 7 7 9 】在交通事故、大城市 交通拥挤分析、交通监理等都进行了某种分析，这些分析大部分停留在概念与思路上的研究， 对于实现的过程、具体问题的实现方案与细节几乎没有进行深入的分析。事实上，把数据仓 库技术结合一个具体交通应用领域，结合专业领域特殊问题，特别是结合公路管理中应用需 求问题进行深入研究，国内外研究文献甚少，这方面可以说是一个空白点【m 。1 4 7 】。这促使本 课题为解决数据仓库技术在公路管理中现实需求问题进行比较深入、全面的研究。 项目“公路管理数据仓库系统研究 是促使进行本课题研究的另一个动因。福建省 公路管理局承担着全省公路规划、建设、养护、征费( 通行费及养路费等) 、路政管理的业务 工作，在实践中，有必要探讨如何对这么一个庞大体系的操作、管理、控制、战略规划等多 种业务不同层面的管理问题的有效技术解决方案。为解决这一问题，福建省交通厅在2 0 0 1 年对“公路管理数据仓库系统研究”正式立项。 现实应用的需求与对新技术发展研究的需求都提出了对数据仓库技术应用于公路管理 中或公路管理数据仓库系统这一研究课题。 1 2 国内外相关的研究状况 数据仓库这一概念源于2 0 世纪8 0 年代初期 4 5 , 1 1 6 - 1 1 8 】，美国著名信息工程学家w h i f h l l o r t 曾在 ( r e c o r ds y s t e m ) 、 ( a t o m i cd a t a ) 和 ( d e c i s i o ns u p p o r td a t a b a s e ) 等论文中提出数据仓库的概念吲，数据仓库早期比较重要 的文献是m a r t i nh u b e l 的“d a t ab a s ea n dt h ed a t aw a r e h o u s i n gc o n c e p t ”发表在i n s u r a n c e a c c o u n t i n ga n ds y s t e m sa s s o c i a t i o n ，o c t o b e r3 0 ，1 9 8 6 ：b a d e v i l m 与p t m u r p h y 的“a n a r c h i t m mf o rab u s i n e s sa n di n f o r m a t i o ns y s t e m ”，发表在i b ms y s t e m sj o r u n a l ，v o l 2 7 ， n o 1 ，1 9 8 8 。特别是d e v f l i n 和m u r p h y 在论文中披露了i b m 的一项内部研究计划，这个计 划的目的是构造一种“以关系数据库为基础的公司数据的集成化仓储。”这个仓储的使用者 不是信息技术的专业人员，而是各级决策者。决策者将使用“一组相容工具”从仓库中提取 决策辅助信息，这组工具应该得到“业务数据字典”的有效支持，这个“业务数据字典”描 述了决策者的可用信息。1 9 9 1 年m 正式宣布了其研制的数据仓库构架i n d e p t h ，在信 息产业界引起很大轰动。 1 9 9 3 年w h 1 l u n o n 由j o h nw i l e y & s o n s 。i n c 出版社出版了其专著 1 6 1 ，该专著成为数据仓库技术发展的一个奠基性著作，w h i l l m o n 因在数据仓 库方面研究的极大成就而被尊称为“数据仓库之父一，该文定义数据仓库为：数据仓库是面 向主题的、集成的、非易失的、时变的数据集合，用以支持决策分析【4 ，q ；并就数据仓库与 传统的联机业务处理系统，建模方法及分析工具、实施步骤等进行深入分析，提出了相应的 解决方法。尽管，也有的学者认为，数据仓库并非一定要应用于决策支持，它只是按一定结 2 申请同济大学博士学位论文公路管理数据仓库系统及其实现技术 构组织起来的用于查询与报表的历史数据集合1 冽。但对建设数据仓库对一个企业发展的重 要性方面取得一致。 九十年代以来，数据仓库技术在国内外的各个行业取得的广泛应用，迅速成为计算机技 术领域中仅次于i n t e r n e t 的研究热点m 1 ，如下将从宏观方面与微观方面探讨数据仓库在国 内外的研究现状： 从行业研究的角度上看，计算机行业在数据仓库技术研究方面直处于前沿，成立了 数据仓库研究机构及学术中心( 如w w w d w i n f o c e n t e r , c o m ) ，国内外在理论与应用两个方面 取得大量成果，各大数据库软件公司( 如m i c r o s o f t ，o r a c l e ，s y b a s e ，i n f o m i x 等) 纷纷 推出自己的解决方案，国际上许多重要的学术会议，如超大型数据库国际会议( v l 船) 、数 据工程国际会议( d a t a e n g i n e e r i n g ) 等都出现数据仓库、o l a p 及数据挖掘的文章h m 幅1 。 数据仓库技术在证券、保险、银行、商业等领域取得广泛应用隗强5 。国外很多大公 司建立了自己相关业务的数据仓库或数据集市，并取得很好效益，i i ) c 公司根据从6 0 家建 立了数据仓库的公司中收集来的信息，研究认为：在3 年时间内，数据仓库可以产生4 0 1 的平均投资回报率。其中9 0 9 6 以上企业三年投资回报率超过4 0 ，5 0 的企业超过1 6 0 ，2 5 的企业超过6 0 0 。数据仓库应用的投资平均为2 2 0 0 万美元，收回投资的平均时间为2 3 年h 1 。 国内的起步稍迟一点，但并没有影响数据技术在国内的推广应用，文献 5 6 例举了数据仓库 技术在证券、银行、税务、保险、控制金融风险、客户服务与营销、保健领域等的广泛应用 目前，关于数据仓库技术在交通领域中的应用研究大部分还属于理论研究的范畴，国外 在这方面的研究比较早，但总体上研究还不是很多，通过e i ( 工程索引) 查询能够查到的 文献主要有：美国的v d o t ( v i j r g i n i ad e p a m n e n to f t r a n s p o r t a t i o n ) 把建立数据仓库作为信 息技术基础投资，并指示v 甥t n i a t r a n s c o m 进行专项研究( 1 0 7 】，在提出总体体系结构基础上， 已经开发数据仓库及p & s 数据集市( p r o g r m n n f i n ga n ds c h e d u l i n gd a t am a r t ) 应用分析系统； 同时，对v i 嚼n i a 的h a m p t o n 道路部门提供了以数据仓库技术为核心的集成i t s 原型系统 1 0 6 j ；美国的n a s a 对数据挖掘工具设立专项研究课题进行研究，提出研究的蓝图【l 叫；在 美国国家i t s 体系结构版本3 o 中新增数据归档管理用户服务( a d u s ：a r c h i v i n g d a t a u s e r s e r v i c e s ) 1 1 3 - 1 1 5 1 ，在其实施的五年规划纲要中，把数据仓库技术作为专项研究内容。国内， 对数据仓库技术应用于交通事故分析、工程旆工监理等进行了研究o o , s 6 1 ，并在公路交通信息 系统规划、城市交通信息化( u n 3 ) 框架研究、公路管理信息化框架等方面提及数据仓库 概念【3 9 , 1 4 5 】，但更多的是从整体战略框架上讨论了数据仓库概念、并没有对这一概念内涵、 外延及实现技术进行分析，更没有可应用的成熟产品。 关于数据仓库技术在公路管理中的应用问题，国内外在这方面的研究很少。可以说是一 个近乎空白的领域。本课题研究小组在文献0 4 5 1 4 7 】对这方面问题进行了一些探讨。 结论1 ：从宏观行业发展的角度上看，数据仓库有向各个行业扩散的趋势，一些成熟的 产品也大多与特定的应用领域结合起来。应该说，这些应用数据仓库的行业都存在两大特 点：一是信息化比较成熟，积累了相当的历史数据资源；另一个是决策的制定是一个半结 构化的问题，必须依靠大量的数据分析才能得到结果。 从公路管理的角度上看，公路管理的信息化取得了相当成就，积累了相对丰富，甚至 是海量的数据资源( 如交通量数据、道路状况数据等) ；同样的，公路管理的决策是一个复 杂的系统过程。从这两个方面上看，都有必要对公路管理数据仓库系统进行深入研究。 微观方面，从数据仓库的具体实现技术上看。目前，对数据仓库的概念、数据模型、 多维分析及数据挖掘等都进行了大量的研究。研究朝着两个方向发展，弋个方向是研究通 用的理论、算法等实现技术，完善与丰富了数据仓库理论胁弘6 7 也1 2 0 - 1 2 5 1 ，如数据仓库对异构 数据平台的集成方法嘲岗、数据挖掘方法与算法慨州删，还有如近阶段提出的空间数据仓 库研究酷删就是把数据仓库技术与g i s 技术结合进行研究；另一个方向，是通过与具体应用 3 申请同济大学博士学位论文公路管理数据仓库系统及其实现技术 领域的结合，探讨有关专业应用特殊问题的特殊方法瑚黯浦