一种交通对象全息电子档案数据建模方法与流程

本发明涉及一种面向交通大数据平台建设与数据开放服务的交通对象全息电子档案(Full Information Data Archives，FIDA)数据建模方法，通过对城市快速路、地面道路、省际高速公路各等级道路、附属数据采集设备等基础设施设备，交通流原始数据、算法结果与技术指标等数据分析结果的对象化建设，实现对道路天然几何关系、拓扑关系的个体对象创建与元数据属性描述，实现基础数据资源的一致化存储与一体化组织，横跨“智能交通”、“大数据”、“人工智能”与“互联网+”等多个领域。

背景技术：

交通大数据作为大数据的一个重要行业分支受到社会各界的高度重视与普遍认可，伴随近年交通大数据的持续升温，学术界与工程界都对如何通过交通大数据辅助决策、辅助管理、深入研判、流程再造、商业分析及社会服务提出了千差万别、各种各样的要求，这是交通大数据发展的重要社会推动力，也是社会各界对交通数据资源的热切渴求与殷切期盼。从国际到国内，从中央到地方，各级政府部门、行业协会、学术界及产业界持续不断的推动数据开放与数据平台建设，涌现了大批的数据中心、数据交易平台等新兴系统及机构，可谓生机勃勃，前途光明。

按照目前交通大数据系统、平台及交易环境的建设思路与建设模式，依然是按照各个职能部门、各行业条线分别开展，数据系统之间、数据平台之间以及数据中心之间都是相互孤立、相互不兼容的，即便交通流量、行程车速、过车记录等普遍认可的基础概念和原始采集数据资源，均无法在系统级层面实现互联互通，碎片化、孤岛化现象依然普遍。

技术实现要素：

本发明旨在解决当前交通行业各部门、各条线和各系统数据资源无法共用和交互问题，尤其是需要解决在相同道路对象与路网结构下，相同交通流参数、空间上下游、时间上下游与逻辑上下游的跨系统数据辨识与联合分析问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种交通对象全息电子档案数据建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、确认目标交通对象：以城市快速路、地面道路、国省干道、市域高速公路，或城市全等级路网作为全息电子档案建模对象范围，按照点、线、面、体四个空间维度主类，对各类交通实体对象进行标准化分类，交通实体对象为一切与交通数据相关、且能够独立对象化表达的人、物理实体或规则；

步骤2、创建数据原子模型：根据对象分类，创建每个对象类的原子模型成员与成员深度，原子模型成员包括身份标签、元数据、数据地址、外部对象和内部对象，其中：身份标签标记、定义、编码、描述对象的一组唯一概念集；元数据包括静态元数据、动态元数据，从管理、描述、存储、技术、用户定义、用户管理几个方面对对象进行分类说明的一组概念关系、属性、成员、解释、对象关系集合；数据地址：具有时间积累性数据的存储路径地址；外部对象：当前对象外部的同类对象、父类对象、派生对象的对象集合；内部对象：当前对象内部包含的子对象、成员对象的对象集合，为每个数据类定义身份标签；

步骤3、创建元数据最大集：按照对象类别与个体实例化，建立元数据类型与结构层次，按照最大元数据成员集覆盖所有交通对象，交通对象若不具有某项元数据，该值为空；

步骤4、创建数据映射关系：根据每个交通对象接入的原始数据，创建对象与数据的映射关系，对象保存数据文件的数据地址，在大数据系统中持久化保存；

步骤5、创建数据对象连通关系：已创建交通对象，按照道路网络的天然几何关系与拓扑关系创建空间上下游连通性，通过身份标签建立外部对象关系；

步骤6、创建对象继承与成员关系：已创建交通对象，按照点、线、面、体，及路网、设备及数据创建对象继承与成员关系，通过身份标签建立内部对象关系；

步骤7、创建编码及对象组网：依据已创建的对象外部关系、内部关系、数据映射关系、元数据，通过身份标签创建对象编码，并根据原子模型结构成员建立数据对象的网络关系；

步骤8、建立数据对象与大表映射：通过交通大数据系统初始化全息电子档案到大数据系统中，完成与大表数据的物理连通，完成通过全息电子档案中的交通对象的静态特征与动态数据检索，其中动态数据包括由算法生成的交通参数、指标及应用结果。

优选地，在所述步骤8后还包括：

步骤9、全息电子档案更新：对已建交通对象网络中个别对象的增加、删除与修改，针对个体对象新建外部或内部对象连接，删除连接关系或隶属关系，修改对象间关联关系，如对新增道路时，创建新建道路对象身份标签并完成原子模型创建，打断原有相邻道路的连通关系，插入新建道路并完成编码映射，实现局部更新。

本发明从交通行业特有的道路网络环境与数据采集环境入手，通过对关系型数据库、数据仓库等面向单一数据资源组织模式的全面梳理与改造，提出面向对象的数据建模方法，以人、车、路三大交通主体的身份化、对象化、本体化创建为主干，集成整合对象元数据、数据地址、外部对象和内部对象，形成标准对象原子模型，并组网形成数据晶体，支撑交通大数据平台集成环境与数据开放建设。

本发明提出面向对象的交通数据组织方法，相比传统面向关系型业务数据、数据仓库数据组织方法的有益效果在于：

1)对象独立性：本发明提出的交通对象全息电子档案，其基本单元大数据对象具有逻辑独立性，每一个大数据对象都是具有身份标签、元数据、数据地址及对象关系的真实个体，多维度反映路网中道路设施、数据采集设备、发布设备物理与数据特征，不同于传统关系数据表、数据仓库维表与事实表之间的关系碎片和特征缺失。

2)网络完备性：本发明提出的全息电子档案具有完备的路网及附属设施设备表达能力，同时具有基础数据、原始数据、加工数据、结果数据的综合表达能力，经过组网的交通对象实现了对路网上各类交通实体的完备表达。

3)对象持久性：本发明提出的交通对象全息电子档案，其交通对象真实反映道路网中基础设施、设备的真实空间位置、拓扑关系及管理特征，具有很强的持久性，能够实现一次建设，长期使用，对象具有持久性。

4)应用灵活性：本发明提出的交通对象全息电子档案，具备面向各类交通数据检索，交通分析应用、交通数据挖掘的基础配置定制抽取能力，能够服务交通大数据面向各业务方向与业务职能的数据应用，且在应用过程中基础结构不发生改变，具有很强的应用灵活性。

5)修改局部性：本发明提出的交通对象全息电子档案，具有网络结构稳定，更新局部性特征，对任一独立交通对象单元进行新增、修改和删除，不会破坏网络整体的连通性与稳定性，具有局部修改、全网更新特征。

附图说明

图1为交通对象数据原子模型图；

图2为数据原子模型晶格网络图；

图3为元数据成员结构图；

图4为数据地址映射关系网；

图5为对象连通性与外部关联关系图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

本发明的目的是解决既有交通数据系统、交通数据平台的保护性开放、标准化访问、可计量交易问题，通过本发明提出的交通对象全息电子档案数据建模方法，实现对现有交通数据系统原始数据资源的本地化保护与标准化结构重建，实现跨系统间同类对象数据资源相互辨识与联动共用，加强交通大数据深度融合与价值挖掘能力。

本发明提出的一种交通对象全息电子档案数据建模方法，采用面向对象的软件设计思想与理念对道路网络、附属设施、附属设备及数据资源创建大数据对象(Big Data Object，BDO)，按照点、线、面、体四个空间维度主类，对路段、交叉口、分流点、车道、路径、区域路网、立交桥、综合枢纽等各类交通实体对象进行标准化分类、分组，按照身份标签Identity、元数据Metadata、数据地址Data-Address、外部对象Outer-BDO、内部对象Inner-BDO等对象成员与关系创建数据原子模型(Data Atomic Structure Model，DASM)，通过对象存储地址key之间以及与大表数据地址Value之间的映射关系，完成对交通大数据集成环境建设。本发明中采用了如下概念：

全息电子档案(Full Information DataArchives，FIDA)：本发明的核心概念，面向交通大数据平台建设及社会开放服务应用愿景的一种数据建模方法，通过面向对象的类设计，实现对人、车、路等关键交通实体的对象化描述，及相关能够获取数据的附属设备、对象基本属性元数据、算法模型、评价指标、历史痕迹、模糊特征、关联资源等全景画像的一致化存储和一体化表达。

大数据对象(Big Data Object，BDO)：一切与交通数据相关、且能够独立对象化表达的人、物理实体或规则。其中：

数据相关：所有BDO对象都需要与数据相关，包括但不限于采集、存储、记录、吸收、读取等数据行为，且所涉及的数据项有且至少有一项为时间过程相关，如流量、车速、GPS定位等。如不随时间产生数据，只具有静态配置的对象不作为BDO。

独立对象化表达：两层含义，独立是指所有的BDO对象必然是具有边界的个体，不能清晰划分边界的对象，如空气、尾气等不能作为BDO对象出现；对象化是指具有规范结构和类层次关系，具有统一的模版框架。

人或人群：BDO对象的来源之一，以人的个体社会职能、年龄等分类如驾驶员、乘客、步行者、常住人口、流动人口、学生、70岁以上老人等数据源创建的对象，或者以人群活动行为如旅游团等创建的对象；人的对象还包括大数据平台的用户。

物理实体：BDO对象的来源之一，具备采集、生成、读取、存储、转换交通数据及关联数据的设施、设备；设施包括道路对象，如节点、断面、路段、车道、路径、区域路网等设施对象；设备包括固定设备，车载设备，以及人的手持设备，服务器等实体。在数据关联环境中，BDO对象是能够产生、获取、存储、管理数据的物理设备实体及相关设施。

逻辑规则：BDO对象的来源之一，通过数据接口、文件等读入数据Input_Data，并经过一定的内在处理逻辑、方法、流程、关联等处理过程Oper_Data，而生成新的数据并输出Out_Data的逻辑规则对象。这类对象主要面向交通信息化处理的统计、分析、算法、模型等。

结合图2，数据原子模型(Data Atomic Structure Model，DASM)：本发明全息电子档案中各BDO对象的一种通用基础结构，如图1所示每个BDO对象都包括身份标签Identity、元数据Metadata、数据地址Data-Address、外部对象Outer-BDO和内部对象Inner-BDO5大结构成员，各BDO成员按照空间连通关系、逻辑连通关系通过外部BDO对象有机互联，并通过数据地址关联大数据系统中的数据文件。

身份标签Identity：标记、定义、编码、描述BDO对象的一组唯一概念集，所有能够成为BDO对象的类或对象，必须具有且唯一具有一个标签Identity集合。标签包含的成员包括：

名称Name：能够清晰表达BDO对象的汉语词或英文单词组，支持通过语义检索，每个BDO对象有且只有一个官方名字，但却可以有多个别名，如感应线圈，又叫线圈，地感线圈等，BDO对象的Name是一个以官方名字为主，可添加多个别名的列表。Name集合将作为本体成员支持语义网。

编码Code：按照某种编码规则确认的BDO对象唯一标识机器码，是BDO对象存储的唯一身份认证及索引键值。对于外部导入的BDO对象，在生成本地Code的同时，要保留对象与源Key之间的关系，形成<Key，Code>键值对实现编码绑定，编码绑定是本地平台与外源数据的联络规约。

描述文本DesTxt：对BDO对象描述的文本，如解释线圈、车牌或者GPS是什么、做什么用、以及怎么使用等等。DesTxt长度不限(给予最大长度限制)。

结合图3，元数据Metadata：包括静态元数据StaticMeta、动态元数据DymaticMeta，从管理Management、描述Description、存储Memory、技术Technology、用户定义User-defined、用户管理User-Managed、用户过程User-Process几个方面对BDO对象进行分类说明的一组概念关系、属性、成员、解释、对象关系集合。元数据是全面解析和阐述BDO对象本身及BDO之间关系的概念集，包括：

管理类元数据Management：所有与BDO对象相关的管理类属性、对象关系说明；管理类属性包括但不限于：管理单位、部门、人员、法规、准则等。

描述类元数据Description：所有与BDO对象相关的描述类属性、对象关系说明；描述类属性包括但不限于：位置、颜色、形状、类型等。

存储类元数据Memory：所有与BDO对象相关的存储类属性、对象关系说明；存储类属性包括但不限于：存储单位、存储格式、服务器地址等。

技术类元数据Technology：所有与BDO对象相关的技术类属性、对象关系说明；技术类属性包括但不限于：输入、输出、方法、模型、工具、流程等。

使用类元数据Using：所有与BDO对象相关的使用类属性、对象关系说明；使用类属性包括但不限于：使用范围、使用方法、使用人群等。

用户定义元数据User-defined：所有由用户在使用过程中产生用户个性化特征的BDO对象相关特征说明及痕迹记录。

结合图4，数据地址Data-Address：大表数据地址Value-Address、文件数据File-Address、方法地址Method-Address、数据流地址Stream-Address、动态元数据等具有时间积累性数据的存储路径地址，保存在BDO对象指定成员结构下，通过<Key，Value>索引数据值。

结合图5，外部对象Outer-BDO：当前BDO外部(不含自身)的同类对象La-BDO、父类对象Per-BDO、派生对象Pro-BDO等BDO集合，通过Identity彼此索引BDO对象。

内部对象Inner-BDO：当前BDO内部(不含自身)包含的子对象、成员对象等BDO集合，通过Identity彼此索引BDO对象。

基于上述概念，本发明提供的一种交通对象全息电子档案数据建模方法包括以下步骤：

步骤1、确认目标交通BDO对象：以城市快速路、地面道路、国省干道、市域高速公路，或城市全等级路网作为全息电子档案建模对象范围，按点类、线类、面类、体类对交通设施、设备等基础BDO对象进行分类。

步骤2、创建数据原子模型DASM：根据BDO对象分类，创建每个BDO对象类的数据原子模型DASM的成员与成员深度，为每个数据类定义身份标签dentity中唯一描述对象的描述文本DesTxt、名称Name等；

步骤3、创建元数据Metadata最大集：按照BDO对象类别与个体实例化，建立元数据Metadata类型与结构层次，按照最大元数据成员集覆盖所有交通对象，BDO对象若不具有某项元数据，该值可为空；

步骤4、创建数据映射关系：根据每个BDO对象接入的原始数据，创建BDO对象与数据的映射关系，BDO对象保存数据文件的数据地址Data-Address，在大数据系统中持久化保存；

步骤5、创建数据对象连通关系：已创建BDO对象，按照道路网络的天然几何关系与拓扑关系创建空间上下游连通性，通过身份标签Identity建立外部对象Outer-BDO关系；

步骤6、创建BDO对象继承与成员关系：已创建BDO对象，按照点、线、面、体，及路网、设备及数据创建对象继承与成员关系，通过身份标签Identity建立内部对象Inner-BDO关系；

步骤7、创建编码及对象组网：依据已创建的外部对象Outer-BDO关系、内部对象Inner-BDO关系、数据映射关系、元数据Metadata等，通过身份标签Identity创建对象编码，并根据数据原子模型DASM成员建立数据对象的网络关系；

步骤8、建立数据对象与大表映射：通过交通大数据系统初始化全息电子档案到大数据系统中，完成与大表数据的物理连通，完成通过全息电子档案中的交通对象的静态特征与动态数据检索，其中动态数据包括由算法生成的交通参数、指标及应用结果；

步骤9、全息电子档案更新：对已建交通对象网络中个别BDO对象的增加、删除与修改，可针对个体BDO对象新建外部或内部对象连接，删除连接关系或隶属关系，修改BDO对象间关联关系，如对新增道路时，可创建新建道路对象身份标签Identity并完成原子模型创建，打断原有相邻道路的连通关系，插入新建道路并完成编码映射，实现局部更新。