（计算机应用技术专业论文）高速公路收费系统的优化设计.pdf

摘要 高速公路收费系统的优化设计关系到政府、道路管理者、道路使用者及道路非使用 者之间利益的协调发展。随着技术的进步和交通事业的迅速发展，e t c 技术已成为提高 收费系统通行能力、满足道路使用者高质量需求的有效途径，我国的道路收费系统已从 单纯的人工收费方式逐渐向多收费方式格局演变。因而研究在多收费方式情况下，满足 不同层面利益者需求的系统资源的优化配置问题具有重要意义。 本文首先分析了各种收费制式、收费方式的优缺点以及总结了收费系统优化问题方 面的理论研究成果和研究进展。 从经济性、流畅性、公平性、漏收性、污染性五个方面为准则，建立起收费系统的 评价指标与评价体系，评价指标包括：建设成本指标、营运成本指标、设备使用成本指 标、公平性指标、延误成本指标、油耗成本指标、漏收成本指标、外部社会成本指标。 并利用层次分析法和模糊德尔菲法分别给出在“个体决策”和“群体决策”环境下各指标权 重的求解方法，为收费系统设计方案的评价和筛选及行动方案的选择提供可靠的决策前 提。 建立了收费系统多目标资源优化配置模型，在收费制式既定的情况下，利用遗传算 法对收费站位置与数量进行寻优和利用非集计方法对多收费方式的车道配置问题进行均 衡求解，可定量计算出最佳系统资源配置方案，包括确定收费制式、收费站位置与数量、 收费方式、各收费站不同收费方式车道组合情况。我们以京珠高速公路( 湖南段) 为研 究对象，对其收费系统资源进行实例研究，得到分别采用封闭式、开放式、均一式、混 合式四种收费制式的资源优化配置结果，并对其进行了分析比较，可为收费制式的选择 及收费站的车道布设提供理论依据。 关键词：收费系统；评价；遗传算法；非集计方法：优化；资源配置 a b s t r a c t 砀eo p t i m i z a t i o nd e s i g no ft o l ls y s t e mi ne x p r e s s w a yh a sr e l a t i o n sw 洳t h eh a r m o n ya n d d e v e l o p m e n to fa d v a n t a g eo fg o v e r n m e n t ，r o a do p e r a t o r ，r o a d1 l s e r ，r o a dn o n - u s e r w i t ht h e a d v a n c e m e n to ft e c h n o l o g ya n dt h ed e v e l o p m e n to ft r a f f i cp r o j e c t , e t ct e c h n o l o g yh a s b e c o m et h ee f f e c t i v ea p p r o a c ho fi m p r o v i n gt h et r a f f i cc a p a c i t yo ft o l ls y s t e ma n ds a t i s f y i n g t h ee x c e l l e n c eq u a l i t yd e m a n do fr o a du s e r t h es i t u a t i o no ft o l ls y s t e mh a sb e c o m ef r o mt h e s i n g l em a n u a lt o l lm e t h o dt om u l t i f o r mt o l lm e t h o d i th a si m p o r t a n ts i g n i f i c a n c et h a t r e s e a r c h i n gt h ep r o b l e mo fo p t i m i z e sd e p l o y m e n to ft o l ls y s t e mr e s o u r c ei nt h em u l t i f o r mt o l l m e t h o ds y s t e m f i r s t l y , w es u m m a r i z et h em e r i ta n dd e m e r i to fe a c ht o l lm e t h o da n dt h er e s e a r c h f r u i t a n dr e s e a r c he v o l v e m e n to f o p t i m i z ep r o b l e mo ft o l ls y s t e m s e c o n d l y , w el a yd o w nt h er o l et h a te c o n o m yc h a r a c t e r 、f l u e n c yc h a r a c t e r 、e q u i t y c h a r a c t e r 、l o s sc h a r a c t e r 、p o l l u t e rc h a r a c t e r , e s t a b l i s h i n gt h ee v a l u a t et a r g e ta n de v a l u a t e s y s t e mo f t o l ls y s t e m t h ee v a l u a t et a r g e ti n c l u d e sc o n s t r u c t i o nc o s t 、b u i l dc o s t 、e x c e s sd e l a y c o s t ，u s i n ge q u i p m e n tc o s t ，e x c e s sf u e lc o s t ，e q u i t yc o s t 、l o s sc o s t ，e x t e r n a ls o c i e t yc o s t w e u s et h es i m p l ea n da p p l i e da n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s sm e t h o dt og e tt h ee a c hi n d e xp o w e ri n t h ec o n d i t i o no fi n d i v i d u a ld e c i s i o n , a tt h es a m et i m e ；w eu s et h ef u z z yd e l p h im e t h o dt og e t t h ee v a l u a t i o ni n d e xp o w e ro ft o l ls y s t e mi nt h ec o n d i t i o no fc o l o n yd e c i s i o n , w h i c hh a s p r a c t i c a lv a l u ea n dr e a l i s t i cm e a n i n g t h i r d l y , w ee s t a b l i s ht h em u l t i o b j e c to p t i m i z em o d e lo f t o l ls y s t e mr e s o u r c ed e p l o y m e n t a sk n o w nt h et o l lm e t h o d ，w eu s i n gt h eg e n e t i ca l g o r i t h mt oo p t i m i z et h e s t a t i o na n dt h e n u m b e ro ft o l ls t a t i o na n du s i n gd i s a g g r e g a t et h e o r yt or e s o l v et h er o a d w a yd e p l o y m e n ti n c o n d i t i o no fm u l t i f o r mt o l lm e t h o da n de q u i l i b r i u ms i t u a t i o n w em e a s u r a b l yc a l c u l a t et h e o p t i m a ld e p l o y m e n tp r o j e c to fs y s t e mr e s o u r c e s ，w h i c hi n c l u d i n gs y s t e mt y p e ，p o s i t i o na n d q u a n t i t yo ft o l ls t a t i o n , t o l lm e t h o da n d c o m b i n a t o r i a lc i r c u m s t a n c eo fd i f f e r e n tt o l lm a n n e ri n e a c ht o l ls t a t i o n t a k i n gt h ep e k i n g - z h u h a ie x p r e s s w a ya ss t u d yo b j e 吒w ed ot h ei n s t a n t i a t i o n s t u d yt ot o l ls y s t e mr e s o u r c e a n dg e tr e s p e c t i v e l yt h eo p t i m i z er e s u l to f r e s o u r c ed e p l o y m e n t i nt h ec o n d i t i o no fr a m pc l o s es y s t e m 、m a i n l i n eb a r r i e rs y s t e m 、r a m pb a r r i e rs y s t e m 、 m a i n l i n e r a m pb a r r i e rs y s t e m t h r o u g ha n a l y z i n ga n dc o m p a r i n gt h er e s u l t , i tc a no f f e r a c a d e m i cf o u n d a t i o nf o rt h ec h o o s i n go ft o l lm e t h o da n dt h ed e p l o y m e n to ft o l l g a t e k e yw o r d s ：t 0 ns y s t e m ；e v a l u a t i o n ；g e n e t i c sa l g o r i t h m ；d i s a g g r e g a t et h e o r y ；o p t i m i z e ； r e s o u r c ed e p l o y m e n t 图目录 图2 1 各种收费制式收费站布设位置示意图7 图3 1高速公路收费系统的综合评价体系2 8 图3 2 层次分析法判断矩阵形式2 9 图3 3 三角模糊函数3 3 图4 1收费站位置和数量遗传算法寻优流程图- 4 2 图4 2 缴费方式随机选择模型4 6 图4 3 多收费方式系统车道组合优化流程图- 5 l 图4 - 4 收费系统资源配置优化流程图5 2 图5 1开放式系统以系统总成本与公平性成本为目标各项成本比较图6 0 图5 - 2 多收费方式与单人工收费方式各项成本指标绝对比较图( 开放式) ，6 l 图5 3 多收费方式与单人工收费方式各项成本指标相对比较图( 开放式) 6 l 图5 4 多收费方式与单人工收费方式各项成本指标绝对比较图( 封闭式) ，6 5 图5 5 多收费方式与单人工收费方式各项成本指标相对比较图( 封闭式) 6 5 图5 - 6 多收费方式与单人工收费方式各项成本指标绝对比较图( 均一式) r 6 8 图5 7 多收费方式与单人工收费方式各项成本指标相对比较图( 均一式) 6 8 图5 8 多收费方式与单人工收费方式各项成本指标绝对比较图( 混合式) 7 2 图5 9 多收费方式与单人工收费方式各项成本指标相对比较图( 混合式) 7 2 图5 1 0 各收费制式系统的公平性指标比较图( 多收费方式) 7 3 图5 1 l 各收费制式系统的各项成本指标比较图( 多收费方式) 7 3 图5 1 2 各收费制式系统总成本比较图( 多收费方式) “7 4 图5 1 3 各收费制式系统站数、车道数、平均间距比较图( 多收费方式) 7 4 图5 1 4 不同收费制式、收费方式下系统总成本比较图- 7 6 v 表目录 表2 1我国现有一些高速公路收费站通行能力调查表1 6 表2 2 不同条件下车道平均服务时间( 车道通行能力) 统计数据1 7 表2 3 各收费方式比较表18 表3 1 层次分析法的 - 9 标度法3 0 表3 2足数值列表3 0 表3 3彳准则下判断矩阵及权重表3 1 表3 4c i 准则下判断矩阵及权重表3 1 表3 5c 2 准则下判断矩阵及权重表3 1 表3 - 6 各项成本指标的权重值3 2 表4 1 效用函数各参数估计值表4 7 表4 2 效用函数各变量平均值表4 8 表5 1车型分类、收费标准表5 5 表5 2 京珠高速公路收费站( 点) 统一里程桩号表5 5 表5 3 成本项目参数表，5 5 表5 _ 4 开放式系统( 羊楼司宜章方向) 各收费站车道配置( 多收费方式) 5 7 表5 5 开放式系统( 宜章羊楼司方向) 各收费站车道配置( 多收费方式) 5 7 表5 - 6 开放式收费系统各项成本指标值( 多收费方式) 5 7 表5 7 开放式系统收费车道数( 单人工收费方式) 5 8 表5 8 开放式收费系统各项成本指标值( 单人工收费方式) 5 8 表5 - 9 仅考虑公平性指标( 羊楼司宜章方向) 各收费站车道配置5 9 表5 1 0 仅考虑公平性指标( 宜章羊楼司方向) 各收费站车道配置5 9 表5 1 1 以公平性成本为寻优目标各项成本指标( 开放式) 6 0 表5 1 2 封闭式收费系统各收费站入口车道配置结果表( 多收费方式) 6 2 表5 1 3 封闭式收费系统各收费站出口车道配置结果表( 多收费方式) 6 3 表5 。1 4 封闭式系统各项成本指标( 多收费方式) 6 4 表5 1 5 各收费站出入口收费车道数( 单人工收费方式) 6 4 表5 1 6 封闭式系统各项成本指标( 单人工收费方式) 6 4 表5 1 7 均一式系统各收费站车道配置结果表( 多收费方式) 6 6 表5 1 8 均一式收费系统各项成本指标表( 多收费方式) 6 7 表5 1 9 均一式系统各收费站车道数( 单人工收费方式) 6 7 表5 2 0 均一式收费系统各项成本指标表( 单人工收费方式) 6 7 表5 2 l 混合式系统各主线收费站( 羊桃司宜章) 车道配置( 多收费方式) 6 9 表5 2 2 混合式系统各主线收费站( 宜章羊桃司) 车道配置( 多收费方式) 6 9 表5 - 2 3 混合式收费系统各匝道收费站车道配置结果表( 多收费方式) 7 0 表5 2 4 混合式收费系统各项成本指标( 多收费方式) ”7 0 表5 2 5 混合式系统各主线收费站车道数( 单人工收费方式) 7 1 表5 2 6 混合式系统各匝道收费站车道数( 单人工收费方式) “7 l 表5 2 7 混合式收费系统各项成本指标( 单人工收费方式) 7 1 表5 2 8 不同制式、方式系统与封闭式、全人工系统各项成本指标的比较t7 5 表5 2 9 不同制式与封闭式各项成本指标的比较( 单一人工收费方式) ，7 5 表b 1京珠高速公路湖南段1 车型o d 矩阵8 6 表b 2 京珠高速公路湖南段2 车型0 d 矩阵8 7 表b 3 京珠高速公路湖南段3 车型o d 矩阵8 8 表b 4 京珠高速公路湖南段4 车型o d 矩阵8 9 表b 5 京珠高速公路湖南段5 车型o d 矩阵9 0 表b 6 京珠高速公路湖南段6 车型o d 矩阵9 1 表b 7 京珠高速公路湖南段各收费站入口车流量一9 2 表b 8 京珠高速公路湖南段各收费站出口车流量9 3 表b 9 京珠高速公路湖南段羊楼司宜章方向主线路段车流量9 4 表b i o 京珠高速公路湖南段宜章羊楼司方向主线路段车流量9 5 l 长沙理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明；所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成 果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表 或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 毒嚷 日期：”恽争月厝b 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权长 沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文- 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“，) 作者签名： 导师签名： 专劳 叫咋馄 日期：弦舛年 日期：厶俨 争月f 日 岁月2f 日 f 第一章绪论 1 1 研究背景 本论文的选题来源于西部交通建设科技项目西部地区收费公路收费制式与 收费方式的合理选择。 高速公路运输作为现代运输业之一，在国民经济中占有重要地位，高速公路 的发展关系到国民经济的发展和人民的生活质量。今日的高速公路，以其所拥有 的规模、基础设施、技术设备及所具有的高效的服务品质，成为我国交通运输体 系的重要组成部分。中国高速公路的历史性跨越令世界瞩目。然而，面对社会快 速变革，现代信息技术的迅猛发展和普及，在未来的长时间内要继续保持快速、 健康发展的势头，就必须借助高技术手段，建立高效、高质的高速公路，改进高 速公路收费系统的不合理设计，加强收费系统的运营管理，努力降低运营成本， 提高运行效率，才能使高速公路在激烈的市场竞争中发挥其绝对优势。 随着社会经济的发展、人口的增长和城市化进程的加快，人们对收费系统所 能提供的服务品质需求也越来越高。然而我们所能提供的收费系统资源是有一定 限度的，资源需求与供给间的矛盾日益尖锐，在一些地区收费系统已成为制约社 会经济发展的重要因素。解决这一危机的途径，一是使用传统的解决办法，如增 加收费车道数、采用双座式收费、投币式收费等，但这些改善方式已不能满足实 际发展的需要；二是采用先进的收费技术并对有限资源进行优化配置，加强收费 系统资源的统一规划与管理，使有限的资源得到充分有效的利用。电子收费系统 ( e l e c t r o n i ct o l lc o l l e c t i o n ，e t c ) 是利用电子、计算机、通讯等先进的科技，达 到用路者能迅速自动付费的效果，提升收费作业的效率，成为高速公路收费系统 的主要发展方向。但由于e t c 技术会受到实用区位、环境及使用对象的影响而有 不同程度的效果，它的发展还依赖于许多外界条件。同时，收费系统是一个涉及 到政府、道路经营者、道路使用者及道路非使用者多层利益的综合系统，除了考 虑其经济层面的利益外，还必须兼顾收费系统的特性，以降低系统成本、提升运 输效率为目的，追求不同层面利益间的公平性，使尽可能多的车辆由于时间的节 约、运行成本的减少，事故率的降低而受益，而最终使全社会和国家受益。就我 国的交通发展的实际情况分析，人工收费方式与e t c 方式将长期并存，并成为未 来的发展方向。 因此，为求社会资源的合理分配，对收费系统的资源进行优化配置和详实的 成本效益分析将对收费系统的优化设计提供有益的帮助，使规划和决策收费系统 过程更加合乎科学方法，减少无谓纷争与困扰，避免不必要的损失。 收费系统的优化设计包括收费制式的选择、收费站位置及数量、收费方式的 选择、各收费站不同收费方式车道配置问题。优化后的收费系统可以提高收费系 统的运作效率，减少交通堵塞，舒缓因交通拥挤所伴随的空气污染、能源消耗、 交通安全等问题。 1 2 研究意义 通过运用系统分析理论和优选技术，对收费系统进行优化设计，将有限的系 统资源在不同层面利益者之间进行最优化分配，从而获得社会、经济协调发展的 最佳综合效益。其研究意义是： 1 ) 促进收费系统资源的合理有效利用 2 ) 以收费系统优化设计的实际问题为导向，结合系统所具有的“多目标决 策”、“群体决策 等特点，探讨一种收费系统优化策略，丰富收费系统优化设计 的理论和方法。 3 ) 收费系统的优化设计是一个复杂的系统工程，为解决这一决策问题探讨一 套实用的定量决策方法，突破常规的经验及半经验的分析方法，能够处理不同决 策层次上的多目标决策问题，有效提高收费系统优化设计与规划的质量。 4 ) 提出收费系统各项成本指标的定量估算方法及收费系统资源优化设计的 多目标规划模型，为解决收费系统资源优化中的矛盾提供了科学的定量的分析手 段。 5 ) 对其它资源分配问题具有一定的参考价值。任何资源都具有一定的使用价 值和价值，却又受到一定量的限制，同样存在合理有效分配的问题。资源优化配 置问题具有一定的相似性和差异性。收费系统资源配置优化模型及其算法，对解 决其它资源配置问题具有一定的参考价值。 收费系统的优化设计本质上是多目标决策问题，需要采用多目标决策技术来 进行研究，以便更好的反映收费系统优化决策的真实特点和本来面貌。目前，系 统工程科学、多目标决策等科学技术已有了很大发展，但如何运用这些技术进行 收费系统的优化决策这一多目标系统的规划决策研究，仍是国内外值得研究的前 沿课题。 2 1 3 研究目的 本文研究的总目标就是：对高速公路收费系统进行系统的分析与评价，为收 费系统开发建设的规划与决策提供科学的依据。 具体要达到的目标为： 1 ) 探索高速公路收费系统评价指标和评价体系，为收费系统优化方案的综合 评价和行动方案的选择提供可靠帮助。 2 ) 通过分析多收费方式系统与单一人工收费方式系统的各项成本指标，为先 进e t c 技术的推广提供有力的决策依据。 3 ) 通过分析收费系统优化问题的特性，得到协调各层面利益的系统资源优化 配置方案，为进行收费系统的决策提供依据。 1 4 收费系统优化问题的特点 从系统的观点看，收费系统的优化设计及决策问题均是围绕系统资源的分配、 利用和管理进行的，具有规模庞大、功能综合、目标和因素众多、不确定性等特 点，因此收费系统的优化决策具有以下特点： 多目标决策 收费系统中的各项追求目标相互影响，相互制约。只有把握住这些目标间的 关系，所进行的优化设计才能与我们的目标相一致。 决策中的不确定性 对收费系统进化设计时应对不确定性给予足够重视。由于收费系统的优化设 计为一长期决策的、复杂的问题，般需要采用优化模型来统一描述系统、交通 发展的关系。但在长期发展过程中经济增长与交通增长格局具有较大的不确定性， 同时随着先进技术的进步程度及普及程度，车流量的变化趋势等均会对未来收费 系统需求的上下波动造成很大影响。这些不确定性会影响模型优化结果的实施前 提。因此，收费系统的优化设计是个不确定性的多目标决策问题。 利益相互矛盾 收费系统优化决策问题是一个复杂的系统工程，它涉及到不同部门、集团和 公众的利益，且各部门间的利益有些是相互矛盾的。 因此，在收费系统优化设计决策过程中，应当采用系统工程的理论与方法， 强调理论与实践相结合，定性与定量相结合。 1 s 主要研究内容 在高速公路的收费系统进行建设与改造时，应考虑的方面包括：采用何种收 费制式( 封闭式、开放式、均一式或主线栏栅式) ，收费站位置与数量的确定， 采用何种收费方式( 人工收费方式、自动收费方式、混合收费方式) ，各收费站不 同收费方式车道数组合情况等。本文研究的内容包括以下几个方面： 1 ) 建立高速公路收费系统的评价指标和评价体系。它包括： 建立高速公路收费系统的各评价指标，并对各指标进行量化。 建立高速公路收费系统的综合评价体系。 给出在“个体决策一和“群体决策 环境下各指标权重的确定方法。 2 ) 从系统分析的观念出发，建立收费系统整体优化模型。具体来说，包括： 收费站区位寻优。 确定收费站数量。 收费制式的选择。 收费方式的选择。 多收费方式系统的车道配置。 1 6 研究流程 本研究的流程依据其研究目的和研究内容可分为收费系统相关知识与理论的 回顾和总结、收费系统评价指标体系的建立、收费系统资源优化配置模型的建立 和求解、京珠高速公路湖南段实例分析及结论与建议等阶段，分别说明如下： 1 收费系统相关知识与理论的回顾和总结 针对目前收费系统的发展，对国内外的收费技术与收费理论加以探讨，了解 不同收费制式的设置条件，并对各收费制式的优缺点进行总结；了解目前不同收 费方式的特点及应用情况，并从建设成本、作业成本、缴费等候延误、征收率、 实施困难度等五个方面对其进行比较；了解目前收费系统优化设计方面的理论， 为后面的相关研究提供参考根据。 2 收费系统评价指标体系的建立 本着科学性、系统性、完整性的原则，从政府、道路经营者、道路使用者与 道路非使用者等不同立场，采用定量和定性相结合的方法建立起系统科学、完整 有效的收费系统评价决策体系。同时，利用层次分析法( a h p ) 确定在“个体决 策”环境下各指标权重和利用模糊德尔菲法确定在“群体决策环境下各指标权 4 重，为评价现有收费系统及优化设计方案的优劣提供可靠的评价依据。 3 收费系统资源优化配置模型的建立和求解 收费系统应尽可能减少因收费造成的各项成本，使公路收费效益最大化，通 过收费系统的成本和效益分析，建立收费系统资源优化配置模型，并给出模型优 。化方法，可达到对收费道路的收费制式与收费方式的合理选择，提出既经济合理 又满足管理要求的收费系统方案。 4 京珠高速公路湖南段实例分析 为证明收费系统资源优化配置模型的可行性和有效性，我们以京珠高速公路 湖南段作为研究对象进行实例分析。 5 结论与建议 综合前述所得的结果，提出本研究的结论与建议。 第二章国内外研究现状 中国是长期面临公路拥挤问题的许多国家中的一个。它的机动车辆数目以每 年1 5 的速度增长，这使许多本已十分拥挤的道路更加负重不堪。高速公路的建 设费用与营运维护费用相当高，往往很难由政府一般税收即可拨付，因此越来越 多的国家采取征收通行费方式，满足其建设及维护所需财源，这不但可大幅减轻 对政府一般税收的依赖程度，也符合“使用者付费”的精神，许多国家都取得了这 方面的成功经验。我国实行“贷款修路，收费还贷”制度已有1 0 多年的历史，这 一制度的实施对我国公路尤其是高等级公路建设的迅速发展起了极大的推动作 用，有一部分高速公路已经引进了现代企业运作机制。建设收费道路就必须建设 相应的收费系统，收费系统性能的优劣直接关系到收费工作效率的高低、效益的 大小以及道路上交通车辆运行状况的好坏。所以说，研制和开发收费系统是建设 收费道路至关重要的一环。由于我国公路收费事业起步较晚，收费系统优化方面 的研究与应用工作很少有人涉及，下面简述一下这方面相关的国内外研究工作， 了解该领域的研究现状。 2 1 收费制式 2 1 1 基本类型 收费制式是道路收费系统的基本体制，收费制式决定了道路收费系统的建设 规模、建设位置、收费流程。早期收费系统都是针对某一路段或是桥梁通行的车 辆进行收费，故其收费站的设置均位于主线端点上，后由于道路网逐渐兴建，且 收费技术也随着科技的发展而发展，收费制式也因配合的收费作业方式而产生各 种类型。高速公路收费制式的基本类型可为开放式( m a i n l i n eb a r r i e rs y s t e m ) 、 均一式( r a m pb a r r i e rs y s t e m ) 、封闭式( r a m pc l o s es y s t e m ) 与混合式 ( m a i n l i n e r a m pb a r r i e rs y s t e m ) 四种。收费制式的实际选择需对当地的社会、 经济、路网等情况作充分了解，以便使道路收费系统对道路使用者的影响最小又 不损害投资者的利益。 开放式是在主线上一般每隔3 0 k i n 5 0 k m 设置一个收费站，收取固定通行费， 不计行驶里程多少，只按车型和通过次数一次性征收固定收费额。均一式是在每 个匝道入口( 或出口) 和主线两端入( 或出) 口布设收费站，用路者不论行驶里 程多少，仅需缴固定通行费一次。封闭式是在每个匝道出入口布设收费站，用路 6 者进入高速公路时需取票，离开高速公路下匝道时根据车辆类别和行驶里程数缴 费，封闭式收费的基本参数是收费费率。混合式是开放式和均一式的混合形式， 在开放收费公路的上( 或下) 匝道上增设收费站，通过收费站均按车型收取固定 通行费，主线与匝道可分别考虑不同费率；另为避免用路者在过短距离内在主线 及匝道收费站连续缴费，距主线收费站上( 下) 游一定范围内的入( 出) 口匝道， 通常不再设收费站。四种收费制式的收费站在高速公路上的布设位置见图2 1 所 示。 开放式 均一式 封闭式 混和式 图例： 一卜一 + 一。 _ - 卢7 卜 - 、- 7 主线收费 上匝道收费 主线车道 行车方向 吣 。 匝道收费 下匝道收费 系统连络道 互通立交 图2 1 各种收费制式收费站布设位置示意图 2 1 2 各种收费制式的比较 各种收费制式都有其自身的特点，下面分别就各种收费制式的优缺点进行比 较： ( 1 ) 开放式( m a i n l i n eb a r r i e rs y s t e m ) 优点： 兼顾城市短程交通运输，疏解城市日趋饱和的干道交通量。 收费站数量减少，各项管制设施集中，兴建成本较低，用地较少。 交通流进出不受管制，对平面交通影响较少。 7 高速公路设计不必迁就收费站，能有效地适应交通需求。 新设高速公路时，可以不需增加收费设施。 按通行次数收费，运作效率较高，减少行车延滞。 缺点： 部分用路人行驶高速公路而不须缴费，违背“使用者付费一的精神，不 公平程度高。 行驶主线，必须经常停车缴费，影响车流顺畅，且在收费站区，常易造成 拥塞。 如果实施匝道管制，则须另外设置各种管制设施及警务人员，增加管制成 本。 城市短途交通大量踊入高速公路，将影响中长途交通的运转。 ( 2 ) 均一式( r a m pb a r r i e rs y s t e m ) 优点： 无免费通行状况，符合“使用者付费 的原则。 可配合匝道控制及各种管制技术，维持主线交通顺畅，具有管制功能。 较易抑制短程交通使用高速公路，维持中长程交通顺畅运转的功效。 减少等候延滞，减少环境污染。 出口匝道不设收费亭，可避免影响主线车流。 按通行次数收费，收费效率较高，减少行车延滞。 缺点： 各匝道出入口均需设收费站，建设及管理维护成本较高。 收费车道用地增加，导致土地征收及拆建费用增加，且城市附近土地不以 征得。 短程用路者，每公里所负担的费用远高于中长程用路人，不具公平性。 对平面交通运转有负面影响。 ( 3 ) 封闭式( r a m pc l o s e ds y s t e m ) 优点： 驾驶员依使用道路里程长度缴费，最具公平性。 无免费通行状况，符合“使用者付费 的原则。 可配合匝道控制及各种管制策略，维持主线交通流畅，具有高效管制功能。 中长途通行旅次，因仅需进出高速公路时停车，而主线车速可维持一定的 8 水准，确保车流顺畅性，减少等候延滞，减轻环境污染。 缺点： 各高速公路进出口匝道均需设收费站，建设及管理维护成本将大量增加。 高速公路用地将大量增加，致土地征收及拆建费用将大幅增加，且城市附 近的土地不易取得。 对地区交通运输的负面影响较大。进口过慢，影响地方，出口过慢，影响 主线。 如出口匝道收费，交通量过大时，匝道容量不足或收费效率不高，则将产 生拥塞，影响主线车流。 设计高速公路时须考虑收费站的设置，交通运输功能有某种程度的牺牲。 增设高速公路必须增设收费站，在管理作业上也增加困扰。 按行驶旅程收费，收费时间的效率较差，增加行车延滞。 ( 4 ) 混合式( m a i n l i n e r a m pb a r r i e rs y s t e m ) 优点： 无免费通行状况，符合“使用者付费的原则。 可配合匝道控制及各种管制技术，维持部分主线交通顺畅，具有高效管制 功能。 较易抑制短程交通使用高速公路，维持中长程交通顺畅。 长程旅次需要负担较多的通行费，短程旅次仅需缴一次通行费，故较匝道 栏栅收费方式公平。 出口匝道不设收费亭，可避免影响主线车流。 按通行次数收费，时间效率较高，减少行车延滞。 缺点： 高速公路各匝道出入口及主线须设收费站，建设、管理及维护成本较高。 用地较多，导致土地征收及拆建费用增加，城市附近的土地不易征得。 行驶主线亦需停车缴费，影响主线车流顺畅。 对平面交通运转有负面影响。 2 2 收费方式 自从出现对车辆进行收费以来，收费方式经历了从低级到高级，从功能简单 到丰富完善的过程。收费方式是指收取过路费中的一系列操作过程，涉及到车型 9 的分类、通行券、通行费的计算、付款方式和停车不停车收费等因素。每种因素 又有不同形式，不同的形式组合成不同的收费方式，但它们之间存在着关联和制 约作用。根据收费员参与收费过程的多少，收费方式可分为人工收费、半自动收 费、全自动收费等三类。除人工收费方式外，综合目前使用的收费方式，概括起 来有两大类( 半自动收费和全自动收费) 六种( 条形码、磁卡( i c 卡) 收费、投 币式收费、动态称重收费、红外线收费和不停车电子收费) 。 2 2 1 人工收费方式 人工收费方式是指收费过程全部由人工完成的方式，即人工判车型，人工套 用收费标准，人工收钱、找零、给发票，或人工收取次数票。该方式需要有较多 的收费人员与较单调繁琐的程序，采用人监督人的方式。人工收费方式的特点是 除基本的土建费以外，不需要任何收费设施，也无任何管理设备，投资较少，造 价低，可迅速建成实施收费，在处理异常情况时有很大的灵活性，但也容易产生 误差和作弊行为。人工收费方式的运作可分为单座式、双座式。 单座式收费方式是指每一收费车道上设置一个收费亭、且只有一名收费员， 每次只对一部车辆进行收费服务的作业方式，我国高速公路目前即采行此种收费 方式。 双座式收费方式是指单一收费车道上纵向设置两个收费亭，两收费亭各有一 名收费员，两收费亭前后紧临，且两亭中间没有多余空间可容纳其它车辆，因此 一次循环可服务两辆车。 2 2 2 半自动收费方式 半自动收费方式是指收费过程由机器和人共同完成的方式，它通过使用计算 机、电子收费设备、交通控制和显示设施代替人工收费方式的部分工作。这种方 式的特点是使用了一些设备代替人工操作，降低了收费员的劳动强度，将人工审 计核算、人工财务统计报表转变为计算机数据管理，极大地减轻了收费管理人员 的劳动强度，使收费公路的收费管理系统化和科学化；通行费流失大量减少，漏 洞得到一定程度的控制，但它与人工收费相同，车辆通过收费站时仍需减速、停 车( 取证、缴费) 、再加速，因此容易造成车辆延误现象，同时投资成本较大、造 价较高。在这种收费方式下通行券是作为车辆通行信息的传递媒介，其可靠性和 唯一性是非常重要的。目前我国的收费站，绝大部分使用此种收费方式。 1 条形码 条形码是国外应用最广泛、最经济实用的一种自动识别技术。条码是由一组 1 0 按一定编码规则排列的条、空符号组成的图案。条码具有数据录入速度快、可靠 性高、国际统一标准等优点，条码技术的应用能提高自动化水平和工作效率，降 低成本。 条形码收费是指采用二维条形码存储车辆和收费信息。二维条码是将一维条 码存储信息的方式在二维空间上的扩展，是对物品的种“描述 。采用二维条码 收费的工作原理为： 入口：收费员对过往车辆进行人工识别，由操作员向计算机输入车型判别 信息，系统将日期、时间、入口站、车道、操作员工号等信息进行编码和加密， 条码打印机依据加密后的信息生成二维条码，打印出二维条码通行券，同时打印 相关明文信息。 出口：收费员将通行券送入条码识读仪，由条码识读仪自动识读条码信息， 自动计算票价，并将信息加以显示，同时打印出通行费收据。 采用二维条形码进行收费具有以下优点： 实现计算机管理，收费全部自动化，有效防止贪污舞弊行为，且无需跟踪 管理、调配等，有效降低运营成本，提高工作效率。 自纠错和信息还原能力强：即使票据污损或残破，也可以使丢失数据获得 1 0 0 的恢复。 - 设备标准化，通用程度高：二维条码具有共同遵循的国家标准，打印机和 识读仪均为工业化通用产品，不会对单一厂家形成依赖。可实现不同系统之间的 信息共享。 可靠性高：因为条码打印时，同时打印了明文信息，无法自动识读时，可 依靠明文信息完成收费，因此比i c 卡具有更强的优越性。 _ 适应性强：适合于联网收费、单一路段收费和有系统路段和无系统路段并 存时的混合收费。 采用二维条形码进行收费的缺点有： _ 采用条码收费，过往车辆依1 日要停车找钱，但对于公路局来说，由于采用 了条码管理，因此可以有效地防止部分工作人员的贪污舞弊行为。 2 磁卡i c 卡收费 它是一种计算机管理的人工收费方式，其主要靠专用磁性卡片( 磁券) 或智 能i c 卡作为车辆信息的载体，较适用于封闭式公路收费。在入口车道发卡( 磁券) ， 出口处验卡( 磁券) 结算费用。对于些长期用户( 如长途客运) 可以使用一种 储值卡，在卡内赋值，每次使用时扣减赞额，可多次使用，但仍需在经过收费站 时停车读写卡。收费站除其它必要设备外，主要设置专用读写卡机。 采用磁卡i c 卡收费的优点有： - 可重复性使用，具有较强的保密能力，处理效率高，设备价格较低，使用 成本低，维护量小。 _ 磁卡i c 卡是一种代币，采用磁卡i c 卡可以不用在收费处找钱，为公路收 费人员和过往车辆节省了时间，因此是一种比较方便的解决方案。 - i c 卡的读卡机和磁卡读卡机在价钱上不是太贵。 采用磁卡i c 卡收费的缺点有： - 高速公路上外地路过车辆的比率高时，此种方法不实用。 卡的寿命短、消耗量大。 _ 卡的成本比较高，一张可读写的卡约1 0 元钱左右。 _ 如遇到收费处停电，卡由于缺乏明示信息，收费工作将无法正常进行。 近年来，磁卡i c 卡在交通领域的应用，特别是在高速公路中的应用有了长 足的发展。目前，磁卡i c 卡在全国高速公路管理中的应用已趋于成熟，并得到 业内人士的普遍认同。 在接触式i c 卡的普及过程中，人们逐渐发现了越来越多的弊端：卡在读写器 上经常拔插造成的磨损，导致接触不良，从而引起数据传输错误及卡和读写器的 使用寿命缩短；另外接触式i c 卡的通讯速率较低，再加上插拔卡的动作延误，造 成每一笔交易所需时间较长，这些都是限制接触式i c 卡进一步发展的瓶颈。 为了解决这些问题，非接触式i c 卡( c i c c c o m a c t l c s si n t e g r a t e dc i r c u i t c a r d ) 应运而生。非接触式i c 卡也称为无触点集成电路卡、射频卡或非接触式智 能卡，是射频识别技术和i c 卡技术有机结合的产物，是世界上近几年发展起来的 一项新技术。 与传统的接触式i c 卡相比，它在继承接触式i c 卡优点的同时，又克服了其 无法避免的缺点，如不便的插拔卡操作过程、读写故障率高、触点外露导致的芯 片破坏等。非接触式i c 卡具有可靠性高、使用寿命长、通讯速率高、存储数据安 全保密、易于维护和管理、操作方便快捷等优点，是适合高速