大数据创新应用:高速公路的数据存储及处理

在ETC用户管理与车辆引导中，基于客户历史迁徙路线和商品购买历史，运用高维矩阵分解方法，发现客户购买偏好和潜在需求以及出行规律。当客户通过ETC时，实时拍照识别鉴定客户之后，基于客户车辆历史通过卡口数据，调用训练好在线数据挖掘模型，可以以大数据可视化的方式显示出来客户迁徙路线，并预测出客户未来迁徙线路，进而进行精准的地点线路信息推送。

路线迁徙的可视化和路线预测的建模过程如下：

利用大数据可视化方法，不仅可以详细每个车辆在地图上车辆行驶轨迹，而且可以显示所有车辆的运行总线路。例如春运年前的时候，可以看到小轿车大部分都是从北上广深流向中西部城市，年后的时候大部分车辆向北上广深汇集。再者，某个客运或者货车司机的路线有其固定的运行线路。路线预测建模过程如下：

基于客户信息、车辆信息、车辆通过何时通过卡口数据历史数据，利用关联分析和高维矩阵分解方法，找到车辆和卡口进出对应关系，预测客户在下一段时间会通过的卡口，进而预测车辆行驶轨迹，从而提供精准的信息推送。

(2)运营优化。通过流式机器学习实现时效分析，提前预警，协同各单位指挥调度;在进入大数据平台之后，通过数据分析，可以通过高速公路热点视频查看，进行自动推送;建立领导驾驶舱，设定流量排名，为优化运营提供决策依据。

通过流式机器学习实现时效分析，提前预警，协同各单位指挥调度;在进入大数据平台之后，通过数据分析，可以通过高速公路热点视频查看，进行自动推送;建立领导驾驶舱，设定流量排名，为优化运营提供决策依据。基于sophon的在线的流式增量机器学习算法，开发时空深度残差网络(ST-ResNet)预测车辆密度。例如把高速公路，划成很多个矩形小区域，多个区域同时分析，它是一种整体性的预测。主要基于平滑性、周期性以及趋势性等三个个时间属性 以及空时间属性和外部天气数据。

第一，模拟局部相邻时刻。它是一个平滑的过程，比如中午三点跟中午四点流量变化不会很大。

第二，模拟周期性。把对应时间点昨天、前天、近一周平均、近一个月平均这个时刻的数据，作为输入，来刻画周期性。

第三，模拟趋势性。把当前时间点更远点(前推半个、一个小时)的时间点(例如昨天、上周、上个月)的数据，模拟趋势性。

第四，抽取空间属性。利用深度卷积神经网络，把一些地区划成子区域之后，相关的区域做会做卷积运算并合并，通过卷积之后，抓住了这个区域周围的车辆流量的相关性。这样卷积多次之后，相当于把更远相关区域的属性的影响都聚合到一起了。

基于这四个结果，系统再做一个融合。第一部分融合，就是只考虑它的时间和空间属性。再考虑外部因素，比如最近的附近天气数据拿做第二次融合得到最终结果。

(3)稽查分析。通过在Inceptor中对原始交易流水费分析，提供逃费稽查、出入口流水对比等异常行为的分析服务。

通过在Inceptor中对原始的交易流水统计分析，抽取车辆逃费稽查和出入口流量相关历史特征，具体有，车辆最近一周、最近一个月、最近半年的缴费信息，缴费卡口每天每个时间点的出入流量信息。

利用discover模型融合方法，融合时序预测模型和异常检测模型，效果较单独一种方法提升1.6倍。具体实现如下：

首先，利用discover大数据分布式自动的时序预测方法，预测此卡口的当前流量，并和当前实际的出入情况对比，如果当前流量少于预测流量，则可能有逃费稽查情况出现;其次，利用分布式异常检测算法iforest和无监督算法深度自编码器检测数据异常，发现行为诡异车辆，业界先进的iforest和深度自编码器算法可以自动异常检测此种逃费稽查的车辆，会和平时它的缴费习惯不同，也会和其自前所属群体的习惯有所偏离，综合的偏离程度月的，逃费的概率越大。最后，利用非线性模型融合的方法，融合时序预测模型和异常检测模型两者的优点，能更准确的定位异常行为的车辆，为车辆稽查分析提供智能。

(4)联合指挥。通过各项数据在Inceptor中的汇总和分析，综合呈现各相关数据，形成联合指挥。基于应急资源管理、路网交通协同调度、应急预案管理、处置效果评估、无人机监控等模块，实现交警、消防、路政等多部门联动响应，为各类交通事件条件下的路网协同控制和诱导管理提供可视化管理界面和决策支持。

(5)应急资源调度。借助Inceptor的大规模数据处理能力，整合传统的应急资源设备与资源，协同建立最优化的调度。应急指挥调度系统可以采取“挂图作战”的形式进行，有效地保证在出现特殊情况时可以采取科学的应急措施，积极、快速、有序地处理各类事件，保障高速公路的正常、安全运行，实现应急指挥、应急资源和应急过程的信息化管理。

(6)预测预警。扩充传统全面风险管理的数据维度，在交通预警等角度分析，提前告知用户。根据往年节假日各收费站流量统计数据，通过分析算法对本年节假日流量做出预测并进行排名。预测值是否超过对应收费站设定的报警门限，可以根据颜色分级进行预警。根据历史通行数据对车流量进行分析和预测，为节假日高峰时段的安全畅通发出预警、提前采取保畅措施，为高速路网的安全畅通提供保障。

基于对各收费站实时数据的分析结果，可以对平日车流量按站点、小时/天分别进行统计得到时间序列，ARIMA是做时间序列预测较为成熟的模型，分别对该时间时间序列采用ARIMA自回归进行建模，然后对未来一个周期的数据进行预测。ARIMA全称为自回归积分滑动平均模型，可以记作ARIMA(p,d,q)，其中p为自回归项，d为差分阶数，q为移动平均项数，通过ARIMA模型可以对收费站某个时段流量进行预测与应用，从而提升对车流量的预测预警。

（编辑：源码网）

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