引言

隨著太原經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,機(jī)動(dòng)車(chē)保有量增長(zhǎng)迅猛,道路交通擁堵、交通肇事現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重。為此,太原交警建設(shè)了大量卡口、電子警察、事件監(jiān)測(cè)等交通監(jiān)控設(shè)備,這些設(shè)備24h不間斷捕獲過(guò)車(chē)數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù),產(chǎn)生了海量歷史記錄。在此情況下,如何利用先進(jìn)的技術(shù)手段,對(duì)交通監(jiān)控設(shè)備采集的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘分析成為迫切需要解決的問(wèn)題。

目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)處于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)處理模式架構(gòu)體系,無(wú)法對(duì)城市道路交通整體狀況、出行規(guī)律進(jìn)行大粒度、長(zhǎng)周期的數(shù)據(jù)分析,同時(shí)現(xiàn)有系統(tǒng)在對(duì)具有邏輯關(guān)聯(lián)的海量多源異構(gòu)數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)效率方面存在不足,不能滿足持續(xù)增長(zhǎng)的交管數(shù)據(jù)規(guī)模以及對(duì)數(shù)據(jù)深度挖掘、數(shù)據(jù)碰撞和應(yīng)用的需求。面對(duì)海量信息洪流以及對(duì)數(shù)據(jù)深度挖掘迫切需求,采用大數(shù)據(jù)技術(shù)解決數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用問(wèn)題已是迫在眉睫。

1關(guān)鍵性技術(shù)研究

1.1結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化相結(jié)合數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)分析

卡口數(shù)據(jù)是典型的結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化相結(jié)合的數(shù)據(jù)。其中過(guò)車(chē)記錄是結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù),過(guò)車(chē)圖片是非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。兩類數(shù)據(jù)不僅需要實(shí)時(shí)存儲(chǔ),還需要進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。

根據(jù)KUDU+HBASsMoB存儲(chǔ)特性可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題。KUDU+HBASsMoB解決方案如圖1所示。

接收程序把數(shù)據(jù)(例如卡口過(guò)車(chē)記錄)寫(xiě)到KUDU,Impala/Spark可以實(shí)時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢分析。過(guò)車(chē)圖片按HBASs的大對(duì)象存儲(chǔ)(MoB）格式進(jìn)行存儲(chǔ)。該格式特別適合存儲(chǔ)單個(gè)數(shù)十千至數(shù)十兆的非結(jié)構(gòu)化文檔,即使對(duì)于十億級(jí)別的MoB文檔數(shù)據(jù)表仍能做到毫秒級(jí)增刪改查操作,同時(shí)支持所有HBASs原生特性,與上層HBASs應(yīng)用100%兼容。

1.2前后端多環(huán)節(jié)多網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下如何保障數(shù)據(jù)不丟不重

以最復(fù)雜的核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),卡口數(shù)據(jù)的傳輸為例進(jìn)行說(shuō)明,卡口數(shù)據(jù)從卡口客戶端傳輸?shù)酱髷?shù)據(jù)平臺(tái)中的KUDU和HBASs存儲(chǔ)需要經(jīng)過(guò)4個(gè)環(huán)節(jié):

(1）從卡口客戶端傳輸過(guò)車(chē)記錄和過(guò)車(chē)圖片到卡口高效接入與轉(zhuǎn)發(fā)程序:

(2）卡口高效接入與轉(zhuǎn)發(fā)程序傳輸過(guò)車(chē)記錄和過(guò)車(chē)圖片到消息服務(wù)器kafka:

(3）消息服務(wù)器kafka傳輸過(guò)車(chē)記錄到分布式關(guān)系型存儲(chǔ)KUDU:

(4)消息服務(wù)器kafka傳輸過(guò)車(chē)圖片到分布式列式存儲(chǔ)HBASs。

由于網(wǎng)絡(luò)中斷、程序異常在上述1到4的任何一個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)存在數(shù)據(jù)丟失的可能。而卡口數(shù)據(jù)在業(yè)務(wù)上要求不能丟失和重復(fù),因此該問(wèn)題成為一個(gè)關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題。

通過(guò)引入多級(jí)緩存和各環(huán)節(jié)之間確認(rèn)機(jī)制,保障數(shù)據(jù)不丟不重的解決方案如圖2所示。

(1）首先對(duì)每類數(shù)據(jù)的每個(gè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生唯一的數(shù)據(jù)指紋作為冪等性確認(rèn)的唯一標(biāo)識(shí)。該標(biāo)識(shí)符根據(jù)毫秒級(jí)時(shí)間戳加數(shù)據(jù)特征碼自動(dòng)生成,在傳輸過(guò)程中一直保持不變,作為數(shù)據(jù)唯一性確認(rèn)的標(biāo)識(shí)。(2）傳輸中間環(huán)境基于內(nèi)存處理,同時(shí)以文件系統(tǒng)做內(nèi)容緩存,防止數(shù)據(jù)丟失。在卡口高效接入與轉(zhuǎn)發(fā)程序與kafka這兩個(gè)中間環(huán)境,數(shù)據(jù)內(nèi)存留一份,同時(shí)文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)緩存一份。緩存直到數(shù)據(jù)確認(rèn)收到后才會(huì)刪除。(3）4個(gè)環(huán)節(jié)每個(gè)環(huán)節(jié)之間進(jìn)行確認(rèn)。1）從卡口客戶端到卡口高效接入與轉(zhuǎn)發(fā)程序之間做雙向確認(rèn),只有卡口高效接入與轉(zhuǎn)發(fā)程序確認(rèn)收到數(shù)據(jù)后卡口客戶端才會(huì)刪除數(shù)據(jù),否則會(huì)保留數(shù)據(jù),繼續(xù)重發(fā)。2）卡口高效接入與轉(zhuǎn)發(fā)程序到消息服務(wù)器kafka之間做雙向確認(rèn),只有kafka確認(rèn)收到數(shù)據(jù)后,卡口高效接入與轉(zhuǎn)發(fā)程序才會(huì)刪除數(shù)據(jù)否則會(huì)保留數(shù)據(jù),繼續(xù)重發(fā)。3）消息服務(wù)器kafka傳輸過(guò)車(chē)記錄到分布式關(guān)系型存儲(chǔ)KUDU,傳輸過(guò)車(chē)圖片到分布式列式存儲(chǔ)HBASEkafka會(huì)與KUDU和HBASE之間做雙向確認(rèn),只有KUDU和HBASE確認(rèn)都收到數(shù)據(jù)后kafka才會(huì)刪除數(shù)據(jù)否則會(huì)保留數(shù)據(jù),繼續(xù)重發(fā)。

通過(guò)上述機(jī)制,可以保證整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程數(shù)據(jù)不丟、不重。

2基于Hadoop的大數(shù)據(jù)中間件平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

大數(shù)據(jù)平臺(tái)由分布式資源管理框架實(shí)時(shí)調(diào)度資源、管理計(jì)算分析集群,為各個(gè)租戶以及各個(gè)應(yīng)用提供資源調(diào)度管理以及高效的分析挖掘能力。

2.1數(shù)據(jù)采集

主要完成數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集和處理。針對(duì)多樣化數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和清洗兼容各類數(shù)據(jù)源（結(jié)構(gòu)化/半結(jié)構(gòu)化/非結(jié)構(gòu)化）、接口方式（FTP/數(shù)據(jù)庫(kù)/消息隊(duì)列）和采集頻率（批量/流式）的需求可對(duì)數(shù)據(jù)采集頻率、處理流程做配置化管理。

2.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)當(dāng)按照數(shù)據(jù)的顆粒細(xì)度以及數(shù)據(jù)分析應(yīng)用的不同需要,將數(shù)據(jù)分為ODS層、輕度匯總、中度匯總層、高度匯總層。ODS和輕度匯總層放置于HDFS中需要檢索查詢的明細(xì)記錄存儲(chǔ)在HBASE中,經(jīng)過(guò)HIVE處理后的匯總數(shù)據(jù)可通過(guò)Sqoop寫(xiě)入外部數(shù)據(jù)庫(kù)或者通過(guò)Impala提供相應(yīng)的實(shí)時(shí)查詢。2.3數(shù)據(jù)處理組件

數(shù)據(jù)處理提供不同層面的大數(shù)據(jù)并行處理能力充分利用x86框架廉價(jià)的計(jì)算和存儲(chǔ)能力實(shí)現(xiàn)分布式計(jì)算和存儲(chǔ)管控,并向上提供各類分析、查詢、處理能力。

2.4系統(tǒng)管理

實(shí)現(xiàn)整體體系的系統(tǒng)安全、系統(tǒng)任務(wù)、系統(tǒng)權(quán)限等管理功能,同時(shí)結(jié)合LDAP與Kerberos提供完備的權(quán)限管理控制。

3海量大數(shù)據(jù)分析研判平臺(tái)框架設(shè)計(jì)

海量大數(shù)據(jù)分析研判平臺(tái)框架設(shè)計(jì)如圖3所示。

3.1數(shù)據(jù)源

從對(duì)接系統(tǒng)中接入如下數(shù)據(jù):（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。車(chē)輛監(jiān)管清單、卡口點(diǎn)位表、道路信息表、城區(qū)信息表和街道信息表。（2）業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)?？跀?shù)據(jù)、百度路況數(shù)據(jù)和l22事故數(shù)據(jù)。

3.2大數(shù)據(jù)硬件

支持大數(shù)據(jù)中間件和應(yīng)用軟件運(yùn)行的硬件環(huán)境,包括PC服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和存儲(chǔ)。

3.3大數(shù)據(jù)中間件

在大數(shù)據(jù)硬件環(huán)境上部署Hadoop大數(shù)據(jù)中間件軟件為應(yīng)用提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析支撐。

3.4數(shù)據(jù)接入層

支持多協(xié)議、多路由適配,接入各類數(shù)據(jù)源,并發(fā)送到統(tǒng)一的消息服務(wù)器kafka中,為后續(xù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析應(yīng)用提供數(shù)據(jù)。接入內(nèi)容包括車(chē)輛監(jiān)管清單、卡口點(diǎn)位表、道路信息表、城區(qū)信息表、街道信息表、卡口數(shù)據(jù)、百度路況和122事故數(shù)據(jù)等。

3.5數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層

實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的海量和高效存儲(chǔ)提供對(duì)外數(shù)據(jù)服務(wù)其中過(guò)車(chē)記錄存儲(chǔ)至KUDU,過(guò)車(chē)圖片存儲(chǔ)至HBASE,滿足高效寫(xiě)入、檢索、讀取需求。

3.6數(shù)據(jù)分析層

實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的深度挖掘和圖像二次識(shí)別分析支撐,提供流式分析平臺(tái),實(shí)現(xiàn)即時(shí)、實(shí)時(shí)和離線分析,并可以通過(guò)數(shù)據(jù)湖對(duì)所有異構(gòu)數(shù)據(jù)源的統(tǒng)一訪問(wèn)和處理。

3.7服務(wù)層

提供數(shù)據(jù)虛擬引擎,支持對(duì)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)（oracle/hbase/kudu/es/mysql/mongodb/hdfs等）的統(tǒng)一管理和數(shù)據(jù)接口提供。該引擎為服務(wù)層的數(shù)據(jù)服務(wù)和大數(shù)據(jù)交互式查詢提供統(tǒng)一數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計(jì)支持。其中數(shù)據(jù)服務(wù)包括卡口數(shù)據(jù)服務(wù)、過(guò)車(chē)圖片數(shù)據(jù)服務(wù)、貨車(chē)闖禁行數(shù)據(jù)服務(wù)、不系安全帶數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)、開(kāi)車(chē)打手機(jī)數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)、黃標(biāo)車(chē)違法數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)和單雙號(hào)限行數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù):大數(shù)據(jù)交互式查詢包括HDFS訪問(wèn)、HIVE查詢和其他支持。

3.8應(yīng)用展示層

實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)應(yīng)用和可視化展示,包括大數(shù)據(jù)流式計(jì)算分析結(jié)果展示（車(chē)輛、路況、流量、OD和違法）和綜合信息大屏展示。

3.9管理層

實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)管理功能支撐,包括系統(tǒng)管理、系統(tǒng)對(duì)接、監(jiān)控和配置。

3.10用戶終端

使用PC終端和展示大屏。

4結(jié)語(yǔ)

本文在太原市現(xiàn)有數(shù)據(jù)挖掘的基礎(chǔ)上,提出搭建Hadoop大數(shù)據(jù)中間件平臺(tái),并在此基礎(chǔ)上對(duì)卡口、百度路況等海量數(shù)據(jù)進(jìn)行了實(shí)時(shí)高效接入、分布式存儲(chǔ)、多維度挖掘分析和可視化直觀展示,滿足持續(xù)增長(zhǎng)的交管數(shù)據(jù)規(guī)模以及對(duì)數(shù)據(jù)深度挖掘、數(shù)據(jù)碰撞和應(yīng)用的需求最終實(shí)現(xiàn)資源集成、數(shù)據(jù)集成、業(yè)務(wù)集成、控制集成和展現(xiàn)集成。