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

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摘要：

本文通過對云計(jì)算以及4g網(wǎng)絡(luò)的定義和特點(diǎn)進(jìn)行分析，提出了在4G移動網(wǎng)絡(luò)平臺上采用云計(jì)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(shí)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(jìn)行展望。

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

隨著人們生活水平的提高，汽車逐漸進(jìn)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(jìn)的信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(yùn)用于整個交通運(yùn)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(shí)時、高效的綜合運(yùn)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(yùn)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(qiáng)，路網(wǎng)體系也日趨完善，但隨著汽車保有量的強(qiáng)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?jǐn)?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(shí)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(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)的工作，整個平臺的運(yùn)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(diǎn)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(fù)載變化大

城市交通流特性呈現(xiàn)出區(qū)域關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，隨時間變化大的特點(diǎn)，系統(tǒng)需要根據(jù)實(shí)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(yùn)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(hù)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(shí)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(shí)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(shí)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(jì)劃和實(shí)時的出行信息，因此，未來的智能交通需要滿足高效性、實(shí)時性的要求。

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

云計(jì)算（cloudcomputing）是將計(jì)算任務(wù)分布在大量互聯(lián)的計(jì)算機(jī)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(jì)算力和各種軟件服務(wù)，該資源池被稱為“云”。“云”是指一些可以自我管理和維護(hù)的虛擬計(jì)算資源，通常包括寬帶資源、計(jì)算服務(wù)器、存儲服務(wù)器等大型服務(wù)器集群[3]。而云計(jì)算（cloudcomputing）是一種基于互聯(lián)網(wǎng)平臺的計(jì)算方式，為計(jì)算資源提供全新的計(jì)算模式，其服務(wù)方式可動態(tài)、伸縮且虛擬化，云計(jì)算技術(shù)還會將所有的計(jì)算資源匯集在一起，并通過軟件實(shí)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(xì)節(jié)感到煩惱。云計(jì)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(shí)時處理要求高、應(yīng)用負(fù)載波動大、數(shù)據(jù)共享需求大等問題，并能實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的靈活性，高效整合資源，降低運(yùn)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(kuò)容性好、快速部署及按需服務(wù)的特性。云計(jì)算技術(shù)以其高度的信息部署、優(yōu)異的擴(kuò)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(shí)現(xiàn)。建設(shè)基于“云計(jì)算”的智能交通系統(tǒng)，要實(shí)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(jì)劃，規(guī)劃用戶行車線路，從而有效提前進(jìn)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(diǎn)，均可以實(shí)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(yùn)行計(jì)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(jìn)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(jìn)行無縫結(jié)合。

（3）為了更智能地提高交通運(yùn)行效率，拓展一個智能交通信息服務(wù)市場，運(yùn)營商要相應(yīng)地通過手機(jī)基站定位，向用戶提供實(shí)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(yùn)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(xiàn)。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(diǎn)

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(dá)到下行50Mbit/s與上行100Mbit/s的峰值速率。OFDM技術(shù)特點(diǎn)包括：具有良好的抗噪聲性能及抗多信道干擾能力，可擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

3.24G移動網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)

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(dá)到l00Mbps，甚至是150Mbps。由于4G網(wǎng)絡(luò)不僅是面向手機(jī)，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(jìn)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(fèi)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(jìn)行通信，是因?yàn)?G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(fèi)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(jì)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(yàn)，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(jì)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(jì)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(jì)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(dá)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(jì)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(yùn)行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在云計(jì)算數(shù)據(jù)中心對各交通影響因素進(jìn)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(shí)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(jì)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(jìn)行實(shí)時采集，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和快速處理，以便對道路交通流進(jìn)行實(shí)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(yùn)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(jìn)行有效、及時地處置?；诖髷?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(jìn)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(dá)到不影響交通正常運(yùn)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(xiàng)業(yè)務(wù)也快速展開，但目前，網(wǎng)絡(luò)通訊費(fèi)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(fèi)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(jī)、平板電腦）上實(shí)現(xiàn)，云計(jì)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(jì)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(yùn)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(jìn)大數(shù)據(jù)和云計(jì)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(qiáng)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(jī)構(gòu)、高校、企業(yè)參與應(yīng)用研發(fā)相結(jié)合。

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作者：鄧波 黃同成 劉遠(yuǎn)軍 單位：邵陽學(xué)院信息工程系