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交通2.0——智慧交通的关键

2015-06-30 09:07 作者 : 打印 字体大小 : T T T

       基于“Web 2.0" , "City 2.0"、“政府2.0”等概念,本文提出了“交通2.0 "概念,描述了其赖以自我生长的生态系统。交通2.0主要包括两个维度,一个是从公众获得数据,一个是提供开放数据。一方面是“取”,另一方面是“给”。本文分析探索了实现从公众收集数据和集体智慧的信息与通信技术(ICT)和工具,以及国际上实行开放数据的案例。本文展示了智慧交通项目中的“交通2.0”初步实践结果。


 1 交通2.0提出背景    

       本节介绍提出并倡导交通2.0概念的背景。尽管交通2.0这个词汇在文献【1】、文献【2】曾经出现过,但没有被清晰描述和定义,文献【3】被用于指代电动汽车。
 

1.1 互联网2.0(Web 2.0)
       早在2004年,奥莱利(0 ' Reilly & Associates)公司推{I i Web 2.0一词,其核心在于激发并驾驭集体智慧,使用的技术包括数据挖掘、文字分析、集群和预测技术。一些著名的Web 2.0网站包括照片分享网站Flickr、维基百科Wikipedia、购物平台淘宝、视频分享网站优酷和YouTube等。维基百科的所有内容都是用户免费贡献的,用户按照简单的步骤创建和编辑网页。维基百科只有少数管理员对不合适的内容进行控制。
 

1.2 城市2.0( city 2.0 )
       Web 2.0这个词汇众所周知,但是“城市2.0”还没有得到广泛认同。城市2.0这个概念2012年获得了技术、娱乐、设计(TED)演讲堂年度奖金1万美元,是TED年度奖金颁发的首个获奖概念。城市2.0着眼于鼓励市民参与改造自己所居住的城市,促成城市改善项目通过市民自身的力量来完成,以期将城市建设成为“包容、创新、健康、有灵魂、有活力”
(Inclusive、Innovative、Healthy、Soulful、Thriving}的城市。奖金颁发给了10个市民项目,包括给城市增加路标、绘制公交行驶路线地图、在地图上标示卫生条件以防止霍乱的传播等等。
 

1.3 政府2.0
      使用“2.0”的词汇还有比如“政府2.0" ,“社会2.0" ,“创新2.0"'6-",鼓励政府积极地把市民纳人管理和决策过程,与市民合作共建城市,以提供更好的服务,获得更加有效的社会治理效果。
 

1.4 引入交通的2.0 "概念
       " 2.0”的核心在于聚拢来自于群众的资源和能量,而不是仅仅依赖于从上而下的方式。交通行业大量业务都与“位置”有关,现在的手机和便宜的全球定位系统(GPS)设备都能提供。交通解决方案提供商不应当忽视了来自于公众的手机和其他个人移动终端(比如车载单元)的数据的重要价值,而错失获得重大利益的机会。比如手机应用“街上的坑( Street Bump )”通过手机上的加速计来感应车辆行驶到路坑上的震动,把精确的GPS坐标和相应震动数据发送到城市管理部门,以督促尽快修复。城管部门就不需要花费巨资使用3维激光扫描仪沿街巡逻寻找路坑,城市也不会因为道路上的坑长期得不到修复而导致车辆绕行引发车辆故障、事故和堵塞。通过类似的应用来对付城市管理面临的各种危险和交通部门面临的麻烦,这无疑是一个既便宜又有效的途径。
       传统的2.0概念着眼于“来自于”群众的内容和智慧,本文提出的“交通2.0”还有另外一层含义,增加另外一个维度:提供开放数据“给”群众。随着智能手机的普及,普通程序员已经能够在手机上开发出各种各样的应用。如果他们能够获得交通数据,他们就能够开发出很多创新的产品和服务,甚至是起初没有人能够预测到的。
       开放数据可以使得政府文档库里面的死数据得到可视化,并且通过各部门之间的数据的共享和相关联,死数据会产生出更丰富的内容和新数据、新发现。而这些好处都不是通
过政府公务员或授权机构来做的,而是通过无数对于政府来说是免费的开发人员、公司、学生来完成的。通过数据的开放还能帮助政府交通和城管部门更好地利用历史数据,给今后城市规划、社会治理和公众服务提供可持续的决策支持。


2 交通2.0    

       本节定义交通2.0概念,揭示其生态系统模型,并清晰地描述其区别于传统“智能”通,而实现“智慧”交通的2个维度。

2.1 定义
       交通2.0是一个提供可持续的、全面的智慧交通解决方案的生态系统,这个生态系统不仅分析来自于群众和传统智能交通子系统的大数据,而且提供与交通相关的开放数据给群众。交通2.0生态系统的模型如图1所示。   
图1中1号箭头表示平台从传统检测设备和智能交通子系统收集数据。2号箭头表示政府部门和各种机构向平台提供开放数据。3号箭头表示群众向平台发送各种数据,包括位置坐标、语音短信、照片、视频、文字评论等等,同时平台也从Web 2.0网站收集并分析数据。4号箭头周围的循环表示平台提供数据、好用的工具和接口,以方便程序员和公司开发出创新的应用产品和服务。中央的大数据云平台的两个主要组成部分是众筹数据和开放数据,把群众、政府、和社会各机构贯通在一个生态系统中,最终提供一个能自我完善的、可持续发展的智慧交通体系。

 

 


 

 


2.2 两个维度

2.2.1 众筹数据
       到2020年,70%的手机将具备GPS定位能力,具备车载定位和车联网功能的车辆也将大幅上升。通过智能手机和各种应用程序,群众可以轻松地提供包含位置信息的交通内容,包括文字、音频、视频、运动传感器数据。在Web 2.0网站的含有位置信息的照片、视频、帖子,以及从中体现出的群众智慧和意见取向,都能为交通解决方案提供商提供有价值的信息。
       位智(Waze)公司通过用户上传的数据来提供实时交通信息和线路导航,在2013年被谷歌公司以10亿美元收购。英瑞克斯(Inrix )公司通过收集大量车辆和用户的轨迹信息,为汽车、物流等企业和政府部门提供实时交通信息服务。

2.2.2 开放数据
       在交通2.0中,除了从群众获取数据和富媒体内容之外,还有另外一个重要维度是:提供开放的原始数据。这个方面,尤其在中国,没有足够的实践,没有获得交通行业、学术
和咨询机构、以及政府部门的关注。在工程实践过程中,有政府客户明确显示出要垄断数据,以获得短期的经济利益的意图。所以对于国际上已经逐步实施的开放数据潮流和趋势,中国应该怎么处理和面对,是否需要相关法令的制订和执行才能真正实施,交通数据到底是公众的数据还是政府的数据,是一个相当大的涉及很广泛的间题。
       需要澄清的是,开放数据不是提供开放的应用编程接口(API)供群众使用已存在的功能,比如微博接口让用户从不同的应用都能发微博,或者地图API让其他网站显示嵌人的地
图,这些不是开放数据,而只是开放接口。
       开放数据指的是提供原始数据,把现在还没有对公众开放的数据进行公开,可以是档案馆里面的历史数据,也可以是正在运行中的传统智能交通子系统或者车辆产生的数据。
       一个典型的历史数据例子是过去10年中的交通事故数据,数据内容可能包括事故发生地址、车辆、伤亡情况、可能的原因、裁决方案等等。在项目实践中,我们了解到交警部门非常愿意开放此类数据,不过存在实际操作的难度,比如需要从文本文件里面把相关数据识别并提取出来,需要把相关图片和视频关联在一起等等。以前记载的历史数据没有事故发生点准确的GPS坐标,而是街道名和估计与某路口之间的距离,而因为中国近些年快速的路网建设和变化,可能记录的路口已经不存在了,这些数据现在就不能定位事故发生点。
       实时数据的典型是正在运行中的公交车的GPS坐标。许多公交车公司已经具备这些数据,但是他们没有把这些数据公开,因为他们没有去想过这样做有什么好处。有些城市有系统集成商与公交公司合作,做出了电子站牌、网站和手机应用,提供了某种程度的动态信息,但是错误经常存在,信息不准确导致许多系统如同虚设,而集成商与公交公司之间的合同约束已经结束,没有主体来持续维护信息的准确性。这个两难的困境可以通过把实时坐标数据向公众开放来解决。公交公司不需要进行一次又一次的系统维护、更新和升级,不需要反复投人,公众和市场会做成各种各样的网站或手机应用,把实时数据从不同角度、用不同效果展示成实时公交信息给公众。优秀的应用会最终胜出,而胜出的应用将得到市场的长久支持,而不是依赖于某个合同。公交公司和城市管理部门将受益于可持续的解决方案,而不是短命的几个合同做出来的系统。
       开放数据的动力和利益是什么?数据所有者为什么要免费开放数据?一个没有被普遍注意到但是其实很明显的例子是GPS。美国免费开放GPS数据无疑改变了交通行业,改变了全球经济的格局,由此而论美国从中获得了多少万亿美元的好处。另外一个开放数据的典型是
英国,到2014年3月份已经有17 850套原始数据提供在开放数据门户,供公众下载免费使用,公众已经提交了利用开放数据开发的321个应用。英国开放数据门户和公众开发的应用如图2所示。值得一提的是,公众开发的应用不一定是免费的,其收费与否取决于开发者。门户网站是互联网创始人Tim Berners-Lee倡导并启动,通过10个人,6个月的时间,使用开源技术完成。在这个开放平台上,任何人可以提出他们想要政府公开什么样的数据,任何人可以接受挑战开发应用,即使是仅仅把数据可视化也是有价值的。
       实行开放数据对于政府来说不是完全免费的,也不是一蹴而就的,它需要一个循序渐进的过程,甚至需要克服很多障碍,包括制度和文化上的抵制。英国政府为了把其“发展计
划(Growth Agenda )”项目执行成功,启动了一系列的动作,包括设立开放数据研究院、数据战略部、公众数据中央小组,以及相应的资金支持。这些措施给公司和个人开发创新的产品和服务创造了机会,培育了土壤,使得社会更加繁荣有活力。
       对开放数据进行的投资,其反馈给社会和政府的利益和影响是全面而深刻的,不光是经济层面,包括教育和文化。把开放数据视为鼓励创新、激发行动、确保长期的和谐的催化剂,是毫不夸张的。


 



 

3 实现交通2.0的现有技术
       根据交通2.0的概念,本文实现了交通2.0平台,下面介绍平台使用的工具和技术。


3.1 大数据工具
       典型的大数据包括传统的关系型数据、设备及传感器数据和社交媒体数据,以3V:海量、快速、多样( Volume , Velocity , Variety)为特征。也有不少提法加上第4个V,价值(Value)或者不确定性(Veracity)。
       大数据平台需要处理来自于多个交通应用的实时数据流,包括大量移动的GPS设备、固定的道路传感器,以及其他数据流,比如天气和社交媒体内容。然后分析、融合并提供
交通状况的地图展示、实时堵塞检测、行程所需时间更新、以及多个交通模式的对比等等。
       大数据的获得对于政府和公司都是一个挑战。只有25%的机构表示有能力从非结构化和半结构化的数据中获得有用的信息和价值。对于绝大多数机构和公司来说,要对不能存储于传统关系型数据库的非结构化的数据(比如纯文本、各种传感器数据、地理空间数据、音视频、图片、流媒体)进行提取、转换和加载(ETL)并分析,是一个全新的课题。
       虽然传统的预测分析和数据挖掘工具能执行大数据所需要的部分分析功能,但它们不能处理非结构化的数据源>J十且传统数据中心不能满足大数据所需的高处理能力。因此,一系列新技术已经逐渐成熟以应付新挑战,比如NoSOL数据库、Hadoop和MapReduc。形成了一个能处理集群系统的超大数据集的开源软件框架。另外,一些针对大数据的工具也逐渐产生,比如Dremel 、PowerDrill 、Drill和Druid等工具,具备每秒扫描几百亿条记录的能力,能在1.4 s中查询6 TB的存储数据。

3.2 云计算工具
       Hadoop是业界提到最多的云计算解决方案之一,已经成为使用NoSQL处理大数据的首要选择。Hadoop是一个把计算的需求分配到很多普通服务器上的系统,其工具蜂窝(Hive)使得传统的数据仓库查询分析操作能在Hadoop平台上进行。Hadoop能处理各种复杂的结构化数据和非结构化数据,比如服务器日志、音视频、e-mail、传感器数据、可扩展标记语言(XML)数据,这些数据都无法放人传统的数据库表。在成本方面,使用Hadoop不贵,因为软件是开源的,也可以使用比如亚马逊的AWS云服务。
       但是Hadoop也不是灵丹妙药,一些公司发现Hadoop有其内在的复杂性以及因为开源带来的麻烦。要运行一个生产环境的Hadoop ,需要整合一系列相互独立的Apache项目(比如Flume、Sqoop、Oozie、Plg、Hme、ZooKeeper),而这些项目之间有相互竟争而冲突的功能,每个项目都进展很快,各自发布更新,导致不同的版本冲突。这个整合过程相当困难,并且很耗资源。
       正因为如此,市场上产生了把这些部分集成好的Hadoop方案包,以及其他的非Hadoop的大数据解决方案。比如NoSQL提供商Splunk实现了日志数据的搜索技术,尽管不是免费的。一些公司发现Splunk比Hadoop好用多了,其总拥有成本比Hadoop低很多。另外,处理大量XML数据,Marklogic要胜Hadoop。


 3.3 智能手机、车载终端及其他
       一般的智能手机有麦克风、相机、运动感应器、距离感应器、定位( GPS或北斗)、或者还有指南针等等。i0S和Android系统提供了让公众开发手机应用的平台,并能让民众轻松地从各种应用收集和分享大量数据。汽车制造商也在积极地开发车载终端的远程诊断和信息娱乐服务功能。宽带、高速移动网络技术、开源软件框架等等的发展也无不有利于交通2.0生态系统的形成。


 4 初步工程实践结果
       图3展示了我们在智慧交通项目中纳人交通2.0元素的初步结果。在这个项目中,我们开发了iPhone和Android手机应用,使用户能够分享事故现场的照片和视频,或者是导致
危险的路坑、相互矛盾的交通灯等情况。这些文字、照片、音视频、坐标和运动感应器数据将在Hadoop云计算平台大数据处理中心进行分析,以提取和聚集集体智慧,形成更全面的智慧交通解决方案。交通2.0的另一个维度“开放数据”,将在下一阶段进行实施,以提供一个让政府部门、交通服务提供商和其他机构有信心放上数据,让公众充分讨论交流想法、提出需求、开发新应用的平台。


 



 

5 结束语    

       本文定义了“交通2.0 "概念,交通2.0包含两个维度:众筹数据和开放数据。其核心是把公众纳人到智慧交通生态链,并引导公众贡献数据和开发新应用。我们期望智慧交通工业界、研究院所、咨询机构和政府机构都认识到通过开放数据来激发创新、通过众筹数据来收集集体智慧的价值和必要性。只有通过这两个途径,公众参与到交通以及城市的建设中,甚至参与到城市未来的规划决策过程中,才能真正实现“智慧”政府和城市。通过实现交通2.0,交通企业及机构,尤其是政府交通管理部门,得到的将是长期的可持续性的收益。通过提供开放原始数据给公众开发创新的应用、产品和服务的交通2.0平台,才能真正给城市和交通提供自我完善的能力,真正达到“智慧”的层次和境界。

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