云计算在交通领域的应用研究--毕业论文

1、南 阳 理 工 学 院本科生毕业设计(论文)学院(系)： 软件学院 专 业： 软件工程 学 生： 李明慧 指导教师： 陈可 完成日期 2017 年 04 月南阳理工学院本科生毕业设计（论文）云计算技术在交通领域的应用研究Research on the application of cloud computing technology in traffic field总 计：毕业设计(论文) 5页表 格： 1个图 片： 1个云计算技术在交通领域的应用研究南 阳 理 工 学 院 本 科 毕 业 设 计(论文)云计算技术在交通领域的应用研究Research on the application of

2、 cloud computing technology in traffic field学 院(系)： 软件学院 专 业： 软件工程 学 生 姓 名： 李明慧 学 号： 1515925610 指导教师(职称)： 陈可 讲师 评 阅 教 师： 张三 完 成 日 期： 2017年04月10日 南阳理工学院Nanyang Institute of Technology云计算技术在交通领域的应用研究软件工程 李明慧摘 要 随着以大数据、大情报为载体的交通信息化工作的全面推进和信息基础设施水平的整体提高，数据规模和业务量快速增长，应用需求呈现多样化，对业务功能、系统关联、信息利用、数据质量、信息服务水平

3、、信息化工作机制等提出了更高的要求和更深入的需求。而云计算技术的推出，将成为交通管理增强数据的安全性和加快信息共享的速度，提高服务质量、降低成本和提高交管工作科学管理决策和路面执法的支持的一大选择。本文对云计算技术在交通领域的应用进行了简单的讨论和研究，通过云计算技术构建交通信息云，实现对各方面资源的有效整合，为交通管理工作提供实时、准确的服务支持，进一步推动交通行业的发展。关键词 云计算技术；交通领域；应用；信息服务Research on the application of cloud computing technology in traffic fieldSoftware Engine

4、ering MajorLi MinghuiAbstract: With big data, intelligence traffic informatization as the carrier of the all-round and increase the global information infrastructure level, scale and rapid growth of business data, application requirements vary, for business functions, system connection, information

5、utilization, data quality, level of information service, information mechanism put forward higher request and further requirements. And the launch of cloud computing technology, will become the traffic management to enhance data security and accelerate the speed of information sharing, improve servi

6、ce quality, reduce cost and improve scientific management decision and the road traffic work law enforcement the support of a large selection. In this paper, the application of cloud computing technology in the field of traffic simple discussion and research, through the cloud computing technology t

7、o build traffic information cloud, realize the effective integration of all aspects of resources, for the traffic management to provide real-time, accurate service support, to further promote the development of the transportation sector.Key words: Cloud computing technology;Transportation; Applicati

8、on;Information service目 录1 绪论11.1 交通行业现状11.2 云计算技术发展状况11.3 本文主要研究内容22 云计算技术简介22.1 关键技术22.2 服务模式22.3 基本特征32.4 信息安全33 需求分析43.1 可行性分析43.2 需求描述43.2.1 掌控实时交通信息43.2.2 实时交通管理措施43.2.3 交通运动动态预测53.2.4 具备良好的扩展性53.3 面向对象分析53.3.1 基于GPS的浮动车交通信息云53.3.2 基于云模型的短时交通流预测63.3.3 最优路径诱导服务63.3.4 基于交通云计算的物流监控与跟踪系统73.4 主要功能分

9、析73.4.1 基于GPS的浮动车交通信息云73.4.2 基于云模型的短时交通流预测73.4.3 最优路径诱导服务73.4.4 基于交通云计算的物流监控与跟踪系统84 系统分析84.1 概要设计84.1.1 基于GPS的浮动车交通信息云84.1.2 基于云模型的短时交通流预测84.1.3 最优路径诱导服务94.1.4 基于交通云计算的物流监控与跟踪系统104.2 详细设计104.2.1 基于GPS的浮动车交通信息云104.2.2 基于云模型的短时交通流预测114.2.3 最优路径诱导服务124.2.4 基于交通云计算的物流监控与跟踪系统125 结束语12参考文献13致谢131 绪论1.1 交通

10、行业现状目前，我国交通行业已经进入经营组织化、管理集约化、运输专业化、发展规模化、交通信息化道路的结构调整关键期，其显著特征是交通行业的信息化处理。高效处理海量道路交通信息是交通管理与控制的基础。现代高速信息网络和强大计算机信息处理能力，高效采集、分析和应用交通信息，实施高效交通系统控制和精细的交通行为控制,有效缓解交通拥堵，是交通工程领域和计算机领域面临的重大课题随着交通信息化建设的深入，早期建设的不足逐渐显现出来，特别是以单一业务系统为主的建设模式，出现了业务割裂、信息共享困难、重复建设等问题，严重影响了信息警务的效能。其存在的主要问题是：建设成本高，利用率低；运维压力大，依赖性强；业务孤

11、岛、信息孤岛格局依然严重；业务系统分析模式单一，功能分散，无法研判大量有价值的信息。1.2 云计算技术发展状况云计算是一种基于互联网的计算方式，通过网络将庞大的计算处理程序自动分拆成无数个较小的子程序，再交由多台服务器所组成的庞大系统，经计算分析之后将处理结果回传给用户。通过云计算技术，网络服务提供者可以在数秒之内，处理数以千万计甚至亿计的信息，达到和超级计算机同样强大的计算功能和网络服务。此外，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需提供给计算机和其他设备。它描述了一种基于互联网的新的IT服务增加、使用和交付模式，通常是通过网络来提供动态易扩展而且经常是虚拟化的资源。用户通过浏览器、桌面

12、应用程序或是移动应用程序来访问云的服务。云计算使得用户能够更迅速的部署应用程序，并降低管理的复杂度及维护成本，以及允许 IT 资源迅速重新分配以适应用户需求的快速改变。云计算依赖资源的共享以达成规模经济，类似基础设施。服务提供者集成大量的资源供多个用户使用，用户可以轻易的请求（租借）更多资源，并随时调整使用量，将不需要的资源释放回整个架构，因此用户不需要因为短暂尖峰的需求就购买大量的资源，仅需提升租借量，需求降低时便退租。 云计算是近年来发展起来的一种计算形态，体现了一种新的信息服务模式这种模式将计算能力的硬件连接起来形成计算设备物联网，使信息采集、处理和应用形成“富互联网应用”云计算采用面向

13、服务架构，分为计算基础及服务(IaaS)、平台及服务 (PaaS)、软件及服务(SaaS)三种服务类型强调计算能力、软件系统和数据都是资源，强调信息,消费者同时也是信息提供者所以云计算可被视为是一种通过网络来统一组织和灵活调用各种信息和通信资源，并实现大规模计算的最佳信息处理方式，其可以在大城市乃至全国交通信息处理中发挥重要作用。1.3 本文主要研究内容本文对云计算技术的关键技术及特点进行了阐述,对我国交通行业的现状与未来发展趋势进行了分析,指出在交通领域推广云计算技术,建立交通云平台可解决交通基础设施安全运营,交通应急救援快速有效开展,确保交通安全畅通,车辆便捷服务、防盗及安全。2 云计算技

14、术简介云计算是分布式计算、并行计算、网格计算、多核计算、网络存储、虚拟化、负载均衡等传统计算机技术发展到一定阶段,与互联网技术融合发展的产物 。云计算概念包含了关键技术、服务模式、商业模式、基本特征和信息安全 4 大方面,其中关键是“服务”。本文将针对上述 4 方面,对云计算技术和云平台进行简要介绍。2.1 关键技术云计算整合了众多的信息技术,其中数据存储、虚拟化和数据管理是云计算的三大关键技术。数据存储:指采用分布式、冗余方式存储。虚拟化:指云平台的虚拟化,或指从使用资源的人和应用程序对物理 IT 资源的抽象作用。主要通过管理软件将服务器、存储设备和其他硬件视为一个较为完整的资源池,并根据业

15、务和工作需要分配资源。数据管理:利用分布式计算和虚拟资源管理等技术,通过网络将分散的信息和通信资源集中起来并形成共享的资源池,且以动态按需和可度量的方式向用户提供服务2.2 服务模式云计算是一种新型的计算资源利用模式。按照服务实现的程度,目前云计算主要有 IaaS(基础设施即服务)、PaaS(平台即服务)、SaaS(软件即服务)三服务模式。IaaS模式：通过IaaS这种模式，用户可以从供应商那里获得他所需要的虚拟机或者存储等资源来装载相关的应用，同时这些基础设施的繁琐的管理工作将由IaaS供应商来处理。IaaS能通过它上面对虚拟机支持众多的应用。IaaS主要的用户是系统管理员。PaaS模式：通

16、过PaaS这种模式，用户可以在一个包括SDK，文档和测试环境等在内的开发平台上非常方便地编写应用，而且不论是在部署，或者在运行的时候，用户都无需为服务器，操作系统，网络和存储等资源的管理操心，这些繁琐的工作都由PaaS供应商负责处理，而且PaaS在整合率上面非常惊人，比如一台运行Google App Engine的服务器能够支撑成千上万的应用，也就是说，PaaS是非常经济的。PaaS主要的用户是开发人员。SaaS模式：通过SaaS这种模式，用户只要接上网络，并通过浏览器，就能直接使用在云端上运行的应用，而不需要顾虑类似安装等琐事，并且免去初期高昂的软硬件投入。SaaS主要面对的是普通的用户。2

17、.3 基本特征云平台具有资源配置动态化、需求服务自动化、以网络为中心、服务可计量化、资源的池化和透明化等五大基本特征。云平台通过网络向用户提供服务,针对客户不同的服务类型,通过计量方法来自动控制和优化资源配置,实现根据消费者的需求动态划分或释放不同的物理和虚拟资源,并为客户提供自助化的资源服务,用户无需与提供商交互就可自动得到自助的计算资源能力。对云服务的提供者而言,各种底层资源的异构性均被屏蔽,所有资源可以得到统一管理和调度,成为所谓的“资源池”;对用户而言,这些资源是透明的,无限大的,用户无需了解内部结构,仅需关心自己的需求是否得到满足即可。2.4 信息安全云平台安全体系建设是一项复杂的系

18、统工程,需要从管理、人员、技术几方面采取全面措施才能够实现这一目标;同时,云计算信息安全需要通过持续努力、不断完善与监督才能逐渐达到并保持期望的信息安全水平。 例如微软公司设计的信息安全框架,其建立了多层防御结构,能快速有效预警安全事件,最大化降低攻击成功几率,具有纵深防御功能,如图所示。图2-1微软公司设计的云安全框架3 需求分析3.1 可行性分析针对智能交通领域数据量大，交通服务要提供全面的路况，需组成多维、立体的交通综合监测网络，实现对城市道路交通状况、交通流信息、交通违法行为等的全面监测，特别是在交通高峰期需要采集、处理及分析大量的实时监测数据。由于数据量庞大，存储、处理与区域间共享数

19、据已经成为交通管理部门比较棘手的问题。“云计算”的云并非仅有公共云，“云计算”架构中从来没有排斥过“私有云”，先从系统内构建私有云未尝不是一个好的开端。一个新生事物的出现，总会遇到相当多的阻力。也只有不断有人向前探索，才会得以发展。加之，近日，交通运输部公布了公路水路交通运输信息化“十二五”发展规划（下称规划）。按照规划的目标，未来我国的干线公路网重要路段和内河干线航道重要航段监测覆盖率达70%以上，重点营业性运输装备监测覆盖率达100%。此外，我国部省两级公路、航道、港口、营运车辆、船舶等行业核心的基础性、战略性数据库将100%建成。规划中提到的云计算、软件信息服务等新应用的标准也在不断的完

20、善中。 云计算可为海量数据提供处理与存储能力，可以利用共用云，也可以利用私有云，只是解决方案策略会有区别，智能交通是一个应用领域，云计算服务提供了一个应用计算平台，二者完全可以融合，这是云计算服务发展的必然融合趋势。所以，我认为“云计算”在交通领域将大有作为，对此可以挑战尝试一下，以解决交通领域一些棘手的问题。3.2 需求描述3.2.1 掌控实时交通信息随着现代城市化进程的不断推进，城市交通管理工作涉及的信息量越来越大，一个覆盖城市所有交通的信息系统需要同时进行计算的交通元数据量非常大，而当前的信息系统在软硬件性能上都很难达到这些数据的处理要求。而通过云计算技术的分布式存储和计算方式可以将这些

21、数据的处理同时交由多个虚拟机来完成。使得系统的处理能力大幅度提升，从而为实时交通信息系统的建设提供了可行性。3.2.2 实时交通管理措施交通管理部门政策措施的制定需要以交通信息的采集和挖掘分析结果为依据。但是当前系统对数据的采集和挖掘分析缺乏普遍性和时效性比如交通流量信息、拥堵情况等。对这些信息的采集和挖掘分析均涉及到大规模数据的处理现有系统很难满足这种性能要求，对此，通过云计算技术的应用，能够充分采集和挖掘各方面的交通数据，更好地为交通管理措施的制定提供数据支持。3.2.3 交通运动动态预测交通管理方案的合理制定需要结合城市实际交通运行情况，从而准确预测一定时间范围内交通的发展动态。交通发展

22、动态预测过程涉及到大量数据的计算，而且需要较高的实时性，同时，时段不同时，所涉及的数据量也存在较大差异。针对这种情况现有的普通服务器和小型Pc机很难实现对区域路网交通动态数据高效计算。而且计算成本相对较高。而通过云计算的分布式计算方式，可以根据交通动态变化需求，进行计算单元的实时分配，从而充分利用计算资源，在保证计算效率的同时具有较高的经济性。3.2.4 具备良好的扩展性随着现代智能交通管理系统的飞速发展，各个子系统通常会根据实际需求分阶段进行开发，考虑到系统中各类资源的共享调用系统需要提供丰富的接1：3提高扩展性能以此实现对资源的充分利用，控制开发成本的投入。通过对交通行业信息资源的全面整合

23、，实现资源共享，同时提高系统的运行效率，确保各个子系统的各项服务能够得到全面、准确、及时的数据支持。云计算技术通过虚拟化技术和分布式技术的结合实现了对大规模数据的高效计算、动态负载均衡，同时还提供了良好的扩展性及软件冗余机制，这些功能为云计算技术在交通领域的应用提供了重要的支持。云计算技术作为一项新兴的分布式计算技术在推出之后在计算机领域得到了广泛的重视和快速的发展。交通领域引入云计算技术来为交通管理工作提供服务，已经成为了交通管理工作发展的必然趋势。3.3 面向对象分析3.3.1 基于GPS的浮动车交通信息云 图3-3-1 浮动车系统用例图3.3.2 基于云模型的短时交通流预测图3-3-2

24、短时交通流预测用例图 3.3.3 最优路径诱导服务图3-3-3最优路径引导用例图3.3.4 基于交通云计算的物流监控与跟踪系统图3-3-4物流跟踪用例图3.4 主要功能分析3.4.1 基于GPS的浮动车交通信息云(1) 采集信息功能：将采集到的时间和行车位置等具体信息通过无线通信网络上传给数据处理中心进行存储以及预处理(2) 计算功能：根据相关的算法模型将数据匹配到地图上，计算或预测出车辆的里程数、行驶时间以及行车速度等道路参数。3.4.2 基于云模型的短时交通流预测(1) 分析数据功能：在时刻 t，对云计算数据中心的数据的分析。(2) 处理数据功能：对交通的拥堵情况、路面的行驶状态以及车辆的

25、实时行驶速度进行统一的综合处理。(3) 预测功能：预测出下一个决策时刻 t + t 以至以后的若干时刻的交通流。3.4.3 最优路径诱导服务(1) 判断功能：对人、车、路等综合交通影响因素的处理分析和融合，快速判断出路况。 (2) 发布功能：通过广播、电子地图、实时手机短讯、车载终端等媒介将信息发布给广大的道路使用者.(3) 计算功能：提供最优路径引导信息和各类实时交通信息帮助服务。3.4.4 基于交通云计算的物流监控与跟踪系统(1) 获取数据功能：通过射频标签技术对快件或包裹的条码信息进行标签读写器识别、读取解码得到数据。(2) 存储功能：对采集到的快件或包裹信息进行存储和控制。4 系统分析

26、4.1 概要设计4.1.1 基于GPS的浮动车交通信息云 功能模块图： 图4-1-1 浮动车系统功能图概述：浮动车通常是指具有无线通信装置和定位系统的车辆。浮动车系统一般由 3 个部分组成：车载设备、无线通信网络和数据处理中心。浮动车将采集到的时间和行车位置等具体信息通过无线通信网络上传给数据处理中心进行存储以及预处理，然后根据相关的算法模型将数据匹配到地图上，计算或预测出车辆的里程数、行驶时间以及行车速度等道路参数。4.1.2 基于云模型的短时交通流预测功能模块图： 图4-1-2 交通云平台功能图概述：交通流预测是指在时刻 t，通过对云计算数据中心的数据的分析，再由云计算服务平台通过对交通的

27、拥堵情况、路面的行驶状态以及车辆的实时行驶速度进行统一的综合处理，预测出下一个决策时刻 t + t 以至以后的若干时刻的交通流。一般将时刻 t 到下一个决策时刻 t +t 之间的时间不超过 15 min 的交通流预测称为短时交通流预测。4.1.3 最优路径诱导服务功能模块图： 图4-1-3 最优路径功能图概述:交通诱导服务是云计算技术在智能交通中的另一个重要应用。该服务以交通数据为基础，云计算数据中心在对人、车、路等综合交通影响因素的处理分析和融合，快速判断出路况后，通过广播、电子地图、实时手机短讯、车载终端等媒介将信息发布给广大的道路使用者，为其提供最优路径引导信息和各类实时交通信息帮助服务

28、，便于驾驶员提前改变行车路线，避开交通拥堵、事故路段，提高通行效率和安全。4.1.4 基于交通云计算的物流监控与跟踪系统功能模块图:图4-1-4 物流跟踪功能图概述：对于每一个快件或包裹，都有一个唯一的条码与之对应，在整个运输过程中主要通过条码来识别和管理快件。基于交通云计算的物流监控与跟踪系统可以对原有的系统层次进行改进，改进后的系统由标签数据采集、通信系统和管理中心系统组成，通过射频标签技术对快件或包裹的条码信息进行标签读写器识别、读取解码得到数据后，经由通信系统传输至管理中心系统，管理中心系统对采集到的信息进行存储和控制，从而使用户可以可视化的监控和管理物流过程。4.2 详细设计4.2.

29、1 基于GPS的浮动车交通信息云 图4-2-1 浮动车系统流程图4.2.2 基于云模型的短时交通流预测 图4-2-2 短时交通流预测流程图4.2.3 最优路径诱导服务 图4-2-3 最优路径引导流程图4.2.4 基于交通云计算的物流监控与跟踪系统图4-2-4 物流跟踪流程图5 结束语随着云计算的普及，交通管理数据中心基础架构和交管业务系统、公共信息服务平台将逐步实现云计算化，而交警部门的工作则多以提供交通信息服务为主。因此，交通云作为提供交通服务的载体必将应运而生。云计算技术在交通领域的应用，能够使交通信息数据得到充分利用，为交通管理提供重要的数据支持，从而制定合理的交通控制方案。通过将云计算资源和交通资源集中到能够共享的云平台中实现对整个交通系统的整体优化。基于云计算的智能交通系统是一项复杂的系统工程，涉及到城市交通运行管理的各个领域。由于云计算将改变现有系统的架构，基于云计算的交通管理系统需要由政府引导、企业参与、院所支持，以面向需求、面向应用和面向对象的方式进行建设。当前，云计算技术虽然发展较快，但是还存在复杂度较高、服务生命周期不稳定以及安全性等方面的问题。但是相信随着云计算技术的不断完善，云计算技术将为交通领域提供全面可靠的技术支持，引领交通向高度智能化的方向不断前进。参考文