4G移動網(wǎng)絡(luò)的大數(shù)據(jù)與云計算技術(shù)應(yīng)用

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摘要：

本文通過對云計算以及4g網(wǎng)絡(luò)的定義和特點進行分析，提出了在4G移動網(wǎng)絡(luò)平臺上采用云計算技術(shù)處理城市智能交通系統(tǒng)中的大數(shù)據(jù)問題，主要是結(jié)合二者的優(yōu)勢分析智能交通系統(tǒng)的功能，并加以實現(xiàn)，這將給緩解交通壓力、提高行車效率等提供便利。最后對未來智能交通系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用進行展望。

關(guān)鍵詞：4G網(wǎng)絡(luò)；大數(shù)據(jù)；云計算；智能交通；交通云

隨著人們生活水平的提高，汽車逐漸進入到普通家庭，這無疑對道路交通的要求也越來越高，為提高道路行車效率，迫切需要建設(shè)一個高性能的智能交通系統(tǒng)（IntelligentTransportationSystems，ITS），以滿足大家的需求。

1智能交通系統(tǒng)的概念

智能交通系統(tǒng)（IntelligentTransportationSystems，ITS）指的是建立在較完善的基礎(chǔ)設(shè)施之上，將先進的信息技術(shù)、計算機處理技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)及電子控制技術(shù)等有效組合在一起，并運用于整個交通運輸管理體系中，從而能夠在大范圍、全天候發(fā)揮作用，建立起的一種準(zhǔn)確、實時、高效的綜合運輸和管理系統(tǒng)[1]。依據(jù)智能交通系統(tǒng)的概念，我們可以看出，為了解決社會不斷增加的交通需求與有限的道路資源之間的矛盾，使有限的道路資源能被充分利用，提高人們的出行效率，保障人們出行安全，智能交通系統(tǒng)作為信息、通信、傳感與控制技術(shù)綜合運用的產(chǎn)物，能給人們帶來便捷。但目前，我國城市交通仍面臨著許多嚴(yán)重問題，如成都，作為西南地區(qū)的一個大型城市，雖然其承載能力越來越強，路網(wǎng)體系也日趨完善，但隨著汽車保有量的強勁增長，道路供需關(guān)系依然非常嚴(yán)峻。據(jù)成都市交管局數(shù)據(jù)顯示，截至2014年3月，成都地區(qū)的汽車保有量突破268.59萬輛大關(guān)，中心城區(qū)突破114.18萬輛，這個數(shù)據(jù)僅次于北京。而且成都已月均增2萬新車，并持續(xù)了62個月。一天就會產(chǎn)生數(shù)百億條GPS數(shù)據(jù)，而車牌識別信息、交通監(jiān)控視頻信息等數(shù)據(jù)量更大，交通相關(guān)的數(shù)據(jù)量也早以從TB級躍升到PB級[2]，因此，如果要實現(xiàn)對城市道路的交通流量信息、交通狀況、交通違法行為等的全面監(jiān)測，特別是承擔(dān)在交通高峰期采集、處理及分析大量的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的工作，整個平臺的運行壓力將會非常巨大，大數(shù)據(jù)（bigdata）就此產(chǎn)生，大數(shù)據(jù)分析交通除了流量及車輛的相關(guān)信息外，還必須包括路面情況、天氣、突發(fā)情況、周邊環(huán)境等諸多因素，傳統(tǒng)的交通數(shù)據(jù)分析法已很難有效處理如此龐大的數(shù)據(jù)的問題。城市智能交通應(yīng)具備的特點和需求分析如下。

1.1數(shù)據(jù)信息海量化

整個城市的交通行為主體作為城市智能交通的分析對象，海量數(shù)據(jù)必然成為固有特性。

1.2應(yīng)用負載變化大

城市交通流特性呈現(xiàn)出區(qū)域關(guān)聯(lián)性強，隨時間變化大的特點，系統(tǒng)需要根據(jù)實時的交通流數(shù)據(jù)，做出全面采集、分析、處理等。而傳統(tǒng)的智能交通方案由于無法在全局上統(tǒng)籌，往往會因此陷入彼此孤立的情形。

1.3高穩(wěn)定性和高可用性

只有要求城市智能交通系統(tǒng)具有高可用性和高穩(wěn)定性，才能更好地、更快捷地提供暢通、安全、高品質(zhì)的行程服務(wù)，以保障交通運輸?shù)母甙踩?、高時效和高準(zhǔn)確性，讓政府、社會和公眾感覺到方便。而目前的很多方案中，由于各生產(chǎn)廠商繁雜、設(shè)備類型眾多、質(zhì)量參差不齊，而國內(nèi)也缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這樣不僅系統(tǒng)維護成本高，而且也很難做到保持智能交通系統(tǒng)的高穩(wěn)定性。

1.4數(shù)據(jù)共享需求

目前，正在建設(shè)中的智能城市交通系統(tǒng)，大量的終端設(shè)備出自不同的廠商或不同平臺，這樣就形成了許許多多的信息孤島，彼此間很難實現(xiàn)共享數(shù)據(jù)。這在很大程度上影響了系統(tǒng)功能的充分實現(xiàn)，智能交通系統(tǒng)在硬件、接口上應(yīng)做的統(tǒng)一，從而使行業(yè)信息資源的全面整合與共享成為智能交通發(fā)揮整體方案優(yōu)勢、整體統(tǒng)籌資源、統(tǒng)一協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)。

1.5信息實時處理性能要求高

隨著城市交通的擁堵日趨嚴(yán)重，人們在出行時要求能隨時隨地通過熟悉的方式獲取所需的出行計劃和實時的出行信息，因此，未來的智能交通需要滿足高效性、實時性的要求。

2大數(shù)據(jù)與云計算技術(shù)對智能交通系統(tǒng)的影響與應(yīng)用

云計算（cloudcomputing）是將計算任務(wù)分布在大量互聯(lián)的計算機構(gòu)成的資源池上，使各種應(yīng)用系統(tǒng)能夠根據(jù)需要獲取存儲空間、計算力和各種軟件服務(wù)，該資源池被稱為“云”?！霸啤笔侵敢恍┛梢宰晕夜芾砗途S護的虛擬計算資源，通常包括寬帶資源、計算服務(wù)器、存儲服務(wù)器等大型服務(wù)器集群[3]。而云計算（cloudcomputing）是一種基于互聯(lián)網(wǎng)平臺的計算方式，為計算資源提供全新的計算模式，其服務(wù)方式可動態(tài)、伸縮且虛擬化，云計算技術(shù)還會將所有的計算資源匯集在一起，并通過軟件實現(xiàn)對資源的自動高效管理。這使用戶能更加專注于自己的業(yè)務(wù)，無需為繁瑣的處理細節(jié)感到煩惱。云計算技術(shù)之所以能有效處理和應(yīng)對交通數(shù)據(jù)量大、可用性高、穩(wěn)定性要求高、信息實時處理要求高、應(yīng)用負載波動大、數(shù)據(jù)共享需求大等問題，并能實現(xiàn)應(yīng)用的靈活性，高效整合資源，降低運維成本和總能耗，很大程度上是源于其自身的高可靠性、彈性擴容性好、快速部署及按需服務(wù)的特性。云計算技術(shù)以其高度的信息部署、優(yōu)異的擴展性以及自動化IT資源調(diào)度，成為解決智能交通面臨的問題的關(guān)鍵技術(shù)手段，成為一種全新概念的信息服務(wù)模式，有助于智能交通系統(tǒng)的快速實現(xiàn)。建設(shè)基于“云計算”的智能交通系統(tǒng)，要實現(xiàn)交通信息的動態(tài)采集、分析、處理及，并及時向用戶提交動態(tài)交通信息，報告路況動態(tài)變化信息，指導(dǎo)用戶出行計劃，規(guī)劃用戶行車線路，從而有效提前進行分流擁堵流量，從而提高交通通行效率[4]。其具體應(yīng)用如下。

（1）城市中的車、人或設(shè)備等每個交通終端節(jié)點，均可以實時地通過交通云得到基于整個城市交通信息智能分析后提供的服務(wù)。

（2）通過綜合整個城區(qū)的交通流信息及汽車的運行計劃信息，每個交通信號燈都得到高效控制，并在面控、立體多維的基礎(chǔ)上進行相關(guān)預(yù)測；城市交通引導(dǎo)系統(tǒng)也可以與交通信息個性化服務(wù)進行無縫結(jié)合。

（3）為了更智能地提高交通運行效率，拓展一個智能交通信息服務(wù)市場，運營商要相應(yīng)地通過手機基站定位，向用戶提供實時的交通信息服務(wù)，這些信息與交通控制、引導(dǎo)相結(jié)合。隨著移動通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，從早期的2G網(wǎng)絡(luò)到3G網(wǎng)絡(luò)，再發(fā)展到當(dāng)前的4G移動通信網(wǎng)絡(luò)，4G網(wǎng)絡(luò)使圖像視頻傳輸更加穩(wěn)定，決策也更具有時效性，并為智能交通系統(tǒng)提供了更多應(yīng)用的可能，移動網(wǎng)絡(luò)在智能化交通信息系統(tǒng)中的運用日趨嫻熟、準(zhǔn)確，使智能交通系統(tǒng)真正、全面、高效地服務(wù)于社會，為緩減交通壓力做出了更大的貢獻。移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還有效地為智能交通系統(tǒng)的發(fā)展提供了新的發(fā)展思路。

34G移動網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的核心技術(shù)及優(yōu)點

3.14G移動網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的核心技術(shù)

4G移動網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)從下往上可分為物理網(wǎng)絡(luò)層、中間環(huán)境層、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層。正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)是這一代移動通信網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)，該技術(shù)可以為用戶提供速率高、時延小的數(shù)據(jù)交換服務(wù)，能達到下行50Mbit/s與上行100Mbit/s的峰值速率。OFDM技術(shù)特點包括：具有良好的抗噪聲性能及抗多信道干擾能力，可擴展網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

3.24G移動網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點

3.2.1通信速度高、靈活性好4G移動通信系統(tǒng)速率可以高達到l00Mbps，甚至是150Mbps。由于4G網(wǎng)絡(luò)不僅是面向手機，還面向智能手表、控制器、眼鏡等移動智能終端設(shè)備，這些終端設(shè)備極大豐富了人們的生活，使通信變得更加靈活多樣。

3.2.2系統(tǒng)兼容性好未來的4G移動網(wǎng)絡(luò)要面向全球發(fā)展，可以預(yù)測4G移動網(wǎng)絡(luò)一定會開放出更多標(biāo)準(zhǔn)化的接口，并與全世界各種網(wǎng)絡(luò)進行高速通訊、互聯(lián)。

3.2.3網(wǎng)絡(luò)采用寬頻譜4G移動網(wǎng)絡(luò)的每個信道會占有100MHz的頻譜，是3G移動網(wǎng)絡(luò)的20倍左右。

3.2.4通訊費用低目前，很多3G移動網(wǎng)絡(luò)用戶之所以能方便地過渡到4G移動網(wǎng)絡(luò)進行通信，是因為4G移動網(wǎng)絡(luò)與3G移動網(wǎng)絡(luò)的兼容性較好，且4G移動網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)采用靈活的操作方式。在加上4G移動網(wǎng)絡(luò)通訊費用相對較低，為4G移動網(wǎng)絡(luò)的快速部署創(chuàng)造了條件。

3.2.5網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量高4G移動網(wǎng)絡(luò)通信時代是高質(zhì)量通信的時代，與3G移動網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)相比，4G移動網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)將在很大程度上提升大數(shù)據(jù)的交互、處理能力，特別是跟云計算技術(shù)的結(jié)合，大大提高了效率，4G移動網(wǎng)絡(luò)讓廣大人們擁有了前所未有的、便捷的移動網(wǎng)絡(luò)交互體驗，面對越來越復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，通信質(zhì)量也得到了較好的保障，4G移動網(wǎng)絡(luò)通信也能滿足3G移動網(wǎng)絡(luò)通信尚不能覆蓋的區(qū)域。

4基于云計算的智能交通的關(guān)鍵技術(shù)

上述的需求，使大數(shù)據(jù)與云計算技術(shù)成為城市智能交通系統(tǒng)的重要支撐。為了有效地將云計算技術(shù)與跟4G網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，提升信息傳遞的準(zhǔn)確性和可達性，還需解決以下幾個主要技術(shù)問題。

4.1最優(yōu)路徑規(guī)劃問題

云計算技術(shù)在智能交通系統(tǒng)中的另一個重要應(yīng)用是智能交通系統(tǒng)中的最優(yōu)路徑規(guī)劃，它在各類應(yīng)急系統(tǒng)及車輛路徑導(dǎo)航系統(tǒng)中具有重要作用。智能交通最優(yōu)路徑規(guī)劃是以交通運行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在云計算數(shù)據(jù)中心對各交通影響因素進行分析、處理和判斷后，再通過短訊、車載終端、GIS電子地圖等各類終端幫助信息，為道路的使用人員提供最優(yōu)路徑，引導(dǎo)信息及各類實時交通幫助服務(wù)信息，以提高車輛的通行效率及行車安全。

4.2智能交通流預(yù)測與出行引導(dǎo)問題

基于云計算的智能交通流預(yù)測與出行引導(dǎo)可通過物聯(lián)網(wǎng)對交通流量數(shù)據(jù)進行實時采集，對這些數(shù)據(jù)進行分析和快速處理，以便對道路交通流進行實時動態(tài)判別和準(zhǔn)確預(yù)測，從而正確指導(dǎo)用戶出行，這樣必須建立起智能交通流量采集數(shù)據(jù)庫及非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)庫。

4.3智能交通事故預(yù)警處理問題

道路交通中的突發(fā)事故嚴(yán)重影響城市道路交通運行的安全性和可靠性，因此，面對突發(fā)事故，必須快速做出反應(yīng)，提出處理預(yù)案，然后對其進行有效、及時地處置。基于大數(shù)據(jù)分析的交通事故應(yīng)急處置方案的形成，是通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速采集和分析交通突發(fā)事件及整個道路流量信息，迅速地進行事故故障處理，并及時發(fā)出預(yù)警信息，提前、有效和安全地疏散車流，達到不影響交通正常運行的目的。

5我國智能交通系統(tǒng)發(fā)展趨勢

眾所周知，我國4G移動網(wǎng)絡(luò)牌照已經(jīng)發(fā)放，圍繞4G移動網(wǎng)絡(luò)的各項業(yè)務(wù)也快速展開，但目前，網(wǎng)絡(luò)通訊費用并沒有下降，這對基于4G移動網(wǎng)絡(luò)智能交通系統(tǒng)的開發(fā)與使用具有較大影響，相信隨著4G網(wǎng)絡(luò)的普及、通信環(huán)境的改善、資費的下調(diào)，大數(shù)據(jù)的交互平臺將有望在許多移動設(shè)備（如手機、平板電腦）上實現(xiàn)，云計算技術(shù)也將得到更廣泛的應(yīng)用。例如，未來的智能交通系統(tǒng)將會出現(xiàn)自動駕駛系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)與智能交通、生態(tài)智能交通系統(tǒng)、移動互聯(lián)網(wǎng)與智能交通等。近年來，基于移動網(wǎng)絡(luò)智能終端的與交通相關(guān)的APP得到飛速發(fā)展，因而，移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在人們出行中的作用將越來越大。

6結(jié)語

基于4G移動網(wǎng)絡(luò)的大數(shù)據(jù)和云計算技術(shù)的智能交通系統(tǒng)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它涵蓋了網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、信息采集、系統(tǒng)集成及應(yīng)用開發(fā)等多方面內(nèi)容，同時也涉及城市交通運行管理中的許多領(lǐng)域。要在4G移動網(wǎng)絡(luò)平臺上加快推進大數(shù)據(jù)和云計算技術(shù)在城市智能交通系統(tǒng)中的研究及應(yīng)用，必須不斷加強技術(shù)革新、保障云安全、完善基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，并將政府構(gòu)建的基礎(chǔ)性開放平臺與引導(dǎo)科研機構(gòu)、高校、企業(yè)參與應(yīng)用研發(fā)相結(jié)合。

參考文獻

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作者：鄧波 黃同成 劉遠軍 單位：邵陽學(xué)院信息工程系