（交通信息工程及控制专业论文）高速公路ETC社会经济效益评价研究.pdf

摘要 中文摘要 高速公路以其快速、安全、经济、舒适的优势在综合运输体系中的地位日趋重要。目前“贷款建 路，收费还贷”是高速公路建设的有效途径。 收费站是高速公路交通的瓶颈，如何解决收费站处交通拥挤的问题，t 日= 界各国将目光转移到不停车 收费系统( e l e c t r o n i c t o l lc o l l e c t i o n ，简称e t c ) 上。但e t c 项目投资较大、涉及面较广，有必要让决策 者、投资者及有关部门对该项目建设带来的效益以及需要的费用、可能承担的风险和是否有负面影响等 有较全面深入的了解。 本论文在对电子收费系统项目实施产生的社会经济影响深入了解的基础上，对产生的宏观社会经济 效益进行分析，将效益按收费公路的经营者、使用者和非公路使用者进行划分；并分析了e t c 系统有 关的经济属性和产生的社会环境问题。论文的研究重点是在借鉴国外e t c 最新研究成果和实例分析的 基础上，考虑影响e t c 系统应用和产生效益的主要冈素，通过动态支付选择模型确定影响因素的最佳 组合；在此基础上选定一套较科学合理、完整实用的e t c 评价指标和指标计算模型，建立效筛量化的 数学模型，并按收费部门、收费公路使用者和社会进行效益计算和重新分配，采用成本效益评价法，完 成社会经济效益评价过程；最后考虑了一些定性评价指标，利用模糊决策理论，建立e t c 系统社会经 济效益模糊综台评价模型，分析了e t c 社会经济评价指标体系中，下层指标对上层指标的决定关系， 并根据指标2 间的不同关系确立了模糊综合评价的综合算子，给山综合评价模型的计算方法与步骤。 关键词：高速公路电子收费系统动态支付选择模型社会经济效益评价模糊评价 东南大学硕士学位论文 a b s t r a c t e x p r e s s w a yi sp l a y i n ga ni m p o r t a n tr o l ed u r i n gt h e i rd e v e l o p i n gp r o c e s s i t sa d v a n t a g e sa r es p e e d y e f f i c i e n t ，s a f ea n dc o m f o r t a b l e “b u i l d i n go nl o a n s ，r e p a y i n gb yt o l l s ”h a sb e c o m ea ne f f e c t i v ei - f l e a i si n e x p r e s s w a yd e v e l o p m e n tp r e s e n t l y t h ee x p r e s s w a yt o l ls t a t i o ni st h eb o t t l e n e c ko fe x p r e s s w a y o nh o wt or e s o l v et r a f f i cj a ma tt h et o l l s t a t i o n ，n o w a d a y sm a n yc o u n t r i e sr u mt oe l e c t r o n i ct o l lc o l l e c t i o n ( e t c ) b u te t c i st h eh u g es y s t e mt h a t w i l lr e l a t et oi n v e s t o r ，g o v e r n o ra n du s e ra n ds oo n i ti sn e c e s s a r yt oc o m p l e t e l yk n o wb e n e f i ta n dc o s t ，r i s k a n dn e g a t i v ee f f e c t b a s e do nt h ed e e p l ys t u d yo nt h es o c i o - e c o n o m i ci m p a c to fe t c ，t h ed i s s e r t a t i o ng r a d e sa n da n a l y s e s t h eb e n e f i tc r e a t e db ye t cs y s t e m t h ee c o n o m i ca t t r i b u t eo fe t ca l s oi sa n a l y z e df r o mt h ep o i n to fv i e wo f m a c r o e c o n o m i c s ，w h i l et h es o c i a la n de n v i r o n m e n t a lp r o b l e m si n c u r r e db ye t ca r ei n t e r p r e t e d t h e d i s s e r t a t i o nd e v e l o p sam o d e lo fm a r k i n ge t c ，w h i c hi sa p p l i e dt oe x a m i n et h eb e s tc o m b i n a t i o no fe t c l a n e sa n dt o l ld i s c o u n tt om a x i m i z es o c i a lw e l f a r e t h ed i s s e r t a t i o nn o to n l yp u t sf o r w a r de v a l u a t i o ni n d e x a r c h i t e c t u r eb u ta l s ob u i l d sm a t h e m a t i c sm a t r i xa b o u te v a l u a t i o ni n d i c e sa n db e n e f i t s t h e ne v a l u a t e s s o c i o e c o n o m i cb e n e f i t s f i n a l l yaf u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o ni si n t r o d u c e dc o n s i d e r i n gt h eq u a l i t a t i v e e v a l u a t i o ni n d i c e s k e yw o r d s ：e x p r e s s w a y ，e l e c t r o n i ct o l lc o l l e c t i o n ，d y n a m i cp a y m e n tc h o i c em o d e l s o c i o - e c o n o m i cb e n e f i te v a l u a t i o n ，f u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n n 学位论文独创性声明 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己经发表或撰写过 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。 签名蔓塑) 查日期：迹置；j 关于学位论文使用授权的说明 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。 签名：兰塑垄导师签名： 日 期：丝堕：! ：! j 第一章绪论 1 1 论文选题的背景 第一章绪论 交通运输业是国民经济发展的前提，其发展日新月异。尤其是高速公路，自从1 9 8 8 年，沪嘉高速 公路和被誉为“神州第一路”的沈大高速公路的通车拉开中国高速公路大发展的序幕，截至2 0 0 4 年8 月，我国高速公路通车总里程突破3 万公里比1 廿= 界第三的加拿大多出近一倍。回顾十几年的发展历程， 中国高速公路的发展走过了许多发达国家一般需要4 0 多年才能完成的进程。作为陆路运输的主要方式， 以其快速、安全、经济、舒适的优势在综合运输体系中的地位日趋重要。 未米一段时期对高速公路建设的投资需求，每年仍然保持在1 5 0 0 2 0 0 0 亿的一个大的水平上，仍 然采用多元化、多渠道的融资方式，这也就意味着在相当长的时期内，还将大规模地使用银行贷款来加 紧建设与规划的高速公路。“贷款修路。收费还贷”的高速公路建设和管理的形式不会发生变化，我国 也不可能在短时间内取消高速公路收费，但是，需要寻求方法来解决目前存在的收费公路站点多，收费 管理难等问题。 收费站交通拥挤是收费管理难中的一个主要问题。收费站是高速公路出入口的瓶颈，尤其在省际或 者联网收费区域间的收费站，车流量大、收费口拥堵状况屡见不鲜；传统收费方式的服务时间和服务水 平不能满足交通量快速增长的需求，道路使用者、道路管理者及社会的利益受到侵害。国外高速公路堵 车现象也是司空见惯，据日本道路公团调查，从交通堵塞发生的地点看，高速公路堵塞约有3 5 发生 在收费站“1 ( 如图卜1 ) 。因此，收费站通行能力的提高，将是缓解高速公路堵塞的有效途行2 一，同时 也降低了能源浪费和环境污染。 图卜1 不同道路形成的堵塞发生状况 交通需求总是趋丁超过交通设旌的供给能力，单纯依靠增加供给是永远满足不了交通需求的。随着 高新技术的快速发展，出现了不停车收费系统或称全自动收费系统、电子收费系统( e l e c t r o n i ct o l l c o l l e c t i o n ，简称e t c ) 。通过一套读出或读出写入微波通信线路，车道旁的发射器和运行车辆上的 无线电波发射器( 电子标签) ，实现车辆在收费站前不停车交费。 在我国，经过数年的努力，发展电子收费系统也有了一定的基础。1 9 9 5 年初，国内第一套e t c 系 统在广东佛山投入使_ h j 这套硬件设备从美国1 1 公司引进，系统管理软件则由国内自行开发。此后多 套国产或进口系统陆续装备到各地的一些高等级公路和高速公路上。有的系统在技术上相当先进，如采 用挪威q f r e e 公司的沪宁高速公路、沪涌高速公路、广州的八桥一隧、厦门海沧大桥和深圳等地高速 公路，引进瑞典康比特公司的甘肃尹中高速公路、天津津滨高速、南京机场高速等，以及虎门大桥、广 韶高速公路使用的广东新粤和埃特斯公司研制的e t c 系统。同时，还有一批人专院校、科研机构及企 业等积极致力于电子收费系统研究、开发与实施。 东南大学硕i - 学位论文 1 2 国内外研究概况和发展趋势 目前国内外智能运输系统项目发展迅速，对i t s 项目的社会经济影响评价受到很人关注。然而，i t s 项目的评价是一个复杂的课题，目前国际上还没有一套像传统交通基础设施项目评价那样完整的i t s 项 目评价理论和方法：同时对作为子系统的e t c 系统社会经济敛益评价也不多。 1 2 1 国外评价研究 美国和欧盟经历t 2 0 多年i t s 研发之厉，9 0 年代初开始认识到r r s 评价的重要性，投入巨大力量进行 i t s 评价内容和方法的研究，对于e 1 陀也发表大量的研究报告8 “”“1 ；并制定了相应的国家i t s 评价框架 和评价指南，并建立了各种i t s 项目的费用和效益数据库。美国在2 0 0 0 年发布了n a t i o n a l i t s a r c h i t e c t u r e 的展新版“1 ，它的评价文档( e v a l u a t i o n d o c u m e n t s ) 可以说是美国对其i t s 评价内容、方法等的比较全面 的阐述。在“n a t i o n a l i t s a r c h i t e c t u r e ”等的指导下，美国运输部耗费巨资对全国十个i t s 项目运营情况 进行了评价，其中包括e t c 系统的评价。对i t s 项目的运营进行评价得到了人量的第一手费用和效益数 据，在此基础上，美国运输部联邦公路署( f h w a ) 委托m i t r e t e ks y s t e m s l n c 建立了各种i t s 项目的费用和 敛益数据库。鉴于i t s 评价的复杂性，除了现场量测数据外，美国还开展了可用于模拟i t s 的计算机仿真 模型的研究，以得到实施i t s 的费用和效益的数据。 比起美国来，欧盟在i t s 评价领域的研究毫不逊色，在1 9 9 9 年，完成了研究i t s 评价的“c o n v e r g e ” 项目，其中于1 9 9 8 年9 月发布了“智能运输系统评价指南( g u i d e b o o k f o r a s s e s s m e n t o f t r a n s p o r t t e l e m a t i c s a p p l i c a t i o n s ：u p d a t e dv e r s i o n ) ”的报告，该报告是欧盟关于i t s 项目评价思想的系统阐述。1 t s 项目的 运营评价也在伦敦、巴黎和都灵等许多地方开展。欧盟委员会于第四次框架会议中认识到微观仿真模型 的重要性，资助了“s m a r t e s t ( s i m u l a t i o n m o d e l i n g a p p l i e d t o r o a d t r a n s p o r t e u r o p e a ns c h e m e t e s t s ) ” 项目。这是由来自英国、法国、瑞典、意大利等国家的研究人员参与的多国合作项目，成果是得到了4 个改进的微观仿真t 具。以上评价方法主要是采用成本效益分析法也探索了成本效果分析和多标准分 析方法。 不停车收费系统作为i t s 的一个子系统，技术是相当成熟并且应用较多的，但是缺乏综合、系统的 效益成本评估。大多数假设性或经验性的研究，都集中在e t c 效益或成本的一个特定方面，而且研究很 少关注e t c 建设使用过程中哪方收益或哪方受损；此外大多数研究集中在短期效益或成本上，并且没有 将产生的效益完全转换为货币。又如在o r l a n d o 收费j i 场，a 1 一d e e k 等人通过研究交易时间减少，评估出 e 1 通行能力提高和延迟减少产生的效益“1 ：此步b p e s e s k y 、l e n n o n 等人评估e t c 系统产生构环境效益， 研究得出；无论每年平均或仅高峰时段，e t c 技术都能减少空气污染；美国p a t h 运用其研发的i t s 评价 系统框架评价c a r q u i f i e z 桥3 广f a s t r a ke t c 系统”。这些初步研究提供了丰富的e t c 系统成本效益信息， 但是在e t c 系统评估的深度和广度上还存在缺陷。 1 2 2 国内评价研究 我国在i t s 研究方面紧跟世界发展动态，从2 0 世纪8 0 年代初就开始从治理城市交通管理入手，运用 高科技来发展交通运输系统。2 0 0 1 年国家“十五”科技攻关计划中将“智能交通系统关键技术开发和示 范工程”列为重大项目，并设立l o 个i t s 项目示范城市。目前，一些i t s 项目正在或已经实施，如先进的 城市交通控制和指挥系统，智能化公共交通管理信息系统，高速公路收费系统等。 随着i t s 项目在我国的逐步实施，i t s 项目的评价问题越来越受到重视。在2 0 0 0 年，我国在中国智 能运输系统体系框架中进行了智能运输系统经济、技术、综合评价的初步研究，为e t c 系统的评价提 供了一般的思路和方法“。总体来讲，我国现有的e t c 系统评价方面的研究，大多数仅限于项目实施可 行性中的成本估算和理论上的效益描述，都处于探索研究的阶段。近期有少数科研单位、院校开始研究 e t c 系统影响与评价问题。 西南交通大学曹继红的硕士论文收费系统升级改造项目综合评价方法探讨，主要针对收费系统 2 第一章绪论 不同升级改造方案进行的技术经济综合评价。从收费系统改造项目的特点山发，进行成本和效薷的识别， 对某些指标进行测度；引用灰关联度法和层次分析法。仅是一种评价方法的探讨。 吉林大学隽志才老师的电子收费系统项目社会经济影响综合评价研究等文章，是在雨j - e t c 收费 车道、r 有率和交通量等假定条件下，利用v i s s u m 仿真结果，尝试采用理想解法、模糊评价、层次分 析法或数据包络分析等评价方法，解决e t c 项目单方面( 如用户满意度、综合评价等) 或多方案决策比 选问题。对效益没有完全量化，进行成本效益分析。 另外，吉林大学田春林的硕士论文电子收费系统社会经济效益评价，主要进行了计算机模拟收 费站运行状况，给山了一些成本和效益评价指标，计算经济效益现值和成本现值。采用动态经济评价指 标进行评价，选用净现值法和现值指数法进行单个方案判别或多方案比选；然而交通系统自身的复杂性。 使得运行状况仿真模型的质量很难把握，是否会造成仿真模型“失真”，需要对仿真前后进行标定或有 效性检验。 总的来说，确定的评价指标体系和综合评价方法可以借鉴采用。但在评价过程中，缺乏系统、综合 的效益成本评估；大多数假设性或经验性的研究，都集中在e t c 效益或成本的一个特定方面，没有对e t c 特有指标以及它们之间的影响关系、如何配置使总体效益展开研究：而且很少关注在e t c 建设使用过程 中使用者、收费管理者和社会三方面哪方收益或哪方受损：也缺乏影响因素敏感性分析，缺乏社会经济 效益综合评价模型。 1 3 研究目的和意义 e t c 为解决因道路收费引起的拥挤、延误、能源过多的消耗与环境污染等问题提供了解答；我国近 阶段经济高速发展、交通设施急速扩容、收费道路迅速普及，正是投资建设e t c 系统的良好时机。但在 产生巨大效益的同时，e t c 技术也面临着投资大、风险高等负面影响。如何从我国的国情、路情出发， 有效地降低投资风险，减少负面影响，对e t c 社会经济效益全面评价已日氚受到政府、投资者和研究开 发机构的普遍重视。通过本文评价可以为e t c 项目的可行性研究提供科学依据，帮助投资者对将来的投 赍做出决定。具体意义有： l 、理解e t c 产生的影响 e t c 评价的内容包括e t c 对交通系统及其使用者产生的影响，咀及e t c 导致的社会、经济和环境等 诸多方面的影响。冈而，评f f m t c 不但可以更好地了解项目本身和与其相关的交通条件的改善之间的关 系，而且，对e t c 产生的影响有一个更好的认识也有助丁- 将来其他i t s 项目的实施。 2 、政府政策的指导性意义 效益评价为国家和地方政府的交通运输部门深入的了解e t c 项目潜在的社会经济影响提供依据， 形成e t c 项目评价的分析程序基础，为政府进行e t c 投资歧策服务。 3 、帮助对将来的投资做出决定 通过对效益评价结果的应用，使投资者对可能的e t c 投资项目的投资成本和效益进行了解，降低 投资风险。评价所提供的信息( 关于具体实施的理想条件和可能影响因素等) 可以帮助投资部门优化投 资，对将来项目的投资和实施做出决定。 4 、对已有的系统优化其运作和设计 e t c 社会经济效益分析可以帮助已有的交通设旌和交通系统识别需要改进的方向，从而使管理者和 设计者能够更好的管理、调整、改进和优化系统运作和系统设计。 1 4 研究方法和研究内容 本论文主要研究高速公路e t c 收费系统的社会经济效益评价方法。首先详细分析t e t c 系统在四个 主要方面( 交通性能、交通安全、收费运营与能源环境) 产生社会经济影响和效益并从宏观经济学角 度分析了e 1 系统的经济属性，借鉴环境经济学理论与方法对产生的社会环境问题进行了理论剖析。然 3 查塑茎兰竺堂竺堡苎 斤考虑e t c 系统应_ j 和产生效益的影响因素，运用优化模型( 动态支付选择模型) 确定总效盏最大时， 影响冈素的最佳组合。通过对识别的效益按分目标进行分类、分层，建立评价指标体系。运h j 数据采集 手段和指标计算模珲! 得到评价指标变化量，建立效益龉化的数学模型：根据得到的结果对上述效益进行 汇总，升按收费部fj 、收费公路使用者和社会进行重新分配。最后借鉴国外e t c 应用实例进行评价结果 分析；最后给山综合评价模犁，运用了系统工程的模糊决策理论。 本文主要研究内容概括如f ： 1 、高速公路收费系统总体介绍；提出e t c 系统发展和待解决问题： 2 、e t c 系统影响分析和社会经济教益分析：并从宏观经济学和环境经济学，分析了e t c 系统影响 和效益经济含义，分析了社会环境评价问题： 3 、进行e t c 应用优化模型研究：借鉴国外实例讨论了影响因素敏感性；然后探i i t y l t s 系统的评价 方法为e t c 系统评价方法选取提供参考： 4 、确定e t c 系统社会经济敏益评价指标体系，评价指标计算模型； 5 、确定晕化社会经济效益的模型。并进行e t c 系统社会经济效益评价； 6 、最后利用模糊决策理论，建立模糊综合评价模型，具体分析下层指标对上层指标的决定关系， 并根据指标之间的不同关系确立了模糊综合评价的综合算子，给出了综合评价模犁计算方法与 步骤： 1 5 本章小结 本论文研究的是高速公路电子不停车收费社会经济效益评价，作为r r s 的一个重要组成部分，本章 介绍了美国、欧盟和我国r r s 评价的发展现状。同时介缁了e ，r c 评价发展现状，本课题研究的目的和意 义，在此基础上，给出了本论文的研究方法和主要研究内容。 4 第二章高速公路收费系统概述 第二章高速公路收费系统概述 2 1 高速公路收费的意义 高速公路建成后，对行驶的下辆收取通行费，用以偿还建路贷款，补偿建路所耗巨额资金，维持道 路养护管理费用支出，是当今世界大多数国家发展高速公路的通行做法，也是近年来得到国家明确肯定 认可的行为。车辆通行费的征收及收费制度的逐步完善，给高速公路发展注入了生机和活力，具有十分 重要的意义。 1 、高速公路建设的资金渠道 高速公路是一项耗资巨人、建设周期较长的公共工程，不论是发展中国家还是发达的工业化国家， 都面临着建设和养护资金缺乏的难题，单凭政府全部承担其费用越米越困难。征收车辆通行费，不仅可 以开辟新的公路建设资金米源，而且可以吸引私人企业和个人参与高速公路建设投资，解决公路建设长 期依靠政府财政、发展缓慢的弊端。 2 、公路养护与管理的条件 公路养护依附于行政部门，业务靠计划，资金靠拨款，材料靠调拨，盈利要上交，亏损靠补贴。征 收乍辆通行费后，高速公路的养护与管理资金可以直接从新征收的车辆通行费中提取减少了许多中间 环节，克服了多年来公路养护管理中的不计成本、不讲经济核算的种种弊端，从而有利于提高公路养护 管理水平推进公路养护管理由事业型向企业化过渡。 3 、体现高速公路企业化管理理念 高速公路除具有一般公路的基本属性外，还有其独特的技术经济特性。一般公路主要反映社会公益 性的特点，冈而其建没和使用的价值补偿主要采用征收税、费的形式，其管理亦以事业性管理为主。高 速公路具有比一般公路高的效益，即级差效益，这就决定了高速公路可以依据市场法则实行企业化管 理，并通过征收车辆通行费对其价值进行补偿。 4 、体现公平合理 随着经济的发展，社会对运输业的需求从主要表现在鼍的方面逐渐更多地表现在质的方面，交通运 输发展战略亦由供需适麻型逐步转变为速度效率型。高速公路的建设满足了社会对交通运输快速、安全、 舒适的要求。道路使用者作为高速公路的直接受益者，其运营费用普遍r 降，行驶时间大大缩短，运输 质量显著提高。按照“准受益、谁支付；多受氚、多支付”的原则，高速公路的建设与维护费用应当公 平合理地分摊到道路使用者身上。受益理论和公平合理原则是征收车辆通行费的理论基础。 2 2 收费系统概述 收费技术经历了从低级到高级，从功能简单到丰富完善的过程，除无任何管理设备的人工收费外， 综合目前国内外的收费方式，概括起来有两大类：半自动收费和全自动收费，六种：计算机管理通行券 ( 条形码) 收费、磁卡( 1 c 卡) 收费、投币式收费、动态称重收费、红外线收费雨j 不停车屯子收费。 目前我国使抖j 最多的还是半自动收费，随着社会经济和高新技术的发展，电子收费逐步取代半自动收费。 以下介绍收费系统发展的历程。 2 2 1 人工收费系统 人工收费是指收费过程全部由人工完成，即午辆的卞犁识别、通行费收取、收据发放以及乍辆放行 等收费操作。 在开放式系统收费中，缴费一次性完成，收费员的工作鼍大。人工收费方式的过程是：乍辆进入收 费站入口时，收费员判断车型后，按规定的费率确定麻收金额，驾驶员将麻交费用交给收费员，在收费 5 东南人学硕上学位论文 员完成收费找零后，发放一张印好收据，上面记载时间、地点、收费金额等信息，以便以后查询，然后 放行。 在封闭式收费系统中，采取入口判车型、发券，山口再次判车型、收费、开收据，入、出口票据核 对的方式，这样可以防止收费中的一些作弊现象。 人t 收费的特点是节省建设投资，在处理异常情况时有很大的灵活性，但是误差、黼收和违纪现象 较人：而且增加了车辆在收费车道上的延误，影响交通流畅：加上恶意闯芙等现象，不但给收费管理工 作带来麻烦，也造成了收费收入的巨大损失。 另外，因车辆停乍与启动时产生的噪声和废气会造成环境污染，同时，车辆的机械磨损和油耗也很 大，由此造成的经济损失也相当大；由于驾驶员需要停车缴费，所以交通设施的服务水平和通行能力也 不高。 2 2 2 半自动收费系统 随着经济的发展和科学技术的进步，计算机进入了收费领域，由计算机进行辅助收费的第二种收费 方式半自动收费模式应运而生。它是由计算机和人共同完成收费过群，人工( 或仪器) 识别乍犁， 人工收费，计算机计费，数据打印与汇总等。通过使用计算机、电子收费设备、交通控制和显示设施代 替人工收费方式操作的一部分工作。计算机的参与，降低了收费员的劳动强度，将人丁审计核算、人j 二 财务统计报表转变为计算机数据管理，极大地减轻收费管理人员的劳动强度，使收费管理系统化和科学 化：通行费流火会大大减少，漏洞会得到一定程度的控制。 1 、开放式半自动收费方式 在开放式收费系统中，我国普遍采用的半自动收费方式为人上判车型、人j 二收费、计算机统计、乍 辆监测器计数( 车辆数) 、自动栏杆、电视监控。监控部分主要用于收费员在车型、免费车辆上作弊及 驾驶员削关情形发生。为了解决收费方式中存在的缺陷，需要采用更先进的技术和有效的管理措施，如 采用白动车型分类( a v c ) 、计算机图像处理等。 在城市开放式收费道路中，若通勤车辆有相当人的比例，则可采用1 f 现金付款方式，这不但能提高 收费车道的通行能力，而且也可以避免收费员接触现金以减少贪污的可能性，例如采用月票、预付卡等 方式。 2 、封闭式半自动收费方式 在封闭式收费系统中目前普遍采用印刷通行券( 磁p 或非接触i c ) 、人下判车型、现金支付、 计数器校核、计算机管理、电视监控的方式。面对收费员作弊行为，采用一系列的制止和监督措施，如 数据监视方式、图像监视方法等，对于自动栏杆的开启，必须在收费员正确完成收费流稃后，收费车道 控制机才能控制自动栏杆放行，对丁i 强行冲卡和免费车辆，也有了韦后追缴、罚款和记录的依据。 半自动收费方式大大提高了收费操作的正确率和可靠性，有效地抑制了票款流失，减少了经济损失。 但仍需停车办理收费手续，不仅增加了车辆延误，而且在交通量较人时，还释易产生收费站前的车辆排 队等候特别是在主线收费站前，经常形成捧队，堵塞交通，成为交通“瓶颈”。尽管如此，受经济条 件、技术水平等因素的限制，这两种收费模式在我国仍然获得广泛应用。 2 2 3e t c 系统 九十年代初，e t c 系统即全自动收费系统( 或电子收费系统) 出现了。收取通行费的全过程均由 机器完成，操作人员不需直接介入，只需对设备进行管理监督以及处理特殊事件。利用电子技术、计算 机与通讯技术，使驾驶员不需要停车付费，以缓解因收费而造成的交通排队现象，是未来收费方式的发 展方向。 1 、不停车收费方式的类型 电子收费系统运行的人致过程是：首先用户前往发专安装部门。申请安装车上单元( 电子标签) ， 预缴通行费或没立事后付费账户，相应的信息被存入午上单元中，然后该车辆便可以上路行驶。在车辆 6 第二章高速公路收费系统概述 进入收费站时，车辆按规定限速通过电子收费车道。识别子系统识别出该午辆类型，报告控制单元。通 信子系统通过天线与车上单元进行双向通信，收费操作在通信的过程中同时完成。 不停车收费方式分为单向不停乍收费方式和烈向不停车收费方式。单向不停午收费方式特点是车辆 通过收费站时，接收装置无线读取车载电子标签信息并记录，回传给收费中心计算机，进行资料更新、 登记等统计工作，然后将处理过的数据送达有关银行，完成一次收费操作：或在一段时间斤，打印出每 辆车的相关信息和总费用，寄达驾驶员通知缴费或从顶交金中扣除。从付费方式角度来看是事后支付方 式，即称记帐式。 舣向不停车收费方式要求电子标签具有可读写功能。用户在指定地方缴纳占i 定金额使电子标签存储 一定金额，以后车辆每次通过收费站时，接收装置读取电子标签信息、检验车载电子标签有效性和计算 通行费，扣除一定数量并回存到电子标签中，对无效电子标签车辆进行处置。即采用预付式的付费方式， 它可以有效地避免与银行联网产生的凼难，以及车主的信用和支付能力造成的问题，也无每月催缴通行 费的程序。 2 、优点 首先，电子收费方式具有如下基本优点： 车辆通过收费站时无需减速和停车，有效提高有限空间的利用率，并极大地提高了公路收费站 通行能力，解决网停车收费所造成的收费站交通堵塞，也解决了因拥堵所造成的工时损失、能 源损耗和环境污染等问题。 不需要增加收费车道和扩建新收费站，就可以大大地提高车辆在收费站的通行能力节省了土 地资源。用自动收费代替人工收费，简化了手续，杜绝了票款流失，确保公路收费的可靠性和 可控性。 整个网络变成交通信息采集网，可快速掌握公路的午流随机信息，有利于交通部门的综合整体 管理，更便于交通行政部fj 的疏导和管理，也可为新建公路提供科学依据。 减少驾驶员携带人量现金和财务报账的麻烦，方便车主出行并节省驾驶员丈量时间。 能人人减少收费站的管理人员，节省人量的人力和财力，便于管理者准确、实时了解道路运行 状况，及时发现交通事故，做剑实时o d 调查，使公路收费和管理相结合。 由丁使用了电子标签其存储容每大，可实现一卡多用，存储记录信息不受磁场的干扰。# 内 有密码运算和双向密码鉴别的专片j 算法，数据安全性和保密性好，且响应速度快，环境适应性 鲥。 除了用丁二路桥自动收费外，还可进一步用丁i 停车场、加油站、各种公路规费的征收、驾驶员信 息提供和车辆跟踪等。 当高速公路形成网络后，区域收费势在必行。以下载电子标签作为通行卡和付款手段，将易于 实现区域联网收费，易于实现拥挤收费米控制交通需求。 方便经常性及重点用户、团体用户。 其中就通行能力方面，高峰时高速公路堵塞有一半以上发生在收费站，表2 1 和表2 2 说明了采用 e t c 收费车道可以缓解这一状况“”。 表2 1 不同收费方式的通行能力比较( 开放式收费系统) 收费1 f 道娄型 通行能力( v e h h ) 找零、开收据的人工车道 3 5 0 只发放通行票的人工车道 5 0 0 投币式自动收费机 5 0 0 投币式自动收费机( 主要用代币) 6 5 0 一个e t c 车道，其它为半自动收费车道 7 0 0 传统收费站改进的e t c 系统 1 2 0 0 无障碍e t c 专用车道 1 8 0 0 7 东南大学硕士学位论文 表2 2 不同收费方式的通行能力比较( 封闭式收费系统) 入口车道h 口车道 收费方式 服务时间 通行能力服务时间 通行能力 ( s )( v e h h )( s )( v e h h ) e t c 方式 3 31 0 9 04 9 7 3 0 传统方式 6 15 9 01 7 62 0 0 混合式 4 77 6 01 1 5 3 l o 其次，e t c 系统的应用为一系列后续管理策略及相关技术( 如车辆称重、可变收费等) 的实施奠 定了基础，在更广范围内为对象的交通控制和交通管理打下了基础，为各种更广范围的交通控制技术( 如 午辆白动称重及车辆可变收费等) 的实施打下了基础，这些技术的应用改变了人们山行的行为特性，使 e t c 系统更具备i t s 的特色。其中，车辆运动称重系统通过运动称重设备识别出重型车辆，对其实旌 相戍的策略，以控制车辆的载重量及重型乍的交通量，达到增加车辆行驶的安全性，使道路设施免受破 坏、确保其使用寿命的目的。而对重型车辆的控制管理必须与收费系统有机地结合才能有效地得以实现， 但人工收费系统在速度上和质量上与其都不够匹配，e t c 系统可作为其有力的支持。 2 3e t c 的应用现状和亟待解决的问题 2 3 1e t c 的应用 l 、美国 在美国，早在8 0 年代e t c 就开始被采用，1 9 8 6 年在连接新泽西州和细约州的林肯大道上采用了 e t c 系统，1 9 8 9 年在达拉斯北部高速公路上使用e t c 系统，1 9 9 5 年在美国最拥挤的州级9 1 号公路上 安装e t c 系统，克服了交通拥挤现象。如今e t c 方式已经成为美国同收公路投资和养护费用的高效率 手段，最著名的联网运行e t c 系统是e z p a s s 系统。 1 9 9 7 年7 月，“e z p a s s ”工程的最终运行方案开始付诸实施和运行。从e - z p a s s 系统开通起，e t c 的交易量持续增长，截止1 9 9 8 年1 2 月，仅经过1 年牛的时间，共计2 3 条专用e t c 车道就承担了整个 月平均交易量的4 3 ，高峰时段共至达到5 5 6 0 。 2 、欧洲 葡萄牙的v i av a r d ee t c 系统可以算作欧洲具有代表意义的联网e t c 系统之一。收费系统采用封 闭式和开放式相结合的模式。事实已让明，v i av a r d ee t c 系统是既有利丁道路使用者又有利丁道路运 营商的有效收费手段。根据运营报表统计数据，人j 二收费车道( m t c ) 的平均通行能力为2 0 0 v p h ，e t c 车道的平均通行能力为1 5 0 0 v p h ，1 条e t c 车道的通行能力是m t c 午道通行能力的7 倍。该e t c 车道 的显著特点是没有自动栏杆，乍辆能以不低于8 0 k m h 的速度通行。如果没有v i av a r d e 系统，运营公 司将不得不多修建2 0 0 0 多条人工收费车道( m t c ) 以解决收费拥堵问题。 1 9 9 0 年挪威奥斯陆地收费路上使用了e t c 系统。挪威卑尔根的实验表明：6 0 的车辆使用e t c 系统车道；当处在车流高峰时，使用e t c 系统的车辆达剑7 5 8 0 。 澳人利亚墨尔本基于因缺乏地产权、降低环境污染、提高公路交通安全、传统的收费广场方式己不 再合时宜等方面的考虑，采用了多车道自由流( m u l t i l a n e f r e e f l o w ，m u = f ) 电子收费( e l e c t r o n i c f e e c o l l e c t i o n ，e f c ) 技术，组建了自由流的e t c 系统。该j 二程总造价达2 2 亿澳元，建成后经营期限为 3 4 年。此外，针对自由行驶在公路上的车辆，不仅要求收费处理和违章抓拍过程要可靠和准确无误， 而且要富有灵活性，即对经常性用户和专fj 的运输群体如出租车和公用事业车辆进行灵活处理。 意大利y - 1 9 9 0 年首次在米兰至那不勒斯的高速公路上应用e t c 系统，至1 9 9 6 年采用e t c 系统的 高速公路里程数达9 7 7 k m ( 高速公路全里程为5 5 0 0 k m ) 。 奥地利麻用e t c 系统的里程数剑1 9 9 6 年达4 0 0 k i n ( 高速公路全里程为1 6 0 0 k i n ) ，并在2 0 0 1 年实 8 第二章高速公路收费系统概述 现所有的高速公路上都采用e t c 系统。 欧洲相当一部分国家如德国等，由于国家相应的政策法规不支持收费公路的发展，故e t c 的应用规 模受剑了一定的限制，所以说e t c 技术的应用是以收费公路的发展为基础的。 3 、亚洲 日本的收费公路历史近4 0 年，目前收费公路总长己近万公里，可以说日本的高速公路和汽车专用 公路儿乎所有的区间都是收费的。然而，日本经济的高速增长导致汽车的迅猛发展，尤其在大城市内和 大城市间的高速公路出现了远超出计划时预想的交通需求，交通堵塞司空地惯，且大部分都出现在收费 站处，解决这难题已成为日本道路的主要课题之一。 e t c 成为日本解决这一难题的主要方法，但由于技术难度和协调问题，时至1 9 9 9 年才开始真正实 施全国性的e t c 网络建设，首先建成的是东京附近的首都圈e t c 工程。从2 0 0 0 年开始了大阪、名古 屋等多条高速公路e t c 的建设，共计约1 0 0 多个收费站、4 0 0 多条e t c 车道。e t c 系统在2 0 0 1 年3 月 3 0 日正式在千叶和冲绳地区的高速公路上投入使用。1 5 本的e t c 系统用户标识采取的是接触式c p u 加两片式电子标签，路边用了般e t c 天线：车道设双向打开的高速栏杆，具有很高的安全性和车道通 行能力；完善的密钥扩散机制和电子标签发行流通体系，但车道系统投资和电子标签成本较高。 新加坡是世界上第一个在城区建立电子道路收费系统( e l e c l r o n i cr o a dp r i c i n gs y s t e m ) 的国家， 该系统丁1 9 9 8 年9 爿正式投入使用。与其它国家不同的是新加坡的道路收费系统主要片j 于控制拥挤 路段的交通流。建立该系统之前，新加坡一直使用1 9 7 5 年建立的人丁收费系统( 区域通行券系统或a l s 系统) 。新加坡将拥挤区域定为限制区，在一定的时段要求进入该区域的车辆必须购买区域通行券，并 将其贴在汽车挡风玻璃或摩托车的手柄上。使得道路的交通流控制能更有成效地实现，使更为复杂的收 费控制策略得以施行。 2 0 世纪9 0 年代，由于区域通行券系统的成功实施，类似的系统被引入剑3 条主要高速公路的拥挤 路段，h | 以控制高速公路的拥挤路段在高峰时段的交通流。新加坡有9 条高速公路，总长1 4 1 千米。需 注意的是，无论是区域通行券系统还是高速公路的道路收费系统，都只在预付费的前提下，实行对车辆 的控制进入，在收费站并没有真正意义的收费。 4 、中国 1 9 9 6 年底，首都高速公路发展公司与美国a m t e c h 公司在首都机场高速公路进行了e t c 系统试验。 到1 9 9 8 年，广尔省佛山市通达高技术实业公司引进美国1 1 公司的e t c 设备，在佛山、顺德、南海等 地建立了2 0 余条e t c 车道并投入使用，随后，北京首都机场路、津滨高速公路、京珠南高速公路、广 东虎rj 人桥、上海虹桥机场高速公路、厦门人桥和厦门海沧大桥等的e t c 项目相继开始进行。我国e t c 的应用区域分布如图2 - 1 ，国内席用e t c 系统项目及技术参数、系统规模和项目状况列于下表2 3 。 图2 - 1 我国e t c 的应用区域分布 9 东南大学硕士学位论文 表2 3 国内e t c 系统使用项目一览表 设各供应商 项目地点技术特点系统规模项目状况 ( 系统集成商) 广东佛山、顺德、美国1 1 公司，广东路只读型，单片式，4 0 多条e t c 车道，9 6 牛试焐仃，目前已 南海等地 路通公司9 1 5 m h z 频段约4 万张卡 正式运行 北京首都机场路美国a m t e c h 公司，北只读型单片式，内2 条e t c 车道，约 9 7 年底运行，9 9 年转 京速通公司置电池2 4 5 g h z2 0 0 0 张卡入正式运行 沪宁高速公路( 包 挪威q f r e e 公司，西 读写型内胃电池，约5 6 条e t c 车道9 7 年底开始建设，现 括锡澄高速，江阴班牙l n d r a 公司 5 8 g h z 停用 大桥) 广州市八桥一隧 挪威q - f r e e 公司 读写型，单片式内约2 0 条车道约29 8 年开始建设，实施 广东立信公司 置电池，58 g h z万张卡年票制，项目暂停 蓖庆市内三桥l j 本丰田电装公司，四读写型，单片式，内9 条车道，约2 万9 9 年开始建设，运行， 川新源珧代公司置电池5 8 g h z张卡现已停止 四川宜宾叫川新源现代公一j读写型，单片式，1 0 条e t c 车道，约19 9 年开始建设。目前 9 1 5 m h z 频段 万张卡 己一式运行 广东虎门太桥广东新粤 读写型，两片式，内 2 条车道，约5 0 0 张2 0 0 1 年建设，2 0 0 2 年 埃特斯公司置电池5 8 g h z投入运营 上海虹桥机场路日奉丰田公刊，读写型，单片式内2 条车道塞勺1 0 0 0 张2 0 0 1 年建没，2 0 0 2 年 r 海城建集团置电池5 8 g h z 卡 暂停 u 肃尹中高速公路瑞典康比特公吲读写型，单片式，内2 条车道，约1 0 02 0 0 1 年建设，2 0 0 2 年 清华紫光 置电池58 g h z张卡 试营运 深圳挪威o f r e e 公司 读写型，甲片式，5 86 条e t c 午道 2 0 0 1 年开始建设 佛山通达 g h z 6 0 0 0 张卡 广韶高速公路 广东新粤 读写型，两片式，内