CN104537225A - 一种交通数据修复的云处理方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
一种交通数据修复的云处理方法，所述云处理方法包括如下步骤：(1)以路段为最小处理单位，所述路段为两个相邻交叉口之间的单向道路，采集每个路段的交通数据；并以固定的数据采集周期C0将交通数据上传到云处理单元；所述交通数据中，数据头部包含开始标识与数据属性信息，数据尾部包含结束标识，头部和尾部之间为数据内容部分；(2)所述云处理单元的数据处理过程如下：将采集数据按照采集时间排序，并根据上传数据的特征将采集数据分为稳定交通数据、受损交通数据与缺失交通数据三类，对不同类型的采集数据采用不同的数据处理方法进行处理。以及提供一种交通数据修复的云处理系统。本发明具有高可靠性、高性能和强扩展性。
Description
技术领域
本发明属于城市道路交通流数据处理技术领域，特别涉及一种交通数据修复的云处理方法及其系统。
背景技术
在城市道路交通控制系统运行过程中，系统中的各个数据采集设备可能会由于各种设备故障而丢失检测数据，另外，由于每个设备都需要不间断地通过有线或无线的方式向控制中心发送检测数据，通信网络的故障也会导致不同程度的数据缺失。在这些情况下，就需要通过数据修复模型来补充缺失的数据，可以说数据修复是交通数据深化处理之前进行的一项重要准备工作。
以专利CN201010288050.6、CN201210004829.X为代表的传统的数据修复方法往往是直接建立较为理想的数据修复模型，应用各种数据修复算法对交通采集数据进行处理，没有考虑到实际城市道路交通现场较为复杂的数据采集情况；而且，这些方法主要是用在后期的数据深化处理应用中，没有涉及在数据采集前期的数据修复，处理效率较低，也没有实现适用于城市道路交通控制的交通数据修复整体解决方案。考虑到城市道路交通系统固有的较强的非线性、模糊性与不确定性特点，以及交通系统对多方面、多层次交通信息采集处理的需求，在智慧交通系统建设中采用传统的数据修复处理模型难以得到理想的效果。
发明内容
为了克服已有交通数据修复的处理方式的可靠性较差、性能较低、扩展性较差的不足,本发明提供采用云处理方式对交通数据信息进行修复处理，是一种高可靠性、高性能和强扩展性的交通数据修复的云处理方法及其系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
所述云处理方法包含数据采集过程与数据处理过程，包括如下步骤：(1)所述数据采集过程以路段为最小处理单位，所述路段为两个相邻交叉口之间的单向道路，采集每个路段的交通数据；并以固定的数据采集周期C0上传交通数据；
所述交通数据中，数据头部包含开始标识与数据属性信息，数据尾部包含结束标识，头部和尾部之间为数据内容部分；
(2)所述数据处理过程的处理步骤如下：
(2.1)接收路段交通数据；
(2.2)进入新的数据处理周期，查看是否存在数据缺失信号，如果存在，则进入步骤(2.3)，并记录步骤(2.3)处理时间tPi，否则进入步骤(2.4)；
(2.3)清除数据缺失信号，并在时间段内反复发送缺失数据恢复请求，并准备接收回复数据，如果在时间段内能够收到一条回复的稳定数据，则将该稳定数据设置为上一数据处理周期采集数据；如果在时间段内不能收到一条稳定数据，则判断上一周期存在数据缺失，采用数据缺失修复方法对上一周期进行数据修复；
(2.4)等待(C0-tPi)时间并准备接收采集数据，如果在(C0-tPi)时间段内能够接受到采集数据，则进入步骤(2.5)，否则设置一个数据缺失信号，返回步骤(2.2)；
(2.5)判断所接收数据是否受损，如果不存在数据受损或者数据为非严重受损，则判断数据为稳定数据，返回步骤(2.2)；如果存在数据受损，进入步骤(2.6)；
(2.6)发送受损数据恢复请求，如果能够收到一条回复的稳定数据，则将受损数据替换为该稳定数据，否则设置一个数据缺失信号；返回步骤(2.2)。
进一步，所述步骤(2.5)中，判断是否为受损数据的方法为：
(2.5.1)如果采集数据中不包含有数据头部，则该数据为严重受损数据；
(2.5.2)如果采集数据中不包含有数据尾部，则该数据为严重受损数据；
(2.5.3)如果采集数据中包含有超过一个数据头部或超过一个数据尾部，则该数据为严重受损数据；
(2.5.4)比较采集数据的数据内容部分的数据长度与数据头部表示的数据长度，如果数据内容部分长度较大，则该数据为严重受损数据；如果数据内容部分长度较小，采用方法(2.5.5)；
(2.5.5)计算采集数据的数据头部与尾部的或值OHT＝0xFX|0xFY，如果有OHT＝0xF0，则分析数据内容部分预设的几个重要交通参数数据是否有效，如果有效，则该数据为稳定数据，否则该数据为严重受损数据。
再进一步，所述步骤(1)中，数据内容部分中包含时间数据，该时间数据为经过规则化处理的原始采集时间数据，对原始采集时间数据进行规则化处理的步骤为：
(1.1)启动交通数据采集单元，将启动时间设定为数据采集周期的右规则化时间tRR；
(1.2)进入新的数据采集周期，设定该数据采集周期的左规则化时间为tLR＝tRR；
(1.3)计算该数据采集周期的右规则化时间tRR＝tLR+C0，其中，C0为数据采集周期时间；
(1.4)获取原始采集数据，如果在tRR之前能够正常获取到交通数据，则转入步骤(1.5)，否则，转入步骤(1.2)；
(1.5)计算所采集的原始数据采集时间tRC与左规则化时间之间的时间差tΔC＝tRC-tLR，如果有则将发送数据中的时间数据设定为tLR，否则将时间数据设定为tRR，转入步骤(1.2)开始新的数据采集周期。
一种交通数据修复的云处理方法实现的云处理系统，所述云处理系统包括交通数据采集单元、交通数据采集管理单元和云处理单元，其中，
所述交通数据采集单元，用于实时采集该路段的交通数据，并以固定的数据采集周期C0将交通数据上传到云处理单元和交通数据采集管理单元；以路段为最小处理单位，所述路段为两个相邻交叉口之间的单向道路；每个路段包含至少一个交通数据采集单元；每个路段对应一个交通数据采集管理单元，用于管理该路段上的所有交通数据采集单元；若干个路段组成一个云处理区域，该区域包含一个云处理单元，用于进行交通数据实时修复处理并管理区域内所有交通数据采集管理单元。
交通数据采集管理单元实时接收所属路段中所有交通数据采集单元的上传数据，并将上传数据设定一定的有效时间，对超过有效时间的数据进行删除；同时，在接收到云处理单元的数据请求时向云处理单元发送数据。
所述云处理单元包含数据处理模块与协作管理模块，其中，数据处理模块不间断接收实时交通采集数据，将采集数据按照采集时间排序，并根据上传数据的特征将采集数据分为稳定交通数据、受损交通数据与缺失交通数据三类，对不同类型的采集数据采用不同的数据处理方法进行处理；协作管理模块负责管理所属交通数据采集管理单元，并根据所属交通数据采集管理单元的状态动态调整分配交通数据采集管理单元所管理的交通数据采集单元。
所述交通数据采集单元采集的交通数据中，数据头部包含开始标识与数据属性信息，数据尾部包含结束标识，头部和尾部之间为数据内容部分。
所述交通数据采集单元所发送的数据内容中包含时间数据，该时间数据为经过规则化处理的原始采集时间数据。
所述云处理系统包括中心管理节点与至少一个云处理节点，中心管理节点包含一个中心控制单元与一个中心服务单元；每个云处理节点包含一个云处理单元、一个云存储单元与一个云服务单元。
所述云存储单元同时存储云处理单元修复处理前与修复处理后的数据，同时按照预定时间定时备份处理数据；云服务单元中设置单元数据服务接口，用于访问云存储单元中存储数据。
本发明的有益效果主要表现在：通过对交通数据采集管理单元与云处理单元的分布式设计，确保了数据修复的稳定性与可靠性；在云处理架构与数据管理系统中通过对子模块的动态优化调整实现了系统负载均衡，提升了系统的整体性能；同时，在数据管理系统中提供的数据服务接口可以以简单高效的方式实现对交通数据的访问，满足了系统高扩展性的需求。
附图说明
图1为本发明实施例中所述云处理系统架构示意图。
图2为交通采集管理单元结构示意图。
图3为交通数据采集数据流图。
图4为本发明实施例交通采集数据示意图。
图5为采集时间数据规则化处理流程图。
图6为数据处理模块处理采集数据流程图。
图7为本发明实施例所述交通数据管理系统结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图7，一种交通数据修复的云处理方法，所述云处理方法包含数据采集过程与数据处理过程，包括如下步骤：
(1)所述数据采集过程以路段为最小处理单位，所述路段为两个相邻交叉口之间的单向道路，采集每个路段的交通数据；并以固定的数据采集周期C0上传交通数据；
所述交通数据中，数据头部包含开始标识与数据属性信息，数据尾部包含结束标识，头部和尾部之间为数据内容部分；
(2)所述数据处理过程的处理步骤如下：
(2.1)接收路段交通数据；
(2.2)进入新的数据处理周期，查看是否存在数据缺失信号，如果存在，则进入步骤(2.3)，并记录步骤(2.3)处理时间tPi，否则进入步骤(2.4)；
(2.3)清除数据缺失信号，并在时间段内反复发送缺失数据恢复请求，并准备接收回复数据，如果在时间段内能够收到一条回复的稳定数据，则将该稳定数据设置为上一数据处理周期采集数据；如果在时间段内不能收到一条稳定数据，则判断上一周期存在数据缺失，采用数据缺失修复方法对上一周期进行数据修复；
(2.4)等待(C0-tPi)时间并准备接收采集数据，如果在(C0-tPi)时间段内能够接受到采集数据，则进入步骤(2.5)，否则设置一个数据缺失信号，返回步骤(2.2)；
(2.5)判断所接收数据是否受损，如果不存在数据受损或者数据为非严重受损，则判断数据为稳定数据，返回步骤(2.2)；如果存在数据受损，进入步骤(2.6)；
(2.6)发送受损数据恢复请求，如果能够收到一条回复的稳定数据，则将受损数据替换为该稳定数据，否则设置一个数据缺失信号；返回步骤(2.2)。
如图1所示，一种交通数据修复的云处理系统，在一个由若干个路段组成的云处理区域中，包含一个云处理单元(101)，该云处理单元管理若干个交通数据采集管理单元(111)，每个交通数据采集管理单元管理若干个交通数据采集单元(121)。交通数据采集单元、交通数据采集管理单元和云处理单元之间均保持通信连接，其中，交通数据采集单元与交通数据采集管理单元之间为较稳定的有线通信连接，交通数据采集单元与云处理单元之间以及交通数据采集管理单元与云处理单元之间可以根据需要选择有线或无线通信连接。
如图2所示，交通数据修复的云处理系统以路段为最小处理单位，所述路段为两个相邻交叉口之间的单向道路(201)；每个路段包含至少一个交通数据采集单元(202)，每个交通数据采集单元对应一个交通流数据检测设备；每个路段对应一个交通数据采集管理单元(203)。一个交通数据采集管理单元可以根据城市道路交通现场状况直接管理1～6个路段的交通数据采集单元。交通数据采集管理单元实时接收所属路段中所有交通数据采集单元的上传数据，并将上传数据设定一定的有效时间，对超过有效时间的数据进行删除；同时，在接收到云处理单元的数据请求时向云处理单元发送数据。
交通数据修复的云处理系统的数据流示意图如图3所示。交通数据采集单元实时采集路段的交通数据，并以固定的数据采集周期同时向交通数据采集管理单元与云处理单元发送所采集的交通数据。云处理单元识别采集数据的特征状态，如果存在数据受损或缺失情况，云处理单元向交通数据采集管理单元发送数据修复请求，交通数据采集管理单元在收到云处理单元的请求后向云处理单元发送其所需的稳定数据。
如图4所示，交通数据采集单元采集的交通数据采用固定的16进制数据编码格式，以一个字节作为最小数据传输单位，其中，数据头部数据格式为“EX”，包含开始标识与数据属性信息，其中，“E”表示二进制数据“1110”，“X”为所传输数据长度大小值，图中所传输数据长度为9，所以“X”为9；数据尾部数据格式为“FY”，其中，“F”表示二进制数据“1111”，Y＝～X表示对“X”的二进制值逐位取反所得结果的十六进制值；头部和尾部之间为数据内容部分，包含一个采集时间数据以及若干个交通采集参数数据，数据内容部分以预设的顺序依次存放各个数据，每个数据为不超过200的整数。
交通数据采集单元所发送的数据内容中包含时间数据，该时间数据为经过规则化处理的原始采集时间数据，可以以类似“年-月-日-时-分-秒”的形式依次存放在数据内容部分。对原始采集时间数据进行规则化处理的流程如图5所示，包括以下步骤：
(1.1)启动交通数据采集单元，将启动时间设定为数据采集周期的右规则化时间tRR；
(1.2)进入新的数据采集周期，设定该数据采集周期的左规则化时间为tLR＝tRR；
(1.3)计算该数据采集周期的右规则化时间tRR＝tLR+C0，其中，C0为数据采集周期时间；
(1.4)获取原始采集数据，如果在tRR之前能够正常获取到交通数据，则转入步骤(1.5)，否则，转入步骤(1.2)；
(1.5)计算所采集的原始数据采集时间tRC与左规则化时间之间的时间差tΔC＝tRC-tLR，如果有则将发送数据中的时间数据设定为tLR，否则将时间数据设定为tRR，转入步骤(1.2)开始新的数据采集周期。
交通数据云处理单元包含数据处理模块与协作管理模块，其中，数据处理模块不间断接收实时交通采集数据，将采集数据按照采集时间排序，并根据上传数据的特征将采集数据分为稳定交通数据、受损交通数据与缺失交通数据三类。数据处理模块对云处理单元所属每一个交通数据采集单元的采集数据的处理按该交通数据采集单元的数据采集周期进行的，处理流程如图6所示。
对于云处理单元实时接收的每条采集数据，判断是否为受损数据的方法为：
(2.5.1)如果采集数据中不包含有数据头部，则该数据为严重受损数据；
(2.5.2)如果采集数据中不包含有数据尾部，则该数据为严重受损数据；
(2.5.3)如果采集数据中包含有超过一个数据头部或超过一个数据尾部，则该数据为严重受损数据；
(2.5.4)比较采集数据的数据内容部分的数据长度与数据头部表示的数据长度，如果数据内容部分长度较大，则该数据为严重受损数据；如果数据内容部分长度较小，采用方法(2.5.5)；
(2.5.5)计算采集数据的数据头部与尾部的或值OHT＝0xFX|0xFY，如果有OHT＝0xF0，则分析数据内容部分预设的几个重要交通参数数据是否有效，如果有效，则该数据为稳定数据，否则该数据为严重受损数据。
云处理单元的协作管理模块负责管理所属交通数据采集管理单元，监控所属交通数据采集管理单元的运行状态，并根据交通数据采集管理单元的状态动态调整分配交通数据采集管理单元所管理的交通数据采集单元。在系统设计初期可以根据经验为每个交通数据采集管理单元分配1～3个基本路段与1～3个附加路段，一般情况下交通数据采集管理单元直接管理基本路段上的交通数据采集单元，如果云处理单元的协作管理模块检测到附加路段上的交通数据采集管理单元出现故障或者数据处理负荷较大，就根据具体情况将附加路段分配到相应的运行良好的交通数据采集管理单元，确保云处理区域内交通数据采集管理单元的整体平衡运行。
如图7所示，所述一种交通数据修复的云处理方法实现的云处理系统，包含一个中心管理节点(701)与至少一个云处理节点(702)，图中带箭头的实线表示系统中数据流向。中心管理节点包含一个中心控制单元与一个中心服务单元；每个云处理节点包含一个云处理单元、一个云存储单元与一个云服务单元。
云处理节点中，云存储单元同时存储云处理单元修复处理前与修复处理后的数据，同时按照预定时间定时备份处理数据；云服务单元中设置单元数据服务接口，用于访问云存储单元中存储数据。云处理节点可以使用公共云服务构建，也可以通过自行搭建私有云平台实现。云处理节点的设计可以采用基于项目分期建设的设计，即在分期建设项目中每期建设一个云处理节点，或者采用基于区域划分的设计，即按照城市道路交通特点划分城市区域，为每片区域建设一个云处理节点。
中心管理节点中，中心控制单元实时监控包含交通数据采集单元、交通数据采集管理单元与云处理单元在内的所有设备运行状态。如果系统中存在多个云处理节点，每个云处理节点管理的交通数据采集管理单元为动态变化的，中心控制单元根据云处理节点的运行负荷定时为每个云处理节点中的云处理单元动态分配交通数据采集管理单元，动态分配的方法可以与云处理单元动态调整分配交通数据采集管理单元管理的交通数据采集单元所采用的方法相似。中心服务单元中设置中心数据服务接口，用于配置管理云服务单元的单元数据服务访问接口访问权限，外部服务应用通过调用中心数据服务接口访问各个云处理节点中存储数据。
以上所描述的具体实施例仅仅是对本发明作解释说明，并不能以此来限定本发明的权利范围。实际上本发明的方法可以应用到任意一种基于固定检测器数据采集的城市道路交通管理控制系统中。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (10)
1.一种交通数据修复的云处理方法，其特征在于：所述云处理方法包含数据采集过程与数据处理过程，包括如下步骤：
(1)所述数据采集过程以路段为最小处理单位，所述路段为两个相邻交叉口之间的单向道路，采集每个路段的交通数据；并以固定的数据采集周期C0上传交通数据；
所述交通数据中，数据头部包含开始标识与数据属性信息，数据尾部包含结束标识，头部和尾部之间为数据内容部分；
(2)所述数据处理过程的处理步骤如下：
(2.1)接收路段交通数据；
(2.2)进入新的数据处理周期，查看是否存在数据缺失信号，如果存在，则进入步骤(2.3)，并记录步骤(2.3)处理时间tPi，否则进入步骤(2.4)；
(2.3)清除数据缺失信号，并在时间段内反复发送缺失数据恢复请求，并准备接收回复数据，如果在时间段内能够收到一条回复的稳定数据，则将该稳定数据设置为上一数据处理周期采集数据；如果在时间段内不能收到一条稳定数据，则判断上一周期存在数据缺失，采用数据缺失修复方法对上一周期进行数据修复；
(2.4)等待(C0-tPi)时间并准备接收采集数据，如果在(C0-tPi)时间段内能够接受到采集数据，则进入步骤(2.5)，否则设置一个数据缺失信号，返回步骤(2.2)；
(2.5)判断所接收数据是否受损，如果不存在数据受损或者数据为非严重受损，则判断数据为稳定数据，返回步骤(2.2)；如果存在数据受损，进入步骤(2.6)；
(2.6)发送受损数据恢复请求，如果能够收到一条回复的稳定数据，则将受损数据替换为该稳定数据，否则设置一个数据缺失信号；返回步骤(2.2)。
2.如权利要求1所述的一种交通数据修复的云处理方法，其特征在于：所述步骤(2.5)中，判断是否为受损数据的方法为：
(2.5.1)如果采集数据中不包含有数据头部，则该数据为严重受损数据；
(2.5.2)如果采集数据中不包含有数据尾部，则该数据为严重受损数据；
(2.5.3)如果采集数据中包含有超过一个数据头部或超过一个数据尾部，则该数据为严重受损数据；
(2.5.4)比较采集数据的数据内容部分的数据长度与数据头部表示的数据长度，如果数据内容部分长度较大，则该数据为严重受损数据；如果数据内容部分长度较小，采用方法(2.5.5)；
(2.5.5)计算采集数据的数据头部与尾部的或值OHT＝0xFX|0xFY，如果有OHT＝0xF0，则分析数据内容部分预设的几个重要交通参数数据是否有效，如果有效，则该数据为稳定数据，否则该数据为严重受损数据。
3.如权利要求1或2所述的一种交通数据修复的云处理方法，其特征在于：所述步骤(1)中，数据内容部分中包含时间数据，该时间数据为经过规则化处理的原始采集时间数据，对原始采集时间数据进行规则化处理的步骤为：
(1.1)启动交通数据采集单元，将启动时间设定为数据采集周期的右规则化时间tRR；
(1.2)进入新的数据采集周期，设定该数据采集周期的左规则化时间为tLR＝tRR；
(1.3)计算该数据采集周期的右规则化时间tRR＝tLR+C0，其中，C0为数据采集周期时间；
(1.4)获取原始采集数据，如果在tRR之前能够正常获取到交通数据，则转入步骤(1.5)，否则，转入步骤(1.2)；
(1.5)计算所采集的原始数据采集时间tRC与左规则化时间之间的时间差tΔC＝tRC-tLR，如果有则将发送数据中的时间数据设定为tLR，否则将时间数据设定为tRR，转入步骤(1.2)开始新的数据采集周期。
4.一种如权利要求1述的一种交通数据修复的云处理方法实现的云处理系统，其特征在于：所述云处理系统包括交通数据采集单元、交通数据采集管理单元和云处理单元，其中，
所述交通数据采集单元，用于实时采集该路段的交通数据，并以固定的数据采集周期C0将交通数据上传到云处理单元和交通数据采集管理单元；以路段为最小处理单位，所述路段为两个相邻交叉口之间的单向道路；每个路段包含至少一个交通数据采集单元；每个路段对应一个交通数据采集管理单元，用于管理该路段上的所有交通数据采集单元；若干个路段组成一个云处理区域，该区域包含一个云处理单元，用于进行交通数据实时修复处理并管理区域内所有交通数据采集管理单元。
5.如权利要求4所述的云处理系统，其特征在于：交通数据采集管理单元实时接收所属路段中所有交通数据采集单元的上传数据，并将上传数据设定一定的有效时间，对超过有效时间的数据进行删除；同时，在接收到云处理单元的数据请求时向云处理单元发送数据。
6.如权利要求4或5所述的云处理系统，其特征在于：所述云处理单元包含数据处理模块与协作管理模块，其中，数据处理模块不间断接收实时交通采集数据，将采集数据按照采集时间排序，并根据上传数据的特征将采集数据分为稳定交通数据、受损交通数据与缺失交通数据三类，对不同类型的采集数据采用不同的数据处理方法进行处理；协作管理模块负责管理所属交通数据采集管理单元，并根据所属交通数据采集管理单元的状态动态调整分配交通数据采集管理单元所管理的交通数据采集单元。
7.如权利要求4或5所述的云处理系统，其特征在于：所述交通数据采集单元采集的交通数据中，数据头部包含开始标识与数据属性信息，数据尾部包含结束标识，头部和尾部之间为数据内容部分。
8.如权利要求7所述的云处理系统，其特征在于：所述交通数据采集单元所发送的数据内容中包含时间数据，该时间数据为经过规则化处理的原始采集时间数据。
9.如权利要求4或5所述的云处理系统，其特征在于：所述云处理系统包括中心管理节点与至少一个云处理节点，中心管理节点包含一个中心控制单元与一个中心服务单元；每个云处理节点包含一个云处理单元、一个云存储单元与一个云服务单元。
10.如权利要求9所述云处理系统，其特征在于：所述云存储单元同时存储云处理单元修复处理前与修复处理后的数据，同时按照预定时间定时备份处理数据；云服务单元中设置单元数据服务接口，用于访问云存储单元中存储数据。
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