（交通运输工程专业论文）江苏省苏南高速公路联网收费通行费多路径拆分方案研究.pdf

东南大学学位论文独创性声明 酶一 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：蔓耋垒 e l期：型尘、c _ ! 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：熏至兰导师签名：继睹期： 摘要 摘要 随着各省市高速公路路网的不断扩大，特别是路网中出现环网后，车辆到达同样的目 的地可选择路径也增多，即一对出入口o d 之间将存在两条或多条路径，因此各省市建设 联网收费系统都面临一个共同的问题，即如何识别车辆实际行驶路径，从而解决多路径通 行费拆分问题。在联网收费环境下，尤其是在投资主体多元化的路网环境中，通行费的合 理分配直接影响到高速公路投资者、管理者的利益，也涉及到道路使用者的利益。因此， 进行高速公路多路径通行费拆分研究成为当前高速公路联网收费急需解决的事情。 在这种背景下，本文对实际调查法进行了研究，重点研究调查数据的处理分析，并给 出相应的理论支持，为联网收费中心制定收费政策及解决通行费拆帐提供依据。 首先，对高速公路路径识别各种技术方法作了比较分析，在此基础上，建议对苏南高 速公路路径识别采用“最短路径法为主，辅以实际调查法解决竞争性较强点对的拆分问题 的措施。 其次，提出了“小环相对值，大环绝对值 的合理多路径界定原则，满足此条件下的 路径具有竞争性。以苏南高速公路为例，应用多路径划分标准确定了合理多路径点对。 然后，研究采用实际调查法来解决高速公路路网多路径识别问题，并引用江苏省苏南 高速公路路网具体实例，拟定了苏南路网按最短路径一次拆分，按调查多路径拆分比例进 行通行费二次拆分的路网模糊拆分模式。 最后，首先确定了通行费计算方法的计算原则，然后利用实际调查法得到的比例对最 短路径通行费进行二次拆分并针对南京站到太仓主线站检测流量给出应用实例。建议联网 收费多路径通行费拆分的处理方案按照车道拆分和中, l , - - 次拆分相互补充的模式进行处 理。 关键词：高速公路网；联网收费；多路径识别：合理路径；实际调查法 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ee x p r e s s w a yn e t w o r kc o n t i n u ee x p a n di np r o v i n c e s ，t h ep a t h sf o rv e h i c l e sc h o o s et o r e a c ht h es a m ed e s t i n a t i o ni n c r e a s ee s p e c i a l l ya f t e rr i n gn e t w o r ke m e r g e di nr o a dn e t w o r k , t h e r e a l et w oo rm o r ep a t h sb e t w e e nap a i ro fi m p o r ta n de x p o r to fo d t h e r e f o r e ，t h en e t w o r k e d t o l l 。c o l l e c t i o ns y s t e m si np r o v i n c e sa n dc i t i e sa l ef a c i n gt h es a m ep r o b l e m ，i ti sh o wt oi d e n t i f y t h ev e h i c l e s a c t u a lt r a v e lp a t h , s oa st os o l v et h ed i v i d i n gf o rt o l l c o l l e c t i o no fm u l t i r o u t e s p r o b l e m i nn e t w o r k e dt o l l c o l l e c t i o ne n v i r o n m e n t ，e s p e c i a l l yi nr o a dn e t w o r ke n v i r o n m e n tw i t h t h ed i v e r s i t yi n v e s t m e n t s ，t h er a t i o n a la l l o c a t i o no ft o l l sd i r e c t i m p a c to nt h ei n t e r e s t so f i n v e s t o r s ，m a n a g e r sa n dr o a du s e r s t h e r e f o r e ，r e s e a r c ho nd i v i d i n gf o rn e t w o r k e dt o l l c o l l e c t i o n o fm u l t i r o u t e s e x p r e s s w a yb e c o m et h et h i n g s n e e d e dt os o l v e u r g e n t l y i nn e t w o r k e d t o l l - c o l l e c t i o no f e x p r e s s w a y u n d e rt h i sb a c k g r o u n d ，a c t u a l s u r v e ym e t h o d sw e r es t u d i e ds y s t e m a t i c a l l yb a s e do n t h e o r e t i c a la n a l y s i s f o c u s i n go nt h ep r o c e s s i n ga n da n a l y s i so fs u r v e yd a t a ，a n di t g i v e s t h e o r e t i c a lb a s i sf o re x p r e s s w a yn e t w o r kt o l lc e n t e rt oe s t a b l i s ht o l lp o l i c e sa n dt od i v i d et o l l f i r s t l y ，ac o m p a r a t i v ea n a l y s i si sg i v e nf o rt h ev a r i o u st e c h n i c a lm e a n so fr o u t e sr e c o g n i t i o n o ft h ee x p r e s s w a y , o nt h i sb a s i s ，i tp r o p o s e du s e ”t h es h o r t e s tp a t hm e t h o d b a s e d ，s u p p l e m e n t e d b y a l la c t u a ls u r v e ym e t h o d ”t od e a lw i t hm u l t i - r o u t e sr e c o g n i t i o no f e x p r e s s w a y s e c o n d l y , ar e a s o n a b l ed e f i n i t i o np r i n c i p l eo fm u l t i - r o u t e si sp r o p o s e da s “s m a l lr i n g r e l a t i v ev a l u e ，l a r g er i n ga b s o l u t ev a l u e ，t h er o u t et h a tm e e t t i n gt h i sc o n d i t i o ni sc o m p e t i t v e t h er e a s o n a b l em u l t i - r o u t e so ft h es o u t h e r ne x p r e s s w a yn e t w o r ki nj i a n g s up r o v i n c ei sf o u n db y t h ea b o v e p r i n c i p l e t h e n ，t h eu s eo ft h ea c t u a ls u r v e ym e t h o d si ss t u d i e dt os o l v et h em u l t i r o u t e sr e c o g n i t i o n p r o b l e m si ne x p r e s s w a y ，a n dg e tt h er o u t er a t i oo ft h es o u t h e r ne x p r e s s w a yn e t w o r ki nj i a n g s u p r o v i n c eb y u s i n ga c t u a ls u r v e ym e t h o d s f i n a l l y ，t h ec a l c u l a t i o nm e t h o do fm u l t i - r o u t e st o l lp r i n c i p l ei sg i v e n ，t h e nu s i n gt h es u r v e y d a t ab e t w e e nt h en a n j i n gs t a t i o na n dt a i c a n gm a i n l i n es t a t i o nt oc a l c u l a t e t o l l ，a p p l i c a t i o n e x a m p l e sa r eg i v e n t h et r e a t m e n to p t i o n so fm u l t i - r o u t e st o l la l l o c a t i o na r op r o c e s s e da c c o r d i n g t h ec o m p l e m e n t a r yp a t t e mb e t w e e nt h el a n e ss p l i ta n dn e t w o r kt o l lc e n t e rs e c o n d s p l i t k e yw o r d s ：e x p r e s s w a yn e t w o r k ；n e t w o r k e dt o l lc o l l e c t i o n ；m u l t i r o u t e sr e c o g n i t i o n ； r e a s o n a b l er o u t e s ；a c t u a ls u r v e ym e t h o d s i i 目录 摘要 a b s t r a c t 目录 目录 第一章绪论 一i i i i u l 1 1 研究背景l 1 2 国内外研究现状2 1 2 1 国外研究现状“2 1 2 2 国内研究现状”3 1 3 研究目的4 1 4 研究内容和技术路线4 第二章路径识别技术的比较分析 6 2 1 路径识别基本原理”6 2 1 1 精确识别m “6 2 1 2 概率识别”6 2 2 路径识别基本技术方法6 2 2 1 标识站法6 2 2 2 车牌照识别法”7 2 2 3 出r 】入口确认法8 2 2 4 车辆分型统计法”8 2 2 5 最短路径法“8 2 2 6 布瑞尔交通分配法”9 2 2 7 协商法9 2 2 8 标签识别法。1 0 2 2 9r f i d 射频标识法l0 2 2 1 0 移动定位法”1 0 2 2 1 1 车载设备定位跟踪法1 0 2 3 各种路径识别方法的比较分析1 l 2 3 1 各种路径识别方法的适用性分析一1 l 2 3 2 各种路径识别方法的比较分析1 4 2 4 路径识别技术方法建议1 4 2 6 本章小结1 5 第三章合理多路径的确定方法与划分标准 1 6 3 1 概述”1 6 3 2 合理多路径界定的原则1 6 3 3 合理多路径的影响因素1 7 3 3 1 调金内容1 7 3 3 2 调查结果1 8 3 3 3 调查结果分析1 9 3 4 里程表达形式的选择2 0 3 4 1 采用绝对里程差作为划分标准2 0 3 4 2 采用相对里程差作为划分标准2 l 3 5 调查结论2 2 3 6 苏南高速公路合理多路径的确定2 3 m 目录 3 6 1 苏南高速公路路网现状分析2 3 3 6 2 确定合理多路径2 6 3 7 本章小结3 0 第四章实际调查法拆分方法研究 3 1 4 1 概述“3 l 4 2 调杳方案3 l 4 2 1 调查内容3 l 4 2 2 调查过程3 3 4 3 调查数据初理方式。3 3 4 3 1 数据编码3 3 4 3 2 编码方法3 6 4 3 - 3 编码注意事项3 8 4 3 4 特殊情况处理3 8 4 3 5 编码示例3 9 4 3 6 编码表3 9 4 4 编码衷信息录入及处理4 0 4 4 1 信息录入4 0 4 4 2 样本数据转化的过程4 0 4 4 3 转化结果4 2 4 5 样本抽样与误差控制4 2 4 5 1 抽样检验方法4 3 4 5 2 误差控制4 4 4 5 3 抽样调查可信度分析4 5 4 5 4 抽样调查误差分析4 5 4 6 调金结果4 6 4 7 多路径比例拆分调查结果举例4 7 4 8 本章小结4 8 第五章多路径通行费拆分研究 ”“4 9 5 1 概述“4 9 5 2 多路径通行费计算方法4 9 5 3 多路径通行费拆分的处理模式5 2 5 3 1 车道拆分模式5 2 5 3 2 中心拆分模式5 3 5 3 3 车道拆分和中心二次拆分相互补充5 3 5 4 通行费拆分计算步骤5 4 5 5 应用举例5 5 5 6 本章小结5 9 第六章研究结论与展望 6 1 论文主要研究成果“6 0 6 2 存在问题6 0 6 3 进一步研究设想6 0 致谢“ 参考文献 攻读硕士学位期间发表的论文 6 2 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 高速公路路网纵横交错，四通八达，给公路运输提供了便捷的路径选择，有利于分散 交通量，缓解交通压力，但同时也给交通管理者带来很多困难，其中最突出的就是路径识 别问题。因为联网收费出口收费的基础信息是车辆行驶路径、车型和费率。如果车辆行驶 路径不能唯一确定，通行费就不能确定，拆帐就不能进行。通行费的拆分直接关系到各条 高速公路的合法利益，是联网收费的关键。 随着高速公路建设的飞速发展，高速公路里程数不断增加，路段管理机构也随之增长。 为了打破高速公路分割式管理的弊端，提高高速公路的管理水平和使用效率，实现高速公 路网络化管理和信息化管理的目标，交通部于2 0 0 0 年1 0 月1 日发布了高速公路联网收 费暂行技术要求。该技术要求明确规定“高速公路应首先实现省内联网收费，逐步实现 省际间的联网收费，为全国联网收费电子货币化做好基础工作 。 目前各省市基本上建成了大小、规模不等的高速公路联网收费系统，在联网收费系统 建设中，都面临着一个共同的问题车辆行驶路径的识别。高速公路路径识别技术是目 前国内各省市开展高速公路联网收费建设都十分关注的课题。在联网收费环境下，尤其是 在投资主体多元化的路网环境下【1 1 ，路径识别不仅仅涉及对每一通行车辆如何计算通行费 的问题，同时还要考虑将收入的通行费公平拆分给哪个收费单位的问题，而不同路径识别 技术的应用直接影响到投资者、管理者的利益，也涉及到道路使用者的利益，因此，路径 识别技术的精度、可操作性、适应性、以及投资效益是否满足收费管理的要求就显得格外 重要。在交通部关于高速公路联网收费技术暂行规定中的第三十三条指出：“各省( 自 治区、直辖市) 在选择高速公路互通立交型式时，应避免路径的二义性。” 江苏省苏南高速公路网是江苏省公路运输网络的重要组成部分，对江苏省国民经济发 展具有举足轻重的作用。近几年来，随着苏南地区经济的飞速发展，道路交通流量的快速 增长，高速公路里程数也在不断增加，并逐渐形成了网络。苏南路网在2 0 0 4 年形成了由沪 宁高速、苏嘉杭高速、苏州绕城高速西南段组成的环路。2 0 0 5 年11 月8 日苏州绕城高速 公路的全线开通并网收费，给江苏省苏南高速公路路网中增加了更多的环路。2 0 0 7 年到 东南大学硕士学位论文 2 0 0 9 年之间江苏省苏南路网陆续开通了宁常高速、镇溧高速、苏锡高速、常昆高速等，每 一条高速公路的开通都给江苏苏南路网带来了新的环路，并将苏南路网的收费站密度成倍 提高，车辆在路网中行驶可选择路径的概率也大幅度提高，这给高速公路联网收费多路径 拆分带来了更加复杂的环境。根据江苏省苏南高速公路路径识别技术研究总报告【2 】研究结 果，在多路径路段上发生的交通量占总交通量的3 3 0 ，由多路径产生的费用占路网总通行 费用的3 ，达7 2 0 万元年。随着路网的不断扩大，不确定路径的通行费用将越来越多。 如此多的通行费不能明确其实际归属业主，必然会对联网收费的正常开展产生不利影响。 由于苏南路网内环网情况的复杂性，而今采用的最短路径拆分法是否能够满足新路网 发展的需求? 为了对现有路网环境下的通行费收入进行合理、准确的拆分，研究更合理的 多路径拆分方案已经变成一个急需解决的问题。 1 2 国内外研究现状 目前，在各个区域联网收费系统中，对于收费路径的确认大部分采用最短路径法，此 种方法简单明确，一方面对于路网中未形成环路的高速公路网，其路径不须识别，通过出 口入口信息可简单判断出车辆的实际行驶路径；另一方面，在联网收费发展的初期，对于 路网存在环路但是并不太复杂的路网结构中，根据驾驶员路径选择特性分析，一般道路使 用者根据路径的长短选择最短的路径也是符合实际的，因此最短路径是非常适用的。 随着联网收费路段的扩大，路网结构趋向复杂，在路网内某一两个路段中可能会出现 竞争性较强的路段，而使用最短路径法确认车辆的实际行驶路径显然有失公平合理性。在 这些路段的业主迫切希望能够通过其他识别方法解决这一问题。 1 2 1 国外研究现状 国外高速公路实行收费的规模不大，他们的研究主要集中在电子不停车收费系统上， 或者是更为智能的如德国研制的结合全球定位系统( g p s ) 的收费系统上，就有关高速公 路路径识别方面开展的研究很少。 日本在2 0 0 1 年3 月开始实施不停车收费，目前日本高速公路8 0 的出入口都实现了 e t c 化，而且越来越多的汽车安装了e t c 系统。德国对车辆收取的通行费一直包含在燃油 费和养路费中，随着欧盟各国间的卡车往来增加，从1 9 9 5 年1 月起，德国对1 2 吨以上的 大型卡车实行收引3 训，收费方式没有采用传统的关卡式收费站，而是采用卫星定位和移动 第一章绪论 通讯技术相结合的收费系统，依靠安装在卡车上的接收机精确计算出车辆行驶里程。接受 机含有g p s 导航信号机和一个移动通讯终端，一旦卡车启动，接收机会自动记录行驶里程， 相当于已经识别出了车辆行驶路径。2 0 0 3 年8 月，德国完全实现了e t c 收费。e t c 系统 的运营由民间企业负责，但收入归国库。 1 2 2 国内研究现状 据调查，国内最早出现路径识别问题并应用硬件手段加以解决的是在江苏省的沪宁高 速公路【2 】，但其目的是为了解决服务区掉头的问题，还没有涉及到大区域的路径识别问题。 浙江省在实施联网收费系统建设时，对以下方法进行了比较分析，包括最短路径法、 动态交通分配法、计划性协商法、实时性协商法、标识站法。 目前高速公路路径识别的主要技术方法有标识站法、车牌照识别法、最短路径法、布 瑞尔交通分配法、出口确认法、路网平衡法、最大概率法、协商法、抽样调查法等等。 江苏、天津、江西等省市已经实施的几个路径识别案例具有一定代表性： ( 1 ) 江苏：采用最短路径法 江苏高速公路路网的投资方不是一个主体，但是，为了确保各业主的经济利益，进而 实现高速公路的可持续发展，经路网成员单位充分协商和专家论证，决定采用最短路径法 来解决多路径问题。采用最短路径法拆分通行费，不需要额外的设备投入，是最经济的方 法。但是，交通流运行状况受到诸如恶劣天气、道路维修、交通管制等因素的影响，这些 因素已经影响到高速公路消费者对多条竞争性路径的选择，因而最短路径法不能绝对真实 的反映车辆实际行驶路径。 ( 2 ) 天津：采用精确识别与概率识别相结合的方法 该方式主要在最短路径收费的基础上，通过数据整理建立各种争议路径车流分配比例 模型，实现概率拆分，并利用在收费站和主线站的适当位置安装的车牌识别装置收集车辆 信息，补充完善该数学模型，并实现动态调整，尽量提高模糊拆分的精确性。 ( 3 ) 江西：采用车牌识别方案 江西省【5 】内高速公路路网的所有收费车道均已配置了车牌自动识别系统，在路网内关 键点增加设置车牌照抓拍系统，摄取通过车辆的牌照。关键点设在二义性路径出入口之间 的长路径断面上，断面上设立门架，门架上安装车牌识别设备，车牌照识别摄像机按车道 布设。由2 3 个标识点信息的组合即可判断车辆实际行驶路径。 东南大学硕士学位论文 ( 4 ) 浙江：采用基于射频技术的r f i d 精确识别方案 浙江省由于车流量大，多路径比例高，通行费拆分压力大，模糊拆分已无法满足高速 公路管理要求。全路网【6 】逐步将旧的i c 卡更换为r f i d 通行卡，该卡将非接触i c 卡与r f i d 通信芯片集成在一张卡上。系统主要由复合通行卡( o b u ) 、复合读写设备( o d u ) 和路 侧标识系统( r s u ) 三部分核心设备系统组成，在高速公路二义性路径上设置路侧标识系 统，能够通过无线方式对通过的复合通行卡写入标识信息，复合读写器能够读出复合通行 卡内的路径标识信息和车辆信息，实现车辆收费和路径识别。 ( 5 ) 安徽省：采用无源电子标签的标识站方式 安徽省通过让车辆在携带通行卡等常用通行凭证的同时，再携带一个作为本车辆特征 的标签，在经过二义性路径关键点时对标签进行认证记录，结合车辆出、入口通行信息， 完成对车辆行驶路径的精确识别。 由于我国高速公路联网收费相关技术研究还不是很深入，路径识别技术的研究也只是 刚刚开始，作为依附于高速公路联网收费的一门新技术必然会随着联网技术的进步而不断 完善，特别是当前提倡的电子不停车收费技术不断成熟完善的情况下，对车辆行驶路径的 精确识别必然会在现实和经济都允许的前提下得以实现。 1 3 研究目的 本文研究的目的在于探索合理收取车辆通行费以及在各高速公路公司之间公平拆分收 费金额的有效方法，并给出理论支持。为公平拆分通行费提供科学方法和依据，促进联网 收费的快速、健康发展，确保联网收费的“公平、公正、合理 性。 通过对不同的路径识别技术进行比较研究，具体结合江苏省苏南高速公路网，选择最 符合苏南高速公路收费特点的路径识别技术方案，并对相应的配套管理系统、措施提出建 议，为苏南高速公路乃至江苏省高速公路的建设和运营管理提供指导。 1 4 研究内容和技术路线 本文研究的主要内容包括： ( 1 ) 分析高速公路路径识别问题研究的必要性，介绍国内外相关研究现状，说明本文 的研究目的。 ( 2 ) 论述高速公路路径识别的各种技术方法，并比较分析各种识别技术的差异性、可 第一章绪论 操作性和适应性。 ( 3 ) 提出合理多路径的界定原则和方法。 ( 4 ) 为解决高速公路路径识别问题，重点研究实际调查法解决方案。 ( 5 ) 对江苏省苏南高速公路路径识别问题进行研究，将实际调查法应用其中。 ( 6 ) 对本文工作进行总结，并指出有待进一步研究的问题。 本研究论文的技术路线如图1 1 所示： 图1 - 1 本文的技术路线 上述技术路线可表述为高速公路路径识别问题研究初衷高速公路路径识别技术研 究确定合理多路径_ 将实际调查法的结果应用于合理多路径通行费拆分结论。 东南大学硕士学位论文 第二章路径识别技术的比较分析 2 1 路径识别基本原理 高速公路网中的多路径识别，从基本思路看，可以分为精确识别和概率识别两类【4 】。 概率识别有广义的概率识别和狭义的概率识别之分。广义的概率识别一般意义上指除了精 确识别以外的识别方法，包含狭义的概率识别和其他非精确识别方法。狭义的概率识别是 指以交通均衡或非均衡理论为基础，建立各种理论模型和算法，分析计算特定高速公路网 络的通行车辆交通分布与分配规律，从而确定路网中整体出行交通的行驶路径或单车的可 能行驶路径。 2 1 1 精确识别 精确识别的基本思路是识别出路网中每一车辆的实际行驶路径，避免路网中出现行驶 路径的歧义，从而解决路网中多路径问题。目前理论上可用的技术手段方法，主要有土建 方法、标识站法、车牌识别法、标签识别法、移动定位法、车载设备定位跟踪法等。 2 1 2 概率识别 概率识别的基本思路是将车辆通行费的征收与拆分看作是两个分离的过程，可以通过 解决两个单独的问题来解决多路径通行费问题：一是多路径通行费的征收问题，另一个是 多路径通行费的拆分。其主要目标是解决路网内由于多路径而产生的通行费在各高速公路 公司之间的分配问题。目前概率识别的方法主要包括最短路径法、车辆分型统计法、协商 调查法、布瑞尔交通分配法等。 2 2 路径识别基本技术方法 2 2 1 标识站法 停车式：在需要设置标识站的地方设置几条带有收费岛的车道，前方设标志说明，收 费车道上安装非接触式i c 卡读写设备。司机通过此路段时，将i c 卡在读写天线的规定距 第二章路径识别技术的比较分析 离内划过，自动栏杆开启、车辆通行，并记录该标识站信息。标识站还需要设置摄像机( 对 冲卡车辆进行抓拍) 、雾灯等安全设施。该标识站的设立实际上相当于主线收费站的建设， 由收费亭、带i c 卡读写器的计算机、自动栏杆、摄像机、雾灯、通行灯组成。路径的识别 主要依靠写入通行卡的标识站编码信息，在出口收费站根据入口、标识站信息自动识别车 辆行驶路径。 不停车式：在需要设置标识站的地方设置电子标签读写基站，在高速公路入口收费站 发放电子标签，记录入口处的相关信息，当车辆通过标识站时，电子标签与读写基站进行 信息交换，将该标识站的信息写入电子标签。车辆到达出口收费站时，读取电子标签内记 录的入口收费站信息和路段标识站信息，确定车辆的行驶路径。 现阶段有一种高速射频卡不停车电子标识站已经进入试验实用阶段，通过对现有通行 卡进行改造，使其具备无线快速读写功能。在存在二义性道路的互通间架设电子不停车标 识站，当车辆通过该标识站时，将标识信息自动写入通行卡中，车辆驶离高速公路时，通 过对通行卡中标识站信息的读取，获知该车的行驶路径，从而计算通行费。 2 2 2 车牌照识别法 随着图像识别技术的发展，也可应用“车牌照识别 技术进行多路径的识别，即高速 公路出、入口设置车牌照抓拍系统( 或者采用人工输入车牌照号码) ，在路网内关键点设 置车牌照抓拍系统，摄取过往车辆的牌照。 对于一个双向4 车道的高速公路抓拍系统，在同一地点应该设置l 组抓拍系统，投资 费用估算为1 0 0 万( 包括龙门架、机箱、供电线缆、以及相应的数据库服务器、通信单元、 防雷接地等) 。 l 、基本方法 车牌抓拍系统主要包括以下3 部分： ( 1 ) 触发线圈：线圈安装的位置应保证车辆在收费亭旁停车时车头刚好压住线圈； ( 2 ) 抓拍单元：安装于距离线圈5 m 左右的位置，包括摄像头，闪光灯、支架、连线、 配件等； ( 3 ) 处理单元：安装于路侧处理机箱内，包括处理主机、电源线、连线等。 ( 4 ) 其他设施：包括龙门架、安装处理单元的室外机箱、以及相应的供电线路、通信 线路、防雷接地设施等。 东南大学硕士学位论文 2 、操作流程 当车辆驶入抓拍位置时，车道计算机自动抓拍车辆头部图像，提取车牌照，连同车辆 抓拍图像以及路侧抓拍系统的编号保存到( 路侧) 服务器数据库中，以便需要时进行查询 ( 包括系统查询、业主查询或者驾驶员查询) 。当车辆驶入出口车道，出口收费员先判车 型后刷卡，计算机根据入口信息和出口信息自动判断是否存在竞争路径，以判断通行费的 拆分路段。 ( 1 ) 如果该路径不存在多路径，则按照一般车道操作流程进行收费操作； ( 2 ) 如果该路径存在竞争性路径( 由系统定义) ，则系统提示收费员输入车牌照号码 ( 或者部分号码，例如后三位) 。车道计算机会根据出口收费员输入的牌照号，对不同地 点的路侧抓拍系统进行查询。当查询到该通行车辆的抓拍信息时，系统通过网络从相应的 路侧站的数据库中将该车辆的抓拍信息取回。系统根据抓拍信息判断车辆的实际行驶路径， 并按照一般车道操作流程收取通行费。 2 2 3 出i ：i 入口确认法 通过土建措施( 交通渠化) ，确保任意车辆从一个收费站( 点) 到另一收费站( 点) 间只能有唯一的行驶路径，这种方法的主要要点是，每一收费站对不同驶入( 驶出) 方向 的收费车道分别设置隔离墩，实现区分不同驶入( 驶出) 方向车辆，达到路径识别的目的。 在出口车道和匝道之间放置隔离墩，使不同路径的来车在不同车道上交费，这样可以识别 车辆实际行驶路径。 2 2 4 车辆分型统计法 车辆分型统计法是在高速公路多路径路段断面上设立分型统计装置，使通过该路段车 辆在以5 1 0 0 公里的速度通过时，该装置能识别出车辆的车型，分类统计后作为通行费日 处理的依据。 根据车辆分型统计装置统计的多路径路段总流量和计算机自动统计的多路径路段非多 路径流量，可以计算出多路径路段的多路径流量，并以此为基础分配通行费。 2 2 5 最短路径法 该方法取最短路径作为行驶路径。从起点到终点存在两条或者两条以上的路径，将最 一飞 第二章路径识别技术的比较分析 短路径作为车辆实际选择的路径，此方法最为简便，投资最少。 2 2 6 布瑞尔交通分配法 这是有关路线比例分配的方法，这种方法假设每个出行者并不真正知道路段上的行程 时间，但是他们会想象或者猜想每一路段的行驶时间。这种猜测可根据过去的经验得到的 路段行程时间分布推测出。此种时间分布的推测平均值与实际的路段行程时间误差约为 2 0 ，据此选定使用最小化的路径行程时间。根据布瑞尔交通分配法计算的概率值，可确 定各路公司的拆分金额。 布瑞尔交通分配法认为，车辆在两起讫点可行路径中选用路线k 的概率为： 尸( 尼) = e 却砭薹p 一驴 c 七n ) c 2 ) 式中：p ( k ) 路线k 的概率； 砺一路线k 上的运行时间； 口交通转换系数，与道路状况，司机对路线的熟悉程度等因素有关，一般在0 2 0 3 间变化； 玎两起讫点间的可行性路径数； 2 2 7 协商法 协商法应用的前提条件是各路段业主能够通过协商达成一致，协商法对于路网结构简 单，各路段容易达成一致意见的多路径问题比较适用。 在具体实施中，可以安排对道路非常熟悉的管理者或者业主对竞争性比较强的路径进 行概率确认。由于影响高速公路出入口交通量的变化因素相当多，很难达到一个全面的量 化的模型，因此概率计算的基本依据是由路段交通量、地方经济发展水平等因素确定的经 验值。 2 0 0 9 年l o 月苏州常昆高速公路通车后，从董浜枢纽到苏州南枢纽有两条路径形成竞 争，最终苏州绕城与苏嘉杭两家路公司经过协商，同意将从苏通大桥、苏嘉杭董浜站入， 从苏嘉杭吴江站以南各站出的车辆通行费按5 0 ：5 0 拆分。需要拆分的总金额仍按原先 费率表中的最短路径法计算。 东南大学硕士学位论文 2 2 8 标签识别法 标签识别法的核心思路是通过让车辆在携带通行卡等常用通行凭证的同时，再携带一 个作为本车辆特征的标签，在经过二义性路径关键点时对标签进行认证记录，结合车辆出、 入口通行信息，完成对车辆行驶路径的精确识别。 2 2 9r f i d 射频标识法 类似于标签识别法，区别在于将标签调整为r f i d 通行卡，该卡将非接触i c 卡与r f i d 通信芯片集成在一张卡上。系统【7 】主要由复合通行卡( o b u ) 、复合读写设备( o d u ) 和 路侧标识系统( r s u ) 三部分核心设备系统组成，在高速公路二义性路径上设置路侧标识 系统，能够通过无线方式对通过的复合通行卡写入标识信息，复合读写器能够读出复合通 行卡内的路径标识信息和车辆信息，实现收费和路径识别。 2 2 1 0 移动定位法 移动定位法利用目前覆盖高速公路网的移动公司基站编码实现对车辆路径的识别。该 方法具体流程如下：在高速公路入口为每一辆车发放一个类似通行卡的移动定位终端，该 终端与车辆行驶过程中经过的移动电话通信基站交换数据，通过移动定位技术或g p r s 通 信技术，获取车辆沿途经过的移动电话通信基站的d 编号。在高速公路出口，利用现有的 非接触式i c 卡读写器读取移动定位终端中存储的i d 编号记录，再查询基站编号与高速公 路路段业主对应表，计算车辆实际行驶路径。该方法实施的难点和前提条件是与移动通信 运营商签订协议，开放高速公路沿线上的通信基站移动定位服务。 2 2 1 l 车载设备定位跟踪法 该方法通过在车辆上配置g p s 定位系统及无线传输设备，定期将车辆所在位置通过无 线方式传输到管理中心，从而获得车辆在高速公路上行驶的准确位置。 该方法理论上可行，但实际应用较为困难。为每辆车配置g p s 定位系统和基于无线通 信的通信终端在近期看来几乎是不可能的事情。社会上车辆较多，车辆不仅仅在本省通行， 跨省行驶非常普遍，这就要求全国各省均要建立相应系统。所以此方法不是成熟方法，近 期只能作为路径识别的理想模型。 第二章路径识别技术的比较分析 2 3 各种路径识别方法的比较分析 2 3 1 各种路径识别方法的适用性分析 ( 1 ) 标识站法 该方法属于精确识别方法。建设一个标识站的投资与建设一个主线收费站相当，以四 车道高速公路为例，为了确保道路通行能力( 停车等待，标识站提供的服务时间应小于6 秒) ，假设须设8 车道标识站( 双向) ，一次性投资的固定费用为1 2 0 0 万元，以后每年需 要投资运营管理费用4 4 万元【4 1 。 由于停车式标识站识别方法是依据精确识别原理，准确识别车辆的实际行驶路径，因 此识别精度较高。标识站的主要缺点是车辆每次经过标识站时必须停车，导致行车速度降 低，降低了高速公路的服务水平，与联网收费的精神直接相违背，对社会形象也是一种极 大损害，在实施时，应慎重研究，不要轻易采用。 不停车式标识站识别方法能准确识别车辆的实际行驶路径，因此识别精度较高。但目 前电子标签在高速行驶状态下的读写技术不是十分成熟，同时，采用电子标签技术进行路 径识别，需要在整个联网收费路段内全部采用电子标签作为收费凭证，在没有采用e t c 收 费方式的情况下，前期投资很高，在实施时必须进行经济效益分析。 ( 2 ) 车牌照识别技术 该方法属于精确识别方法。应用车牌照抓拍系统进行多路径的判别，由于投资巨大， 需要进行慎重决策，进行适用性分析。 针对我国高速公路机电项目建设的现状，车牌照自动识别系统的确能够防止通行费流 失，简化管理程序，最大限度地保证业主的利益。但是，这种技术的应用前提目前并不完 备，由于车牌照自动识别涉及到机械、电子、光学、运动学等学科，至今仍没有完善的理 论基础，限制了该技术的实用性。从采用车牌照识别技术的高速公路管理部门反馈的信息 来看f 4 】，目前这种技术理论上