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    谈智能交通方案的发展方向

         云计算是近年来发展起来的一种新的计算形态,作为一种全新概念的信息服务模式,以其自动化IT资源调度、高速信息部署以及优异的扩展性,成为解决智能交通目前所面临问题的关键技术手段。本文着重介绍了云计算给智能交通应用所带来的种种便捷与优势。
            2012年中国交通运输部发布了《交通运输行业智能交通发展战略(2012-2020年)》(以下简称《战略》),为未来中国智能交通的发展指明了方向。
      《战略》提出到2015年,实现对高速公路、国省干线公路、重要路段、大型桥梁、车辆区域及交通运输状况等的感知和监控。使出行人能够在任何时间、任何地点通过其熟悉的方式获取所需的出行计划和实时的出行信息,提高公共交通的吸引力和分担力,缓解城市拥堵,使出行更便捷。实现对危险品运输车辆、船舶、长途客运、城市公交、出租车和轨道交通的全程监控,基本建成全方位覆盖、全天候运行、快速反应的水上交通安全监管系统和海事信息服务系统。
      随着《战略》的出台,城市智能交通的市场需求将持续增长,未来几年全国城市交通智能化的水平将有显著的提高。
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      基于《战略》的智能交通整体方案,将充分利用信息技术、数据通信传输技术、电子传感技术、卫星导航与定位技术、控制技术、计算机技术及交通工程等多项高新技术的集成与应用,以交通需求为导向,以信息技术为手段,以全面提升交通安全、效率和服务品质为目的,充分利用交通、空间、时间和移动的资源,进而形成新的交通系统。其突出特点是以信息的收集、处理、发布、交换、分析、利用为主线,为交通参与者提供多样化的服务。
      在实际的方案实施中,当前的智能交通建设离《战略》提出的要求仍然有较大的差距。而制约其进一步发展的因素恰恰是由其自身的特点和应用需求决定的。
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      智能交通特点和需求
      数据量大
      智能交通的分析对象是整个城市的交通行为主体,这就导致了其海量数据的固有特性。以北京市为例,6万余辆出租车一天就会产生数亿条GPS数据,而车牌识别、交通监控视频等数据量更大,交通相关的数据量级已从TB级别跃升到PB级别,如果要实现对城市道路的交通状况、交通流量信息、交通违法行为等的全面监测,特别是承担在交通高峰期采集、处理及分析大量的实时监测数据的工作,整体平台的运行压力将非常巨大,传统的交通数据分析方法已很难有效支撑这么庞大的数据体的开发与利用。
      应用负载波动大
      交通流特性呈现随时间变化大,区域关联性强的特点,需要根据实时的交通流数据及时全面采集、处理、分析等。以杭州市为例,城市快速路在闲时和高峰期的平均车速相差三倍左右,而且呈现出局部区域关联性强的特点。传统的智能交通方案由于无法做到全局统筹,往往会陷入各自为战的境地。
      高要求的信息实时处理性能
      《战略》提出:出行人能够在任何时间、任何地点通过其熟悉的方式获取所需的出行计划和实时的出行信息。这就要求未来的智能交通需要满足高效性、实时性的要求。
      数据共享需求
      交通行业信息资源的全面整合与共享,是智能交通发挥整体方案优势、统一协调、整体统筹资源的基础。在目前已经建成的智慧城市中,大量的终端出自不同的厂商及不同的平台,形成大大小小的信息孤岛,很难实现数据共享。
      高可用性及高稳定性要求
      需面向政府、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,以保障交通运输的高安全、高时效和高准确性,势必会要求系统需具有高可用性和高稳定性。而目前的方案中,由于设备类型众多,厂商繁杂,质量和标准都参差不齐,不仅维护成本庞大,而且很难做到高稳定性。
      云计算
      云计算是近年发展起来的一种新的计算形态,作为一种全新概念的信息服务模式,以其自动化IT资源调度和高速信息部署以及优异的扩展性,成为解决上述问题的关键技术手段。它作为一种新兴的计算和商业模式,正在加速信息产业和交通信息的服务化进程。加快发展云计算技术在智能交通领域的发展应用,对于提升城市综合交通信息化处理、推动产业优化结构升级、促进经济发展方式转变具有积极意义,其市场应用前景广阔。
      云计算是一种基于互联网的计算方式,通过这种方式,共享的软硬件资源和信息可以按需提供给计算机和其他设备(见图1)。这些资源来自一个共享的、可配置的资源池,并能够快速获取和释放。云计算的核心思想,是将大量用网络连接的计算资源统一管理和调度,构成一个计算资源池向用户提供按需服务。
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      云计算的基本原理是将相关的资源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,相关行业数据中心的运行将更与互联网相似,这使得相关部门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。云计算应用的思想是将资源整合,使用户可以方便找寻。
      “云端上”的智能交通:交通云
      智能交通方案加上云计算产生了一个新的名词:交通云(见图2)。其核心是一个整合的、先进的、安全的、自动化的、易扩展的、服务于交通行业的开放性平台。其具体体现如下。
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      整合现有资源,即能够满足未来的交通行业的发展、扩展需求而整合其将来所需的各种硬件、软件、数据。
      动态地满足整体方案中各个应用系统,针对交通行业的需求,如为基础设施建设、交通信息发布、交通企业增值服务、交通指挥提供决策支持及交通仿真模拟等,能够全面满足开发系统资源平台的需求,还能够快速满足突发系统的需求。
      提供极具弹性的扩展能力需求,以满足将来不断增大的交通应用需求。
      交通云可以为交通管理单位、交通运营企业及广大的市民服务,具有混合云的特点。比如服务于政府交管部门的“私有云”,服务于公众的“大众云”和服务于企业的“专用云”等。
      交通云的优势
      那么交通云具备哪些优势呢?其优势主要体现在以下几个方面。
      超强计算能力
      “云”具有相当的规模,Google云计算已经拥有100多万台服务器,Amazon、IBM、微软、Yahoo等的“云”均拥有几十万台服务器。通过大量的服务器阵列,“云”能赋予用户前所未有的计算能力。
      首先,从大数据的角度来看,云计算通过强大的分布式计算能力可对庞大、复杂而又无序的交通数据进行有效的分析和处理。从而有效地支持交通数据建模、时空索引、交通数据挖掘、交通数据的分布式处理及交通流动态预测等。
      其次,从智能分析算法的角度来看,云计算同样拥有明显的优势。近年来虽然涌现了大量优秀的智能分析算法,但迫于终端硬件水平的限制和交通对象实时性的要求,很多计算量大的算法无法得到广泛的应用。有了云计算,所有的算法都可以统一布置到云服务器中完成,而终端只需完成简单的采集、反馈即可,这不仅可以突破单机硬件运算能力的瓶颈,加入大量有利于智能分析的算法,还大大提升了智能分析的准确率,且对未来的算法改进留下了无限的空间。
      按需服务,不受限制
      云计算支持用户在任意位置使用各种终端获取应用服务。所请求的资源来自“云”,而不是固定的有形的实体。应用在“云”中的某处运行,但实际上用户无需了解,也不用担心应用运行的具**置。只需一台笔记本或者一个手机,就可以通过网络服务来实现我们需要的一切,甚至包括超级计算这样的任务。
      “云”还可以为不同的客户按需提供服务(见图3)。用户完全根据自身情况提出需求,“云”可以为每个用户量身定制,提供完全差异化的服务。既可为交通管理部门指挥调度提供决策依据,又可以为各类交通参与者提供准确、实时的交通信息服务,达到任意人、任意时间、在任意地点通过任意通信终端都可以获取任意交通信息的无边界交通信息服务水平。
      通用性和可扩展性
      云计算不针对特定的应用,在“云”的支撑下可以构造出千变万化的应用,同一个“云”可以同时支撑不同的应用运行。
      首先,“云”的规模可以动态伸缩,满足应用和用户规模增长的需要。因此,同一个云架构,不仅可以布置在北上广这类一线城市,同样可以布置于小县城,甚至一个小区,一个学校等小范围领域。
      其次,由于云端的服务只需Internet即可访问,对外的接口统一,因此可以很容易实现跨平台的设备接入。无论是运行在嵌入式系统,还是OS系统,只需联接Internet,都可以轻松调用云端的服务。
      创新的大数据机器学习算法
      无论是多么优秀的算法,都无法保证适应所有的环境和场景。现实中由于场景、光照、安装位置、角度、不同的交通对象等变化产生的算法鲁棒性问题一直广泛存在,导致研发企业投入大量成本用于场景定制或者算法升级。
      交通云的架构为终端设备智能算法的开发开启了新的大门,为大规模的自适应机器的学习创造了可能(见图4)。
      通过海量数据的共享,可以在云端获取大数据模板和样本进行分析和训练,并且得益于实时更新的样本和深度学习算法,智能分析的准确性、鲁棒性和适应性将产生质的飞跃。可以说,云计算的出现开启了“数据为王”的大数据时代的序幕。
      数据的可靠性高
      “云”使用了数据多副本容错,计算节点同构可互换等措施来保障服务的高可靠性,使用云计算比使用本地计算机更可靠。
      廉价和易维护
      首先,由于各种智能分析算法可以集中在云端,因此后续的算法升级及改动只需在云端进行操作,无需面对大量的终端设备;
      其次,“云”的自动化集中式管理使政府和企业无需负担日益高昂的数据中心管理成本,“云”的通用性使资源的利用率较之传统系统大幅提升,因此用户可以充分享受“云”的低成本优势,经常只要花费几百美元,几天时间就能完成以前需要数万美元、数月时间才能完成的任务,从而为政府和企业节省大量的建设成本。
      云计算的风险
      云计算确实能够给当前的智能交通带来质的飞跃,但其的运用也隐藏着风险。目前讨论最多的风险是关于隐私和安全性。云技术的数据共享模式,所有跟交通行为个体有关的数据都会被收集并共享,不可避免的会引发公众和企业对于数据安全和隐私的担忧。对于个人来讲,很多用户担心自己的隐私会被云技术收集并被转卖。对于企业而言,有些数据是企业的商业机密,数据的安全性关系到企业的生存和发展。对于政府而言,数据的安全性更直接影响到城市安全和管理的有效性。
      事实上,国家在大力提倡建设云计算中心的同时,对云技术与互联网的安全性也高度重视。发改委等七部委在联合发布的《关于下一代互联网“十二五”发展建设的意见》中强调:互联网是与国民经济和社会发展高度相关的重大信息基础,要加强网络与信息安全保障工作,全面提升下一代互联网安全性和可信性,更要大力地加强域名服务器、数字证书服务器、关键应用服务器等网络核心基础设施的部署及管理。
      可见,在政府的大力推导下,云计算的安全性将得到保障,而智能交通和云计算结合而成的交通云方案,凭借其一系列的优势将在未来的智能交通发展中大显身手。我们可以相信,在新一轮的智慧城市建设中,交通云必然“大有可为”