多义性路径识别的系统在联网收费防逃费中应用分析.doc

多义性路径识别系统在联网收费防逃费中的应用分析贾全明 黄志军 胡翠云广东飞达交通工程有限公司 摘 要 本文提出路径精确识别也是防逃费的一种类型的新概念，路径精确识别用于在环形联网路段进行精确收费，可以避免使用非精确收费（一般用最短路径或最小通行费的方式）导致的通行费减少。多义性路径当不采用精确识别时，会导致部分通行费的流失，司机产生合法逃费。但精确识别的几种方法都需要建设成本和劳动成本，因此在对路径识别各种方式进行介绍的同时，引入了盈亏平衡分析的经济学模型，对精确的路径识别选择进行了经济学分析。关键词 多义性路径 联网收费 环形路网 精确识别 盈亏平衡分析 引 言目前国内大部分省市都已经实现全省或者分片区的高速公路联网收费，在联网收费系统中如何防止逃费作弊，减少通行费的流失对各路收费运营的单位具有重要的意义。随着高速公路越修越多，联网收费的路段出现了网状分布，这给确定车辆的行走路线带来了很大困难。目前，一般采用最短路径收取通行费，进行通行费拆帐，这就造成了一定的通行费流失与拆帐纠纷。采用多义性路径识别系统可以准确知道车辆的行驶路线，准确收取通行费，准确拆帐，并且不影响车辆的快速通过。同时，应用路径识别可以进一步加强收费运营管理，减少通行费的漏征。按照目前的收费管理，一旦出现个别收费站车辆逃费的情况，损失的不仅是本公司通行费，还会损失路网中其它公司的拆帐通行费。如果采用路径识别方式，在识别车辆路径的同时，相应也就记录了车辆的行驶里程，并以此为收费拆帐的依据，即使有车辆逃费，也只影响出现逃费公司的拆帐结果，其它公司的损失由出现逃费的公司来弥补。采用这种方式有助于提高各公司的管理水平，减少整个路网的通行费漏征。一、环形路网逃费的研究分析根据江苏省苏北高速公路路径识别技术的研究，在多路径路段上发生的交通量占总交通量的3.3，由多路径产生的费用占路网总通行费用的3，达720万元/年。随着路网的不断扩大，不确定路径的通行费用会越来越大。如此巨大的不能明确确定的通行费收入，如果不能妥善处理好，必然会对联网收费的正常工作产生很大的不利影响，必须认真地加以解决。依据车辆实际行驶路径进行通行费的征收与拆分，一般通过增加相应的设施和技术以明确实际行驶路径来解决。在无法获得车辆实际行驶路径的前提下，通过采用事先确定的原则和技术进行通行费的征收与拆分。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，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拆分给哪个收费单位的问题等。对于高速公路防逃费来说，不按车辆实际行驶距离和实际行驶路段计取通行费收入，而按最短路径计取通行费收入，实际是通行费损失，或者是合法（对司机来说）的逃费，逃费的金额为按实际里程和费率所计算的通行费收入与最短路径通行费之差。 1、环形路网不同路径流量和通行费差别的研究分析广东省粤西联网片区形成后，高速公路从湛江到达广州，既可以走茂湛高速、阳茂高速、开阳高速、佛开高速、广佛高速到达广州，也可以走茂湛高速、阳茂高速、开阳高速、西二环南、广三高速到达广州，也就是高速公路形成了环网，为研究设置标识站进行精确路径识别的必要性，2008年2月进行了本次调研，调研结果如表1所示：表1粤西片区路径识别调研序号项目数量备注1广佛日均车流量（辆次）719002西二环南（辆次）150213经由西二环至广州的车流量7754需精确拆分的比例（已行走西二环南为准）1.07%5最远路径比最短路径增加的单次通行费5.26采用最短路径可能流失的通行费4030从表中可以看出，经由较远路径（西二环南段）到达广州的比例为1.07%，如采用标识站法进行精确识别，每天可以增加约4000元的通行费收入，如采用最短路径法，所有到广州的车辆都按最短路径收费，则日均通行费损失为4000元，对司机来说，该通行费视为合理逃费。另司机对多义性路径的选择，由于涉及面大，而广东的调研不全，下面采用河南省交通厅的调研结果进行介绍。2、问卷调查驾驶员路径选择的研究分析为掌握驾驶员路径选择行为特性及其影响因素，为合理路径的界定及通行费拆分模型提供依据，河南省曾在全路网进行问卷调查，方式采取入口发放问卷-驾驶员回答问卷-出口回收问卷。调查内容主要有驾驶员所在地、出行情况、车型、车费来源；路径选择习惯、选择因素、合理路径划分标准参数等。调查结果如下：(1)用户群体：路网内用户主要为本省司机，对路网比较熟悉。(2)路网熟悉程度:表2驾驶员问卷调查表路网熟悉程度比例非常了解比较了解大致了解了解点很不了解合计第一次20.6530.3633.812.442.75100第二次17.30%37.34%31.40%11.53%2.43%100%(3)车费影响：车费来源以自费为主，路径选择需要考虑收费成本。如按实际行驶里程进行通行费精确征收，很多驾驶员会选择里程最短（费用最低）的路径。(4)影响因素：影响路径选择的因素包括距离、时间、路况、费用等；影响的程度随路网的变化有所变化。(5)距离影响：第1次：总体上显示距离差20公里对路径选择影响较大；但与出行距离长短也有关。第2次：总体上显示，随着出行距离的增大，可以容忍多行驶的距离也增大。(6)时间影响：第1次：可以容忍20分钟内的占83.58%；平均值14.8分钟，相当于约20km所需时间。第2次：总体上显示，随着出行时间的增大，可以容忍多行驶的时间也增大；据估算，与距离影响程度基本吻合。(7)费用影响：第1次：可以容忍20元内的占79.63%；平均值17.9元，相当于约20km所需费用。第2次：88.6%的被调查者可以容忍多交费用为20元以下；20元相当于多行驶距离20公里对应的费用。从调查分析的结果可以看出，在实际的司机路径选择时，会根据路网的使用情况、交通流量、费用的类型、增加的通行费费量等的不同而选择不同的路由，也就是多义性路径时，相同的OD，一定会产生不同的路由选择，通行费额度也各不相同。如果存在多义性路径，并且整个里程不超过50公路时，里程增加如果不超过10公里时，司机同等选择两种路径，此时主要看不同路径的车流情况、路面情况作为选择依据；如果存在第二路径路程增加超过10公里，司机一般不会选择第二路径。(如表3所示) 表3驾驶员路径选择调查结果表里程区间绝对里程差相对里程差合理路径里程区间100km20km L，L+20 当里程区间在50100km，第二路径新增里程不吵过20%时，司机同等选择两种路径，此时主要看不同路径的车流情况、路面情况作为选择依据；如果存在第二路径路程增加超过20%，司机一般不会选择第二路径。当里程区间100km，第二路径新增里程不超过20km时，司机同等选择两种路径，此时主要看不同路径的车流情况、路面情况作为选择依据；如果存在第二路径路程增加超过20km，司机一般不会选择第二路径。从前面分析可以看出，当在合理路径里程区间内，为了达到防逃费的目的，应尽量选用精确识别。二、路径识别基本方式介绍从基本思路看，路径识别技术可以分为精确识别和概率识别两类。 1、精确识别原理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。 要做到对车辆行驶路径的精确识别通常由两种方法，一种是通过土建设施渠化的手段，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。 另一种是通过标识方法对采集车辆行驶路径信息，确认车辆行驶路径。在封闭式的收费系统环境下，车辆通过路网时，已经具备了两项信息出口信息和入口信息，对于路径识别来说，路径是由出口、入口、路段信息共同组成，只要三种信息齐全，路径就可以惟一确定，因此，只需要根据路网中会产生歧义的路段设立标识，采集标识信息，获取车辆行驶的标识是信息，就可以根据出口信息、入口信息、标识信息（可能有多个）识别出任意车辆的行驶路径。 2 、概率识别基本原理车辆路径的概率识别就是通过交通均衡或非均衡理论为基础，建立以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，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。 通过概率的计算，可以确定路网中车辆整体行驶路径的分布，因此，当联网收费的拆分模式是由结算中心统一拆分时，就可以根据路网中车辆整体行驶路径的分布，按某一时间间隔拆分多路径的通行费，当联网收费是在车道完成时，也可以按车辆行驶不同路径的概率拆分分配通行费到各路径路段业主，解决多路径识别问题。 当从防逃费的角度，主要是讨论通行费的流失率。从前面分析可以看出，当在合理路径里程区间内，为了达到防逃费的目的，应尽量选用精确识别。三、基于平衡分析的路径识别投资经济技术对比分析1、盈亏平衡分析的概念盈亏平衡分析是在一定市场、生产能力及经营管理条件下（即：假设在此条件下生产量等于销售量），通过对产品产量、成本、利润相互关系的分析，判断企业对市场需求变化适应能力的一种不确定性分析方法，故亦称量本利分析。根据成本总额对产量的依存关系，全部成本可以分成固定成本和变动成本两部分。固定成本是不受交通流量影响的成本，即不随道路交通流量增减发生变化的各项成本费用，在本文中指路径识别设备的建设成本。变动成本是随交通流量的增减而成正比例变化的各项成本，如营运管理费用、设备维护费用等。在一定期间把成本分解成固定成本和变动成本两部分后，再同时考虑收入和利润，使成本、产销量和利润的关系统一于一个数学模型。这个数学模型的表达形式为：B=pQCvQCFTQ （1）式中 B表示利润：p表示单位流量的费率；Q表示产交通量；T表示单位产品销售税金及附加（当投入产出都按不含税价格时，T不包括增值税）；Cv每单位车流量的营运和维护成本额；CF表示固定总成本。将以上的关系反映在直角坐标系中，即成为基本的量本利图，0盈亏平衡产交通量Q0设计流量Qd固定总成本CF可变总成本=CVQTQ利润B通行费收入S=PQ总成本C=CVQTQCF流量Q金额亏损区盈利区图1基本的量本利图假定在一定时期内，费率不变时，增加的通行费收入S随交通流数量的增加而增加，呈线性函数关系，在图形上就是以零为起点的斜线。投入总成本C是固定总成本和变动总成本之和，当单位流量的变动成本和每单位流量的维护和运营费用不变时，总成本也呈线性变化。增加的通行费收入与总成本线的交点是盈亏平衡点（Break-even Point，简称BEP），也叫保本点。表明营运单位在此产车流量下总收入与总成本相等，既没有利润，也不发生亏损。在此基础上，增加交通量，增加的通行费收入超过总成本，收入线与成本线之间的距离为利润值，形成盈利区；反之，形成亏损区。2、多义性路径是否采用精确识别的盈亏平衡分析从前面的分析可以看出，从防逃费的角度，只有精确收费法，也就是按司机行驶的实际里程收费，才是真正的防逃费的目标方案，而对多义性路径选择的非精确拆分法，选择的都是O-D间最短路径作为通行费收入的标准，都属于客观、合法存在通行费漏收的方案。由于路径识别成本投入较高，需识别的车流量也不是很大，采取精确识别法所获得的利益并不一定能值识别成本的投入。当投入远大于产出时，可认为是不值的，也就是虽然有小部分的通行费损失，当不影响整体。当产出大于投入时，则认为设置精确拆分是合理的。采用精确识别方法的所需投入（按路网中存在10个环路计算）大致如下：l 标识站法：每个标识站年均投入150万元，每年共需1500万元。l 车辆牌照法：每个牌照点需投入100万元，共需1000万元。l 电子标签法：每套车道读写器1.5万元、标识站读写设备4万元，标签卡50元；假设设置200个收费站800个收费车道、10个标识站、100万张标签卡，则需6200余万元。由此可以看出，车辆牌照法是最省的，标识站法次之，而电子标签法最不经济，目前不建议推广。目前在高速公路路径识别的主要技术方法有标识法、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。(1) 精确识别收入的计算令在多义性路径中，最短路径外的其它行驶路径的交通流量为，每辆车可以多征收的通行费收入为，则设置精确识别方法可以产生的收益（减少通行费损失）为 （2）其中：其中：第i种路径中j种车型的交通流量；第i种路径中j种车型可多征收的通行费；令N为设备使用年限k年内总的车流量，t为车流量的平均增加费率（实际费率-最短路径费率），l为平均里程，则有收益为：(2) 标识站法成本的计算对于标识站法，则可以建立费用模型如下 （3）对已建道路进行土建改造、增加通信设备、增加软件功能、以及相应的系统软件改造等基本费用为。k高速公路建立标识站后的收费年限与设备使用年限之间的小值高速公路每年单位交通量的营运管理费用设立标识站后单位交通量的停车在标识站标识所耗费的油费成本设立标识站后单位交通量的停车在标识站标识所耗费的时间成本设立标识站后单位交通量的维护保养成本每年的其他成本(3) 标识站法盈亏平衡分析将成本和收入代入前面公式可得标识站法的盈亏平衡公式如下： （4）此时盈亏平衡点为： （5）当交通量小于时，此时为亏损区，标识站投入大于精确识别增加的费用，建议不使用标识站，系统对所有多义性路径的行驶车辆按最短路径法收费，系统存在合法逃费行为；当交通量大于时，此时为盈利去，标识站建设及使用成本小于精确识别增加的费用，建议使用标识站，系统对多义性路径行驶的车辆按实际里程收费，不应存在因识别而产生的防逃费。(4) 车辆牌照法识别方式的盈亏平衡分析对于车辆牌照法，它的维护成本基本与流量无关，而是与基本投入有关，可以建立费用模型如下 （6）为对已建道路进行土建改造、增加通信设备、增加软件功能、以及相应的系统软件改造、建立牌照点建设费用等基本费用。k高速公路建立车辆牌照站后的收费年限牌照站后高速公路牌照站单位流量的营运管理费用牌照站维护保养成本系数，该系数不因流量的增多而增多目前牌照识别还不成熟，拆分技术也不够成熟，因标识不全而增加的辅助成本其它成本此时，盈亏平衡公式如下： （7）此时可以计算出盈亏平衡点如下： （8）当交通量小于时，此时为亏损区，车辆牌照法投入大于精确识别增加的费用，建议不使用标识站，系统对所有多义性路径的行驶车辆按最短路径法收费，系统存在合法逃费行为；当交通量大于时，此时为盈利去，车辆牌照站建设及使用成本小于精确识别增加的费用，建议使用标识站，系统对多义性路径行驶的车辆按实际里程收费，不应存在因识别而产生的防逃费。3、粤西是否设立标识站的盈亏平衡分析在广东省，因西二环二期的开通，使粤西联网片区存在了收费环网，