4G移动网络的大数据与云计算技术应用

摘要：

本文通过对云计算以及4G网络的定义和特点进行分析，提出了在4G移动网络平台上采用云计算技术处理城市智能交通系统中的大数据问题，主要是结合二者的优势分析智能交通系统的功能，并加以实现，这将给缓解交通压力、提高行车效率等提供便利。最后对未来智能交通系统开发与应用进行展望。

关键词：4G网络；大数据；云计算；智能交通；交通云

随着人们生活水平的提高，汽车逐渐进入到普通家庭，这无疑对道路交通的要求也越来越高，为提高道路行车效率，迫切需要建设一个高性能的智能交通系统（IntelligentTransportationSystems，ITS），以满足大家的需求。

1智能交通系统的概念

智能交通系统（IntelligentTransportationSystems，ITS）指的是建立在较完善的基础设施之上，将先进的信息技术、计算机处理技术、数据通讯传输技术、电子传感技术及电子控制技术等有效组合在一起，并运用于整个交通运输管理体系中，从而能够在大范围、全天候发挥作用，建立起的一种准确、实时、高效的综合运输和管理系统[1]。依据智能交通系统的概念，我们可以看出，为了解决社会不断增加的交通需求与有限的道路资源之间的矛盾，使有限的道路资源能被充分利用，提高人们的出行效率，保障人们出行安全，智能交通系统作为信息、通信、传感与控制技术综合运用的产物，能给人们带来便捷。但目前，我国城市交通仍面临着许多严重问题，如成都，作为西南地区的一个大型城市，虽然其承载能力越来越强，路网体系也日趋完善，但随着汽车保有量的强劲增长，道路供需关系依然非常严峻。据成都市交管局数据显示，截至2014年3月，成都地区的汽车保有量突破268.59万辆大关，中心城区突破114.18万辆，这个数据仅次于北京。而且成都已月均增2万新车，并持续了62个月。一天就会产生数百亿条GPS数据，而车牌识别信息、交通监控视频信息等数据量更大，交通相关的数据量也早以从TB级跃升到PB级[2]，因此，如果要实现对城市道路的交通流量信息、交通状况、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，整个平台的运行压力将会非常巨大，大数据（bigdata）就此产生，大数据分析交通除了流量及车辆的相关信息外，还必须包括路面情况、天气、突发情况、周边环境等诸多因素，传统的交通数据分析法已很难有效处理如此庞大的数据的问题。城市智能交通应具备的特点和需求分析如下。

1.1数据信息海量化

整个城市的交通行为主体作为城市智能交通的分析对象，海量数据必然成为固有特性。

1.2应用负载变化大

城市交通流特性呈现出区域关联性强，随时间变化大的特点，系统需要根据实时的交通流数据，做出全面采集、分析、处理等。而传统的智能交通方案由于无法在全局上统筹，往往会因此陷入彼此孤立的情形。

1.3高稳定性和高可用性

只有要求城市智能交通系统具有高可用性和高稳定性，才能更好地、更快捷地提供畅通、安全、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，让政府、社会和公众感觉到方便。而目前的很多方案中，由于各生产厂商繁杂、设备类型众多、质量参差不齐，而国内也缺乏统一的标准，这样不仅系统维护成本高，而且也很难做到保持智能交通系统的高稳定性。

1.4数据共享需求

目前，正在建设中的智能城市交通系统，大量的终端设备出自不同的厂商或不同平台，这样就形成了许许多多的信息孤岛，彼此间很难实现共享数据。这在很大程度上影响了系统功能的充分实现，智能交通系统在硬件、接口上应做的统一，从而使行业信息资源的全面整合与共享成为智能交通发挥整体方案优势、整体统筹资源、统一协调的基础。

1.5信息实时处理性能要求高

随着城市交通的拥堵日趋严重，人们在出行时要求能随时随地通过熟悉的方式获取所需的出行计划和实时的出行信息，因此，未来的智能交通需要满足高效性、实时性的要求。

2大数据与云计算技术对智能交通系统的影响与应用

云计算（cloudcomputing）是将计算任务分布在大量互联的计算机构成的资源池上，使各种应用系统能够根据需要获取存储空间、计算力和各种软件服务，该资源池被称为“云”。“云”是指一些可以自我管理和维护的虚拟计算资源，通常包括宽带资源、计算服务器、存储服务器等大型服务器集群[3]。而云计算（cloudcomputing）是一种基于互联网平台的计算方式，为计算资源提供全新的计算模式，其服务方式可动态、伸缩且虚拟化，云计算技术还会将所有的计算资源汇集在一起，并通过软件实现对资源的自动高效管理。这使用户能更加专注于自己的业务，无需为繁琐的处理细节感到烦恼。云计算技术之所以能有效处理和应对交通数据量大、可用性高、稳定性要求高、信息实时处理要求高、应用负载波动大、数据共享需求大等问题，并能实现应用的灵活性，高效整合资源，降低运维成本和总能耗，很大程度上是源于其自身的高可靠性、弹性扩容性好、快速部署及按需服务的特性。云计算技术以其高度的信息部署、优异的扩展性以及自动化IT资源调度，成为解决智能交通面临的问题的关键技术手段，成为一种全新概念的信息服务模式，有助于智能交通系统的快速实现。建设基于“云计算”的智能交通系统，要实现交通信息的动态采集、分析、处理及，并及时向用户提交动态交通信息，报告路况动态变化信息，指导用户出行计划，规划用户行车线路，从而有效提前进行分流拥堵流量，从而提高交通通行效率[4]。其具体应用如下。

（1）城市中的车、人或设备等每个交通终端节点，均可以实时地通过交通云得到基于整个城市交通信息智能分析后提供的服务。

（2）通过综合整个城区的交通流信息及汽车的运行计划信息，每个交通信号灯都得到高效控制，并在面控、立体多维的基础上进行相关预测；城市交通引导系统也可以与交通信息个性化服务进行无缝结合。

（3）为了更智能地提高交通运行效率，拓展一个智能交通信息服务市场，运营商要相应地通过手机基站定位，向用户提供实时的交通信息服务，这些信息与交通控制、引导相结合。随着移动通信网络的发展，从早期的2G网络到3G网络，再发展到当前的4G移动通信网络，4G网络使图像视频传输更加稳定，决策也更具有时效性，并为智能交通系统提供了更多应用的可能，移动网络在智能化交通信息系统中的运用日趋娴熟、准确，使智能交通系统真正、全面、高效地服务于社会，为缓减交通压力做出了更大的贡献。移动网络技术还有效地为智能交通系统的发展提供了新的发展思路。

34G移动网络的网络结构的核心技术及优点

3.14G移动网络的网络结构的核心技术

4G移动网络体系结构从下往上可分为物理网络层、中间环境层、应用网络层。正交频分复用（OFDM）技术是这一代移动通信网络的核心技术，该技术可以为用户提供速率高、时延小的数据交换服务，能达到下行50Mbit/s与上行100Mbit/s的峰值速率。OFDM技术特点包括：具有良好的抗噪声性能及抗多信道干扰能力，可扩展网络结构。

3.24G移动网络的优点

3.2.1通信速度高、灵活性好4G移动通信系统速率可以高达到l00Mbps，甚至是150Mbps。由于4G网络不仅是面向手机，还面向智能手表、控制器、眼镜等移动智能终端设备，这些终端设备极大丰富了人们的生活，使通信变得更加灵活多样。

3.2.2系统兼容性好未来的4G移动网络要面向全球发展，可以预测4G移动网络一定会开放出更多标准化的接口，并与全世界各种网络进行高速通讯、互联。

3.2.3网络采用宽频谱4G移动网络的每个信道会占有100MHz的频谱，是3G移动网络的20倍左右。

3.2.4通讯费用低目前，很多3G移动网络用户之所以能方便地过渡到4G移动网络进行通信，是因为4G移动网络与3G移动网络的兼容性较好，且4G移动网络的系统采用灵活的操作方式。在加上4G移动网络通讯费用相对较低，为4G移动网络的快速部署创造了条件。

3.2.5网络通信质量高4G移动网络通信时代是高质量通信的时代，与3G移动网络通信技术相比，4G移动网络通信技术将在很大程度上提升大数据的交互、处理能力，特别是跟云计算技术的结合，大大提高了效率，4G移动网络让广大人们拥有了前所未有的、便捷的移动网络交互体验，面对越来越复杂的网络环境，通信质量也得到了较好的保障，4G移动网络通信也能满足3G移动网络通信尚不能覆盖的区域。

4基于云计算的智能交通的关键技术

上述的需求，使大数据与云计算技术成为城市智能交通系统的重要支撑。为了有效地将云计算技术与跟4G网络相结合，提升信息传递的准确性和可达性，还需解决以下几个主要技术问题。

4.1最优路径规划问题

云计算技术在智能交通系统中的另一个重要应用是智能交通系统中的最优路径规划，它在各类应急系统及车辆路径导航系统中具有重要作用。智能交通最优路径规划是以交通运行数据为基础，在云计算数据中心对各交通影响因素进行分析、处理和判断后，再通过短讯、车载终端、GIS电子地图等各类终端帮助信息，为道路的使用人员提供最优路径，引导信息及各类实时交通帮助服务信息，以提高车辆的通行效率及行车安全。

4.2智能交通流预测与出行引导问题

基于云计算的智能交通流预测与出行引导可通过物联网对交通流量数据进行实时采集，对这些数据进行分析和快速处理，以便对道路交通流进行实时动态判别和准确预测，从而正确指导用户出行，这样必须建立起智能交通流量采集数据库及非结构化的数据库。

4.3智能交通事故预警处理问题

道路交通中的突发事故严重影响城市道路交通运行的安全性和可靠性，因此，面对突发事故，必须快速做出反应，提出处理预案，然后对其进行有效、及时地处置。基于大数据分析的交通事故应急处置方案的形成，是通过物联网技术快速采集和分析交通突发事件及整个道路流量信息，迅速地进行事故故障处理，并及时发出预警信息，提前、有效和安全地疏散车流，达到不影响交通正常运行的目的。

5我国智能交通系统发展趋势

众所周知，我国4G移动网络牌照已经发放，围绕4G移动网络的各项业务也快速展开，但目前，网络通讯费用并没有下降，这对基于4G移动网络智能交通系统的开发与使用具有较大影响，相信随着4G网络的普及、通信环境的改善、资费的下调，大数据的交互平台将有望在许多移动设备（如手机、平板电脑）上实现，云计算技术也将得到更广泛的应用。例如，未来的智能交通系统将会出现自动驾驶系统、大数据与智能交通、生态智能交通系统、移动互联网与智能交通等。近年来，基于移动网络智能终端的与交通相关的APP得到飞速发展，因而，移动互联网技术在人们出行中的作用将越来越大。

6结语

基于4G移动网络的大数据和云计算技术的智能交通系统是一个复杂的系统工程，它涵盖了网络构建、信息采集、系统集成及应用开发等多方面内容，同时也涉及城市交通运行管理中的许多领域。要在4G移动网络平台上加快推进大数据和云计算技术在城市智能交通系统中的研究及应用，必须不断加强技术革新、保障云安全、完善基础设施建设，并将政府构建的基础性开放平台与引导科研机构、高校、企业参与应用研发相结合。

参考文献

[1]吴忠泽．迎接中国智能交通的新时代[J].科学,2010(1):3-6．

[2]毕然,党梅梅．智能交通系统标准化现状及发展趋势[J]．电信网技术,2011(4):44-47.

[3]赵娜,袁家斌,徐晗.智能交通系统综述[J].计算机科学,2014(11):7-11.

[4]陆化普,李瑞敏.城市智能交通系统的发展现状与趋势[J].工程研究—跨学科视野中的工程,2014(1):6-19.

作者：邓波 黄同成 刘远军 单位：邵阳学院信息工程系