高速公路路径识别综述

2016-05-30郭镇江李斌

科技资讯 2016年15期

郭镇江李斌

摘要：回顾了高速公路二义性路径识别问题所涉及的两个方面，对现有的高速公路路径识别技术进行了合理分类，概述了现有高速公路路径识别技术的基本原理和基本方法，分析了相应高速公路路径识别技术的优缺点和各自的适用条件，提出了高速公路路径识别的目标是为精确拆分通行费提供依据，进而保障各投资主体的合理利益，并展望了未来高速公路路径识别方法的发展趋势。

关键词：高速公路路径识别识别方法优缺点

中图分类号：U46 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）05（c）-0014-04

随着高速公路的不断发展，国内已经形成了纵横交错的高速公路网，极大地提升了出行或运输时的便利性，同时对交通流量进行有效分流，使交通压力得到了有效缓解，但高速公路网内错综复杂的关系，增加了交通管理的困难，特别是路径二义性问题尤为突出。

路径二义性是指车辆从站点A行驶至站点B存在两条以上行驶路径的选择。高速公路下的二义性路径识别问题，主要涉及以下两个方面：一是按照哪一个路径的标准来收取通行费；二是如何对所收取的车辆通行费进行合理拆分。

1 路径识别的技术现状及优缺点

从总体解决方案上看，识别二义性路径的方法主要分为两类：第一是精确识别出车辆在高速公路网中行驶的路径，同时解决车辆通行费的收取和拆分问题；第二就是统筹收费，通过相应的算法来确定车辆对路径的选择比例，并以此作为车辆通行费拆分的依据。

1.1 精确路径识别

精确路径识别就是准确地识别出车辆在高速公路网内的实际行驶路径，从根本上解决二义性路径的车辆通行费的收取与拆分问题。

目前理论上可用的技术手段主要有标识站法和GPS路径识别法等。

1.1.1 标识站法

标识站法是精确路径识别的一种，指在高速公路网多路径上设置停车标识站，行驶车辆在通过该路段时，将标识站的代码信息记录在通行卡上，进而识别出车辆的实际行驶路径，以此作为车辆通行费的据实征收和精确拆分的依据。

目前，常用的标识站法主要有车牌识别法、射频卡识别法、通信基站标识法。

（1）车牌识别法。

车牌识别法的本质是根据在高速公路网上行驶车辆具有唯一性特征的车牌，利用车牌自动识别技术，在所有高速公路的入口，以及出口位置设置车牌识别系统，在多义性路径关键点位置，设置路侧车牌识别系统，将识别出的车辆车牌信息向上级系统传递；在高速公路的出口，利用系统查询该车通过关键点的车牌记录，将路段、入口、出口的车牌信息进行比对，获得车辆的实际行驶的路线，进而收取车辆的通行费，并以此作为拆分结算的依据。

车牌识别法本质上是一种相对精确的标识方法，由于不停车，因此允许存在一定的误差，进而能够在很大程度上解决路径识别的问题。

车牌识别法的主要优点：无需停车及运营成本低。

车牌识别法的主要缺点或最大的弊端：动态识别率太低和系统保障条件苛刻。

（2）射频卡识别法。

RFID（Radio Frequency Identification）是射频识别系统的简称。RFID识别系统采用非接触方式，具有速度快、精度高、识别范围大、距离远等特点。在高速公路网内，合理地设置标识站，车辆经过该站点时，进行路径标识，即在车辆携带的通行卡上写入相应的信息进行标识，通过路段、入口、出口3种信息准确地对车辆通行费进行收取、拆分与结算。

RFID最大的优点：非接触与远距离，可识别高速的车辆，可同时识别多个射频电子标签，操作简单快捷。

RFID最大的缺点：系统存在被屏蔽的问题，需要产品及技术上的升级支持，同时卡的成本高。

（3）通信基站标识法。

利用Cell-ID移动定位技术，得到车辆经过关键路径上移动电话通信基站的Cell-ID，再查询Cell-ID与高速公路路段的对应表，计算出车辆实际的行驶路径，从而实现路径的精确识别功能。

Cell-ID移动定位技术是一种最基本的定位方法，它无需移动定位终端测量任何定位信息，也无需对现网络进行任何改动，只需在网络侧增加简单的定位处理流程，因而是最容易实现的技术方法。

通信基站标识法的主要优点：移动定位终端功能强大、小巧轻便、兼容性强、对现有系统的改动小、经济实用且中途无需停车。

通信基站标识法的主要缺点：卡必须有电源，电池使用寿命短，需要电信运营商的配合同时对通信基站附近的多条平行高速公路的识别误差率较高。

1.1.2 GPS路径识别法

GPS路径识别法是将GPS定位技术与通行IC卡相结合，通过卫星系统对移动的车辆进行精准的定位，实现车辆路径的识别。

卫星定位系统安装在通行IC卡中，通行IC卡主要由GPS定位模块和电子地图组成。车辆在高速公路网内行驶时，通行IC卡以1次/s的频率记录车辆的位置信息，同时和电子地图上的收费路段相匹配，以此进行路径识别。

GPS路径识别的主要优点：常规速度行驶中即可完成路径识别过程且能够极大地提高通行效率。

GPS路径识别的主要缺点：对一些平行、相近且行驶方向相同，而收费类型不同的路段，受到GPS精度误差的影响，常规的地图匹配方法难以区分车辆行驶的路段，容易导致路径识别错误。

1.2 概率路径识别

概率路径识别主要解决因路径二义性而引起的车辆通行费的拆分问题，本质是结合交通均衡理论，构建各种模型以及相应的算法，计算分析出高速公路网内的通行车辆的分布情况，进而获得高速公路网内统计学上通行车辆的行驶路径。

因此，可以根据高速公路网中通行车辆的分布情况，或是通行车辆的行驶路径，对收取的车辆通行费进行合理地拆分，解决路径二义性识别的问题。

目前概率统计的方法主要包括：最短路径法、交通分配方法、布瑞尔交通分配方法、车辆分型统计法、协商法、最大概率法、实际调查法、路网平衡法等。

1.2.1 最短路径法

最短路径法的基本思想是假设高速公路网中任意两点之间的最短路径作为车辆的行驶路径。最短路径法直接将车辆通行费按最短路径进行分配。当最短路径与其他路径在里程数上有较大差异时，按最短路径拆分是合理的。

在车辆行驶过程中，驾驶员愿意选择最短路径。因此，在总体上采用最短路径解决路径二义性识别的问题，一定程度上是能够满足要求的。

主要优点：当高速公路网内存在二义性路径时，以最短路径作为驾驶员的选择路径，此方法操作简单直观，投资最少。

主要缺点：在高速公路网中，当最短路径与其他路径在里程数上差异不太明显时，驾驶员可能会考虑路况、服务设施等多种情况，此时最短路径法存在较大误差。

1.2.2 交通分配方法

路径识别的主要目的是合理地拆分通行费到各路段公司，由于费率确定，拆分通行费实质上是合理分配交通量的问题，在交通量守恒的约束条件下，获得每条路径的断面交通量。

在交通量的分配中，一般假定驾驶员在选择路径时的标准基本相同，或者整体上假定交通量服从同一原则。交通量分配原则有时间比分配原则，等时间分配原则和总行驶时间最小化分配原则。

（1）时间比分配原则。

最早应用在交通量分配上的原则，该原则以路径行驶时间成反比的比例对交通量进行相应分配。

（2）等时间分配原则。

假设路径的行驶时间随其断面交通量的变化而变化，驾驶员选择行驶时间最短的路径。等时间分配原则指出：假定交通状态为一种平衡状态，不能随驾驶员选择新的行驶路径，而带来车辆行驶时间的减少，因此这种分配原则是非常现实的。

（3）总行驶时间最小化分配原则。

总行驶时间最小化分配原则是高速公路网资源最有效利用的原则，属于运输规划问题，总行驶时间最小化分配原则亦被称为系统平衡（system equilibrium）原则。

优点：操作简单且通行费的分配贴近真实情况。

缺点：各种分配模型需要对大量的参数进行标定，在实际应用过程中存在一定的难度。

1.2.3 布瑞尔交通分配法

布瑞尔交通分配法属于交通分配中的非均衡随机法，该方法假设车辆总是行驶在最恰当（最短、最快、最方便、最舒适等）的路线上，但由于高速公路网的复杂性，以及交通状况的随机性，致使驾驶员在选择其路径时具有不确定性，即随机因素。上述两种因素所具有的主从地位取决于二义性路径具有的权值，即每个驾驶员对各个路径所感受的出行费用（如出行距离、出行时间等），则产生了合理的出行路线集，根据布瑞尔交通分配法计算的概率值，以此对车辆通行费进行合理拆分。

优点：该方法是依据经验统计而得出的经验公式，具有一定的权威性、较高的分配精确度，同时操作简便易行。

缺点：当人们路径选择时考虑多因素或其他因素时，这种方法的误差较大。

1.2.4 车辆分型统计法

车辆分型统计法是在高速公路二义性路径中，在适当的位置安置车辆分型监测统计装置，当行驶的车辆通过该监测统计装置时，获得行驶车辆的车型以及通过该路段的时间等参数。根据车辆分型监测统计装置获得的总流量，以及计算机自动分析统计出的各个路段流量，并以此为基础来对车辆通行费进行合理拆分。

优点：不影响高速公路网的通行能力，比较客观地反映出车辆类型的分布特点，能够在不停车的前提下，比较合理地对多路径上收取的通行费进行拆分，因此具有较高的识别精度。

缺点：车辆分型统计装置的分型标准可能会与收费车型不匹配，尤其是对不合法的改装车识别率不高，同时统计数据易受客观条件限制而影响车辆通行费的精确拆分。

1.2.5 协商法

协商法的实质就是解决相关投资主体的利益冲突，因此，在协调利益冲突时，依照交通量、收费额、里程、投资比例等情况，通过多方简单协商确定车辆通行费的分配方法。

优点：应用协商法需要各个相关投资主体能够达成一致，因此该方法对于不太复杂高速路网结构，并且能够达成一致的多路径问题，比较适用。

缺点：越来越复杂的高速路网，致使需要协商的范围越来越大，导致协商的难度也随之加大。在实际的实施过程中，由于管理难度比较大，难以应用于高速公路网比较复杂的路段。

1.2.6 最大概率法

最大概率法本质是车辆跟踪试验法，即确定在高速公路网中存在的行驶路线及其概率值的大小，同时排除小概率事件等异常情况，进而得到车辆具有最大可能性的行驶路线。因高速路网中的条件改变了，最大可能性的行驶路线亦会相应的发生变化，所以需要对最大可能性的行驶路线进行调整。最大概率法认为驾驶员会综合考虑里程、运行时间、路况、服务设施等多种因素来选择最合适的路径。

最大概率法直接将车辆通行费按最大概率路径进行分配，最大概率在存在的多条路径的行驶概率差异较大时，拆分通行费误差较小，反之误差较大。

1.2.7 实际调查法

实际调查法是定期在多路径路段对车辆的实际行驶路径进行调查，得到多方认可的车辆行驶路径。实际调查时一般采用全面调查和抽样调查等方法，然后依照实际调查法确定的车辆在多路径上的行驶比例，并按此比例拆分通行费。实际调查法是根据车辆实际行驶路径来对多路径进行识别的方法，因此具有较高的识别精度。

1.2.8 路网平衡法

通过采集装置，收集行驶车辆在入口、出口以及监控系统连接处的相关数据，并通过模型计算，进而获得高速路网内的行驶车辆的流量分布，以及车辆在高速路网内的行驶路径。路网平衡法适合于交通规划和路网运行评价等理论性研究，在应用实际过程中存在一定的困难。

2 结语

高速公路路径识别的目标是为精确拆分通行费提供依据，进而保障各投资主体的合理利益。该文简要阐述了各种路径识别方法，并指出了各种路径识别方法的优缺点和各自的适用条件。

未来的路径识别方法的趋势如下。

各种路径识别技术都有自身的适用条件和局限性，因此，应当根据特定的情况，以某一种路径识别技术为主，以其他路径识别技术为辅，进而联合对高速公路进行路径识别，提高路径识别的准确度。

在建设联网收费系统时，理应根据具体高速路网的差别、各省现有条件、邻省情况、长远规划、投入与收益比例等因素，综合选择适合该高速路网情况的识别技术，以此解决路径识别问题。

随着新技术的不断涌现、科学技术的飞速发展，促使更新、更有效的路径识别技术的出现，相信一定会为驾驶员提供更加优质和人性化的服务。

参考文献