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【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)庫 教務(wù)管理系統(tǒng) 安全現(xiàn)狀 分析策略
The current situation and countermeasures on educational management system database security
Chen Song1,Kong Lin Jun2
(1.Zhejiang University of Finance and Ecnomics,Dong-fang college,Haining 314408;2.Zhejiang University of Finance and Ecnomics,Modern educational technology center,Hangzhou 310018;)
Abstract:Database is a basic platform of educational management system. Also the core of the entire information system data. Database security is the important part of information security of educational management system. Through the current database security status of the educational management system in digital campus environment. Summarizes the system database’s main types of security threats. Suggestions on how to enhance database security analysis strategy.
Key words:Database Educational Management System Security Situation Analysis Strategy
0 引言
數(shù)據(jù)庫的安全性是指保護數(shù)據(jù)庫避免不合法的使用,以免數(shù)據(jù)的泄漏、更改或破壞[1]。在當(dāng)今的數(shù)字信息化時代,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)廣泛應(yīng)用到了高等教育的各個機構(gòu)領(lǐng)域,如教務(wù)處的教務(wù)管理系統(tǒng)、各辦公室的OA系統(tǒng)、學(xué)工的迎新系統(tǒng)等,這些均表明其越來越彰顯在現(xiàn)代化教育中的重要作用和戰(zhàn)略地位,慢慢成為數(shù)字化校園建設(shè)的重要基礎(chǔ)。可盡管如此,數(shù)據(jù)庫安全問題卻仍沒有得到妥善地解決,其本身的脆弱性及易于被攻擊的軟肋,使得數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的安全問題一直受到人們的廣泛重視。教務(wù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫安全一直都是教務(wù)信息管理員所重點關(guān)注的問題,如何有效地保證數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的安全,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的保密性、完整性和有效性,已經(jīng)成為教務(wù)信息管理員所要探索研究的重要方向。
1 教務(wù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫安全現(xiàn)狀
1.1 數(shù)據(jù)庫安全的含義及特點
數(shù)據(jù)庫安全包含兩部分,分別是系統(tǒng)運行安全和系統(tǒng)信息安全。系統(tǒng)運行安全通常是由于網(wǎng)絡(luò)黑客通過互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)等相關(guān)途徑來入侵計算機,造成系統(tǒng)無法正常運行,或超負荷加載電腦運行進程引起系統(tǒng)當(dāng)機,甚至損壞計算機相關(guān)硬件等破壞性活動;系統(tǒng)信息安全主要是指黑客對數(shù)據(jù)庫進行入侵,并竊取重要信息數(shù)據(jù)。
針對數(shù)據(jù)信息來說,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的安全特性主要由以下幾個部分組成[2],分別是:數(shù)據(jù)信息的獨立性、數(shù)據(jù)信息的完整性、數(shù)據(jù)信息的安全性、數(shù)據(jù)信息的并發(fā)控制及故障恢復(fù)等。
1.2 數(shù)據(jù)庫安全目前存在的主要威脅
隨著高校信息化水平和要求的不斷提高,數(shù)據(jù)庫的使用也越來越頻繁,其面臨的問題和突況也逐漸增多,數(shù)據(jù)庫安全受到更大程度的威脅。教務(wù)管理系統(tǒng)的絕大多數(shù)信息都保存在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器里,它的安全性問題一直是教務(wù)信息管理員和學(xué)校網(wǎng)絡(luò)中心管理人員的一塊心病。總結(jié)目前系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫安全威脅主要由以下幾方面:
1、管理員權(quán)限威脅
(1)過高的權(quán)限濫用,當(dāng)一般用戶被授予了超出其工作職能所需要的數(shù)據(jù)庫訪問權(quán)限時,權(quán)限可能會被有些人惡意濫用。比如,授予某些用戶有修改學(xué)生信息的權(quán)利,而有可能導(dǎo)致學(xué)生成績等信息數(shù)據(jù)也被更改。
(2)合法權(quán)的濫用,用戶或管理員還可能將合法的數(shù)據(jù)庫權(quán)限用于一些未經(jīng)授權(quán)的不良目的。如用戶可以根據(jù)自己擁有的一些權(quán)限,在系統(tǒng)中查看學(xué)生成績、身份證號、家庭住址、聯(lián)系方式等信息,并將其拷貝。一旦由于用戶疏忽將這些存儲在電腦上或存儲介質(zhì)中的數(shù)據(jù)被黑客或者其他有不良企圖的人獲取,很有可能會造成學(xué)生隱私信息的泄露,造成一定影響。
(3)權(quán)限提升產(chǎn)生威脅,黑客利用數(shù)據(jù)庫平臺軟件的一些漏洞將普通的用戶權(quán)限轉(zhuǎn)換為管理員之權(quán)限。黑客可以通過程序內(nèi)置函數(shù)、系統(tǒng)存儲過程、SQL語句找到漏洞,利用這些漏洞來獲得數(shù)據(jù)庫的某些管理權(quán)限,從而導(dǎo)致系統(tǒng)數(shù)據(jù)被篡改、竊取和丟失。
2、平臺及數(shù)據(jù)庫通信協(xié)議漏洞威脅
底層的操作系統(tǒng)(如UNIX 等)中的漏洞與安裝在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上其他一些服務(wù)中的漏洞很容易引起數(shù)據(jù)破壞、未經(jīng)授權(quán)的訪問以及拒絕服務(wù)等。最常見的如“沖擊波病毒”,它就是利用漏洞為拒絕服務(wù)攻擊創(chuàng)造條件。
在運行過程中,數(shù)據(jù)庫通信協(xié)議中的安全漏洞也是越來越突出。往往在補丁修復(fù)程序過程中,與協(xié)議有關(guān)的就占很大一部分。網(wǎng)絡(luò)黑客或攻擊者常常會針對這些漏洞進行未經(jīng)授權(quán)的數(shù)據(jù)訪問、數(shù)據(jù)破壞以及拒絕服務(wù)等。
3、SQL注入產(chǎn)生的威脅
SQL注入攻擊是入侵者將未經(jīng)授權(quán)的數(shù)據(jù)庫語句注入到存在漏洞的SQL數(shù)據(jù)信道之中。一般情況下,攻擊所針對的數(shù)據(jù)信道包括Web應(yīng)用程序輸入?yún)?shù)及存儲過程;然后這些注入的語句被傳遞到數(shù)據(jù)庫中執(zhí)行。用SQL注入,攻擊者可以不受限制地訪問整個數(shù)據(jù)庫,最終導(dǎo)致教務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息被泄露。
4、拒絕服務(wù)(DoS)威脅
拒絕服務(wù)是一種比較寬泛的攻擊類別,在攻擊過程中,一般正常用戶對網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序或數(shù)據(jù)的訪問會被拒絕。攻擊者通過一些漏洞為拒絕服務(wù)攻擊創(chuàng)造條件,如利用數(shù)據(jù)庫平臺漏洞來制造拒絕服務(wù)攻擊,致使服務(wù)器崩潰。此外,拒絕服務(wù)攻擊還包括網(wǎng)絡(luò)泛洪、數(shù)據(jù)破壞及服務(wù)器資源過載等。
5、身份驗證產(chǎn)生的威脅
身份驗證方案過于簡單,使得攻擊者更加容易竊取或以其他方法獲得登錄憑據(jù),進而得到合法的數(shù)據(jù)庫用戶身份。常用的竊取方法有:①攻擊者用自動程序不斷地枚舉用戶名及密碼組合,直到獲取可以登錄的一組。②攻擊者利用交識獲取當(dāng)事人信任,再通過一些手段、途徑獲得其登錄憑據(jù)。③教務(wù)人員因平時事務(wù)繁瑣,又在認識上不過于重視,為方便記憶,常常會在自己的便箋本、即時貼上記錄自己的身份密碼,攻擊者通過抄寫其上內(nèi)容或拓印密碼文件來竊取登錄憑據(jù)。
6、暴露備份數(shù)據(jù)產(chǎn)生威脅
教務(wù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫安全備份是一項非常有效的數(shù)據(jù)安全手段,但是也往往會由此引發(fā)備份數(shù)據(jù)被不法分子竊取麻煩,原因在于備份數(shù)據(jù)庫存儲介質(zhì)對于攻擊者是毫無防護措施可言的。一旦數(shù)據(jù)庫備份硬盤被盜、被復(fù)制或被修改,都可能產(chǎn)生無以估量的損失。
2 教務(wù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫安全分析
制訂合理的教務(wù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫安全策略,是維護其數(shù)據(jù)庫安全的規(guī)范,需要我們從技術(shù)和管理上同時進行。根據(jù)對目前數(shù)據(jù)庫安全現(xiàn)狀的分析,數(shù)據(jù)庫的安全策略主要應(yīng)圍繞保護數(shù)據(jù)庫信息的完整性、保密性和可用性這三點進行,包括物理安全、數(shù)據(jù)備份、訪問控制安全、應(yīng)急響應(yīng)等。
2.1 物理安全
物理安全是數(shù)據(jù)庫安全防范策略的基本。這里所指的物理安全主要包括保證數(shù)據(jù)庫硬件服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫存在的環(huán)境及數(shù)據(jù)庫相關(guān)網(wǎng)絡(luò)的物理安全性。常見的如:①能夠確保服務(wù)器所在網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)線、交換機、周邊環(huán)境的溫度和濕度等環(huán)境上的物理安全。②明確制度,要規(guī)定好只有數(shù)據(jù)庫管理員或服務(wù)廠商才能在物理上接觸數(shù)據(jù)庫服務(wù)器,且保證服務(wù)廠商是在得到有效監(jiān)控的情況下作業(yè)。③培養(yǎng)系統(tǒng)管理員的堅強意志和良好品德,不會被欺騙或誘導(dǎo),防止社會人員獲得相關(guān)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的物理訪問能力。④在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器房間按照監(jiān)控,做好24小時嚴(yán)密布控。⑤安裝溫度與濕度報警裝置,做好實時報警,一旦超出正常環(huán)境溫度與濕度范圍,以手機短消息的方式發(fā)送給管理員,確保物理環(huán)境安全。
2.2 數(shù)據(jù)備份
數(shù)據(jù)備份是數(shù)據(jù)庫、信息系統(tǒng)安全策略中必須的一步,是增強數(shù)據(jù)庫可靠性的一項重要內(nèi)容,能夠最大限度地減少因軟硬件故障造成數(shù)據(jù)丟失導(dǎo)致的不良后果。
制訂適合自身的數(shù)據(jù)庫備份策略,通常情況下要做好以下4點內(nèi)容:①在制訂總體備份策略前要考慮諸多因素,包括確定數(shù)據(jù)的可用性要求、所備份的數(shù)據(jù)類型與頻率、所需的硬件特性與速度等。②事先做好系統(tǒng)備份測試和恢復(fù)過程,充分了解數(shù)據(jù)備份運行過程及其可能產(chǎn)生的影響,如:數(shù)據(jù)庫故障時間將對單位造成多大的影響和損失;何候會大量使用數(shù)據(jù)庫,導(dǎo)致頻繁的查詢、插入和更新操作;遇到磁盤發(fā)生故障,可接受的故障時間是多長;重新創(chuàng)建丟失的數(shù)據(jù)的難易程度如何等。③確保擁有從各種故障中恢復(fù)所需的備份,并且當(dāng)真正的故障發(fā)生時可以快速平穩(wěn)地執(zhí)行恢復(fù)過程。④在制訂過程中管理員根據(jù)自己的需要和實際情況來確定備份周期,保證既不浪費資源空間又能準(zhǔn)確有效地恢復(fù)到最近數(shù)據(jù)庫安全時間。
2.3 訪問控制安全
訪問控制是數(shù)據(jù)庫基本安全的重要核心。它包含用戶帳號管理、密碼控制策略、用戶權(quán)限控制和用戶身份認證等方面,主要從與用戶帳號相關(guān)的方面來維護數(shù)據(jù)庫的安全性。
訪問控制安全策略主要應(yīng)注意的問題有:①避免用戶帳號被人列舉。管理員一定要做好帳號保密工作,盡可能不要讓非管理員獲得所有數(shù)據(jù)庫用戶帳號列表。②用戶權(quán)限盡可能向下取小。管理員只要將用戶角色所需的權(quán)限分配下去即可,不要將一些多余的權(quán)限交給用戶,方便管理員進行監(jiān)控。權(quán)限的擴散以及超越應(yīng)用范圍的訪問是訪問控制的一大威脅。③確保不分配多余的用戶和管理員權(quán)限帳號。實事證明,用戶和管理員帳號的數(shù)量與數(shù)據(jù)庫的安全性是成正比的。④用戶和管理員帳號密碼安全原則。無論是管理員還是一般用戶,帳號密碼必須符合嚴(yán)格的密碼安全要求,密碼長度一定要在8位以上,且必須包含字母、數(shù)字和符號交互不連續(xù)。⑤用戶認證要確保密碼加密。在數(shù)據(jù)傳輸過程中,有時候密碼也僅僅是經(jīng)過簡單的數(shù)據(jù)編碼,很容易破譯,這就要求我們在有需要的情況下采用密碼加密。⑥做好訪問審計。通過訪問審計提供用戶操作痕跡的可查依據(jù),從而達到監(jiān)視的目的。⑦嚴(yán)格的文件的訪問控制。確保數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)文件、數(shù)據(jù)庫文件、日志文件以及備份文件等不會被人惡意修改、刪除。
2.4 應(yīng)急響應(yīng)
做好正確的事件響應(yīng)機制是我們維護數(shù)據(jù)庫安全策略的重要內(nèi)容之一。及時做出響應(yīng)可以最大程度的減少對數(shù)據(jù)庫造成的損失和影響,甚至完全避免。要做好這點,需要從以下幾方面入手:①積極組建應(yīng)急響應(yīng)小組。每位成員各司其職,確保對每個問題都能做出及時響應(yīng)。②建立并實施所有數(shù)據(jù)庫策略及步驟。相關(guān)人員須遵守或理解管理過程,能安全正確地配置設(shè)備,避免人為無意間造成數(shù)據(jù)庫安全問題。
除以上策略外,數(shù)據(jù)庫管理員還應(yīng)關(guān)注數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)廠商定期的安全公告,以此制定補丁升級方案,在確保不影響系統(tǒng)正常運行的情況下,謹慎實施;另外,管理員和用戶應(yīng)加強對數(shù)據(jù)庫安全的法律意識和道德意識,并時刻保持數(shù)據(jù)庫應(yīng)用技術(shù)的理論學(xué)習(xí)和技術(shù)提升。
3 結(jié)束語
文章就目前教務(wù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫常見的一些威脅進行了概括和分類,根據(jù)這些問題提出的相應(yīng)對策,在一定程度上解決了數(shù)據(jù)庫安全中存在的問題。但是我們也需要明確,數(shù)據(jù)庫安全作為一個具有時效性、系統(tǒng)性、綜合性的問題,并不僅僅靠幾個策略就能完全解決的。在計算機技術(shù)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)應(yīng)用大發(fā)展的時代,數(shù)據(jù)庫安全研究必須全方位、分層次、立體式進行。孤立地、片面地、停滯地思路永遠無法解決數(shù)據(jù)庫安全的問題,只有通過不斷地改進和完善安全防范手段,才能提高數(shù)據(jù)的可靠性。
參考文獻:
[1]薛麗,邵誠.供電企業(yè)綜合統(tǒng)計系統(tǒng)中的安全性策略[J].計算機工程,2004, 30(11):168-169.
大數(shù)據(jù)時代智能交通發(fā)展的需求與機遇
1.智能交通系統(tǒng)發(fā)展的數(shù)據(jù)分析需求
一方面,交通數(shù)據(jù)采集的范圍、廣度和深度急劇增加,隨著智能交通系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模的不斷擴大,正在形成以微波、線圈、GPS、車牌等交通流檢測數(shù)據(jù),交通監(jiān)控視頻數(shù)據(jù),以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)和服務(wù)數(shù)據(jù)等為主體的海量交通數(shù)據(jù)。
另一方面,對動靜態(tài)海量交通數(shù)據(jù)的挖掘分析成為智能化交通信息處理分析的核心內(nèi)容,交通數(shù)據(jù)的深層價值有待進一步的挖掘和開發(fā)。根據(jù)調(diào)查,韓國3G手機上的服務(wù)中,有50%以上的服務(wù)與交通有關(guān),包括實時道路交通信息、地鐵和公交信息、火車和飛機班次動態(tài)信息、換乘信息、與汽車服務(wù)有關(guān)的信息等。以智能終端為服務(wù)窗口的、以云計算和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)為支撐的智能交通信息服務(wù)正在逐步成為主流,與我們的生活息息相關(guān)。
2.大數(shù)據(jù)分析為智能交通發(fā)展帶來的新機遇
一是大數(shù)據(jù)技術(shù)的海量數(shù)據(jù)存儲和高效計算能力,將實現(xiàn)交通管理系統(tǒng)跨區(qū)域、跨部門的集成和組合,將會更加有效地配置交通資源,從而大大提高交通運行效率、安全水平和服務(wù)能力。二是交通大數(shù)據(jù)分析將為交通管理、決策、規(guī)劃和運營、服務(wù)以及主動安全防范帶來更加有效的支持。三是基于交通大數(shù)據(jù)的分析為公共安全和社會管理提供新的理念、模式和手段。
大數(shù)據(jù)時代智能交通的發(fā)展趨勢
【關(guān)鍵詞】公共交通安全、視頻分析技術(shù)、圖像特征信息
中圖分類號: C913 文獻標(biāo)識碼: A
1、引言
1.1智能視頻監(jiān)控的背景
對于城市交通的狀況,大城市的人都有深有體會,日常早晚高峰的擁堵,如同一具枷鎖,牢牢地鎖住了我們每天的生活。隨著經(jīng)濟的發(fā)展,城市交通量必然還將持續(xù)增加,盡管政府修建了大量的交通設(shè)施,但是交通擁擠狀況仍然十分嚴(yán)重。同時在各城市相繼發(fā)生的各種公共安全事件,無形中引發(fā)了人們對公共安全的一種新焦慮,這種影響公共安全的新苗頭,比以往更復(fù)雜、防控難度更大,面對城市交通監(jiān)控壓力的日益嚴(yán)峻,大規(guī)模監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)的分析預(yù)測是極為必要的。
“預(yù)測”是實現(xiàn)智慧交通的關(guān)鍵,匱乏的軟、硬件設(shè)施阻礙了發(fā)展的進程,而實現(xiàn)智慧的交通管理系統(tǒng)的關(guān)鍵,在于對交通流信息的數(shù)學(xué)建模和對交通數(shù)據(jù)的分析,它的“預(yù)測”能力可以幫助行人和市政管理部門提前做決策。智慧的交通管理系統(tǒng)可實時和持續(xù)的集成城市網(wǎng)絡(luò)來自不同部門的各種道路和交通相關(guān)信息,包括城市公路圖、公共交通行車路線和時刻表、收費站點圖,收集可能影響未來交通流量的各種事件,比如演唱會、火災(zāi)、交通事故、道路坍塌、緊急維修等,通過城市路網(wǎng)時空模型,根據(jù)不同時間段,分析和預(yù)測不同的交通流量,為行車人員判定并提供路線建議,提前避讓。在平時,市政部門也可以根據(jù)城市道路信息監(jiān)控,通過“收費”杠桿,引導(dǎo)車流,合理分散道路壓力;遇到突況的時候,可以聯(lián)動城市應(yīng)急系統(tǒng)指揮中心,統(tǒng)一指揮,調(diào)配周邊急救資源,安排和控制車流量,迅速實施救援。
從技術(shù)實現(xiàn)方式上,監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)歷了第一代全模擬技術(shù)、第二代模擬與數(shù)字化相混合,跨入第三代全數(shù)字智能的臺階,由于融入了更多網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用。城市交通安全監(jiān)控系統(tǒng)正與更多的公共服務(wù)系統(tǒng)對接融合,形成一套集成眾多系統(tǒng)、不同品牌的數(shù)字化管理及應(yīng)用的超大規(guī)模監(jiān)控系統(tǒng),涉及到多個不同類型職能部門之間的相互協(xié)調(diào)、信息共享、資源互用。
1.2數(shù)字化監(jiān)控集成管理平臺
新加坡以其健全發(fā)達的交通路網(wǎng)和前瞻性的交通規(guī)劃管理,為高密度的人流與車輛提供著優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。其中,富有成效的開發(fā)和運用智能交通系統(tǒng)(ITMS)是新加坡在城市交通發(fā)展規(guī)劃和實踐中引人注目的一環(huán)。
新加坡整合交通管理系統(tǒng)以交通信息中心為軸,連接公共汽車系統(tǒng)、出租車系統(tǒng)、城市捷運系統(tǒng)(MRT)、城市輕軌系統(tǒng)(LRT)、城市高速路監(jiān)控信息系統(tǒng)(EMAS)、車速信息系統(tǒng)(TrafficScan)、電子收費系統(tǒng)(ERP)、道路信息管理系統(tǒng)(RIMS)、優(yōu)化交通信號系統(tǒng)(GLIDE)、電子通訊系統(tǒng)、車內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)等的綜合性集成系統(tǒng)。ITMS使道路、使用者和交通系統(tǒng)之間緊密、活躍和穩(wěn)定的相互信息傳遞與處理成為可能,從而為出行者和其他道路使用者提供了實時、適當(dāng)?shù)慕煌ㄐ畔ⅲ蛊淠軌驅(qū)煌肪€、交通模式和交通時間做出充分、及時的判斷。新加坡憑借其前瞻性的交通規(guī)劃理念和對科技的應(yīng)用,為解決大城市交通問題提供了新的思路。
數(shù)字化監(jiān)控的設(shè)計不僅包含常規(guī)的視頻監(jiān)控、報警防范,同時拓展到與更多的先進技術(shù)相互融合,從普通的高清數(shù)字監(jiān)控,到專業(yè)的智能視頻分析、無線識別RFID、光纖震動感應(yīng)、信號探測和追蹤等。眾多的數(shù)字化系統(tǒng)都需要將硬件與軟件有機結(jié)合和總體規(guī)劃,方可以實現(xiàn)一個真正有效的一體化管理。而數(shù)字化監(jiān)控的集成管理平臺將占據(jù)其核心位置,并發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。
第2章視頻分析系統(tǒng)的設(shè)計架構(gòu)
2.1視頻分析平臺的組成
視頻數(shù)據(jù)分析集成平臺,根據(jù)實現(xiàn)方式的不同需求,至少應(yīng)包括集成開放性架構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)的管理平臺、命令指揮控制中心、中心冗余備份機制、集中及分布式存儲、分布式體系及架構(gòu)的全數(shù)字化視頻管理客戶端、多級視頻調(diào)度策略、虛擬矩陣切換系統(tǒng)、統(tǒng)一設(shè)備接口及第三方集成兼容端口、數(shù)據(jù)管理中心瀏覽模式、多設(shè)備信息管理、權(quán)限日志管理、矢量電子地圖設(shè)置、智能視頻分析系統(tǒng)、資源邏輯重組、預(yù)案編程規(guī)則、情景感知威脅判斷規(guī)則等。
2.1.1系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計原則
不同的視頻數(shù)據(jù)分析根據(jù)其應(yīng)用及技術(shù)特點需要,采用不同的實現(xiàn)方式。有些信息的應(yīng)用對于實時性有較高的要求,在數(shù)據(jù)分析過程中,需要對成像設(shè)備進行控制,這類數(shù)據(jù)分析就適用于依靠設(shè)備的實現(xiàn)方式。例如在公共區(qū)域發(fā)生,這類信息一般以報警的方式呈現(xiàn)給用戶,由于獲取了高清晰度的圖像,通過設(shè)備特定的視頻分析,用戶可以及時獲取這類告警信息并做出應(yīng)對,這類數(shù)據(jù)分析在設(shè)備中實現(xiàn)具有較大的優(yōu)勢。
另外一些信息在分析過程中,需要系統(tǒng)提供很強的計算能力支撐,或者需要對多路視頻數(shù)據(jù)進行信息融合,這類數(shù)據(jù)分析就適用于依靠數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)方式。例如公安在刑偵工作中,需要用到的目標(biāo)特征信息,對于這類應(yīng)用,需要系統(tǒng)短時間內(nèi)完成區(qū)域內(nèi)海量視頻數(shù)據(jù)目標(biāo)特征的提取及檢索,因此利用服務(wù)器集群的后端實現(xiàn)方式,就可以提供高密度計算能力的支撐。
2.2視頻分析的信息分類
根據(jù)實際應(yīng)用需求及應(yīng)用方式的不同,可以將視頻圖像中的信息分為五類,分別是:事件定義信息、目標(biāo)身份信息、目標(biāo)圖像特征信息、視頻統(tǒng)計信息及視頻質(zhì)量信息。
事件定義信息是指從視頻中獲取的可用語言描述的事件信息,例如有人闖入軌道交通地鐵行車區(qū)域、屏蔽門設(shè)備故障、地鐵站廳或站臺發(fā)生群聚性事件等,這類信息根據(jù)等級不同,主要以報警的方式實時呈現(xiàn)給車站及控制中心,運營管理人員根據(jù)這類信息,實時對異常事件進行監(jiān)控并同步處理。
目標(biāo)身份信息主要是指人員身份,運營管理人員以報警方式或者檢索方式使用這類信息,例如進站黑名單人員報警或者嫌疑人照片檢索等。
目標(biāo)圖像特征信息是指可描述的目標(biāo)圖像特征,例如人員臉部特征信息等,地鐵公安可以利用這類信息在海量視頻數(shù)據(jù)中對目標(biāo)進行快速定位。
視頻統(tǒng)計信息是指從視頻中獲取的長時間統(tǒng)計數(shù)據(jù),例如大客流時間點信息等,運營管理人員可以利用這類信息進行管理工作的優(yōu)化。
視頻質(zhì)量信息是指對視頻質(zhì)量進行診斷,獲取視頻圖像異常的信息,例如視頻被遮擋、視頻失焦、視頻偏色等,運營管理人員可以利用這類信息進行監(jiān)控系統(tǒng)的運行維護。
2.3視頻分析的實現(xiàn)方式
視頻數(shù)據(jù)分析的實現(xiàn)方式可分為設(shè)備實現(xiàn)方式和數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)方式兩種。設(shè)備實現(xiàn)方式是指在各種前端監(jiān)控設(shè)備中集成智能視頻分析技術(shù),以實現(xiàn)視頻信息的實時分析;數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)方式是指利用后端服務(wù)器集群,對前端監(jiān)控設(shè)備采集的視頻信息進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析、歸類。
2.3.1依靠設(shè)備的實現(xiàn)方式
一般而言,依靠設(shè)備實現(xiàn)方式的優(yōu)點是可以對視頻數(shù)據(jù)進行實時分析,并根據(jù)視頻分析算法的需要,對前端設(shè)備進行成像控制的一種技術(shù);這種方式要求在高清數(shù)字攝像機及球機等多種前端設(shè)備中集成視頻分析算法。
2.3.2依靠數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)方式
視頻數(shù)據(jù)分析技術(shù)的另一種實現(xiàn)方式的是利用服務(wù)器集群提供更強大的處理能力,依靠數(shù)據(jù)庫同時對多路視頻數(shù)據(jù)進行處理對比,實現(xiàn)多路視頻數(shù)據(jù)之間的信息融合;視頻數(shù)據(jù)的分析在后端服務(wù)器集群中實現(xiàn),而云計算平臺由于具有高度的靈活性及擴展性,是視頻數(shù)據(jù)分析技術(shù)后端實現(xiàn)方式優(yōu)秀的承載平臺,這種方式要求后臺的視頻分析系統(tǒng)功能至少具備多元性、可擴展性及快速響應(yīng)性。
2.4視頻分析的層次流程
視頻數(shù)據(jù)分析的目的是建立底層視頻數(shù)據(jù)到高層語義信息之間的映射關(guān)系,由于這種映射關(guān)系比較復(fù)雜,采用多層次的信息提取及映射技術(shù)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析判斷,得到的結(jié)果將更為可靠。在視頻數(shù)據(jù)分析過程中,從末端的視頻數(shù)據(jù)中首先提取圖像的特征信息,包括圖像紋理、圖像色塊、運動矢量、圖像邊緣、灰度直方圖等信息,這類信息無法為我們所直接理解,它們是提取基礎(chǔ)語義信息的基礎(chǔ)。然后利用目標(biāo)檢測、目標(biāo)跟蹤、特征比對等手段從圖像特征中提取基礎(chǔ)語義信息,包括運動目標(biāo)、運動目標(biāo)軌跡、車牌圖片、人臉圖片等,這類信息已經(jīng)可以為我們所理解,但是離最終應(yīng)用還有距離。最后將基礎(chǔ)語義信息融合為高層的語義級描述信息,例如融合運動目標(biāo)軌跡信息及用戶設(shè)計的信息所生成的描述內(nèi)容為“發(fā)現(xiàn)有人闖入”的語義級報警信息,再例如融合目標(biāo)行人目標(biāo)檢測信息及運動軌跡信息可以生成客流量統(tǒng)計報表;隨著提取信息的層次越高,其包含的信息量逐步減少,其信息的抽象程度越高,也更接近我們所能應(yīng)用及理解的范疇。
圖2-4視頻分析層次結(jié)構(gòu)
第3章 視頻分析集成子系統(tǒng)
不同行業(yè)對于視頻信息的需求及應(yīng)用是截然不同的,目前很難開發(fā)出一套通用的視頻數(shù)據(jù)預(yù)測算法去適用于各個行業(yè)。在現(xiàn)有的技術(shù)發(fā)展水平下,比較合理的做法是根據(jù)各行業(yè)的需求,開發(fā)專用的視頻數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。以下重點對異常事件監(jiān)控、交通客流監(jiān)控、身份信息識別在公共交通監(jiān)控的應(yīng)用做闡述。
3.1異常事件監(jiān)控系統(tǒng)
監(jiān)控系統(tǒng)的主要用途之一是為了在監(jiān)控場景中發(fā)生各類異常事件時,用戶可以及時發(fā)現(xiàn)這類事件并進行處理,過去在缺少視頻數(shù)據(jù)分析技術(shù)時,監(jiān)控系統(tǒng)很難發(fā)揮應(yīng)有的效能。視頻數(shù)據(jù)分析可以從視頻中獲取描述運動目標(biāo)的各種語義信息,并結(jié)合用戶事先設(shè)定的規(guī)則生成報警事件描述性語義信息,并及時通知用戶,使用戶能夠及時對這類事件做出反應(yīng)。這類視頻數(shù)據(jù)分析已經(jīng)發(fā)展到一定的成熟度,并在機場、鐵路、監(jiān)獄、油田、住宅小區(qū)等監(jiān)控領(lǐng)域有了較多的應(yīng)用,但是這類技術(shù)具有比較強的場景依賴性,在比較復(fù)雜多變的場景下其應(yīng)用效果還需要進一步提升。
3.2交通客流監(jiān)控系統(tǒng)
監(jiān)控視頻中包含了大量統(tǒng)計類信息,這類信息對管理優(yōu)化及決策輔助有寶貴的應(yīng)用價值,例如地鐵車站站廳站臺進出站客流,在特定時間段或突況下,超出車站允許的容留能力,現(xiàn)階段要處理這類信息,一般只能靠車站人工干預(yù)處理,OCC控制中心對各線路車站現(xiàn)場情況的行車調(diào)度處理并不及時。視頻數(shù)據(jù)分析技術(shù)通過安裝在車站站臺的高清數(shù)字攝像機,獲取進出人員及人員運動軌跡等元語義信息,并最終根據(jù)用戶設(shè)定的需求生成各類統(tǒng)計文件,及時發(fā)送到調(diào)度控制中心;雖然由于技術(shù)限制,從視頻分析中取得的統(tǒng)計信息無法達到很高的精確度,但主要利用統(tǒng)計或報警的方式,可為行車調(diào)度的優(yōu)化和車站運營的安全管理,提供生動及時的圖文信息。
3.3身份信息識別系統(tǒng)
在公共交通監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)中,眾多的視頻監(jiān)控同樣需要一種遠距離、用戶非配合狀態(tài)下的快速身份識別技術(shù),以求遠距離快速確認人員身份,實現(xiàn)智能預(yù)警。
目前的身份識別系統(tǒng)主要包括四個組成部分,分別為:圖像采集及檢測、圖像特征提取以及匹配與識別。
對于圖像采集及檢測,當(dāng)乘客或事物在采集設(shè)備的拍攝范圍內(nèi)時,高清數(shù)字攝像鏡頭會自動搜索并拍攝乘客的人臉圖像或事物的特征圖像。對于圖像預(yù)處理是基于底層設(shè)備檢測的結(jié)果,系統(tǒng)獲取的原始圖像由于受到各種條件的限制和隨機干擾,往往不能直接使用,必須在圖像處理的早期階段對它進行灰度校正、噪聲過濾等圖像預(yù)處理,最終服務(wù)于特征提取。
圖像識別特征通常包括視覺特征、像素統(tǒng)計特征、圖像變換系數(shù)特征、圖像代數(shù)特征等。它是對原始圖像進行特征建模的過程。主要是根據(jù)圖像中事物局部構(gòu)成及其結(jié)構(gòu)關(guān)系的幾何特征進行提取。
提取的圖像的特征數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫中存儲的特征模板進行搜索匹配,通過設(shè)定一個閾值,當(dāng)相似度超過這一閾值,則把匹配得到的結(jié)果輸出。這一過程又分為兩類:一類是確認,是一對一進行圖像比較的過程,另一類是辨認,是一對多進行圖像匹配對比的過程。4、結(jié)論
脫離數(shù)字監(jiān)控集成化管理平臺,用戶的操作和管理將凌亂而無序,系統(tǒng)之間關(guān)聯(lián)和信息共享將無法保障,交通監(jiān)控的業(yè)務(wù)管理和綜合調(diào)度指揮將始終游離。而擁有融合專業(yè)需求和綜合指揮決策的數(shù)字監(jiān)控集成化管理平臺,才能發(fā)揮數(shù)字化技術(shù)優(yōu)勢,既滿足公共交通運營對安全防范的需要,又滿足提高日常調(diào)度指揮管理的需要,實現(xiàn)“以人為本、統(tǒng)一和諧”的規(guī)劃理念。雖然視頻分析的核心算法還處在深入研究階段,但隨著各方面持續(xù)不斷的努力,利用視頻分析技術(shù)建立一道智能化的監(jiān)控防線,為城市公共交通提供更完善的安全保障,將只是一個時間問題。
參考文獻
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在中國,產(chǎn)生大數(shù)據(jù)的行業(yè)同樣層出不窮。比如,與智慧城市相關(guān)的項目所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量,就達到了200PB。而如何將海量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為城市治理的方法,則是“平安城市”建設(shè)過程中亟待破解的課題。
需求轉(zhuǎn)變引發(fā)計算框架改變
平安城市是一個特大型的管理系統(tǒng),綜合性非常強。它的建設(shè)目標(biāo)是滿足治安管理、城市管理、交通管理、應(yīng)急指揮等需求,往往還要兼顧災(zāi)難事故預(yù)警、安全生產(chǎn)監(jiān)控等方面對圖像監(jiān)控的需求,并考慮報警、門禁等配套系統(tǒng)的集成以及與廣播系統(tǒng)的聯(lián)動。如何做到對海量視頻數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)分析,正是平安城市的“大數(shù)據(jù)”痛點。
近年來數(shù)據(jù)量爆發(fā)式的增長已經(jīng)將安防行業(yè)變成了典型的大數(shù)據(jù)行業(yè)。從“事后查看”到“事前預(yù)警”的需求變化,也為安防行業(yè)以視頻為核心的應(yīng)用帶來了巨大挑戰(zhàn)。??低暩笨偛?、CTO 蔣海青告訴記者,在各類的平安城市建設(shè)項目中,依靠大數(shù)據(jù)分析技術(shù),從海量視頻圖像中提取有效的安防信息,早已成為業(yè)界共識。而城市安全建設(shè)對大聯(lián)網(wǎng)的要求,也讓云計算、物聯(lián)網(wǎng)這樣的IT基礎(chǔ)架構(gòu)成為新型平安城市的首選。
對平安城市而言,其IT基礎(chǔ)架構(gòu)不僅要完成數(shù)據(jù)的采集、傳輸,更要支撐對海量視頻數(shù)據(jù)的分析。計算平臺是實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析的核心,什么樣的計算框架才是適合平安城市建設(shè)需求的呢?“在平安城市的安防項目中,視頻數(shù)據(jù)有其特殊性,一方面,流量非常大,另一方面,對高清的要求也很高。一個高清視頻的流量一般是8MB,數(shù)據(jù)則來自成千上萬的攝像頭,這些攝像頭的信息又是24小時不間斷傳送的,數(shù)據(jù)就像長年累月不停流出來的水一樣。如果采用全集中的計算框架,必然會存在很大風(fēng)險,不僅數(shù)據(jù)傳輸容易出現(xiàn)瓶頸,還很容易導(dǎo)致災(zāi)難性的損失。而全分布式的計算框架也有問題,比如管理、運維會非常復(fù)雜,因為難以把專業(yè)的IT人員也分散到各個機房。所以,在計算框架上,我們所采用的其實是一種將二者相結(jié)合的計算框架,即區(qū)域性的、綜合性的集中和概念上的分散,以便讓我們的網(wǎng)絡(luò)更有效地支撐其上的應(yīng)用?!笔Y海青表示,??低暷壳罢诨谥翉娖脚_的Hadoop計算框架上進行研發(fā),以期找到實現(xiàn)安防行業(yè)大數(shù)據(jù)分析的最佳方法。
大數(shù)據(jù)分析將屬于開放平臺
智能城市項目及物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,正在讓大數(shù)據(jù)分析技術(shù)更廣泛地為城市的智能交通監(jiān)控、智能公共安全、氣象和污染變化的智能監(jiān)控及預(yù)測服務(wù)。蔣海青認為,目前雖然平安城市的IT基礎(chǔ)架構(gòu)的框架已經(jīng)具備了實現(xiàn)大數(shù)據(jù)分析的能力,但在分析能力方面依舊存在短板。隨著數(shù)據(jù)分析技術(shù)的演進,平安城市的應(yīng)用才能豐滿起來。
大數(shù)據(jù)分析的價值清晰可見,當(dāng)前產(chǎn)業(yè)界以及行業(yè)用戶對于加速大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用達成了共識,但相關(guān)技術(shù)的成熟不可能是一蹴而就的。英特爾認為,在相關(guān)IT基礎(chǔ)設(shè)施與服務(wù)層、數(shù)據(jù)組織與管理層、數(shù)據(jù)分析與發(fā)現(xiàn)層、決策支持與IT服務(wù)層需要全面導(dǎo)入創(chuàng)新技術(shù)。特別是在堪稱大數(shù)據(jù)應(yīng)用“載體”的IT基礎(chǔ)設(shè)施與服務(wù)層,采用基于開放架構(gòu)的平臺將是最佳選擇。因為我們不斷看到大數(shù)據(jù)飛速增長為更大的數(shù)據(jù),IT基礎(chǔ)架構(gòu)的計算能力、存儲能力和數(shù)據(jù)交換傳輸能力必須與這種成長速度相匹配,才能保證數(shù)據(jù)分析的實現(xiàn)。而實現(xiàn)這些能力的關(guān)鍵在于IT基礎(chǔ)架構(gòu)的可擴展性,特別是橫向擴展的能力。能讓其先天就具備強大、橫向的可擴展性,并在實現(xiàn)這種擴展時擁有成本和性價比優(yōu)勢的,一定是基于開放架構(gòu)的平臺。
一、大數(shù)據(jù)驅(qū)動云服務(wù)的特點
我們所說的大數(shù)據(jù)驅(qū)動主要是指計算機即物聯(lián)網(wǎng)和云計算之后,又一個革新的技術(shù)。它最主要的優(yōu)勢是能夠存儲更多種類和更多數(shù)目的數(shù)據(jù)。它具有更高的商業(yè)價值,處理數(shù)據(jù)的速度也更快。在智能交通方面,大數(shù)據(jù)驅(qū)動主要是指能夠應(yīng)用各種各樣的交通數(shù)據(jù),應(yīng)用發(fā)達的交通監(jiān)控,來處理數(shù)據(jù)巨大,種類多樣的交通領(lǐng)域中的事情。它主要具有以下幾個特點:
存儲體積大。原來存儲數(shù)據(jù)的TB技術(shù)已經(jīng)被淘汰,如今所采用的大數(shù)據(jù)的存儲設(shè)備已經(jīng)升級到PB的級別的技術(shù)。這種PB技術(shù)最重要的特點就是其存儲空間更大,它自身的存儲數(shù)據(jù)的體量也更大。
數(shù)據(jù)種類多。大數(shù)據(jù)所涉及的領(lǐng)域非常廣,如果通過上傳的方式將這些數(shù)據(jù)進行處理和整合,那么其工作量非常大,而且非常耗時。而且分析的效率并不高。而如果通過大數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能交通云服務(wù)將這些數(shù)據(jù)進行處理,那么我們就可以將分布在不同平臺的不同數(shù)據(jù)進行整合,從而分析出更加精確的數(shù)據(jù)。
處理速度快。大數(shù)據(jù)驅(qū)動通過后臺可以將各個數(shù)據(jù)很快的整合在一起,極大的提高了處理數(shù)據(jù)的速度。從一定程度上來說,提高了管理的效率。
二、應(yīng)用大數(shù)據(jù)驅(qū)動云服務(wù)的優(yōu)勢
為了進一步提升我國的智能交通建設(shè),建設(shè)一個信息化和現(xiàn)代化的智能交通云服務(wù)平臺,我國相關(guān)部門已經(jīng)將智能交通云服務(wù)廣泛應(yīng)用在交通建設(shè)的各個領(lǐng)域。我們已經(jīng)致力于通過實踐提高我國交通建設(shè)效率,為交通建設(shè)提供了更多的幫助。其主要優(yōu)勢有以下幾個方面:
首先大數(shù)據(jù)驅(qū)動有效的將復(fù)雜繁多的大數(shù)據(jù)整合在了一起,極大提高了工作效率。也增加了數(shù)據(jù)的存儲時間。過去的云計算智能只能將異構(gòu)的數(shù)據(jù)和分散的系統(tǒng)進行整合處理。
可以提高交通服務(wù)的效率。我們利用大數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能交通云服務(wù)平臺,提高了交通和道路網(wǎng)通的能力,也提升了道路設(shè)施的永遠效率。還能通過實際情況調(diào)整交通的要求。如今我國面臨巨大的交通壓力,所以導(dǎo)致了交通運行效率很低,我們可以通過大數(shù)據(jù)驅(qū)動實時監(jiān)督交通的運行狀況。根據(jù)實際的情況調(diào)整策略,從而提升交通的運行。而且大數(shù)據(jù)驅(qū)動還具備更高的預(yù)測能力,可以對交通進行針對性的實時跟蹤監(jiān)控。
可以提升交通安全保障。大數(shù)據(jù)驅(qū)動具備更高的預(yù)測性和實時性的優(yōu)勢,所以,大數(shù)據(jù)驅(qū)動具備與道路探測器聯(lián)合工作的能力,從而實現(xiàn)對車輛的追蹤,而且還能分析車輛行駛的安全性,降低交通事故的發(fā)生率,還能及時反饋相關(guān)信息,使信息得到及時處理,提高處理解決緊急事務(wù)的速度。降低交通事故的傷亡率。
三、完善智能交通服務(wù)的相關(guān)技術(shù)
在智能交通服務(wù)中,我們必須將其最基本的服務(wù)層和數(shù)據(jù)的分析層,以及終端位置的層的技術(shù)平臺不斷完善,其主要分析如下:
首先,基礎(chǔ)服務(wù)層作為大數(shù)據(jù)驅(qū)動的基礎(chǔ)設(shè)施,它主要是利用云計算的技術(shù),將不同種類的數(shù)據(jù)整合在一起,同時存儲不同種類的異構(gòu)數(shù)據(jù)從而確保數(shù)據(jù)的安全性。
加強數(shù)據(jù)分析層主要是要根據(jù)交通管理和存儲的數(shù)據(jù),再利用數(shù)據(jù)的分析能力分析相關(guān)信息,從而達到交通管理的要求,我們要根據(jù)實際情況不斷更新數(shù)據(jù),才能確保分析結(jié)果更加準(zhǔn)確。
終端的層主要是將分析出的數(shù)據(jù)最終到云終端上,我們要根據(jù)實際的情況得出相應(yīng)的分析結(jié)果,使社會大眾能夠更加直觀的理解,使他們直觀的找到相關(guān)所需要的功能入口。
關(guān)鍵詞:射頻識別;智能交通;體系框架;中間件
中圖分類號:TP182 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:2095-1302(2014)10-00-04
0 引 言
射頻識別(RFID)具有遠距識別、多目標(biāo)識別、運動目標(biāo)識別等特點,廣泛應(yīng)用于智能交通領(lǐng)域[1,2]。其中,由于被動式超高頻RFID的電子標(biāo)簽不需要電池,成本低廉、維護方便,已被基于RFID的電子車證系統(tǒng)廣泛采用。
電子車證是RFID在智能交通領(lǐng)域的一種典型應(yīng)用。在電子車證系統(tǒng)中,包含RFID電子標(biāo)簽的電子車證通常安裝在車輛的前擋風(fēng)玻璃上,電子標(biāo)簽包含車輛的號牌等信息;包含讀寫器及天線的數(shù)據(jù)采集設(shè)備安裝在道路上方或停車場的出入口處。當(dāng)車輛經(jīng)過讀寫器天線作用區(qū)域時,車輛上的電子車證被讀寫器識別,電子標(biāo)簽包含的信息被讀寫器讀取,這些信息可以被數(shù)據(jù)采集設(shè)備傳送到后臺系統(tǒng)進行進一步處理。
本文根據(jù)電子車證系統(tǒng)項目開發(fā)經(jīng)驗,結(jié)合智能交通系統(tǒng)體系框架和RFID應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu),設(shè)計了一種電子車證系統(tǒng)。本文將首先描述電子車證系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計,然后描述各個子系統(tǒng)的設(shè)計,隨后給出架構(gòu)的實現(xiàn)情況,最后是結(jié)論和未來的工作。
1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計
電子車證系統(tǒng)屬于RFID的智能交通應(yīng)用,因此其架構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮結(jié)合智能交通系統(tǒng)架構(gòu)和RFID應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)的特點。
根據(jù)智能交通體系框架設(shè)計理論[3],電子車牌系統(tǒng)的架構(gòu)主要包括從用戶服務(wù)、邏輯架構(gòu)和物理架構(gòu)等方面描述系統(tǒng)。其中,用戶服務(wù)描述系統(tǒng)對外提供的服務(wù)及服務(wù)領(lǐng)域;邏輯架構(gòu)描述系統(tǒng)內(nèi)部組成元素及組成元素之間的數(shù)據(jù)交換關(guān)系,物理架構(gòu)則描述系統(tǒng)內(nèi)部組成元素之間的通信連接關(guān)系。
在電子車證系統(tǒng)中,其服務(wù)領(lǐng)域為交通管理,提供的服務(wù)主要為實時的交通流信息服務(wù)和非實時的交通流分析和數(shù)據(jù)挖掘服務(wù)。
從RFID應(yīng)用系統(tǒng)的角度,RFID包括對象標(biāo)識、數(shù)據(jù)采集、RFID中間件和應(yīng)用系統(tǒng)等4個層次[4]。在電子車證中,整個系統(tǒng)在邏輯上由5部分組成,包括車證發(fā)行子系統(tǒng)、電子車證(對象標(biāo)識)、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)整合子系統(tǒng)(RFID中間件)、業(yè)務(wù)應(yīng)用子系統(tǒng),其頂層邏輯架構(gòu)如圖1所示。其中,車證發(fā)行子系統(tǒng)實現(xiàn)對電子車證從初始化、發(fā)行、使用到作廢等全生命周期的管理;電子車證攜帶車輛的號牌等信息;數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)利用RFID和基于圖像的車牌等手段,實現(xiàn)對運動車輛和靜止車輛信息的采集;數(shù)據(jù)整合子系統(tǒng)利用RFID中間件技術(shù)、數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),管理分布在道路各處的數(shù)據(jù)采集設(shè)備的管理,實現(xiàn)多種采集手段采集到的數(shù)據(jù)的融合,并進行實時事件檢測以及交通流數(shù)據(jù)分析和挖掘,將交通流數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為交通流信息;業(yè)務(wù)應(yīng)用子系統(tǒng)則用于支持各種具體的車輛管理業(yè)務(wù)。
圖1 電子車證系統(tǒng)的頂層邏輯架構(gòu)
根據(jù)電子車證系統(tǒng)各個組件的分布情況,電子車證系統(tǒng)的物理架構(gòu)分為車載的電子車證、路側(cè)的數(shù)據(jù)采集、后端系統(tǒng)等3個部分。其中,后端系統(tǒng)包括車證發(fā)行、數(shù)據(jù)整合和業(yè)務(wù)應(yīng)用。電子車證系統(tǒng)的頂層物理架構(gòu)如圖2所示。車證發(fā)行子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)整合子系統(tǒng)和業(yè)務(wù)應(yīng)用子系統(tǒng)通過交通管理部門的內(nèi)部計算機網(wǎng)絡(luò)進行互聯(lián),數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)通過電信部門的3G網(wǎng)絡(luò)和交通管理部門的接入平臺,將采集到的交通流數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇煌ü芾聿块T的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中。車證發(fā)行子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)則通過射頻識別的空中接口協(xié)議,與電子車證進行交互,識別電子車證,向電子車證寫入信息或讀取電子車證中的信息。其中的接入平臺由路由器、防火墻、入侵檢測系統(tǒng)和服務(wù)器等組成,實現(xiàn)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和外部3G網(wǎng)絡(luò)之間的隔離。
圖2 電子車證系統(tǒng)的頂層物理架構(gòu)
2 子系統(tǒng)設(shè)計
2.1 電子車證
本電子車證系統(tǒng)的主要功能是標(biāo)識車輛的身份。該電子車證系統(tǒng)采用符合ISO/IEC18000-6C(EPC C1G2)國際標(biāo)準(zhǔn)的電子標(biāo)簽,條件成熟時,將采用符合GB/T29768-2013國家標(biāo)準(zhǔn)的電子標(biāo)簽。這兩種標(biāo)準(zhǔn)的被動式超高頻電子標(biāo)簽,不帶電池,由讀寫器提供能量,成本低廉、維護方便。
電子標(biāo)簽的存儲區(qū)分為保留區(qū)、EPC區(qū)、TID區(qū)和用戶區(qū),其中,保留區(qū)主要存儲各種密碼,只能寫入,不能讀??;EPC區(qū)存儲物品的標(biāo)識,可以寫入和讀取,大部分電子標(biāo)簽的EPC區(qū)存儲容量為96 b;TID區(qū)存儲標(biāo)簽生產(chǎn)廠商在標(biāo)簽出廠時寫入唯一標(biāo)識符,包括廠商標(biāo)識符和序列號,TID區(qū)只能讀取,不能寫入;用戶區(qū)存儲物品的額外信息,用戶區(qū)的存儲容量從0到64 kb不等,常見的是512 b。
根據(jù)空中接口協(xié)議,電子標(biāo)簽被識別時,首先返回給讀寫器的數(shù)據(jù)是存儲在EPC區(qū)中的數(shù)據(jù),為讀取TID區(qū)和用戶區(qū)中的數(shù)據(jù),需要讀寫器再發(fā)送讀取指令。因此,EPC區(qū)中的讀取速度最快。對于電子車證應(yīng)用,通常要求在車輛高速運動下也能識別車輛,這樣,車輛的號牌等數(shù)據(jù)應(yīng)該存儲在EPC區(qū)中,其他數(shù)據(jù)應(yīng)存儲在用戶區(qū)中,這可以保證車輛速度在180 km/h的情況下,也能被正確識別。
電子車證的安全性主要包括數(shù)據(jù)私密性、數(shù)據(jù)完整性和車證真實性等[5]。為保證EPC區(qū)和用戶區(qū)中數(shù)據(jù)的私密性,可以采用對稱分組加密算法,在數(shù)據(jù)寫入標(biāo)簽前,加密數(shù)據(jù),并在數(shù)據(jù)從標(biāo)簽讀取后,解密數(shù)據(jù)。為保證數(shù)據(jù)的完整性,可以在加密數(shù)據(jù)的同時,生成消息驗證碼(Message Authentication Code,MAC),與數(shù)據(jù)一起存儲。同時,對EPO區(qū)和用戶區(qū)增加訪問密碼(寫保護密碼)。數(shù)據(jù)加密密鑰和訪問密碼都可以利用標(biāo)簽的TID分散主密鑰得到。電子車證的真實性由兩個措施來保證:電子標(biāo)簽采用防拆卸的陶瓷封裝方式,后臺系統(tǒng)監(jiān)控電子車證在各個采集點處出現(xiàn)情況。
2.2 車證發(fā)行子系統(tǒng)
車證發(fā)行子系統(tǒng)的功能比較簡單,主要實現(xiàn)電子車證生命周期管理,包括標(biāo)簽的初始化、寫入車輛信息、電子車證的掛失解掛、電子車證報廢等管理。
2.3 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)
電子車證數(shù)據(jù)采集分為3種采集方式。其中固定式采集,試講采集設(shè)備安裝在道路上方,實現(xiàn)對高度運動車輛的識別;而移動式采集,則將采集設(shè)備安裝在車輛上、停車場出入口、或臨時安裝在路測,主要實現(xiàn)對低速運動車輛的識別;手持式采集,是管理人員利用手持式采集設(shè)備實現(xiàn)對靜止車輛的識別。
由于數(shù)據(jù)采集設(shè)備與后臺通過廣域網(wǎng)連接,為防止網(wǎng)絡(luò)中斷丟失數(shù)據(jù),需要數(shù)據(jù)采集設(shè)備具有本地存儲功能和一定的處理能力。因此,固定式采集設(shè)備和移動式采集設(shè)備采用工控機加RFID讀寫模塊的方式,手持式采集設(shè)備采用手持計算機加讀寫模塊的方式。
根據(jù)應(yīng)用要求,固定式采集設(shè)備又分為RFID數(shù)據(jù)采集設(shè)備和綜合數(shù)據(jù)采集設(shè)備兩類。一臺RFID數(shù)據(jù)采集設(shè)備配備一個RFID讀寫器、2~4個天線,可采集2~4個車道上的電子車證。一臺綜合采集設(shè)備配備一個RFID讀寫器、2個天線、2臺圖像/視頻采集設(shè)備,天線的作用范圍與圖像/視頻采集設(shè)備的作用范圍盡量保持一致,由于實現(xiàn)了車輛電子車證和車牌的識別和融合,從而具有一定的取證功能。RFID采集設(shè)備的軟件結(jié)構(gòu)如圖3所示,綜合采集設(shè)備的軟件結(jié)構(gòu)如圖4所示。
圖3 RFID采集設(shè)備的軟件結(jié)構(gòu)
圖4 綜合采集設(shè)備的軟件結(jié)構(gòu)
RFID采集設(shè)備軟件分為設(shè)備控制、數(shù)據(jù)過濾和數(shù)據(jù)傳輸?shù)?個模塊。設(shè)備控制模塊的功能是設(shè)置讀寫器參數(shù),控制讀寫器識別電子標(biāo)簽、讀取電子標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)過濾模塊實現(xiàn)簡單的消除重復(fù)讀取的功能,根據(jù)設(shè)置,刪除一段時間內(nèi)重復(fù)讀取到的電子標(biāo)簽數(shù)據(jù),同時,利用讀取到的重復(fù)數(shù)據(jù),計算交通擁擠程度,以充分利用RFID數(shù)據(jù)的價值。數(shù)據(jù)傳輸模塊負責(zé)與后臺數(shù)據(jù)整合的通信接入部分的交互,向后臺傳輸采集到電子車證信息和交通擁擠程度,同時接收后臺傳輸?shù)淖x寫器配置命令,配置讀寫器參數(shù),實現(xiàn)讀寫器固件、數(shù)據(jù)采集軟件本身的在線升級。數(shù)據(jù)傳輸模塊實現(xiàn)了讀寫器的適配功能,允許電子車證系統(tǒng)中存在多種廠商的讀寫器,只需要數(shù)據(jù)傳輸模塊和后臺之間的通信協(xié)議符合系統(tǒng)規(guī)定的要求即可。
綜合采集設(shè)備軟件分為5個模塊:RFID設(shè)備控制、RFID數(shù)據(jù)過濾、車牌識別、數(shù)據(jù)融合和數(shù)據(jù)傳輸。設(shè)備控制、數(shù)據(jù)過濾和數(shù)據(jù)傳輸?shù)?個模塊的功能與RFID采集設(shè)備軟件對應(yīng)模塊相同。車牌識別模塊用于控制圖像/視頻采集,并識別圖像中的車牌,保存包含車牌的圖像。數(shù)據(jù)融合模塊將車牌識別的結(jié)果和RFID數(shù)據(jù)采集的結(jié)果融合,以車牌識別的結(jié)果為基準(zhǔn),對于時刻t識別到的車牌,在電子車證中尋找采集時間在t±Δt內(nèi)與這個車牌匹配的車牌,作為融合結(jié)果,將車牌和電子車證關(guān)聯(lián),否則認為出現(xiàn)車牌誤識或RFID漏識,無法融合。
2.4 數(shù)據(jù)整合子系統(tǒng)
數(shù)據(jù)整合子系統(tǒng)采用RFID中間件的思想設(shè)計。RFID中間件是介于讀寫器和應(yīng)用系統(tǒng)之間的軟件系統(tǒng)[6-8]。RFID中間件的主要功能包括:屏蔽各種讀寫器之間的差異,為應(yīng)用系統(tǒng)訪問、配置和管理讀寫器提供統(tǒng)一的接口;對讀寫器采集到的與標(biāo)簽有關(guān)的事件和數(shù)據(jù)進行過濾、匯集和計算,減少從讀寫器傳送到應(yīng)用系統(tǒng)的海量原始數(shù)據(jù);面向不同的應(yīng)用,提供統(tǒng)一的服務(wù)接口,實現(xiàn)應(yīng)用的透明操作。
由于上述RFID中間件的功能主要針對物流供應(yīng)鏈的RFID應(yīng)用。在電子車證系統(tǒng)中,備識別的車輛移動速度較快,在讀寫器天線的作用范圍內(nèi)不會同時出現(xiàn)多個車輛。因此,電子車證中間件的數(shù)據(jù)過濾功能要求不高,而對實時事件檢測和數(shù)據(jù)分析的功能要求較高。
根據(jù)應(yīng)用對電子車證系統(tǒng)中間件的需求,我們將屏蔽讀寫器差異的讀寫器適配功能、部分數(shù)據(jù)過濾功能、數(shù)據(jù)處理功能和數(shù)據(jù)融合功能從數(shù)據(jù)整合系統(tǒng)移動到數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng),以減輕數(shù)據(jù)整合子系統(tǒng)的負載。在數(shù)據(jù)整合子系統(tǒng)中,我們增加了實時事件檢測功能、數(shù)據(jù)分析功能和數(shù)據(jù)挖掘功能。數(shù)據(jù)整合子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖5所示。
在圖5中,數(shù)據(jù)整合子系統(tǒng)主要由8個模塊組成,并通過4個接口與其他子系統(tǒng)交互。數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)通過TCP接口,與數(shù)據(jù)傳輸模塊進行數(shù)據(jù)交換;用戶通過Web接口,與配置管理模塊進行交互,配置數(shù)據(jù)采集設(shè)備的工作參數(shù),查看數(shù)據(jù)采集設(shè)備工作狀態(tài),并配置事件檢測規(guī)則;業(yè)務(wù)應(yīng)用通過TCP接口,從實時數(shù)據(jù)管理模塊獲取實時數(shù)據(jù)和實時事件;業(yè)務(wù)應(yīng)用通過Web Service接口,獲取歷史數(shù)據(jù)和歷史事件,并調(diào)用數(shù)據(jù)整合子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘模塊,對歷史數(shù)據(jù)和事件進行分析和挖掘。
圖5 數(shù)據(jù)整合子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
根據(jù)電子車證應(yīng)用需求,事件檢測模塊主要檢測的實時事件包括:超速、套牌、車輛行駛異常、違規(guī)行駛。所謂超速就是同一個車牌連續(xù)出現(xiàn)在兩個不同數(shù)據(jù)采集點的時間之差小于規(guī)定的時間差。所謂套牌就是同一車牌連續(xù)出現(xiàn)在兩個不同數(shù)據(jù)采集點的時間之差小于在物理上可能的時間差,這通常是由于一輛車使用了偽造的車牌或電子車證。車輛行駛異常指的是指定的車輛在規(guī)定的時間內(nèi)沒有被數(shù)據(jù)采集點檢測到。違規(guī)行駛是指某些車輛在規(guī)定的時間內(nèi),行駛到不允許出現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集點。事件檢測將原始的(車牌,地點,時間)數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)換為(車牌,地點,時間,事件)信息,使得交通管理人員能根據(jù)檢測到的事件,及時采取措施,調(diào)節(jié)交通流,提高道路利用效率。
在對交通流事件進行分析和挖掘前,需要原始數(shù)據(jù)進行去重、補漏和分段。如果同意車牌由于停留在一個采集點被重復(fù)采集多次,則只需要保留第一次和最后一次的采集數(shù)據(jù),其他重復(fù)數(shù)據(jù)被刪除。如果同一車牌連續(xù)經(jīng)過A、B兩個采集點,但沒有被A、B之間的車輛必須經(jīng)過的C點采集到,則需要補上這個車輛經(jīng)過C 的數(shù)據(jù)。如果同一車牌連續(xù)經(jīng)過A、B兩個采集點的時間遠遠大于A、B兩點的正常行駛時間,則認為車輛在A、B之間進行了停留,這個車輛的序列數(shù)據(jù)在A、B兩點之間斷開,形成兩個序列。
對電子車證系統(tǒng)的交通流數(shù)據(jù)的分析采用RFID數(shù)據(jù)倉庫的方式[9],電子車證在采集點處的停留事實表(車牌,地點,起始時間,停留時間)和在兩個采集點之間的遷移事實表(車牌,地點1,地點2,起始時間,遷移用時間),根據(jù)各個維度的信息的概念層次,分析各個時段、各種車輛類型在各個采集點或區(qū)域的流量和平均行駛時間情況。
對于電子車證的交通流數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘主要包括頻繁路徑挖掘[8]和軌跡分析[10]。熱點路徑分析、將各個車輛的數(shù)據(jù)按照時間順序排列,分段形成行駛序列。發(fā)現(xiàn)某個或某類車輛頻繁出現(xiàn)的路徑序列或子序列,可以了解各類車輛頻繁行駛的路徑,了解車輛行駛狀況和有關(guān)趨勢。通過軌跡分類,可以了解交通流的匯聚和分散情況。數(shù)據(jù)挖掘的結(jié)果可以輔助交通管理部門分析交通擁擠原因,輔助道路規(guī)劃部門改善道路規(guī)劃。
3 系統(tǒng)實現(xiàn)
本文所提出的電子車證系統(tǒng)架構(gòu)已經(jīng)在兩個大型體育賽事的電子車證系統(tǒng)、一個特種車輛監(jiān)控系統(tǒng)等多個實際項目中實現(xiàn)。其中一個大型體育賽事的電子車證系統(tǒng)中,涉及約2萬輛機動車、32個固定式采集斷面(一個斷面是道路的一個方向,安裝有1~2臺采集設(shè)備)、14個移動采集點、90個手持采集設(shè)備。圖6給出了2臺固定式采集設(shè)備安裝在道路一個斷面上方的情景,圖7所示是固定式采集設(shè)備安裝在橋梁上的情景。
圖6 安裝在道路一個斷面 圖7 安裝在橋梁上的
上方的2臺固定式采集設(shè)備 固定式采集設(shè)備
圖8給出了數(shù)據(jù)分析模塊對固定式采集設(shè)備采集到的賽事車輛流量的分析結(jié)果。圖8(a)給出了賽事車輛在一個月內(nèi)各日的交通流量分布,圖8(b)給出了某個采集斷面在一個月內(nèi)各日的交通流量分布可以看出,在賽事期間的12日~22日,采集到的電子車證數(shù)目較多。圖8(c)給出了賽事車輛在一個月內(nèi)各個時段交通流量分布,圖8(d)給出了某個采集斷面在一個月內(nèi)各個時段交通流量分布??梢钥闯?,在每日3~4時,道路上的賽事車輛較少,一個月內(nèi)累計流量不到1 000輛次;而在8~10時、15~19時道路上的賽事車輛較多。
5 結(jié) 語
本文結(jié)合智能交通系統(tǒng)體系框架和RFID中間件思想,設(shè)計了一種電子車證系統(tǒng)的架構(gòu),實現(xiàn)了對交通流數(shù)據(jù)的實時采集、可靠傳輸和智能處理。多個電子車證項目的實施驗證了所提出的架構(gòu)的可行性。
(a)賽事車輛在一個月內(nèi)各日的交通流量分布
(b)某個采集斷面在一個月內(nèi)各日的交通流量分布
(c) 賽事車輛在一個月內(nèi)各個時段交通流量分布
(d)某個采集斷面在一個月內(nèi)各個時段交通流量分布
圖8 賽事車輛流量的分析結(jié)果
隨著電子車證系統(tǒng)規(guī)模的擴大,系統(tǒng)中涉及的車輛數(shù)目和采集點數(shù)目不斷增加,系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量也急劇擴大,這對數(shù)據(jù)整合子系統(tǒng)的處理能力提出了挑戰(zhàn)。我們正在研究將數(shù)據(jù)整合子系統(tǒng)作為一種軟件服務(wù)(SaaS),向各種應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)服務(wù)[12],以利用云計算的強大處理能力和可伸縮性,來解決電子車證系統(tǒng)規(guī)模急劇擴大帶來的問題。
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【關(guān)鍵詞】大數(shù)據(jù);道路安全;交通管理;策略
最早我國的“大數(shù)據(jù)”概念是由英國人所著的《大數(shù)據(jù)時代》而引領(lǐng)并發(fā)展開來,隨著“大數(shù)據(jù)”概念的全面實行,我國全國各地城市都受到了大數(shù)據(jù)的全面影響,網(wǎng)絡(luò)智能化的監(jiān)控設(shè)備更是遍布全國各地,由此來看大數(shù)據(jù)的引領(lǐng)帶動了我國信息化的發(fā)展,隨著監(jiān)控設(shè)備的大規(guī)模普及,我國警務(wù)的道路交通管理也被隨之帶動得到了發(fā)展,而伴隨時間的推移,大量的新型設(shè)備會給我國交通管理者帶來大量的監(jiān)控數(shù)據(jù),這邊延伸出一個全新的問題,如何對大量數(shù)據(jù)進行整合,制定快速高效的管理系統(tǒng),使管理人員可以快速的采集到需要的數(shù)據(jù)資料,在這種難題之下便誕生了我國大數(shù)據(jù)背景下的道路交通管理模式,它使得我國交通管理在大數(shù)據(jù)背景下,達到了效率高、處理能力強、管理水平提高的交通管理水平,但是隨著我國現(xiàn)代科技的快速發(fā)展,給我國交通管理也帶來了巨大的壓力,在工作效率、工作能力以及新型道路交通問題都帶來了新型難題,本文則是基于大數(shù)據(jù)的背景下,對我國道路交通管理的發(fā)展進行全面分析,希望能夠啟發(fā)從業(yè)者發(fā)展我國道路發(fā)展弊端并改正,全面提示我國道路交通管理水平。
1.大數(shù)據(jù)的概念分析
從我國大數(shù)據(jù)環(huán)境的發(fā)展分析來看,大數(shù)據(jù)又可稱之為“巨量資料”,它最早是源于英國的《大數(shù)據(jù)時代》,而被我國所熟知,是一個由IT行業(yè)所引出的新型詞匯,它依靠著先進的行業(yè)技術(shù),由全新的處理模式進行處理,可以對行業(yè)效率起到優(yōu)化的作用,換而言之,大數(shù)據(jù)是以來源不同、性質(zhì)不同、內(nèi)容不同的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)并進行整合,通過關(guān)聯(lián)和交叉進行數(shù)據(jù)分析,對行業(yè)發(fā)展的預(yù)測是大數(shù)據(jù)的核心價值。尤其是近幾年,跟隨世界經(jīng)濟不斷發(fā)展,它已經(jīng)成為影響世界各方面經(jīng)濟發(fā)展的重要因素,大數(shù)據(jù)對于世界經(jīng)濟、國家政治、社會管理、傳統(tǒng)教育以醫(yī)療救助等多個方面都產(chǎn)生了積極的推動影響。下面舉例說明,2009年,Google公司通過分析5000萬條美國人最頻繁檢索的詞匯,將之與美國疾病中心在2003年至2008年間季節(jié)性流感傳播時期的數(shù)據(jù)進行比較,最終預(yù)測了2009年冬季流感的傳播。2013年2月1日,我國科技部公布的《國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃》明確將大數(shù)據(jù)計算的基礎(chǔ)研究作為信息科學(xué)領(lǐng)域的重要支持方向。
2.大數(shù)據(jù)對于我國道路交通管理的影響
目前,我國機動車保有量已經(jīng)突破2.8億輛,其中汽車1.6億輛;駕駛?cè)顺^3億人,其中汽車駕駛?cè)?.5億人。按照國際百戶擁有汽車數(shù)量標(biāo)準(zhǔn),我國已進入汽車社會。據(jù)專家預(yù)測,到2020年,我國的汽車將由現(xiàn)在的1.6億輛增加到2億多輛,當(dāng)汽車達到3億輛的時候才會進入平穩(wěn)期,在此之前,機動車、駕駛?cè)吮S辛咳詫⒊掷m(xù)大幅增加,機動車每年增加1500萬輛,駕駛?cè)嗣磕暝黾?000萬人。目前,我國公路里程約500萬公里,其中高速公路里程約12萬公里。到2030年,交通需求量、主要通道交通流量將增長3至4倍。近年來,快速增長的車輛、駕駛?cè)伺c有限道路資源之間的矛盾,快速機動化、綜合治理體系缺乏與交通安全之間的矛盾,人民群眾日益增長的交通服務(wù)需求與供給不足的矛盾,繁重的交通保障任務(wù)與警力嚴(yán)重不足之間的矛盾。傳統(tǒng)的靠拼警力、注重一定時期的集中整治以及粗放的管理已無法適應(yīng)形勢發(fā)展的需要,公安交通管理部門的管理理念、管理思路有待轉(zhuǎn)變,管理手段、管理方法有待改進,管理水平有待提高。整合當(dāng)前的大數(shù)據(jù)時展,我國公安道路交通管理部門需要全面提高其業(yè)務(wù)管理水平,跟隨我國時展進程,在交通管理方面全面實現(xiàn)先進化、現(xiàn)代化、科技化的整體需要,通過改革與提升業(yè)務(wù)能力,更好的為人們服務(wù),提升我國人們生活的整體質(zhì)量高水平。
3.大數(shù)據(jù)在我國道路交通管理中的發(fā)展現(xiàn)狀
3.1大數(shù)據(jù)具體應(yīng)用的限制
大數(shù)據(jù)在帶給我國各行業(yè)發(fā)展便利的同時,也有很多限定因素,影響大數(shù)據(jù)的發(fā)展進度與力度,換句話說大數(shù)據(jù)不是萬能的,通常,人們在海量的數(shù)據(jù)庫搜尋答案時,往往只有不到20%可以供行業(yè)發(fā)展使用,才是真的具有存在價值的數(shù)據(jù),在大數(shù)據(jù)技術(shù)的具體應(yīng)用中,也會受到數(shù)據(jù)基礎(chǔ)、軟件性能、硬件配置以及數(shù)據(jù)換算方法等多種因素影響,根據(jù)這些因素舉例說明,例如數(shù)據(jù)信息采集技術(shù)的落后、數(shù)據(jù)采集量過小、數(shù)據(jù)無法無損存儲等,以上因素會直接影響到數(shù)據(jù)的分析、整合處理,從而讓數(shù)據(jù)庫中大部分數(shù)據(jù)失去其原有作用,同時,我國在道路交通管理方向的發(fā)展由于起步較晚,所以落后于其他國家,交通管理發(fā)展較為緩慢,在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的整合存儲以及數(shù)據(jù)的后期處理都有影響,筆者針對其表現(xiàn)方式主要分為了以下四個方面:第一點,針對各類交通信息數(shù)據(jù)的采集沒有統(tǒng)一性的管理,采集設(shè)備的安裝、運行以及維護方面總體質(zhì)量水平參差不齊,設(shè)備無法高效的提供大量有效數(shù)據(jù);第二點,大量的交通信息采集設(shè)備沒有做到物盡其用,無法發(fā)揮其采集交通信息數(shù)據(jù)的功能,僅僅只做表面功夫,使用簡單的視頻監(jiān)控功能,致使我國的道路監(jiān)控設(shè)備出現(xiàn)了資源浪費的問題;第三點,我國道路監(jiān)控設(shè)備的存儲信息過于散碎沒有達到大數(shù)據(jù)統(tǒng)一的信息共享模式;第四點,軟硬件技術(shù)的不足與專業(yè)技術(shù)人才的缺乏,二者的共同作用下導(dǎo)致了監(jiān)控設(shè)備蘊含的價值設(shè)備無法正常使用,是能力與使用二者分化嚴(yán)重,加重了我國資源浪費的現(xiàn)象。
3.2大數(shù)據(jù)具體應(yīng)用的成本過高
任何消費品的正常使用都需要一定的成本來支撐,同樣,大數(shù)據(jù)在交通管理的具體應(yīng)用也需要數(shù)額龐大的資金成本來作為支撐,大數(shù)據(jù)庫在信息的采集、采集信息的存儲以及信息的管理與使用都是需要層層環(huán)節(jié)的龐大資金來支撐的,在我國目前大數(shù)據(jù)交通管理方向的發(fā)展中,通常會選用人工與交通檢測儀器兩種方法對交通信息進行收集,當(dāng)然,大多數(shù)依然是需要依靠我國的資金與采集儀器,通過不同角度、多個層面的信息收集,來完成我國多元化大數(shù)據(jù)的發(fā)展,但是,完成大數(shù)據(jù)完整的信息處理鏈則需要先進的檢測儀器、專業(yè)的頂尖人才以及覆蓋面廣的交通信息監(jiān)控,而這些方面的發(fā)展則進程控制著我國大數(shù)據(jù)交通管理方面的投入成本,也對我國大數(shù)據(jù)的發(fā)展有著極大的限制影響。
4.大數(shù)據(jù)在我國道路交通管理中的發(fā)展策略
4.1基于影響大數(shù)據(jù)應(yīng)用限制的改進策略
綜合來看我國道路交通管理大數(shù)據(jù)全面覆蓋,但信息化交通信息的建設(shè)仍處于發(fā)展階段,我國大數(shù)據(jù)交通管理起步相對較晚,目前積累的可使用交通數(shù)據(jù)有限,同時采集的數(shù)據(jù)質(zhì)量普遍低下,社會行業(yè)的發(fā)展也都影響著我國大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展與推廣,所以針對諸多限制的社會環(huán)境中,我們需要冷靜的思考并分析我國大數(shù)據(jù)當(dāng)前技術(shù),以及未來發(fā)展方向,將發(fā)展目標(biāo)與限制因素進行整合,制定詳細的發(fā)展方案,針對限制大數(shù)據(jù)發(fā)展的原因進行各個擊破,在目前起步晚、經(jīng)驗缺乏的背景之下,不可盲目加大大數(shù)據(jù)發(fā)展項目,要制定穩(wěn)而優(yōu)的發(fā)展策略。
4.2基于大數(shù)據(jù)應(yīng)用成本過高的改進策略
針對我國大數(shù)據(jù)交通管理方面發(fā)展的成本問題,首先需要在交通管理中自身的人力和物力基礎(chǔ)進行綜合分析,并結(jié)合獲取收益的比例進行計劃擬定,同時,在具體實施時,要實施對資金和效益做好監(jiān)管工作,在經(jīng)濟效益極差的情況時,要及時終止避免產(chǎn)生更多的損失,同時,要將項目失敗原因進行總結(jié),分析項目配備的儀器是否落后、專業(yè)技術(shù)人才是否到位、運營系統(tǒng)是否合理等各方面,并認真記錄項目的開始、過程與結(jié)束,為以后大數(shù)據(jù)的發(fā)展提供資料支持,并為我國大數(shù)據(jù)的交通管理策略提供強有力的幫助。
5.結(jié)束語
綜上所述,筆者對大數(shù)據(jù)的概念進行分析,通過大數(shù)據(jù)的由來與發(fā)展歷史進行分析講解,讓讀者清晰的了解到大數(shù)據(jù)對于我國發(fā)展尤其是針對交通管理方向發(fā)展的重要作用,針對起步晚、經(jīng)驗缺乏的大數(shù)據(jù)發(fā)展現(xiàn)狀來說,通過提升基礎(chǔ)工作的質(zhì)量來提升我國大數(shù)據(jù)交通管理的質(zhì)量是一個不錯的操作手段,并且通過對影響大數(shù)據(jù)發(fā)展的因素進行分析與討論,并針對不同問題擬定解決策略,可以為我國大數(shù)據(jù)的全面發(fā)展提供有效的資料支持,讓讀者在全球大數(shù)據(jù)發(fā)展的時代熱潮中,正確的認識我國目前的發(fā)展現(xiàn)狀,正確理性的認識并分析大數(shù)據(jù),推動大數(shù)據(jù)在交通管理方向的穩(wěn)步發(fā)展。
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關(guān)鍵詞:物流;信息平臺;數(shù)據(jù)分析服務(wù);數(shù)據(jù)庫;功能結(jié)構(gòu)
中圖分類號:F253.9 文獻標(biāo)識碼:A
現(xiàn)代物流是跨部門、跨行業(yè)、跨地域并且以現(xiàn)代科技管理和信息技術(shù)為支撐的綜合性產(chǎn)業(yè)。隨著我國加入WTO、物流市場的逐步開放,國外先進的物流企業(yè)紛紛搶灘我國的物流市場,以我國物流企業(yè)的信息化現(xiàn)狀,遠遠不能滿足物流市場的激烈競爭。
城市公共物流信息平臺的建設(shè)是發(fā)展現(xiàn)代物流的核心和關(guān)鍵,通過建設(shè)物流信息平臺可以極大地推動現(xiàn)代物流向信息化方向發(fā)展。
1 城市物流信息平臺的功能要求
城市物流信息平臺可以通過信息網(wǎng)絡(luò)互連實現(xiàn)物流信息共享,幫助用戶及物流企業(yè)有效溝通、整合資源,促進物流業(yè)和城市經(jīng)濟發(fā)展[1]。城市物流信息平臺可以通過對物流信息的采集、處理、傳輸、等,將信息轉(zhuǎn)變成規(guī)范可用的信息,為用戶提供物流信息服務(wù),實現(xiàn)貨物跟蹤、在線交易、車輛路徑優(yōu)化等功能[2]。
通過分析物流信息平臺應(yīng)具備的特點及城市物流信息需求特征,城市物流信息平臺主要應(yīng)具備三大功能:管理服務(wù)功能、平臺基本功能和平臺輔助功能[3]。城市物流信息平臺的功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2 城市物流信息平臺邏輯模型
城市物流信息平臺的運行需要必要的支撐,如良好的物理層和支撐平臺。在物理層,暢通的(有線和無線)通信網(wǎng)絡(luò)是信息平臺運行的基礎(chǔ)。可信的基礎(chǔ)設(shè)施、優(yōu)化的TCP/IP協(xié)議以及客戶終端應(yīng)用支撐共同構(gòu)成信息平臺的支撐平臺來保障其運行[4]。物流信息平臺的運行需要各個層面的有效配合才能為第三方提供良好的服務(wù)[5]。城市物流信息平臺邏輯模型如圖2所示。
3 城市物流信息平臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
根據(jù)城市物流信息平臺的功能結(jié)構(gòu)和邏輯結(jié)構(gòu),設(shè)計出城市物流信息平臺系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)如圖3所示。
城市物流信息平臺共設(shè)置了13個子系統(tǒng):物流信息服務(wù)子系統(tǒng)、物流信息處理子系統(tǒng)、平臺綜合運行管理子系統(tǒng)、物流信息傳輸子系統(tǒng)、物流信息采集子系統(tǒng)、物流信息管理子系統(tǒng)、庫存優(yōu)化子系統(tǒng)、物流信息查詢子系統(tǒng)、金融服務(wù)子系統(tǒng)、貨物跟蹤子系統(tǒng)、車輛路徑輔助決策子系統(tǒng)、會員服務(wù)子系統(tǒng)、物流業(yè)務(wù)在線交易子系統(tǒng)[6]。
城市物流信息平臺可以實現(xiàn)物流信息的采集、傳輸、處理、查詢、管理、庫存優(yōu)化等功能,平臺上的數(shù)據(jù)可以為客戶所共享,平臺也可以為用戶提供金融保險等服務(wù)[7]。
城市物流信息平臺與許多部門產(chǎn)生關(guān)聯(lián),因此需要得到各個相關(guān)部門的支持,如城市交通管理部門、銀行系統(tǒng)、各物流園區(qū)、配送中心、物流中心、物流企業(yè)、生產(chǎn)流通企業(yè)的物流部門、民航部門、公路部門、港口碼頭、保險公司、氣象部門、稅務(wù)部門、海關(guān)部門等。通過這些部門協(xié)同合作,平臺可以提供用戶想要的數(shù)據(jù)、方便用戶使用、辦理相關(guān)業(yè)務(wù)等,而這些部門與機構(gòu)也能從信息平臺獲取有價值的信息。物流信息平臺可以將城市各物流相關(guān)行業(yè)連接起來,還可以向政府宏觀調(diào)控部門以及物流行業(yè)協(xié)會及時提供數(shù)據(jù),協(xié)助政府部門制定相關(guān)政策及進行宏觀調(diào)控[8]。
4 城市物流信息平臺軟硬件設(shè)計
城市物流信息平臺的軟硬件設(shè)計應(yīng)符合平臺的功能需求,因此城市物流信息平臺軟硬件應(yīng)具備的功能如表1所示。
根據(jù)城市物流信息平臺軟硬件應(yīng)當(dāng)具備的功能,則軟硬件的設(shè)計如表2所示。
5 城市物流信息平臺的數(shù)據(jù)分析服務(wù)框架
城市物流信息平臺為各類用戶提供了數(shù)據(jù)分析服務(wù),它的數(shù)據(jù)分析服務(wù)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖4所示。
數(shù)據(jù)分析服務(wù)構(gòu)架的核心是數(shù)據(jù)分析服務(wù),它可以根據(jù)數(shù)據(jù)庫提供的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析管理,使分析得來的數(shù)據(jù)成為決策支持對象,并最終滿足平臺用戶數(shù)據(jù)分析需求[9]。城市物流信息平臺上的數(shù)據(jù)分析服務(wù)包括城市歷年物流業(yè)發(fā)展數(shù)據(jù),以及經(jīng)濟發(fā)展數(shù)據(jù),通過平臺的數(shù)據(jù)庫存儲的歷年數(shù)據(jù),可以準(zhǔn)確預(yù)測物流需求,為政府部門制定科學(xué)政策提供依據(jù)。此外,通過數(shù)據(jù)分析,企業(yè)用戶也可以得知物流需求狀況,并制定新的決策。城市物流信息平臺的數(shù)據(jù)庫由歷史數(shù)據(jù)庫、融合數(shù)據(jù)庫和共享信息數(shù)據(jù)庫三個子數(shù)據(jù)庫構(gòu)成。數(shù)據(jù)庫的支持除了能夠滿足用戶的查詢、處理等功能之外,還可以實現(xiàn)深入的數(shù)據(jù)挖掘功能。此外,用戶還可以告知平臺管理者其功能需求,平臺管理者也可根據(jù)用戶的需求進一步拓展和完善平臺功能。
6 結(jié) 論
本文在分析城市物流信息平臺的功能基礎(chǔ)上進行了系統(tǒng)框架設(shè)計,提出了城市物流信息平臺的軟硬件和數(shù)據(jù)分析服務(wù)框架結(jié)構(gòu)。但是如何在總體體系結(jié)構(gòu)下探討一種可行的建設(shè)機制以確保城市物流信息平臺的穩(wěn)定運行以及安全技術(shù)是必須進一步研究與探討的領(lǐng)域。
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1系統(tǒng)架構(gòu)
1.1設(shè)計目標(biāo)和總體功能警用交通信息綜合應(yīng)用服務(wù)平臺的設(shè)計目標(biāo)是在整合現(xiàn)有的機動車信息管理系統(tǒng)、駕駛員信息管理系統(tǒng)、交通違法信息查詢系統(tǒng)、交通事故處理系統(tǒng)、交通信號燈控制系統(tǒng)、電子警察系統(tǒng)、治安卡口系統(tǒng)等現(xiàn)有資源的前提下,對相關(guān)信息綜合分析,建立各類專家數(shù)據(jù)庫模型,通過對轄區(qū)內(nèi)人、車、路、天氣環(huán)境等信息的采集對交通形勢進行研判。一方面能夠滿足日常的交通管理和服務(wù)需求;另一方面能夠根據(jù)實況結(jié)合預(yù)案調(diào)配警力迅速開展應(yīng)急處突。根據(jù)警用交通信息綜合應(yīng)用服務(wù)平臺的設(shè)計目標(biāo),該平臺應(yīng)具備如下功能:(1)平臺集成后應(yīng)具有原有子系統(tǒng)的功能,如交通量采集、交通信號控制、電子警察、交通誘導(dǎo)等功能。(2)平臺應(yīng)具有良好的兼容性,基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)交換接口都應(yīng)該按照標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范設(shè)計,以GIS系統(tǒng)為基礎(chǔ),綜合集成各類交通子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。按照互通性的基礎(chǔ)代碼編碼體系,實現(xiàn)各系統(tǒng)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)與共享。(3)平臺應(yīng)具備一般的分析與決策功能,能夠融合現(xiàn)有各子系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù),實現(xiàn)精確的數(shù)據(jù)分析和業(yè)務(wù)指導(dǎo),確保達到交通指揮的信息化和智能化。(4)能夠及時發(fā)現(xiàn)并處理各類交通類的突發(fā)事件,快速地調(diào)集警力和外部資源,協(xié)作處置突發(fā)事件,應(yīng)急處突系統(tǒng)應(yīng)具有高的響應(yīng)級別。(5)平臺應(yīng)具有較好的向后兼容性,可擴展性良好。1.2系統(tǒng)框架圖警用交通信息綜合應(yīng)用服務(wù)平臺是一種集信息采集、傳輸、處理、應(yīng)用和的信息系統(tǒng),本身符合互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)體系,但其系統(tǒng)過于龐大,不利于操作,因此本文將以子系統(tǒng)為單位,將平臺架構(gòu)設(shè)計為四部分,系統(tǒng)總體框架如圖1所示。在子系統(tǒng)部分,按照不同的應(yīng)用進行子系統(tǒng)分離,各子系統(tǒng)通過硬件設(shè)備管理提供各自系統(tǒng)接口;在接口層,根據(jù)接口的屬性通過接口設(shè)備管理方式將接口分為數(shù)據(jù)采集接口和控制接口,數(shù)據(jù)采集接口接收各子系統(tǒng)自下向上采集到的信息,控制接口則是將上層的指令向下發(fā)送到各個子系統(tǒng)或現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)。在通訊層,把從各個子系統(tǒng)采集的原始交通信息進行分類融合并存儲,并按照系統(tǒng)的規(guī)范轉(zhuǎn)化成規(guī)范化數(shù)據(jù),將所有的交通數(shù)據(jù)封裝成對象,提供數(shù)據(jù)服務(wù)接口,通過接口獲取數(shù)據(jù)對象,同時構(gòu)建一系列的控制對象,通過這些對象達到控制子系統(tǒng)或設(shè)備的目的;在應(yīng)用層,針對用戶提出的交通管理需求進行應(yīng)用開發(fā),利用下層的數(shù)據(jù)服務(wù)和控制服務(wù)實現(xiàn)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯和表示層,實現(xiàn)人機交互或終端服務(wù)器交互。
2平臺實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)
2.1硬件層次架構(gòu)設(shè)計警用交通信息綜合應(yīng)用服務(wù)平臺的硬件設(shè)備包括信息獲取設(shè)備,比如視頻探頭、線圈、交通環(huán)境探測傳感器;信息傳輸設(shè)備,比如光收發(fā)器、交換機、路由器,等等;信息處理和存儲用的各類計算機,服務(wù)器;指令和信息用的各類控制設(shè)備。按數(shù)據(jù)流向,系統(tǒng)硬件設(shè)計為三個層次。硬件架構(gòu)如圖2所示,設(shè)計總體上分為三層:數(shù)據(jù)接收層、數(shù)據(jù)中心層和應(yīng)用層。數(shù)據(jù)接收層包括信息獲取和識別兩部分。信息的獲取主要是通過設(shè)置在現(xiàn)場的各類傳感器采集,信息的識別主要是對現(xiàn)場信息進行前期的預(yù)處理。數(shù)據(jù)接收部分采用多通訊服務(wù)器方式,在數(shù)據(jù)接收的過程中根據(jù)獲取的信息量采取均衡策略,合理地分配到各個服務(wù)器。為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性,對每一組信息通道都設(shè)定主次接收服務(wù)器組,當(dāng)主服務(wù)器出現(xiàn)故障時,次服務(wù)器將自動承擔(dān)主服務(wù)器的任務(wù)。第二層為數(shù)據(jù)中心層,由數(shù)據(jù)中心層緩存設(shè)備、中心服務(wù)器、web應(yīng)用設(shè)備構(gòu)成。所有車駕管理信息、交通量信息、交通環(huán)境信息,以及警力資源信息等都存儲在中心數(shù)據(jù)庫和磁盤陣列中。第三層為應(yīng)用層,主要提供交通信息平臺系統(tǒng)相關(guān)子系統(tǒng)軟件的web服務(wù)應(yīng)用,分析決策應(yīng)用,執(zhí)行控制等應(yīng)用。2.2軟件層次模型設(shè)計平臺系統(tǒng)軟件架構(gòu)設(shè)計采用基于J2EE的技術(shù)架構(gòu)構(gòu)建。如圖3所示,整個軟件系統(tǒng)架構(gòu)分成四層:基礎(chǔ)服務(wù)層、數(shù)據(jù)資源層、業(yè)務(wù)系統(tǒng)層、用戶層?;A(chǔ)服務(wù)層由設(shè)備基礎(chǔ)應(yīng)用軟件組成,如本地操作系統(tǒng),信息服務(wù)器,通信協(xié)議等?;A(chǔ)服務(wù)層之上是數(shù)據(jù)資源層,其主要包括中心數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)交換平臺、數(shù)據(jù)備份恢復(fù),數(shù)據(jù)資源層為上層的業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供服務(wù)。業(yè)務(wù)系統(tǒng)層包括面向業(yè)務(wù)的交通指揮調(diào)度系統(tǒng)、交通信號控制系統(tǒng)軟件、電子警察系統(tǒng)軟件、交通誘導(dǎo)系統(tǒng)軟件、應(yīng)急處突系統(tǒng)軟件、分析決策系統(tǒng)軟件、交通違章處理系統(tǒng)軟件等應(yīng)用子系統(tǒng)的管理軟件和接口等,為用戶提供管理及業(yè)務(wù)處理服務(wù)。用戶層是用戶辦公處理資源信息的操作平臺,通過交互界面實現(xiàn)警用交通信息資源的各種服務(wù),用戶根據(jù)不同的等級享有不同的服務(wù)水平。
3平臺內(nèi)部關(guān)系模型建立
警用交通信息綜合應(yīng)用服務(wù)平臺是在整合現(xiàn)有資源的前提下,采用信息融合與數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)對各類系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行綜合分析,實現(xiàn)交通信息共享和增值。平臺內(nèi)部各板塊之間的關(guān)系錯綜復(fù)雜,根據(jù)各個板塊之間的主要邏輯建立關(guān)系模型,如圖4所示。警用交通信息綜合應(yīng)用服務(wù)平臺具有較好的擴展性,當(dāng)有新的業(yè)務(wù)板塊接入時,只需根據(jù)其關(guān)系模型按照系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范接入即可,因此平臺的應(yīng)用功能也會不斷增加。