基于ETC电子收费数据的信息提取技术研究

第10卷第2期交通运输系统工程与信息V0110NO22010年4月JOURNALOFTRANSPORTATIONSYSTEMSENGINEERINGANDINFORMATIONTECHNOLOGYAPRIL20LO文章编号10096744201002005707基于ETC电子收费数据的信息提取技术研究翁剑成。，刘力力，杜博北京工业大学北京市交通工程重点实验室，北京100124摘要电子不停车收费系统是智能交通应用系统中取得较大发展的子系统系统能实时记录车辆的进、出口收费站的时间、地点等数据本文以电子不停车收费的交易数据为基础，通过对原始交易数据的分析，确定了数据的处理流程，在此基础上，提出了路段行程速度计算模型。交通流量分布规律分析方法和高速公路站点OD分布、车型比例分布等指标获取方法研究以北京市高速公路电子收费数据为例，进行了案例分析结果表明。本研究中提出的数据处理和提取技术能较为准确地获取高速公路运营管理中所需的信息，这些信息为高速公路出行者信息服务、高速公路交通运营和规划等提供有效的信息支撑关键词智能交通；高速公路；不停车收费；出行者信息服务；交通信息中图分类号U491文献标识码AETCDATABASEDTRAFFICINFORMATIONMININGTECHNIQUESWENGJIANCHENG，LIULILI，DUBOKEYLABORATORYOFTRANSPORTATIONEN西NEEFING，BEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY，BEIJING100124，CLLILMABSTRACTTHEELECTRONICTOLLCORECFIONETCSYSTEMIS衄IMPORTATIONSUBSYSTEMINTHEINTELLIGENTTRANSPORTATIONSYSTEMITSITC粕CONTINUOUSLYRECORDTHETIMEOFVEHICLESENTERINGORDEPARTURINGFROMTHECERTAINTOLLSTATIONBASEDONTHECHARGETRANSACTIONDATAOFETCSYSTEM，THISPAPERANALYZEDTHEORIGINALDATAANDDETERMINEDTHEDATAPROCESSINGFLOWOFETCDATATHEN，ITPROPOLTHETRAVELSPEEDCALCULATIONMODELOFFREEWAY，THETRA伍CFLOWDISTRIBUFIONANALYSISMETHOD，THEINFORMATIONMININGTECHNIQUESOFODDISTRIBUTION，VEHICLETYPEPROPORTIONINDIFFERENTTOLLGATE，AND80ONTHERESEARCHFINALLYTOOKTHEETCDATAOFBERINGCITYIN2008ASANEXAMPLE，ANDCARRIEDACASEANALYSISTHERESULTINDICATEDTHATTHEDATAPROCESSINGANDTHEINDEXEXTRACTIONTECHNIQUESC卸ACCURATELYGAINTHEINFORMATIONWHICHISNECESSARYINTHEFREEWAYOPERATIONANDMA_RMGEMENTTHESEPROVIDEEFFECTIVEDECISIONMAKINGSUPPORTFORTHEFREEWAYTRAVELERSINFORMATIONSERVICEANDTHEHIGHWAYTRA仿COPERATIONANDTHEPLANKEYWORDSINTELLIGENCETRANSPORTATIONSYSTEMITS；FREEWAY；E1ELECTRONICTOLLCOFIECTION；TRAVELERSINFORMATIONSERVICE蛐CINFORMATIONCLCNUMBERU491引言熟，并逐步进入大规模的产业化应用阶段，在欧美近年来，不停车电子收费技术发展已13益成和13本等国已得到了广泛应用并形成规模效益收稿日期20090917修回ET期2009，1119录用日期20091224基金项目国家科技部科技支撑项目2006BAJL8803；北京市科委科技计划项目I07050600440000作者简介翁剑成1981一，男，浙江金华人，博士，讲师通讯作者YOUTHWENGBJUTEDUCN万方数据58交通运输系统工程与信息2010年4月我国的电子不停车收费系统，经历了引进设备试普及率，以及高速公路交通信息采集、服务方面都存验、自行研究、制定中国自己的标准和实现自主产在较大的差距如何在较低的普及率，较少的采集业的过程2007年5月1日，智能运输系统电子收手段下，利用ETC收费数据获取高速公路运行状况费系列国家标准正式颁布实施随着这个标准的信息，具有重要的研究意义本研究以电子不停车实施，全国各地开始在此基础上开展电子收费系统收费的ETC交易数据为基础，开展基于车辆标签数的建设和推广2009年5月，北京市ETC电子收费据的交通信息提取以及对数据的处理分析，以期为系统开始正式运营我国未来高速公路的出行者信息服务、高速公路交交通信息是提高出行者信息服务品质、改善道通状态获取等应用提供重要的信息来源路交通管理能力和水平的重要基础现阶段，国内的高速公路运营管理和信息服务中，普遍存在信息2ETC电子收费数据的采集与处理获取的渠道较为单一、出行者信息服务薄弱等问21数据采集题同时，国内电子收费系统的应用规模还比较本研究以ETC电子收费交易数据库为基础，小，基于电子收费数据的交通信息提取技术方面的与ETC交易数据相关的主要包含两个数据表，即研究也较少电子收费系统在收费过程中记录了收费站点的属性表和ETC电子交易数据记录表车辆通行的原始数据，包含了大量的交通流信息，电子交易数据记录表是本研究中应用的重要数据具备为其它智能交通应用子系统提供统计数据及基础该表记录了每一条ETC交易数据的信息，包信息服务的功能心日本，欧洲等国家开展了部分含以下字段交易记录号，入口广场编号，入口时基于ETC收费系统的信息提取研究和试验工作间，出口时间，车辆类型这些交易信息是获取相OHBA等人19991提出了一种基于传统电子关入口对问交通运行状况的基础化人工收费磁卡数据进行高速公路行程时间计算原始的数据库中是以面向收费交易记录的应的方法，并利用检测器实测数据对行程时间估计的用而建立的，但是要实现面向出行者信息服务和信精度进行了试验验证验证了基于区间收费卡所息提取的应用要求，需要对数据表进行设计，提取记录的信息提取路段运行速度等信息的可行性有效的字段进行分析因此，在数据库建立完成KANOSHIMA等人2008HO提到日本ETC收费站的普后。可对数据库中的ETC交易数据进行初步优化及率在74左右，东京高速公路有大概80的车实际处理中，可以只保留属性表中有价值的字段，辆使用ETC收费VICSVEHICLEINFORMATIONAND包括收费广场编号，收费广场名称，收费场站特性COMMUNICATIONSYSTEM通过路侧信息、广播信息和1分析时段的确定车载导航系统为驾驶者提供服务ETC电子收费不同的信息应用对于分析时段的要求是不同系统和VICS信息服务系统的协调工作能有效实现的在面向出行者信息服务的路况信息发布应用电子收费与数据处理、信息服务的高效运作协调中，考虑到高速公路交通信息更新频率的需求，并系统根据道路上设置的ETCID采集装置，为出兼顾实际ETC收费数据量的情况，考虑以10分钟行者提供合流点提示、前方道路状况、车速、定位等作为时间周期对全天的时间记录进行划分，以取得信息这些信息依赖于实时的电子收费数据的分相应时间段内的路况信息；在面向高速公路交通流析文献52004提出了基于车路定位系统演变规律分析的应用中，交易数据以1小时为间隔VPS的电子收费系统，这将是未来电子收费技术统计分时段的交通量、小时平均速度等指标；在面发展的新方向但是在基于专用短程通信DSRC向高速公路OD分布的应用需求中，该指标的分析的ETC收费系统尚未大范围应用的背景下，基于和计算通常以日为周期进行划分VPS技术的电子收费系统还需要解决很多核心技2出入口站点路段距离的确定术和系统运营机制的问题高速公路联网收费系统的建设，使得出入口间与国外规模化的电子收费系统和完善的高速公的路段距离计算更加复杂各出入站点的里程桩路出行者信息服务系统相比，国内在电子收费系统号已知，确定出入站点路段距离有以下两种情况万方数据第LO卷第2期基于ETC电子收费数据的信息提取技术研究59当出入口站点属于同一条高速公路时，可标和需求，包括以下三方面一是获得相应出入口直接用两站点里程桩号差计算得到；对之间的路段平均行程速度；二是获得用于高速公当出入口站点属于不同高速公路时，需要路交通规划的出入口站点间出行OD特征信息；三确定高速相交的立交桥分别在两高速公路中的里是获得各个站点的电子收费流量信息，通过ETC程桩号，并计算两段高速公路上里程桩号差，叠加搭载率等指标，间接获取路段交通流量信息，与前所得即为相应的出入口站点路段距离两方面的需求不同，在该指标的分析中，开放式收22ETC数据的处理费站点ETC交易数据也是分析的有效数据221数据处理的总体流程车辆标签ETC数据的分析流程如图1所示通过需求分析，初步确定ETC数据处理的目图1车辆标签ETC数据的分析流程FIG1THEANALYSISFLOWOFETCDATA222ETC数据的预处理和筛选规则数据筛选的目标是对交易数据进行分类，确定ETC数据预处理的目标是对数据仓库中数据各类指标提取中能采用的基础数据，以提高数据处进行筛选、清理，保留合理准确的数据，缩小数据范理的精度，数据筛选规则如下围，以提高ETC数据分析的质量由于ETC原始数由于ETC交易过程中数据通信或其他系统据是大规模的、不完全的、有噪声的，在实际应用问题，有些数据的进口时间晚于出口时间，这部分中，对于有缺失信息或错误的数据进行剔除数据数据在进行路段行程速度提取中不采用，而在进出预处理是基于ETC数据进行信息提取的重要环口交通流量分析中可以采用节，在研究中，通过对原始数据的分析，提出了包含在开放式收费制式中，交易数据只有出口数据剔除、数据筛选、进出口数据分类、交易时间分广场信息，这部分数据无法应用于路段行程速度提段等过程的数据预处理流程取，但可以反映收费站点的交通流量情况数据剔除主要目标是剔除不合理数据和错误进出口数据分类是将不同出入口对的数据，通数据，在数据剔除中采用的规则是过添加“出入口对标记”的属性字段，来区分不同出由于此研究是以2008年北京市高速公路入口对，满足进行出入口对间路段行程速度分析的ETC数据为基础进行的，在系统应用中由于系统记应用需求录的原因，记录时间出现错误因此需要删除交易交易时间分段是对分析时段的划分，根据不同年份不等于2008年的交易数据处理中，通过YEAR指标分析计算的要求，进行不同时间周期的分段ENTIME函数来判断由于此研究针对北京市高速公路ETC收费3基于ETC交易数据的信息提取系统，因此OD行程一般不会大于100公里，因此该过程是ETC数据分析的核心环桔，根据ETC剔除进出口相对应的日期不在同天的数据数据分析得到的结果，利用可视化图表、曲线显示，万方数据交通运输系统工程与信息2010年4月以便相关用户能直观掌握高速公路运营状况、OD分布、交通量等各类特征数据ETC数据处理和信息提取具体从以下几滚方面来分析31路段行程速度的计算模型路段行程车速是车辆行驶在道路某一区间实际总体运行状况行程时间包括行驶时间和中途受阻时的停车时间它是评价道路行车畅通程度与分析车辆发生延误原因的重要数据哺】在高速公路出行者交通信息服务中，路段的平均行程速度信息是其最有效、对出行者最有意义的信息传统的固定型高速公路检测手段只能获取断面的交通流信息，无法准确地掌握路段总体的行程速度通过对出入口广场对之间车辆进出的时间形式进行归一化，计算出驶入时间和驶出时间之差，并且，通过查询出入口广场之间的路段里程，进而可以计算得到路段的行程速度信息通过对相同时段如10分钟内所有交易数据的统计平均，可以获得该时段内特定路段的平均行程速度计算模型如下1入口时间和出口时间换算成单位为秒的形式TI3600H60XMS1其中K收费广场属性，1为人口广场，2为出口广场；H，M，S时间记录中的小时，分，秒2时间差计算瓦T2一TI2其中死第I个路段，第条记录的出入口时间差；I出入口间的路段编号；，交易记录编号3单辆车的行程速度计算Q孑31I其中S；某出入口间路段的里程4某时段的路段平均行程速度计算YYL南4T一H其中肼某路段在给定时间间隔内通过的第1辆车编号、R某路段在给定时间间隔内通过的最后1辆车编号32路段行程速度的分布规律分析路段行程速度的时间分布规律是衡量高速公路服务水平，了解高速公路路况演变特性的重要指标之一，对于有的放矢地制定相应高速公路交通管理政策，提高高速公路通行效率具有重要意义研究中，可以利用对不同时间段内的行程速度分布和演变规律进行纵向分析321路段行程速度特征分析车辆在高速公路上的行程速度一般应在4120KMH之间，进行行程速度特性分析时，可以分别计算路段速度平均值、速度标准差和速度离差等特征参数，以及常见速度、中间速度、众数等，从而掌握该路段交通流运行的基本特性，服务于高速公路规划、管理和服务“O1行程速度平均值YYY牛52速度标准差SJZ71矿,6其中S观测时间段内路段速度标准差；乃观测时段内的总样本量3速度离差VJ赶Y一一K。7其中观测时段内最大行程速度；观测时段内最小行程速度322路段行程速度分布分析将出入口问路段行程速度数据组，以5KMH为区间进行分组，从而得出不同速度区间的频数，了解速度分布规律，利用速度累计频率曲线可以计算出车速分布中有代表性的百分位速度值累计频率分布曲线可以表征每组行程车速与累计频率之间的关系另一方面，也可以根据统计时段的划分，分析不同时段路段平均速度的演变规律33交通流量的分布规律分析路段交通流量是体现道路服务水平的重要指标，同时也是衡量高速公路繁忙程度的指标分析万方数据第10卷第2期基于ETC电子收费数据的信息提取技术研究61中，以ETC交易时间中记录的小时信息进行时段划分，通过统计处理，筛选出各个时段的交通量，得到小时电子收费交通量的分布图，进而掌握站点的高峰时段交通量在实际应用中，由于高速公路上以ETC收费方式进行收费的车辆数只占高速公路总交通流量的一部分，无法直接体现高速公路站点的交通流量通过对各条高速公路采用ETC收费的总交通流量占比进行实际观测，可以间接推算出入口广场的总交通流量在此，定义某段高速公路OD段ETC收费方式的交通流量占总交通流量的口，此路段平均每天ETC收费方式的交通流量为Q，则可推算，此介OD路段平均每天总交通流量Q为Q等U7034高速公路交通流量OD分布高速公路出入口站点通常联系着重要的交通小区或功能区，高速公路上各个出口与人口之间的OD分布也从一定程度上体现了交通小区之间的交通需求，是高速公路运营管理和规划的重要环节高速公路OD分布可以根据单位统计周期内的，出入口对之间的交通流量统计获得具体形式有两类通过OD表，可列出高速公路各进出口站点OD对之间的交通产生和吸引量以某个入口站点为起始点，通过图形表征由人口站点到各个出口站点的交通量，该指标反映了各个出入口站点之间的交通需求35高速公路车型比例分布道路上行驶的车辆种类繁多，其速度、行驶规律以及占用道路的净空差异较大了解高速公路的交通流的车型比例分布，对于高速公路规划、安全设施设计和运营管理都具有重要的参考价值不同车型之间速度差的分析也是影响高速公路安全性的重要指标4模型应用的案例分析基于以上数据分析的模型和指标，选取2008年北京市京开高速金华寺站至