智慧交通大数据平台建设方案(283页)DOC.docx

发布时间：2022-06-01 发布人：admin 分类：说明书资料大小：5.77M 资料格式：docx 举报版权申诉

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1智慧交通大数据及支撑平台方案

1.1总体设计

1.1.1系统概述

1.1.2系统设计原则

1.1.3系统框架

1.1.4系统的实现技术

1.2交通大数据采集子系统

1.2.1前端采集技术

1.2.2数据共享和交换平台

1.2.3框架支撑平台

1.2.3.1基础网络服务平台

1.2.3.1.1概述

1.2.3.1.2架构

1.2.3.1.2.1服务端/NetServer

1.2.3.1.2.2NetBusiness

1.2.3.1.2.3NetClient

1.2.3.1.3核心技术

1.2.3.1.3.1Epoll多路复用I/O模型

1.2.3.1.3.2服务端、客户端、业务端分离

1.2.3.2共享内存数据库

1.2.3.2.1概述

1.2.3.2.2设计思路

1.2.3.2.2.1MemoryCache的通道

1.2.3.2.2.2基于hash的查找算法

1.2.3.2.2.3通道内存管理

1.2.3.2.2.4数据内存管理

1.2.3.2.2.5二级key的算法实现

1.2.3.2.2.6并发访问控制

1.2.3.3消息组件

1.2.3.3.1队列内部结构

1.2.3.3.2队列与模块关系图

1.2.3.3.3设计逻辑

1.2.3.4日志管理

1.2.3.5系统预警及系统告警与状态管理

1.2.3.6一致性哈希分发

1.2.3.6.1一致性哈希基本场景

1.2.3.6.2一致性哈希算法

1.2.3.6.2.1环形hash 空间

1.2.3.6.2.2把数据对象映射到hash 空间

1.2.3.6.2.3把机器映射到hash 空间

1.2.3.6.2.4cache的添加与删除

1.2.3.6.2.5移除 cache

1.2.3.6.2.6添加 cache

1.2.3.6.2.7虚拟节点

1.2.3.6.3总结

1.3大数据资源整合存储子系统

1.3.1基础交通数据

1.3.1.1城市路网数据

1.3.1.1.1节点表

1.3.1.1.2链路表

1.3.1.1.3转向车道表

1.3.1.1.4停车场表

1.3.1.1.5活动位置表

1.3.1.1.6过程链路表

1.3.1.1.7公共交通站点表

1.3.1.1.8车道连接表

1.3.1.1.9速度表

1.3.1.1.10车道使用表

1.3.1.1.11屏障表

1.3.1.1.12转向禁止表

1.3.1.1.13未信号化节点表

1.3.1.1.14信号节点表

1.3.1.1.15相位计划表

1.3.1.1.16定时计划表

1.3.1.1.17检测器表

1.3.1.1.18信号协调器表

1.3.1.1.19研究区域链路表

1.3.1.2公交线路数据

1.3.1.3公交车辆数据

1.3.1.4长途客运车数据

1.3.1.5出租车数据

1.3.1.6危化品车数据

1.3.1.7共享单车数据

1.3.1.8火车客运数据

1.3.1.9民航客运数据

1.3.1.10交通资产数据

1.3.1.11出行需求数据

1.3.1.12公路费用数据

1.3.1.13气象数据

1.3.1.14监控设备数据

1.3.1.15追逃车辆数据

1.3.2实时采集数据

1.3.3实时计算数据

1.3.3.1城市交通运行数据

1.3.3.2公交车实时位置数据

1.3.3.3公交（地铁）卡刷卡数据

1.3.3.4长途客车实时数据

1.3.3.5出租车实时数据

1.3.3.6危化品车实时数据

1.3.3.7共享单车实时数据

1.3.3.8路口通行量

1.3.3.9套牌嫌疑车数据

1.3.3.10基于车辆识别的OD分析数据

1.3.3.11基于车辆识别的车辆数据

1.3.3.11.1车辆实时位置数据

1.3.3.11.2追逃车辆识别数据

1.3.3.11.3违章车辆识别数据

1.4大数据清洗子系统

1.4.1概述

1.4.1.1数据清洗

1.4.1.2缺失值处理

1.4.1.3数据选择

1.4.1.4数据变换

1.4.1.5数据集成

1.4.1.6数据削减

1.4.1.7数据清洗评估

1.4.1.8在交通领域的应用

1.4.2数据清洗方法

1.4.2.1错误数据的判别和修正

1.4.2.1.1概述

1.4.2.1.2错误数据判别模型

1.4.2.1.2.1孤立点检测算法

1.4.2.1.2.2边界检测算法

1.4.2.1.2.3阈值理论与交通流理论的组合检测算法

1.4.2.1.3错误数据修正模型

1.4.2.1.3.1概述

1.4.2.1.3.2灰色GM（1，1）模型

1.4.2.1.4处理流程

1.4.2.2丢失数据补齐

1.4.2.2.1概述

1.4.2.2.2基于粗集理论的交通流丢失数据补齐

1.4.2.2.3基于最小二乘支持向量机的交通流丢失数据补齐

1.4.2.3冗余数据简约

1.4.2.3.1概述

1.4.2.3.2基于等级分组法的冗余数据识别

1.4.2.3.3处理流程

1.4.2.4基于Hadoop的分布式数据清洗

1.4.2.4.1概述

1.4.2.4.2数据清洗技术中孤立点算法

1.4.2.4.2.1孤立点简述

1.4.2.4.2.2基于统计的孤立点算法

1.4.2.4.2.3基于距离的孤立点算法

1.4.2.4.2.4基于密度的孤立点算法

1.4.2.4.2.5基于偏离的孤立点算法

1.4.2.4.2.6基于关联的孤立点算法

1.4.2.4.3设计思想

1.4.2.4.4方案设计

1.4.2.4.5基于 Hadoop 的分布式孤立点挖掘算法

1.4.2.4.5.1算法思想

1.4.2.4.5.1.1块嵌套循环算法和基于索引算法

1.4.2.4.5.1.2区域划分算法

1.4.2.4.5.2算法流程

1.4.2.4.5.2.1区域划分

1.4.2.4.5.2.2区域的上下限的计算

1.4.2.4.5.2.3候选区域的计算

1.4.2.4.5.2.4基于候选区域孤立点的计算

1.5大数据融合分析子系统

1.5.1交通调查指标数据计算

1.5.1.1概述

1.5.1.2处理流程

1.5.1.2.1交通量计算

1.5.1.2.2交通流速度计算

1.5.1.2.3交通流密度计算

1.5.1.2.4车道占有率计算

1.5.2交通运行指数计算

1.5.2.1概述

1.5.2.2交通运行指数各项指标计算

1.5.2.2.1道路交通运行指数

1.5.2.2.1.1概述

1.5.2.2.1.2计算方法

1.5.2.2.1.3处理流程

1.5.2.2.2道路交通拥堵率

1.5.2.2.2.1概述

1.5.2.2.2.2计算方法

1.5.2.2.2.3常发拥堵路段数

1.5.2.2.3行程时间可靠性指数

1.5.3信号优化

1.5.3.1自适应信控配时计算

1.5.3.1.1概述

1.5.3.1.2现状以及理论研究

1.5.3.1.2.1国内外自适应信控配时现状

1.5.3.1.2.2两难区控制理论

1.5.3.1.3实现算法

1.5.3.1.3.1基于传统线圈检测的感应控制算法

1.5.3.1.3.2基于新型检测技术的自适应控制算法

1.5.3.1.3.3基于规则的自适应控制算法

1.5.3.1.3.3.1控制逻辑

1.5.3.1.3.3.2主要控制模块

1.5.3.1.3.3.3特点

1.5.4基于大数据的OD分析

1.5.4.1概述

1.5.4.2基于Hadoop大数据OD分析

1.5.4.2.1Hadoop大数据简介

1.5.4.2.2框架

1.5.4.2.3技术实现

1.5.4.2.3.1数据接口定义

1.5.4.2.3.1.1车辆实时位置文件

1.5.4.2.3.1.2交通小区划分表

1.5.4.2.3.1.3监控点与交通小区对应表

1.5.4.2.3.1.4OD分析结果表

1.5.4.2.3.2数据存储

1.5.4.2.3.3数据处理

1.5.4.2.3.3.1MapReduce分布式计算框架

1.5.4.3基于移动通信手机定位数据的OD分析

1.5.4.3.1OD调查相关理论基础

1.5.4.3.1.1OD调查的结果表达

1.5.4.3.1.2出行停留点

1.5.4.3.1.3交通小区划分

1.5.4.3.2手机定位数据的预处理

1.5.4.3.3基于“空间.时间”双层聚类的停留点识别算法

1.5.4.3.3.1空间层聚类并优化聚类结果

1.5.4.3.3.2时间层聚类

1.5.4.3.4居民出行OD矩阵获取

1.5.4.3.4.1基于K.Means算法的交通小区划分

1.5.4.3.4.2OD矩阵计算

1.5.5基于车辆识别的大数据套牌车分析

1.5.5.1概述

1.5.5.2流式计算Storm简介

1.5.5.3框架

1.5.5.4技术实现

1.5.5.4.1监控点的选取

1.5.5.4.2数据定义

1.5.5.5实时数据

1.5.5.5.1业务数据

1.5.5.5.2历史数据

1.5.5.6基于Strom流式计算的数据分析

1.5.5.6.1数据划分

1.5.5.6.2套牌车计算流程

1.5.6尾气排放分析

1.5.6.1概述

1.5.6.2传统的计算模型

1.5.6.2.1排放因子

1.5.6.2.2油耗计算法

1.5.6.3基于Hadoop的城市交通尾气计算模型

1.5.6.3.1交通碳排放模型

1.5.6.3.2关键算法实现

1.5.7交通信息发布系统

1.5.7.1设计原则

1.5.7.2总体诱导方案设计

1.5.7.2.1功能设计

1.5.7.2.2总体诱导策略

1.5.7.2.3发布内容及形式

1.5.7.2.4总体布设原则

1.5.7.3杆件及基础

1.5.7.4主要设备技术参数

1.6统一消息服务子系统

1.6.1概述

1.6.2服务接口

1.6.2.1公交优先通行系统接口

1.6.2.2城市交通运行监测平台接口

1.7三维GIS平台子系统

1.7.1概述

1.7.1.1国内外应用现状

1.7.1.2建设需求分析

1.7.1.3建设范围

1.7.1.4建设内容

1.7.1.5建设目标

1.7.2三维系统平台介绍

1.7.2.1三维GIS系统平台构成

1.7.2.2三维GIS地图特点

1.7.3三维地图模型设计与建设

1.7.3.1三维GIS地图模型设计

1.7.3.2三维系统的建设

1.7.3.3三维数据的建设

1.7.3.3.1模型数学精度要求

1.7.3.3.2模型精度要求

1.7.3.3.3三维数据制作流程

1.7.3.4系统软硬件环境

1.7.3.4.1操作系统

1.7.3.4.2数据库管理系统

1.7.3.4.33D系统服务器选型

1.8系统规划和平台建设

1.8.1存储规划

1.8.1.1数据库存储

1.8.1.2视频云存储

1.8.1.2.1云存储系统简介

1.8.1.2.2云存储优势

1.8.1.2.3云存储系统物理拓扑

1.8.1.2.4存储数据分类和存储空间计算

1.8.1.2.4.1建设方案

1.8.1.2.4.2网络带宽分析

1.8.1.2.4.3云存储设计

1.8.1.2.4.4云存储技术规格

1.8.2数据库规划

1.8.2.1Oracle 数据库规划

1.8.2.2数据对象的命名规范

1.8.2.2.1表的命名

1.8.2.2.2数据库对象设计原则

1.8.2.3Hbase数据库规划

1.8.3主机规划

1.8.3.1采集主机规划

1.8.3.2Hadoop集群主机规划

1.8.3.3Storm集群主机规划

1.8.3.4统一消息服务平台主机规划

1.8.4云平台建设

1.8.4.1云平台总体架构

1.8.4.2云平台资源池设计

1.8.4.3虚拟数据中心VDC设计

1.8.4.3.1VDC架构优势

1.8.4.3.2VDC规划设计

1.8.4.4存储资源池设计

1.8.4.5配置清单

1.9大数据支撑平台系统的性能设计要求

1.9.1系统的处理能力

1.9.2系统的可用性

1.9.3系统的安全性

智慧交通大数据平台建设方案 1

目录 1 智慧交通大数据及支撑平台方案 .................................... 4 1.1 总体设计 ........................................................................................................................... 4 1.1.1 系统概述..........................................................................................................................4 1.1.2 系统设计原则..................................................................................................................5 1.1.3 系统框架..........................................................................................................................6 1.1.4 系统的实现技术............................................................................................................10 1.2 交通大数据采集子系统...................................................................................................10 1.2.1 前端采集技术................................................................................................................10 1.2.2 数据共享和交换平台....................................................................................................12 1.2.3 框架支撑平台................................................................................................................12 1.3 大数据资源整合存储子系统 ........................................................................................... 39 1.3.1 基础交通数据................................................................................................................39 1.3.2 实时采集数据................................................................................................................67 1.3.3 实时计算数据................................................................................................................67 1.4 大数据清洗子系统...........................................................................................................73 1.4.1 概述................................................................................................................................73 1.4.2 数据清洗方法................................................................................................................78 1.5 大数据融合分析子系统................................................................................................. 118 1.5.1 交通调查指标数据计算..............................................................................................118 1.5.2 交通运行指数计算......................................................................................................126 1.5.3 信号优化......................................................................................................................132 1.5.4 基于大数据的OD 分析...............................................................................................168 1.5.5 基于车辆识别的大数据套牌车分析..........................................................................208 1.5.6 尾气排放分析..............................................................................................................218 1.5.7 交通信息发布系统......................................................................................................224 1.6 统一消息服务子系统 .....................................................................................................229 1.6.1 概述..............................................................................................................................230 1.6.2 服务接口......................................................................................................................230 1.7 三维 GIS 平台子系统.................................................................................................... 235 1.7.1 概述..............................................................................................................................235 1.7.2 三维系统平台介绍......................................................................................................238 1.7.3 三维地图模型设计与建设..........................................................................................240 1.8 系统规划和平台建设 .....................................................................................................251 1.8.1 存储规划......................................................................................................................251 1.8.2 数据库规划..................................................................................................................261 1.8.3 主机规划......................................................................................................................267 1.8.4 云平台建设..................................................................................................................270 2

1.9 大数据支撑平台系统的性能设计要求 .......................................................................... 280 1.9.1 系统的处理能力..........................................................................................................281 1.9.2 系统的可用性..............................................................................................................281 1.9.3 系统的安全性..............................................................................................................281 3

1 智慧交通大数据及支撑平台方案 1.1 总体设计 1.1.1 系统概述城市交通服务提供全面的路况，需要交通监测网对城市道路交通状况、交通流信息、交通违法行为等的全面监测，采集、处理及分析大量的实时监测数据，具有数据量巨大的特点；随着城市机动车保有量不断提高，城市道路交通状况日趋复杂化，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、处理和分析等，因此具有系统负载时变性高、波动大的特点应支持低延迟、高并发事务；公众出行服务对交通信息发布的时效性要求高，需将准确的信息及时提供给不同的需求主体，信息处理、分析时效性要求高，这给交通大数据支撑平台提出了挑战。交通大数据支撑平台面对海量数据，系统不能仅依靠少数几台机器的升级满足数据量的增长，必须做到横向可扩展，既满足性能的要求，也满足存储的要求；由于服务需求的多样化，平台既要支持交通数据流的实时分析与处理又要支持复杂查询与深度分析所需的高性能、低延迟需求。平台需具有高度容错性，大数据的容错性要求在作业执行的过程中，一个参与节点失效不需要重做整个作业。另外平台应支持异构环境，交通大数据平台的建设是分步骤的，分阶段进行的。大数据支撑平台囊括了城市交通运行的基本数据，大数据支撑平台系统的设计、实施，按照一切从实际出发，遵循经济实用的原则，对于整个城市交通运行状态检测的整个过程可以分为确定数据采集目标、采集数据、分析数据和功能实现四个阶段。第一阶段，确定数据采集目标。目标就是监测的对象，首先要定义哪些对象是城市交通运行需要检测采集数据的，从社会经济、城市基础设施和人民生活等多个方面进行考虑。第二阶段，采集数据。确定好城市交通运行需要检测采集的数据目标之后， 4

可以从相关部门或者采用相关仪器设备及手段进行数据采集。第三阶段，分析数据。城市交通运行特征处于“常态”和“非常态”，需要对采集的数据进行全方位的分析，由“常态”到“非常态”的一个动态过程，包括很多特殊情况的孕育、发展、扩大和爆发。通过对采集到的数据进行建模等方式来统计分析其诱发因素，以各相关管理部门、工作人员能迅速清晰掌握了解情况的方式进行展现。第四阶段，功能实现。展示城市运行实时监测状况，显示各项数据分析结果，及多种系统功能。交通大数据支撑平台应具有如下的特性：  高度可扩展性，横向大规模可扩展，大规模并行处理；  实时性，对交通数据流，事件的实时处理；  高性能、低延迟分析，快速响应复杂查询和深度分析、实时分析结果；  高度容错性，系统在硬件级、软件级实现容错；  可用性，系统具有相当高的可用性；  支持异构环境，对硬件平台一致性不高，适应能力强；  开放性、易用性，系统之间可实现数据共享，服务集成；  较低成本，较高的性价比。 1.1.2 系统设计原则 1）安全性原则本系统要实现基于大型数据中心、强大信息处理环境和高速网络为一体，可为交通信息管理的获取、共享和处理服务，支持实时网上数据信息处理，支持协同工作及虚拟办公环境的新一代信息基础设施支撑平台。由于整个系统涉及大量的保密数据，而且部分数据共享基于网络环境，在设计过程中，必须考虑信息安全及保密措施，确保系统中的信息资源不被非法窃取和篡改，数据中心不被破坏，同时还要保证用户能够正常使用系统中的共享资源，提供应有的信息服务。为了确保该系统的安全性，在建立健全安全管理制度基础上，还必须采用有效的安全保密技术。本系统采用一整套科学、便利的安全管理模式，系统对终端用户的权限严格界定，终端用户的权限细化到每一个模块的每一个功能，在此基础上系统 5

灵活地使用组的管理方式，很大程度上简化了系统管理人员的工作复杂度。 2）集成统一性、开放性和标准化原则各个不同方面的机房需求应组成一个完整的机房信息系统。并在系统安全性、资源共享、工作协同和系统管理及其开销、系统升级等方面进行规划和设计，所以系统必须具有开放性，标准化。系统的开放性是关系到系统生命周期长短重要问题，只有开放的系统才能满足互操作性、可移植性以及可伸缩性的要求，不断为系统的扩展、升级创造条件。 3）先进性和实用性原则系统设计立足于高起点，采用国际先进、成熟和实用的技术，构建合理并适当超前的技术体系架构，用以确保长时间的技术领先。各系统通过集成，实现资源和信息共享。系统软、硬件配置采用模块化、开放式结构，以适应系统灵活组织、扩展和系统集成整体提升的需要。 4）经济性、投资保护性原则应以较高的性能价格比建设整个系统，使资金的产出投入比达到最大值。能以较低的成本、较少的人员投入来维持系统运转，提供高效能与高效益。尽可能保留并延长已有系统的投资，充分利用以往在资金与技术、设备方面的投入。 1.1.3 系统框架大数据支撑平台框架图如下所示，主要由如下几个子系统组成： 6

图 6.1 大数据及支撑平台框架  交通大数据采集子系统交通大数据采集子系统基于基础网络服务平台，采集前端感知设备传输的信息，通过统一的采集服务将数据接入到大数据支撑平台，进行后续的分析处理，基础网络服务平台可满足各种数据接入，同时支持大量客户端的并行处理。  交通大数据资源整合存储子系统交通大数据资源整合子系统整合了整个交通相关的数据，包括前端采集的实时交通数据、路网数据、公交车数据、交警数据中心、交通运输管理数据中心和城市管理数据中心的数据通过数据交换平台也整合到该系统中。  交通大数据清洗子系统交通大数据清洗子系统负责交通数据清洗和规整，剔除无用、错误和冗余的数据，保证数据的质量。  大数据融合分析子系统 7

大数据计算是整个系统的核心，基于 Hadoop 分布式计算以及基于 Strom 流式计算可满足不同的计算需求。  统一消息服务子系统统一消息服务子系统为各种综合应用提供服务接口，可满足各种系统的接入查询。  三维 GIS 平台子系统三维 GIS 系统是用于空间基础信息三维数据浏览显示与查询分析的应用系统，三维 GIS 系统为用户提供了一个三维可视化的数据浏览、查询的信息平台，通过三维 GIS 系统可以浏览和查询平台基础信息数据库中的 DEM、城市景观、遥感影像、城市绿化、城市公共设施分布等数据。系统可以导入各种常用的二维以及三维地理信息数据文件，兼容大多数开放的标准格式。系统数据流图如下：图 6.2 大数据及支撑平台数据流 1、前端感知设备采集的交通数据通过专网发送到大数据及支撑平台采集主机，采集子系统将处理后的数据一部分发给 hadoop 集群主机，一部分发给计算 8

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