基于云计算的高速公路交通安全预警

程 翠， 肖莉英

(重庆交通大学 交通运输学院， 重庆 400074)



基于云计算的高速公路交通安全预警

程 翠， 肖莉英

(重庆交通大学 交通运输学院， 重庆 400074)

为完善高速公路交通安全预警系统和提升预警的准确性，本文基于云计算技术，研究高速公路交通安全预警系统. 详细分析了信息采集子系统、信息数据处理子系统和信息发布子系统3个子系统. 本系统采用传感设备实时定期采集高速公路运行状态各项信息，使用通信技术将海量数据输入信息处理服务器，然后通过网络将数据传输至云计算中心服务器，由此提供数据评估与预警等云计算服务，并将预警信息通过信息发布设备进行发布.

高速公路；预警系统；云计算

近年来，我国的高速公路交通事故率在逐渐下降，表明在交通安全预警方面取得了一定成绩. 但与国外许多发达国家相比，我国的交通事故率特别是高速公路交通事故率仍然比较高. 近年来我国的高速公路通车里程不断增加，相应的预警系统和管理策略也必须要不断地完善，才能解决通车里程增加带来的许多问题. 截止2013年，我国高速公路通车总里程已达到10.4万km[1]，显然，其预警管理系统的发展与总里程的增加存在很大程度上的矛盾. 基于物联网，可将高速公路、传感器、数据处理和状态评估等融合为一个网络系统，同时采集到难以计数的数据，而基于云计算可以对高速公路的海量数据进行智能处理，提高数据分析的效率和质量[2]. 因此，有必要在物联网基础上应用云计算技术对高速公路交通安全预警系统设计深入研究.

关于高速公路交通安全预警系统设计，国内外已进行了相关研究. 国外研究主要侧重于3个方面. 一是高速公路交通安全事故的预防，如Marcel boschung，Schmitten发明了路面结冰预警装置等；二是评估在交通事故情况下高速公路的应急响应能力，如：Robert L·Bertini 等利用存储的 ITS 数据，研究了俄勒冈州波特兰高速公路交通事件响应的程序效用，Ahmed Abdel-Rahim等利用微观仿真技术和实时数据，评价了高速公路的分流路线计划；三是优化配置应急车辆等救援资源，主要有Saini Yang 等研究了限定区域内实时紧急车辆调度与路线诱导模型[3-4]. 国内安全预警研究方面也有一定的成果，主要是交通事件的检测与预测的研究，通过采集交通基础信息、分析交通安全的现状、建立交通安全预警模型、构建预警指标体系、确定预警的警限方法，从而对道路交通安全状态进行评价预警. 胡裕军等构建了一种基于WebGIS的交通事故预警系统[5]；易正俊等提出了一种利用粗糙集理论建立交通安全预警模型[6]；陈晓东等提出了一种基于交通流理论的高速公路安全预警系统设计，阐述了系统的信息采集与处理技术、数据管理技术等[7]. 上述研究都是利用单一的结构理论研究建立模型，没有考虑过物联网与云计算技术的双层结合利用，尚需进一步深入研究.

本文基于云计算技术，通过研究高速公路系统中信息采集、信息数据处理、判别预警等技术，从逻辑上构建了基于云计算的高速公路交通安全预警系统，并分析了该系统的组成，包括信息采集子系统、信息数据处理子系统和信息发布子系统.

1 高速公路交通安全预警系统构建

1.1 逻辑架构模型

根据对云计算的理解，可归纳新兴的云计算包括计算和服务. 计算部分主要的任务是将分布的资源整合成资源池，并按需求动态配置供上层应用；服务部分主要任务是连接用户，为用户提供获取各种服务入口，并且可以在没有相关知识的情况下获得所需服务. 然而，针对处理高速公路预警管理中的海量时间序列数据正是云计算可以满足的[8-9].

基于云计算的架构,根据已存在的高速公路交通安全预警系统的组成和功能，作者从逻辑上将其划分为6个部分，包括物理资源层、资源抽象后的虚拟化层、资源控制层、服务层以及贯穿整个过程的安全层、管理层[10]. 如图1所示，为基于云计算的高速公路交通安全预警系统的逻辑结构图.

1.1.1 物理资源层

物理资源层包含网络、计算、存储的物理设备，包括可纳入IaaS层的高速公路管理部门数据中心设备设施以及连接各基础设施的光纤或网络等.

1.1.2 虚拟化资源层

虚拟化资源层是利用云计算技术从物理层将资源抽象出来，使资源成为可调配的，如此资源就可以大规模地使用，并且可作为服务对外提供.

1.1.3 资源控制层

资源控制层主要是管理虚拟资源，并为应用层(服务层)提供服务.

1.1.4 应用程序/服务层

应用程序/服务层包括SaaS(Software as a Service)应用程序、PaaS(Platform as a Service)环境和IaaS(Infrastructure as a Service)环境(信息处理云平台). 信息处理云平台主要由应用层上的各种软件和管理底层资源组成，主要包括数据挖掘、存储管理、负载均衡等管理底层资源软件以及计算模型、中间件等. PaaS环境即可扩展的运行环境、数据存储. SaaS应用程序面向最终用户，对安全预警系统的功能进一步封装后以方便的可操作方式提供给上层应用. 在上述模块的支撑下，可以向用户提供的服务有：高速公路预测预警信息服务、基础信息服务以及综合信息查服务.

1.1.5 安全层

安全层是负责整个系统的安全，从上至下形成分层防护的纵深防御体系，包括用户安全、数据安全、应用安全、网络安全、平台安全、系统安全等.

1.1.6 管理层

管理层包括服务管理、资源管理、基础设施管理、部署管理等，它是对整个系统的运行配置进行管理，监控整个系统各层面的运行状况，优化配置资源，提高资源整体效率.

图1 基于云架构的高速公路交通安全预警系统逻辑结构

1.2 系统构成图

高速公路交通安全预警系统主要面向高速公路管理部门(交警、路政等)、参与者(驾驶员、乘客等)、服务者(消防等机构、企业)，用于对影响交通安全的因素进行监测、诊断、预测、并发布预警信息，保证高速公路系统处于有秩序的安全状态，其核心是监控、预测、通过信息发布矫正人的交通活动行为. 它由信息采集、处理、发布子系统3部分组成. 图2为基于云计算高速公路交通安全预警系统的构成图.

信息采集系统主要是应用现代传感技术、计算机技术、通信技术，实时采集高速公路运行状态各项信息数据.

信息处理子系统主要是将海量数据输入信息数据处理平台之后，信息数据处理平台将数据传输至云计算中心运用预警指标、预警模型对其进行分析和处理，判别道路的交通安全态势，最终确定道路的交通安全状态的预警警度和预警信息.

图2 基于云计算交通安全预警系统框架

2 高速公路交通安全预警系统信息采集子系统

高速公路交通安全预警信息采集子统架构如图3所示.

图3 信息采集子系统

在任何一个预警系统中，信息采集系统都是不可或缺的. 高速公路安全预警系统也不例外，高速公路交通管控措施、安全管理方案的制定、运行安全状态的评估等都必须以精准的交通信息采集为基础. 所以，确定如何对哪些信息及时且准确的采集是预警系统建立和高效运行的前提. 采集数据主要分为动态信息数据和静态信息数据，如表1所示.

3 高速公路安全预警系统信息处理子系统

高速公路安全预警系统信息处理子系统框架如图4所示.

本系统中，云计算技术实现的必要条件就是高效高质量的数据传输. 随着通信技术的快速发展，数据传输的方式也越来越多，大致分为有线传输和无线传输. 而无线传输将会是数据传输的新趋势，它实现了传感器之间、传感器与控制中心之间的直接通讯，所以本系统设计中将采用无线传输.

高速公路交通安全预警系统是一个动态多层次的系统，具有测点多、数据量大、采样频率高的特点. 因此本系统利用云计算的核心技术海量数据分布式存储技术，主要有一个中心数据和若干个子数据库. 其中，中心数据库为大型网络数据库，它的作用主要表现在3点：与Internet结合；协调各个子数据库；实现数据远程管理维护.

4 高速公路交通安全预警系统信息发布子系统

预警信息发布子系统是将交通安全状态的评价结果作为输入，并据此调用相应预警信息库中的文件判断相应的预警警度和预警信息，并通过信息发布设施发布. 它是高速公路交通安全预警系统中必不可少的部分，若没有信息发布系统，用户就无法真正获得交通安全的状态(交通信息、紧急情况等实时动态信息). 预警信息发布子系统主要包括通信系统和预警信息发布设施. 信息发布系统构造如图5所示.

表1 采集数据类别及设备

图4 信息数据处理子系统架构图

图5 高速公路信息发布系统框架

信息发布设施是信息发布子系统的终端设备，可为驾驶员提供良好的预警信息. 设备主要包括可变信息情报板、可变限速标志、交通广播、通信广播、信号灯系统、公共信息查询系统、车载信息终端等.

5 结束语

基于云计算的概念，研究了高速公路交通安全

预警系统，包括信息采集、信息处理、判别等技术，通过构建信息采集子系统、信息处理子系统、信息发布子系统3个系统实现高速公路全方位重点检测监测，有助于提高高速公路预警效率和精确性，提升高速公路服务水平和安全运行可靠度.

[1] 中华人民共和国国家统计局. http:∥www.stats.gov.cn/.

[2] 张力平. 云计算与物联网的美妙融合[J]. 电信快报, 2014(6): 34.

[3] Baird T. Toward a contingency model of strategic risk taking[J]. Academy of Management Review, 1985.

[4] G. R. Winham. Issues in international crisis management[J]. Harvard Business Review, 1995.

[5] 胡裕军. 基于WebGIS的交通事故预警系统设计与实现[D]. 南京: 南京大学, 2005.

[6] 易正俊. 基于粗糙集的道路交通事故预警算法研究[D]. 重庆: 重庆大学, 2007.

[7] 陈晓东. 基于交通流理论的高速公路安全预警系统关键技术研究[D]. 长春: 吉林大学， 2011

[8] 朱近之. 智慧的云计算物联网的平台[M]. 北京: 电子工业出版社， 2011.

[9] 王剑飞. 云计算[EB/OL]. [2015-05-05]. http:∥blog. sina. com. cn/s/blog_4a875f140102dyie. html.

[10] 范增禄, 薛峰. 并行计算编程技术浅析[J]. 福建电脑, 2007(3): 42-44

Highway Traffic Safety Advance Warning System Based on Cloud Computing

CHENG Cui, XIAO Li-ying

(School of Traffic & Transportation， Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China)

To improve the highway traffic safety warning system and enhance the accuracy of the warning, this paper proposed an highway traffic safety warning system based on cloud computing technology. In this paper, three subsystems were analyzed: information collection subsystem, information data processing systems and information dissemination subsystem. The system uses real-time sensing devices on state highway to collect the information; the communication technology transfers the data over the network to a cloud computing center server, where data assessment was conducted to produce advance warnings as a part of cloud computing services, and the advance warnings will be published through information dissemination devices.

highway; advance warning systems; cloud computing

10.13986/j.cnki.jote.2015.03.002

2015- 03- 19.

程 翠(1989—)， 女， 重庆云阳人， 硕士， 研究方向为交通运输规划与管理, E-mail：ccgqlf927520@163.com.

U 495

B

1008-2522(2015)03-05-05