面向聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)的高速公路路徑識(shí)別方法分析

馬鑫俊，王 握

（南京市城市與交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210000）

面向聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)的高速公路路徑識(shí)別方法分析

馬鑫俊，王 握

（南京市城市與交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210000）

為了進(jìn)一步研究在聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)的背景下，高速公路路徑識(shí)別在通行費(fèi)拆分中的應(yīng)用與發(fā)展，本文對(duì)當(dāng)前高速公路路徑識(shí)別中的方法和技術(shù)進(jìn)行了探討和總結(jié)。

聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)；高速公路路徑識(shí)別；通行費(fèi)拆分；概率識(shí)別；精確識(shí)別

0 引言

隨著路網(wǎng)規(guī)模的形成以及技術(shù)手段的進(jìn)步，提高高速公路的管理效率和整個(gè)路網(wǎng)的通行服務(wù)水平變得越來越重要，而聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)的推行能有效地解決上述問題，但其并沒有改變“一路一公司”的局面，因此在通行費(fèi)的拆分上，如何在各路公司之間進(jìn)行利益分配是聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)需要解決的關(guān)鍵問題之一。對(duì)于通行費(fèi)拆分問題，關(guān)鍵技術(shù)在于車輛路徑的識(shí)別，即如何確定車輛的行駛路徑，從而可以精確合理的給每一家路公司拆分通行費(fèi)用。因此，在聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)的背景下，高速公路路徑識(shí)別的研究具有十分重要的實(shí)際意義。本文將對(duì)國(guó)內(nèi)外路徑識(shí)別技術(shù)的發(fā)展和模型算法、路徑識(shí)別方法評(píng)價(jià)等方面的研究進(jìn)行評(píng)述，以期為我國(guó)進(jìn)一步展開相關(guān)研究提供參考。

1 路徑識(shí)別技術(shù)發(fā)展和模型算法

在我國(guó)早期的發(fā)展中，由于經(jīng)濟(jì)水平不足，技術(shù)發(fā)展不完善，主要是通過借鑒交通規(guī)劃中交通分配的方法，通過分配模型，將流量分配到對(duì)應(yīng)的高速公路路網(wǎng)中，得到不同路段或路徑下的交通量，從而實(shí)現(xiàn)車輛路徑的模糊識(shí)別。由于受到的影響因素較多，存在的爭(zhēng)議較大，相關(guān)研究也較少。其中吳天舒等［1］提出了基于車輛檢測(cè)器的多級(jí)目標(biāo)規(guī)劃識(shí)別方法，融合了概率識(shí)別的思想。劉海濤等［2］對(duì)多路徑容量限制法的應(yīng)用進(jìn)行了分析，給出了其在高速公路通行費(fèi)拆分算例，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。同時(shí)，陳洪星等［3］提出改進(jìn)的布瑞爾分配法，通過引入了運(yùn)行阻抗的概念，充分考慮出行者行為選擇的影響因素，并且對(duì)蘇南高速公路的實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行了相關(guān)參數(shù)的標(biāo)定，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

同時(shí)，不少學(xué)者也對(duì)高速公路多路徑識(shí)別的模型算法進(jìn)行了研究。杜海寧等［9］提出了一種改進(jìn)的清分表生成算法，妥善地解決由于環(huán)路的存在而無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算清分表的問題。叢浩哲等［10］提近來許多學(xué)者提出了多種高速公路路徑識(shí)別的新方法，例如：陳良［4］提出基于LBS定位的關(guān)鍵CELLID標(biāo)記路徑的方法，并驗(yàn)證了方案的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。張昊［5］首次提出了RFID電子標(biāo)簽與非接觸式IC卡組合式技術(shù)，能夠有效地解決浙江省聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)路徑識(shí)別的問題。陸群［6］提出的基于GNSS衛(wèi)星定位的路徑識(shí)別系統(tǒng)，不需要標(biāo)識(shí)站的建設(shè)，能夠有效地減少基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。李瑩等［7］提出一種基于RFSIM的路徑識(shí)別系統(tǒng)，充分利用手機(jī)的移動(dòng)支付功能，實(shí)現(xiàn)有效的遠(yuǎn)程控制。王晨等［8］提出了一種基于ETC自由流的路徑識(shí)別系統(tǒng)，通過有效的挖掘ETC車道車輛信息，實(shí)現(xiàn)路徑的精確識(shí)別。

2 高速公路路徑識(shí)別方法分析

2.1 路徑識(shí)別的定義

如下圖1所示，高速公路收費(fèi)路網(wǎng)中，其中AC、AB、BC、CD、BD分別表示一條高速公路，且每條高速公路屬于不同的路公司，共5家路公司。現(xiàn)某車從A點(diǎn)進(jìn)入高速公路，從D點(diǎn)駛出高速公路，AD點(diǎn)之間存在二義性路段，路徑識(shí)別的問題就是如何確定車輛從A點(diǎn)到D點(diǎn)的行駛路徑，從而合理的在這5家路公司間拆分通行費(fèi)。

圖1 高速公路收費(fèi)路網(wǎng)

2.2 路徑識(shí)別方法的分類分析

在聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)的條件下，車輛的出入口信息可以精確地獲取，因此高速公路路徑識(shí)別的實(shí)質(zhì)問題就是標(biāo)定車輛行駛的路段信息。針對(duì)標(biāo)定車輛行駛路段信息的原理和手段的不同，可以將路徑識(shí)別分為精確識(shí)別、概率識(shí)別和其他三大類，如圖2所示。

其中，精確識(shí)別是通過物理或技術(shù)的手段準(zhǔn)確的獲取每一輛車的行駛路徑信息，主要包括交通土建法、車牌識(shí)別、GPS標(biāo)定、基于DSRC技術(shù)的識(shí)別以及基于手機(jī)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的LBS定位識(shí)別等。而概率識(shí)別，主要是基于交通規(guī)劃中交通分配的方法，主要包括時(shí)間比分配等時(shí)間分配、總行駛時(shí)間最小化分配以及布瑞爾交通分配等方法。其他方法，主要有基于運(yùn)籌學(xué)的方法（如最短路的路徑識(shí)別），統(tǒng)計(jì)調(diào)查的方法（如實(shí)際調(diào)查法、車型分類統(tǒng)計(jì)法），以及最為簡(jiǎn)單的協(xié)商法。下面將對(duì)各類方法進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

圖2 路徑識(shí)別方法分類

2.2.1 概率識(shí)別

單純的為實(shí)現(xiàn)高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)中通行費(fèi)用拆分的路徑識(shí)別及費(fèi)用拆分技術(shù)不一定要求精確識(shí)別出每一車輛的真實(shí)行駛路徑，可以采用概率識(shí)別的方法，確定OD交通量在各路徑上的分配比率，從而得到不同路段或路徑上的交通量，實(shí)現(xiàn)通行費(fèi)在各路公司間的合理拆分。其中概率識(shí)別的方法主要分為交通分配法和布瑞爾分配法。

（1）交通分配法：交通分配法的實(shí)質(zhì)是將獲取的OD交通量根據(jù)分配模型分配到路網(wǎng)中的各條路徑上，得到不同路段或路徑下的車輛數(shù)，從而各路公司可以實(shí)現(xiàn)按路段或路徑上車流量分配通行費(fèi)的方式。對(duì)于OD交通量的獲取，主要是通過聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)，可以精確的獲取每一輛車的出入口信息，以及該車的車輛類型，載重情況等，同時(shí)考慮到不同的收費(fèi)制式，對(duì)于分車型收費(fèi)方式，需要整理不同車型的OD交通量，對(duì)于記重收費(fèi)的方式，則僅僅獲取總的OD交通量即可。還有更為重要的是交通分配模型的選擇和參數(shù)的標(biāo)定，應(yīng)根據(jù)實(shí)際的路網(wǎng)情況和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，選擇合理的分配模型，并對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。

（2）布瑞爾分配法：布瑞爾交通分配法是多路徑概率分配方法中的一種，該方法以駕駛員的主觀感受為前提，根據(jù)駕駛員對(duì)路網(wǎng)的熟悉程度和一些駕駛經(jīng)驗(yàn)得到每條可選路徑的出行時(shí)間，從而計(jì)算得到基于駕駛員經(jīng)驗(yàn)的各路徑的選擇概率，最后根據(jù)OD交通量數(shù)據(jù)，可以清楚地得到不同路徑和各個(gè)路段的交通量，即可合理的確定各路公司的拆分金額。

2.2.2 精確識(shí)別

（1）交通土建法：在路徑精確識(shí)別的方法中，最簡(jiǎn)單的方法就是根據(jù)車輛的出入口信息，就可以得到車輛的行駛路徑。該方法必須在路網(wǎng)規(guī)劃層面上進(jìn)行考慮，保證每一OD點(diǎn)對(duì)僅有唯一的路徑，對(duì)于實(shí)際某個(gè)地區(qū)小型路網(wǎng)的規(guī)劃可考慮該方式。同時(shí)，也可在后期對(duì)既有路網(wǎng)存在二義性路段進(jìn)行物理改建和擴(kuò)建，消除二義性路段，但該方式由于其基礎(chǔ)投資巨大，重復(fù)建設(shè)嚴(yán)重，路網(wǎng)的整體功能和可達(dá)性將嚴(yán)重下降，因此不具有可實(shí)現(xiàn)性。

（2）標(biāo)識(shí)法：其基本原理是針對(duì)路網(wǎng)中的二義性路段設(shè)立信息采集器，車輛通過信息采集器，采集車輛的特征信息，與出入口車輛的特征信息進(jìn)行匹配，即可唯一的確定每一輛車在路網(wǎng)中的行駛路徑 。根據(jù)信息采集的方法和原理的不同，標(biāo)識(shí)的技術(shù)有多種，如車牌照識(shí)別技術(shù)；DSRC技術(shù)；基于衛(wèi)星定位（GPS）；LBS（Location Based Services，定位服務(wù)）等方法。

總之，對(duì)于精確識(shí)別的方法，就是通過相應(yīng)的技術(shù)手段對(duì)車輛的位置進(jìn)行標(biāo)定，獲取車輛行駛的路段信息，結(jié)合車輛的出入口信息，即可確定車輛在路網(wǎng)中的行駛路徑。

2.2.3 其他方法

除了上述的方法外，還存在一些簡(jiǎn)單高效的方法，即各路公司可以按照簡(jiǎn)單的、易實(shí)施的方式進(jìn)行通行費(fèi)的拆分，主要包括有最短路徑法、協(xié)商法、實(shí)際調(diào)查法、車型分類統(tǒng)計(jì)法。其中最短路徑法取最短路徑作為車輛的行駛路徑，即起點(diǎn)到終點(diǎn)存在二義性路徑時(shí)，把其中的最短路徑當(dāng)成車輛的行駛路徑；協(xié)商法是指各路公司在協(xié)商達(dá)成一致的前提下，采用某種分配比率進(jìn)行通行費(fèi)的拆分；實(shí)際調(diào)查法，通過定期對(duì)二義性路徑車輛實(shí)際行駛路徑進(jìn)行調(diào)查，得到路網(wǎng)的分配矩陣，從而較為合理的確定車輛行駛路徑；車輛分型統(tǒng)計(jì)法，該方法適用于高速公路采用分車型收費(fèi)的方式，在高速公路二義性路段上設(shè)置車輛分型統(tǒng)計(jì)設(shè)備，識(shí)別出路段中車輛的類型，根據(jù)二義性路徑中每條路徑的各類車型統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行通行費(fèi)的拆分的一種方式。

3 高速公路路徑識(shí)別方法的評(píng)價(jià)

根據(jù)高速公路識(shí)別方法技術(shù)的發(fā)展歷程來看，每種方法都有其適用性。由于技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r的限制，只是在特定的歷史時(shí)期和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平下，選擇了不同的識(shí)別手段和方法，其中各類技術(shù)的適用性如表1所示。

表1 各種路徑識(shí)別方法適用性對(duì)比

從以上的表格分析可以看出，對(duì)于精確識(shí)別的方法，該方法原理上已經(jīng)相當(dāng)成熟，但在現(xiàn)階段高速公路運(yùn)營(yíng)管理現(xiàn)狀下，精確識(shí)別的方法很難取代傳統(tǒng)的概率識(shí)別手段，概率識(shí)別的方法仍然存在一定的生命力。同時(shí)考慮到技術(shù)的發(fā)展和系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)，應(yīng)逐步實(shí)現(xiàn)以精確識(shí)別為主，概率識(shí)別為輔的高速公路路徑識(shí)別方式，保障在精確識(shí)別技術(shù)設(shè)備出現(xiàn)故障的同時(shí)，采用概率識(shí)別的手段能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著智能交通的不斷發(fā)展，各種檢測(cè)識(shí)別技術(shù)日益成熟，比如移動(dòng)通訊、車牌識(shí)別法、RFID、GPS等技術(shù)，都為多義性路徑的精確識(shí)別提供了技術(shù)支持。總之，采用智能交通輔助技術(shù)，用精確識(shí)別的方法識(shí)別多義性路徑將是未來高速公路收費(fèi)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)考慮到不同省份采用的高速公路路徑精確識(shí)別技術(shù)間的差異，如何在各省份銜接路網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)各技術(shù)間（如RFID、ETC、GPS、LBS等）組合識(shí)別將是后續(xù)的研究重點(diǎn)。

［1］吳天舒，謝昆青，宋國(guó)杰，等.基于多級(jí)目標(biāo)規(guī)劃的高速公路二義性路徑識(shí)別［J］.中國(guó)科技論文在線，2009，4（2）：115-120.

［2］劉海濤，白 敬.多路徑容量限制法在公路收費(fèi)系統(tǒng)的應(yīng)用［J］.天津城市建設(shè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，11（3）：179-183.

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［4］陳 良.基于移動(dòng)LBS的高速路網(wǎng)多路徑識(shí)別關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.電子科技大學(xué)，2013：12-25.

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［7］李 瑩，李 鴻，陳藝廷.基于RFSIM路徑識(shí)別的高速公路收費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2014，37（1）：60-63.

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［9］杜海寧，張 毅，宋靖雁.高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)清分算法中對(duì)環(huán)型路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的處理［J］.公路交通科技，2003，20（1）：110-117.

［10］叢浩哲，姜 杰.基于支撐樹法的高速公路多路徑識(shí)別問題研究［J］.交通與運(yùn)輸（學(xué)術(shù)版），2007（1）：80-83.

Analysis on Routes Identification Based Hig?way Networking Toll

Ma Xinjun，Wang Wo
（Nanjing Institute of CITY & Traffic Planning Co.，Ltd.，Nanjing 210000，C?ina）

In order to study t?e application and development of ?ig?way routes identification in toll allocation at t?e basic of networking toll，current met?ods and tec?nology in ?ig?way routes identification were deep discussed and summarized by literature review.

networked toll collection； ?ig?way route identification； toll separation； probabilistic recognition； precise identification

馬鑫俊（1987— ），男，江蘇南京人，工程師；研究方向：城市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)。