序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了1篇的論軌道交通大數(shù)據(jù)之挑戰(zhàn)與機(jī)遇樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。

近年來(lái)，隨著城鎮(zhèn)化的不斷推進(jìn)、城市規(guī)模的不斷增大，使得城市中人口數(shù)量顯著增加，對(duì)城市公共交通系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高[1]。作為一種新型的交通工具，城市軌道交通具有運(yùn)量大、快速、安全的優(yōu)點(diǎn)，使其成為有效緩解城市交通壓力的一種手段[2]?！吨袊?guó)制造2025重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)路線圖》明確指出，軌道交通作為我國(guó)公共交通和大宗運(yùn)輸?shù)闹饕d體，是我國(guó)高端裝備“走出去”的重要代表。國(guó)家發(fā)改委指出，城市軌道交通示范應(yīng)用是《增強(qiáng)制造業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力三年行動(dòng)計(jì)劃（2015—2017年）》實(shí)施中的顯著成效，并將城市軌道交通設(shè)備列為《增強(qiáng)制造業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力三年行動(dòng)計(jì)劃（2018—2020年）》九大重點(diǎn)支持領(lǐng)域之一。城市軌道交通作為一類重要的城市交通工具，從另一方面也體現(xiàn)了一個(gè)城市的發(fā)達(dá)與發(fā)展程度[3]。軌道交通數(shù)據(jù)指在城市軌道交通系統(tǒng)日常運(yùn)營(yíng)和運(yùn)維過(guò)程中，以自動(dòng)、主動(dòng)或被動(dòng)形式產(chǎn)生的包含結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)在內(nèi)的數(shù)據(jù)[4]。其來(lái)源廣泛、種類眾多、產(chǎn)生速度快，因此，是一種典型的大數(shù)據(jù)。如何管理、處理、分析、挖掘軌道交通大數(shù)據(jù)背后隱藏的知識(shí)，并將其服務(wù)于軌道交通工程的規(guī)劃、勘查設(shè)計(jì)、工程施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)、決策支持等各個(gè)階段，是一件極其重要的事情[5]。

1軌道交通大數(shù)據(jù)

軌道交通大數(shù)據(jù)按照運(yùn)營(yíng)關(guān)聯(lián)情況可以分為內(nèi)部數(shù)據(jù)和外部數(shù)據(jù)[6]。其中，內(nèi)部數(shù)據(jù)包含基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、公共行業(yè)數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)章、計(jì)劃及指標(biāo)數(shù)據(jù)在內(nèi)的靜態(tài)數(shù)據(jù)和包含專業(yè)數(shù)據(jù)（車務(wù)、車輛、工務(wù)、電務(wù)、機(jī)電、通號(hào)等）、客流數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、安全數(shù)據(jù)、財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)、資源配置信息、客運(yùn)服務(wù)信息在內(nèi)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)組成。外部數(shù)據(jù)由氣象數(shù)據(jù)、大型活動(dòng)數(shù)據(jù)、公共交通數(shù)據(jù)、社會(huì)媒體數(shù)據(jù)構(gòu)成。軌道交通大數(shù)據(jù)具有多源、異構(gòu)、動(dòng)態(tài)、時(shí)空的特點(diǎn)。按照流轉(zhuǎn)途徑，軌道交通大數(shù)據(jù)的生命周期可以分為六個(gè)階段。不同來(lái)源的軌道交通數(shù)據(jù)以自動(dòng)、主動(dòng)或被動(dòng)的形式產(chǎn)生，通過(guò)傳感器等設(shè)備進(jìn)行采集和存儲(chǔ)，地理上分散的軌道交通數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行匯聚，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)清洗等處理手段后存儲(chǔ)在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心，按照上層的業(yè)務(wù)需求對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，最后將結(jié)果進(jìn)行可視化，以服務(wù)不同的應(yīng)用。

2軌道交通大數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)

2.1數(shù)據(jù)管理的挑戰(zhàn)

軌道交通大數(shù)據(jù)來(lái)源廣泛、種類繁多、產(chǎn)生速度快，具有多源、異構(gòu)、自組織的特點(diǎn)。使得其在管理上面臨著“匯聚難、集成難、存儲(chǔ)難、檢索難”的挑戰(zhàn)。軌道交通數(shù)據(jù)在地理上分散，并通過(guò)不同的數(shù)據(jù)模型和元數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行自組織管理，如何連接不同類型的數(shù)據(jù)源，定時(shí)、自動(dòng)化地匯聚多源的軌道交通大數(shù)據(jù)是一個(gè)挑戰(zhàn)。軌道交通數(shù)據(jù)的體量大，對(duì)于已經(jīng)匯聚、集成的數(shù)據(jù)，一方面，如何去設(shè)計(jì)適用于分布式環(huán)境下的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模型，以滿足高可擴(kuò)展、高可用、高吞吐的需求；另一方面，如何結(jié)合軌道交通數(shù)據(jù)的時(shí)空特性，構(gòu)建包含時(shí)空索引、全文檢索在內(nèi)的多類型索引模型，減少查詢的搜索空間，加快查詢的過(guò)程，是一個(gè)關(guān)鍵的挑戰(zhàn)。

2.2數(shù)據(jù)處理的挑戰(zhàn)

軌道交通數(shù)據(jù)的體量大，產(chǎn)生速度快，既包括了實(shí)時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，又包括了歸檔的靜態(tài)數(shù)據(jù)，使傳統(tǒng)的單機(jī)處理難以滿足軌道交通應(yīng)用實(shí)時(shí)處理的需求。Hadoop和Spark作為如今主流處理大規(guī)模數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，可以作為解決軌道交通數(shù)據(jù)處理難的有效途徑。軌道交通大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在Hadoop生態(tài)系統(tǒng)和Spark生態(tài)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（如：HDFS、HBase、Hive等）中，通過(guò)MapReduce或者Spark進(jìn)行分布式處理。在這個(gè)過(guò)程中，面臨三個(gè)挑戰(zhàn)：（1）數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)讀取接口的開發(fā)：由于軌道交通大數(shù)據(jù)涉及多個(gè)數(shù)據(jù)模型和存儲(chǔ)系統(tǒng)，如何基于這些存儲(chǔ)系統(tǒng)開發(fā)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)讀取中間件是一個(gè)挑戰(zhàn)；（2）并行編程框架的開發(fā)：無(wú)論是MapReduce還是Spark，都要求算法開發(fā)者熟悉框架，限制了其使用范圍，因此，需要在MapReduce和Spark提供的底層API上開發(fā)適用面廣泛的編程框架；（3）工作流調(diào)度：數(shù)據(jù)處理通常由多個(gè)子過(guò)程構(gòu)成，如何將這些子過(guò)程通過(guò)工作流機(jī)制進(jìn)行組織、調(diào)度，以便實(shí)現(xiàn)處理過(guò)程的自動(dòng)化是一個(gè)挑戰(zhàn)。

2.3數(shù)據(jù)分析的挑戰(zhàn)

數(shù)據(jù)分析的目的旨在挖掘、提取海量軌道交通數(shù)據(jù)背后隱藏的規(guī)律及知識(shí)。對(duì)于軌道交通大數(shù)據(jù)分析而言，其核心問(wèn)題在于如何對(duì)軌道交通大數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的表達(dá)、解釋和學(xué)習(xí)。

2.4安全性的挑戰(zhàn)

具體而言，針對(duì)軌道交通大數(shù)據(jù)的安全性包含以下幾方面：（1）用戶隱私保護(hù)：如何保證在數(shù)據(jù)的傳輸、處理、應(yīng)用過(guò)程中，用戶的隱私數(shù)據(jù)不會(huì)被非法用戶及非授權(quán)應(yīng)用訪問(wèn)；（2）數(shù)據(jù)的可信度：由于軌道交通大數(shù)據(jù)來(lái)源廣泛，數(shù)據(jù)質(zhì)量參差不齊，如何為上層應(yīng)用或用戶提供可靠的數(shù)據(jù)；（3）大數(shù)據(jù)訪問(wèn)控制：如何通過(guò)用戶鑒權(quán)和訪問(wèn)控制避免非法用戶和非授權(quán)用戶對(duì)軌道交通大數(shù)據(jù)的訪問(wèn)。

3軌道交通大數(shù)據(jù)典型應(yīng)用

城市交通系統(tǒng)作為城市信息化程度較高的一部分，因其自身數(shù)據(jù)富集的優(yōu)勢(shì)，使得以數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)的智能交通技術(shù)被廣泛應(yīng)用。而軌道交通大數(shù)據(jù)作為城市交通系統(tǒng)的重要組成部分，其在包括智慧城市、智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)在內(nèi)的諸多應(yīng)用中被廣泛應(yīng)用。

3.1智慧城市

智慧城市作為全球范圍內(nèi)下一代城市發(fā)展的新理念和新實(shí)踐，依托信息化建設(shè)基礎(chǔ)，對(duì)城市部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、分析、整合和利用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)城市的透徹感知。其構(gòu)建的核心在于數(shù)據(jù)。目前，我國(guó)諸多發(fā)達(dá)城市都在構(gòu)建智慧城市。軌道交通大數(shù)據(jù)作為交通大數(shù)據(jù)的一種，在構(gòu)建智慧城市的過(guò)程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。例如，深圳市通過(guò)匯聚全市的交通大數(shù)據(jù)，構(gòu)建了“交通云”，實(shí)現(xiàn)了全面的17類數(shù)據(jù)的采集和共享，并通過(guò)大數(shù)據(jù)分析、挖掘手段，為全市的交通運(yùn)輸規(guī)劃等業(yè)務(wù)提供了有效的決策支持。

3.2智能交通系統(tǒng)

城市軌道交通大數(shù)據(jù)可應(yīng)用在智能交通系統(tǒng)構(gòu)建上，具體包括統(tǒng)計(jì)分析、應(yīng)急輔助決策、乘客出行誘導(dǎo)、客流量預(yù)測(cè)、調(diào)控管理方面?；诒本┦熊壍澜煌ǖ默F(xiàn)行方案，依托收集到的北京市軌道交通大數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)了基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的城市軌道交通應(yīng)急輔助決策流程。通過(guò)將上海市軌道交通大數(shù)據(jù)中的網(wǎng)絡(luò)客流數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化，以挖掘網(wǎng)絡(luò)客流時(shí)空變化特征和演變規(guī)律，從而在科學(xué)行車和客運(yùn)組織方面向管理人員提供決策建議及依據(jù)。按照軌道交通大數(shù)據(jù)的生命周期，結(jié)合業(yè)務(wù)需求，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套城市軌道交通自動(dòng)化售票系統(tǒng)。青島市通過(guò)構(gòu)建“兩地三中心”的大數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)了地鐵大數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，匯聚、管理全市的地鐵大數(shù)據(jù)，以加強(qiáng)對(duì)地鐵行業(yè)的管理和調(diào)控。

4結(jié)語(yǔ)

本文系統(tǒng)介紹軌道交通大數(shù)據(jù)的來(lái)源、分類、特點(diǎn)，并基于數(shù)據(jù)全生命周期，總結(jié)軌道交通大數(shù)據(jù)在管理、處理、分析三個(gè)方面面臨的挑戰(zhàn)，最后綜述基于軌道交通大數(shù)據(jù)開展的一系列典型應(yīng)用。

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作者:王文斌 單位:南寧軌道交通集團(tuán)有限責(zé)任公司