云计算技术与轨道交通信息处理初探分析研究 计算机专业

云计算技术与轨道交通信息处理初探【内容摘要】实现海量交通信息的存储、传输和处理，是轨道交通系统建设的重点内容，目前，我国特大城市的轨道交通平台的基础建设已初步形成，但普遍面临着整合利用交通信息来服务于交通管理和出行者的问题。对大量的交通信息进行处理、分析、挖掘和利用，将是未来交通信息服务的关键问题，而借助云计算技术的发展，以其自动化IT资源调度和快速部署以及优异的扩展性等优势，将成为解决这一问题的重要技术手段。【关键词】轨道交通云计算信息处理绪论随着城市轨道交通的迅猛发展，城市轨道交通网在不断的发展和完善。然而，轨道交通的高速化、密集化发展趋势对车地间通信能力和大规模数据处理的计算能力带来了双重的挑战，而轨道交通信息有着多样化、海量性等特性，对于信息基础设施提出了更高的要求。在网络化背景的运营下，有着大量的轨道交通信息待处理，因此，系统的信息处理尤为重要。云计算作为一个新兴的计算技术，它提供了一个可靠、安全的数据储存中心，且拥有无限的储存容量。利用云计算技术实现信息处理，以推进轨道交通信息网络化建设，对于提高轨道交通运营安全系数具有重作用。本文通过云计算的特点及轨道交通的需求和城市交通疏导的需求等，对云计算技术与轨道交通信息处理及安全问题进行了初步探讨，希望能以此提高轨道交通网路系统的灵活性和可靠性，提高安全系数，保证轨道交通运营的安全与稳定。一、云计算的特点及轨道交通的需求云计算是近年来发展的一种新的计算形态。对于云计算的定义，比较普遍的定义为：云计算是分布式处理、并行处理和网格计算的发展。云计算的基本原理是：使计算分布在大量的分布式计算机上，而非本地计算机或远程服务器中，将各类资源整合，使用户可以方便找寻和方便使用。针对轨道交通建设的发展目标及服务对象，轨道交通有以下建设需求：一是大量多类型的交通信息处理。轨道交通需采集、传输、处理、存储大量的交通信息数据，包括交通流量、图像、视频等信息，需要一个具备强大计算能力的与存储能力的管理平台。二是服务广大交通参与者。轨道交通服务不仅应用于各级交通管理部门，还要服务于广大的交通参与者，确保他们可以从道路上任何位置，利用正在使用的设备，如车载终端、个人电脑或者移动电话，通过互联网或手机网络，快速和廉价地利用交通技术基础设施资源所获得的交通基础信息，并获取各类交通服务。三是数据安全性要求高。由于存在大量数据处理服务，轨道交通系统需建设硬件和软件冗余机制，以保障交通业务的连续性和灾难恢复，对计算机硬件的要求较高。四是需具备良好的扩展性。随着轨道交通系统的快速发展，其下的各类子系统通常根据管理及服务需求分阶段进行开发，考虑到轨道交通系统中各类资源，软件、硬件的共享调用，系统需具备良好的扩展性，提高资源利用率，节约开发成本。云计算是一个新兴的计算技术，它提供了一个可靠、安全的数据储存中心，且拥有无限的储存容量，它正好可以满足轨道交通系统以上的各项需求。二、城市交通疏导对云计算的需求作为一项新兴的、颠覆性的技术，云计算技术一经推出便在计算机、网络产业引起广泛响应，城市交通拥堵作为城市运行、管理的普遍问题之一，将云计算技术引入交通领域，为交通疏导服务，成为一项必然的发展趋势。一是掌控实时交通信息的需求。由于城市交通信息量巨大，一个覆盖全部城市交通的信息系统需同时处理、存储、传输几百万甚至上千万基本交通元的数据信息，当前一般信息系统软硬件的处理速度和管理效能都难以满足此项需求，同时考虑建设成本的因素，发展实时交通信息系统对所有交通管理部门都是一项巨大的挑战。而云计算方法结合物联网技术，通过将所有的信息采集对象变为信息发送、处理、传输对象，将昂贵的中心计算机改变为分布式的计算系统，将为此类系统的建设提供了可行性。二是实施交通疏导措施的需求。交通管理部门一项管理措施的出台涉及到现有交通信息的采集以及对交通信息的分析，如通过检测方式获取路网交通流量信息及拥堵情况，根据分析交通流信息，判断后通过交通诱导设施对现有交通进行引导，均衡路网流量；交通控制系统通过分布在城市中各路口的检测器，对区域内路网各进口道的流量及占有率进行分析，制定区域交通配时方案等。均涉及到大量交通数据的处理分析，并做到对分析后信息的及时发布，云计算系统的高速处理、发布优势在此处效果明显。三是预测交通运行动态的需求。制定有效的交通疏导方案，需根据现有的交通运行情况对一定时间内的交通发展进行预测。交通预测系统计算的数据量大，信息实时处理要求高，同时在不同时段的计算需求量差异较大，如采购一般服务器与小型机难以实现对区域路网的动态交通数据的处理，且经济性不佳。云计算方式根据计算需求，实时调用不同数量的计算单元进行高效计算，成为交通运行动态的有效途径、三、轨道交通系统应用云计算的特点如果交通数据系统采用通常的系统建设方式，相对将产生建设成本较高、建设周期比较长、IT管理效率较低、管理员工作量繁重等问题。随着ITS应用的发展，服务器规模日益庞大，将带来高能耗、数据中心空间紧张；服务器利用率低或者利用率不均衡，造成资源浪费；IT基础架构对业务需求反应不够灵敏，不能有效地调配系统资源适应业务需求等问题。而在轨道交通系统建设中引入云计算将能有效解决上述问题，使用云计算的轨道交通系统将具备以下特点：一是可处理海量数据：交通服务可提供全面的路况，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，能够在交通高峰期采集、处理及分析大量的实时监测的数据。二是实现应对负载波动：随着城市机动车水平不断提高，城市道路交通状况日趋复杂化，可应对交通流特性呈现随时间变化大，区域关联性强的特点，能够对实时的交通流数据及时全面采集、处理、分析等。三是实现信息实时处理：满足市民对公众出行服务的交通信息发布的高时效性，准确的将信息及时提供给不同需求的主体。四是完成数据全面共享：全面整合与共享交通行业信息资源，实现轨道交通系统高效运行，确保轨道交通相关子系统的信息处理、决策分析和信息服务建立在全面、准确、及时的信息资源基础之上。五是满足高可用性、高稳定性要求：面向政府、社会和公众提供交通服务，为出行者提供安全、畅通、高品质的行程服务，充分利用轨道交通手段，保障交通运输的高安全、高时效和高准确性，确保ITS应用系统具有高可用性和高稳定性。四、轨道交通对云计算技术的运用从轨道交通系统运用云计算的特点可以看到，云计算通过虚拟化等技术，整合服务器、存储、网络等硬件资源，优化系统资源配置比例，实现应用的灵活性，同时提升资源利用率，降低总能耗，降低运维成本。因此，在轨道交通系统中引入云计算有助于系统的建设实施。根据当前轨道交通建设发展阶段面临的形势，满足城市交通疏导需求，应推进从“构建轨道网络、汇聚处理信息、重视交通疏导中的应用”来推进交通云的发展。（一）构建轨道网络现有的轨道交通网络结构通常由基本的星型结构组成，由一台强大的中心计算机处理所有终端节点采集的信息，并将处理完成的信息传输给发布终端。当前的轨道交通网络的弊端在于大量的计算资源没有得到充分利用，冗余数据备份功能欠缺，网络的稳定性不足。而云计算网络正可以给出上述问题的解决方案，由于互联网的高速发展，交通疏导功能应用与轨道交通的服务器集群可实现“物理分布、逻辑统一”，通过这个统一的虚拟云计算中心，为终端提供各种各样的计算和存储服务。连上交通网络，就可以使用云计算中心的各种资源来存贮数据和进行各种各样的运算，为数据中心和各部门之间的数据合作和数据整合提供了可能。这使得使用个体能够将资源切换到需要的应用上，根据需求访问计算机和存储系统。云计算网络为物联网的硬件设备搭建的了面向互联网基础的应用平台，平台具备各节点信息的处理、存储、融合能力，使得传感器网络能够实现成熟的服务应用，同时也为轨道交通网络利用物联网技术（RFID等传感器网络技术）发展奠定了基础。信息处理功能可体现在前端检测设备能够对检测数据进行分析过滤，或进行一定预处理；流量检测、信号系统等前端设备具备一定的数据存储能力，一方面对自身检测数据容留存储空间，另一方面需具备对其他单元传输的数据的快速保存；对通过监控、卡口设备、RFID设备、信号控制系统等处得到的交通流信息，云计算网络各单元应有一定的多元数据处理过滤能力。（二）汇聚处理信息为满足交通疏导的需要，轨道交通信息从宏观至微观、采集途径从源头至前端可分为三个信息层次：出行需求信息层次、道路网络信息层次、交通节点信息层次。一是出行需求信息服务。交通需求信息主要指城市各类交通参与者出行信息，包括每个出行者出行的方式、时间、起讫点等信息。出行需求信息是进行轨道交通管理管理的基础，可利用手机LBS定位信息源，通过云交通网络进行信息传输处理，快速准确掌握交通参与者的出行需求，从而近期的交通状况进行精确判断和预测，并通过各类信息平台反馈给出行者，开展有效的交通需求管理。二是轨道网络信息服务。道路网络信息服务是指：在中观层面正在路网中运行的交通流信息，包括路网中各路段的交通流量、车速，以及根据上述参数计算得到的局部路网、路段饱和度、服务水平信息。道路网络信息主要是通过路段的各类（视频、微波、RFID）流量检测设备以及对出租车GPS数据分析获得，并利用交通云中的诱导设施根据上述信息引导路网交通流，均衡路网交通，提供道路网络信息服务。三是交通节点信息服务。交通节点信息服务是基于微观层次的信息服务类型，其通过视频监控设备、路口信号控制设施中的流量检测线圈的设备，通过分析交通流速度、占有率、视频中的车辆运行状态，掌握通过某节点的交通流情况，智能分析交通事件发生与否与严重程度，并通过交通信号系统对进行及时控制反馈，进行节点交通的有效管理。（三）重视交通疏导中的应用一是运用云计算对轨道网动态关键节点和路段分析。各类流量检测设备和车辆GPS装置是重要的信息采集和应用设备，浮动车交通信息采集系统用浮动车定位系统采集车辆的位置，并将位置信息通过无线通讯系统传输到信息处理中心，在信息中心应用相关的计算模型和算法，得到城市的道路交通拥堵状况信息。同时，除现有的常规交通流与交通事件检测手段外，还可凭借物联网技术、视频分析技术，通过云计算方法将各类信息采集源进行整合，在各信息节点中分布计算，如对通过监控视频，交通流特点分析和对交通拥堵等交通事件进行判断，实现道路“视场外”交通信息分析。针对交通流量检测数据量变化很大且极不平衡，交通高峰时数量大，夜晚数据量小；受到系统限制，各类采集方式得到的流量信息数据精度、准确度差异大，如采用精确算法则需要更多的计算资源；浮动车受到车辆行业营运影响，数据需要深加工才能生成服务城市的交通信息；浮动车直接传送所接收到的原始GPS信息和车辆身份到数据中心存储和处理。通过上述流量分析方法，实现对路网流量进行云计算分析，达到对路段交通流运行状况的实时掌握，确保交通管理部门对关键节点进行重点管控。二是运用云计算实施动态交通信息服务。云计算在交通流信息处理和服务中的应用前景广阔，云计算机制和强大计算能力使其可以深度感知交通，并在为海量个体提供个性动态导航服务的过程中，实施基于路网流量平衡的控制性路径诱导，实现交通控制系统的目标。高速网络将计算机、服务器和流量检测装置的计算能力连接起来构成云计算的基础设施，可伸缩地将计算能力、存储能力有效地分配给复杂、海量的地图匹配、车辆行驶路径推测、路况信息计算等工作，使得数以十万计的个性化动态路径诱导成为可能，也为大规模开发交通信息应用提供平台基础。通过云计算，可将交通控制性诱导与动态导航融合在一起，实现交通流信息云服务，均衡高峰时段路网流量，有效缓解局部拥堵，为动态区域信号控制提供系统基础和检测数据基础。交通流信息云计算将信息采集与信息服务融合在一起，实现了有车辆就有交通检测，实现了大尺度道路交通系统检测感知。基于交通的地理信息系统（GIS-T）也可以作为主要服务通过公共云平台，向广大的市民提供交通常用信息、地理基础信息、出行地理信息导航等的智能导航服务。该服务直接为大众市民所用，也同时为交通运营企业对针对GIS-T的二次开发提供丰富的接口调用服务。通过上述多种信息发布方式，可实现交通诱导等精细的交通行为控制，为交通缓堵提供了各类基础诱导平台。三是运用云计算加强对信号控制系统研究。现有的智能信息控制系统通过各类被动交通流检测方式（线圈、微波、视频等）实现对路口各流向及路网内交通流的检测，并通过中心计算机进行运算，对信号机统一调控。基于云计算的信号控制系统将改变现有的信息管理思路，其凭借GPS、RFID及其他物联网技术，将路网中运行的所有车辆为信息源，在向流量分析采集系统提供交通流数据的同时，也向轨道交通控制系统提供进入路网各流向车道的车流量，通过在信号机、车辆、智能信号控制后台计算机之间的分布式运算，自动形成真正的区域交通控制方案，实现云计算下的轨道交通控制对车辆的疏导。四是运用云计算对公交优先控制。智能公交服务主要实现公交优先以及提供更加便捷的公交信息服务，而公共云计算网络为智能公交服务创造的先进的管理、处理、传输、发布平台。通过建设智能公交云计算平台，实现公交车运行信息与轨道交通控制系统的网络衔接，确保信号控制的路口可根据上游进口道公交车辆的运行和排队情况优先放行。此对于公共交通管理部门来说，云计算的到来，可以将分布在各公交车信息定位发布终端具备计算能力的小岛汇聚起来，从而供公共交通管理部门享受到云计算服务中心提供的高性能计算服务，可以免去系统维护的问题，针对公交客运需求，实现公交运力的科学调度分配。同时，可将Internet上的应用归于公共云计算平台，智能公交把信息查询服务以及智能分析服务作为一个平台服务提供给其他用户使用，不但可以标准化服务访问接口，也可以随负载压力动态调整IT资源，提高资源利用率以及保障系统高可用性及稳定性，实现公交信息及公共运行的互联网发布，手机查询，站台电子屏发布等，提高公交服务质量，促进公交出行分担率的提升，减少汽车出行需求。五、注重公安等部门应用的安全性一方面随着车驾管档案电子化管理、非现场执法（闯红灯监控、雷达测速、公路卡口、电视监控等科技装备抓拍的交通违法）的进一步发展，信息和数据量以几何级数增长，使得核心业务信息的管理难度越来越高，存储