面向联网收费的高速公路路径识别方法分析

马鑫俊，王 握

（南京市城市与交通规划设计研究院有限责任公司，江苏 南京 210000）

面向联网收费的高速公路路径识别方法分析

马鑫俊，王 握

（南京市城市与交通规划设计研究院有限责任公司，江苏 南京 210000）

为了进一步研究在联网收费的背景下，高速公路路径识别在通行费拆分中的应用与发展，本文对当前高速公路路径识别中的方法和技术进行了探讨和总结。

联网收费；高速公路路径识别；通行费拆分；概率识别；精确识别

0 引言

随着路网规模的形成以及技术手段的进步，提高高速公路的管理效率和整个路网的通行服务水平变得越来越重要，而联网收费的推行能有效地解决上述问题，但其并没有改变“一路一公司”的局面，因此在通行费的拆分上，如何在各路公司之间进行利益分配是联网收费需要解决的关键问题之一。对于通行费拆分问题，关键技术在于车辆路径的识别，即如何确定车辆的行驶路径，从而可以精确合理的给每一家路公司拆分通行费用。因此，在联网收费的背景下，高速公路路径识别的研究具有十分重要的实际意义。本文将对国内外路径识别技术的发展和模型算法、路径识别方法评价等方面的研究进行评述，以期为我国进一步展开相关研究提供参考。

1 路径识别技术发展和模型算法

在我国早期的发展中，由于经济水平不足，技术发展不完善，主要是通过借鉴交通规划中交通分配的方法，通过分配模型，将流量分配到对应的高速公路路网中，得到不同路段或路径下的交通量，从而实现车辆路径的模糊识别。由于受到的影响因素较多，存在的争议较大，相关研究也较少。其中吴天舒等［1］提出了基于车辆检测器的多级目标规划识别方法，融合了概率识别的思想。刘海涛等［2］对多路径容量限制法的应用进行了分析，给出了其在高速公路通行费拆分算例，对于实际应用具有指导意义。同时，陈洪星等［3］提出改进的布瑞尔分配法，通过引入了运行阻抗的概念，充分考虑出行者行为选择的影响因素，并且对苏南高速公路的实际调查数据进行了相关参数的标定，具有较高的实用价值。

同时，不少学者也对高速公路多路径识别的模型算法进行了研究。杜海宁等［9］提出了一种改进的清分表生成算法，妥善地解决由于环路的存在而无法准确计算清分表的问题。丛浩哲等［10］提近来许多学者提出了多种高速公路路径识别的新方法，例如：陈良［4］提出基于LBS定位的关键CELLID标记路径的方法，并验证了方案的准确性和稳定性。张昊［5］首次提出了RFID电子标签与非接触式IC卡组合式技术，能够有效地解决浙江省联网收费路径识别的问题。陆群［6］提出的基于GNSS卫星定位的路径识别系统，不需要标识站的建设，能够有效地减少基础设施的建设。李莹等［7］提出一种基于RFSIM的路径识别系统，充分利用手机的移动支付功能，实现有效的远程控制。王晨等［8］提出了一种基于ETC自由流的路径识别系统，通过有效的挖掘ETC车道车辆信息，实现路径的精确识别。

2 高速公路路径识别方法分析

2.1 路径识别的定义

如下图1所示，高速公路收费路网中，其中AC、AB、BC、CD、BD分别表示一条高速公路，且每条高速公路属于不同的路公司，共5家路公司。现某车从A点进入高速公路，从D点驶出高速公路，AD点之间存在二义性路段，路径识别的问题就是如何确定车辆从A点到D点的行驶路径，从而合理的在这5家路公司间拆分通行费。

图1 高速公路收费路网

2.2 路径识别方法的分类分析

在联网收费的条件下，车辆的出入口信息可以精确地获取，因此高速公路路径识别的实质问题就是标定车辆行驶的路段信息。针对标定车辆行驶路段信息的原理和手段的不同，可以将路径识别分为精确识别、概率识别和其他三大类，如图2所示。

其中，精确识别是通过物理或技术的手段准确的获取每一辆车的行驶路径信息，主要包括交通土建法、车牌识别、GPS标定、基于DSRC技术的识别以及基于手机移动网络的LBS定位识别等。而概率识别，主要是基于交通规划中交通分配的方法，主要包括时间比分配等时间分配、总行驶时间最小化分配以及布瑞尔交通分配等方法。其他方法，主要有基于运筹学的方法（如最短路的路径识别），统计调查的方法（如实际调查法、车型分类统计法），以及最为简单的协商法。下面将对各类方法进行详细的介绍。

图2 路径识别方法分类

2.2.1 概率识别

单纯的为实现高速公路联网收费中通行费用拆分的路径识别及费用拆分技术不一定要求精确识别出每一车辆的真实行驶路径，可以采用概率识别的方法，确定OD交通量在各路径上的分配比率，从而得到不同路段或路径上的交通量，实现通行费在各路公司间的合理拆分。其中概率识别的方法主要分为交通分配法和布瑞尔分配法。

（1）交通分配法：交通分配法的实质是将获取的OD交通量根据分配模型分配到路网中的各条路径上，得到不同路段或路径下的车辆数，从而各路公司可以实现按路段或路径上车流量分配通行费的方式。对于OD交通量的获取，主要是通过联网收费系统，可以精确的获取每一辆车的出入口信息，以及该车的车辆类型，载重情况等，同时考虑到不同的收费制式，对于分车型收费方式，需要整理不同车型的OD交通量，对于记重收费的方式，则仅仅获取总的OD交通量即可。还有更为重要的是交通分配模型的选择和参数的标定，应根据实际的路网情况和基础数据，选择合理的分配模型，并对模型参数进行标定。

（2）布瑞尔分配法：布瑞尔交通分配法是多路径概率分配方法中的一种，该方法以驾驶员的主观感受为前提，根据驾驶员对路网的熟悉程度和一些驾驶经验得到每条可选路径的出行时间，从而计算得到基于驾驶员经验的各路径的选择概率，最后根据OD交通量数据，可以清楚地得到不同路径和各个路段的交通量，即可合理的确定各路公司的拆分金额。

2.2.2 精确识别

（1）交通土建法：在路径精确识别的方法中，最简单的方法就是根据车辆的出入口信息，就可以得到车辆的行驶路径。该方法必须在路网规划层面上进行考虑，保证每一OD点对仅有唯一的路径，对于实际某个地区小型路网的规划可考虑该方式。同时，也可在后期对既有路网存在二义性路段进行物理改建和扩建，消除二义性路段，但该方式由于其基础投资巨大，重复建设严重，路网的整体功能和可达性将严重下降，因此不具有可实现性。

（2）标识法：其基本原理是针对路网中的二义性路段设立信息采集器，车辆通过信息采集器，采集车辆的特征信息，与出入口车辆的特征信息进行匹配，即可唯一的确定每一辆车在路网中的行驶路径 。根据信息采集的方法和原理的不同，标识的技术有多种，如车牌照识别技术；DSRC技术；基于卫星定位（GPS）；LBS（Location Based Services，定位服务）等方法。

总之，对于精确识别的方法，就是通过相应的技术手段对车辆的位置进行标定，获取车辆行驶的路段信息，结合车辆的出入口信息，即可确定车辆在路网中的行驶路径。

2.2.3 其他方法

除了上述的方法外，还存在一些简单高效的方法，即各路公司可以按照简单的、易实施的方式进行通行费的拆分，主要包括有最短路径法、协商法、实际调查法、车型分类统计法。其中最短路径法取最短路径作为车辆的行驶路径，即起点到终点存在二义性路径时，把其中的最短路径当成车辆的行驶路径；协商法是指各路公司在协商达成一致的前提下，采用某种分配比率进行通行费的拆分；实际调查法，通过定期对二义性路径车辆实际行驶路径进行调查，得到路网的分配矩阵，从而较为合理的确定车辆行驶路径；车辆分型统计法，该方法适用于高速公路采用分车型收费的方式，在高速公路二义性路段上设置车辆分型统计设备，识别出路段中车辆的类型，根据二义性路径中每条路径的各类车型统计数据进行通行费的拆分的一种方式。

3 高速公路路径识别方法的评价

根据高速公路识别方法技术的发展历程来看，每种方法都有其适用性。由于技术水平和经济发展状况的限制，只是在特定的历史时期和经济发展水平下，选择了不同的识别手段和方法，其中各类技术的适用性如表1所示。

表1 各种路径识别方法适用性对比

从以上的表格分析可以看出，对于精确识别的方法，该方法原理上已经相当成熟，但在现阶段高速公路运营管理现状下，精确识别的方法很难取代传统的概率识别手段，概率识别的方法仍然存在一定的生命力。同时考虑到技术的发展和系统的冗余设计，应逐步实现以精确识别为主，概率识别为辅的高速公路路径识别方式，保障在精确识别技术设备出现故障的同时，采用概率识别的手段能够实现系统的稳定运行。

4 结语

随着智能交通的不断发展，各种检测识别技术日益成熟，比如移动通讯、车牌识别法、RFID、GPS等技术，都为多义性路径的精确识别提供了技术支持。总之，采用智能交通辅助技术，用精确识别的方法识别多义性路径将是未来高速公路收费系统的发展趋势，同时考虑到不同省份采用的高速公路路径精确识别技术间的差异，如何在各省份衔接路网上实现各技术间（如RFID、ETC、GPS、LBS等）组合识别将是后续的研究重点。

［1］吴天舒，谢昆青，宋国杰，等.基于多级目标规划的高速公路二义性路径识别［J］.中国科技论文在线，2009，4（2）：115-120.

［2］刘海涛，白 敬.多路径容量限制法在公路收费系统的应用［J］.天津城市建设学院学报，2005，11（3）：179-183.

［3］陈洪星，孙 洋.改进的布瑞尔交通分配模型在高速公路路径识别问题中的应用［J］.交通理论，2008（12）：37-40.

［4］陈 良.基于移动LBS的高速路网多路径识别关键技术研究［D］.电子科技大学，2013：12-25.

［5］张 昊.基于RFID的浙江省高速公路联网收费多义性路径识别研究［D］.吉林大学，2009：13-32.

［6］陆 群.基于GNSS卫星定位的路径识别系统［J］.中国交通信息化，2014（12）；77-79.

［7］李 莹，李 鸿，陈艺廷.基于RFSIM路径识别的高速公路收费系统设计［J］.现代电子技术，2014，37（1）：60-63.

［8］王 晨，彭洪涛.基于5.8G自由流的ETC联网收费路径识别系统［J］.中国交通信息化，2014（3）：72-75.

［9］杜海宁，张 毅，宋靖雁.高速公路联网收费清分算法中对环型路网结构的处理［J］.公路交通科技，2003，20（1）：110-117.

［10］丛浩哲，姜 杰.基于支撑树法的高速公路多路径识别问题研究［J］.交通与运输（学术版），2007（1）：80-83.

Analysis on Routes Identification Based Higһway Networking Toll

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

In order to study tһe application and development of һigһway routes identification in toll allocation at tһe basic of networking toll，current metһods and tecһnology in һigһway routes identification were deep discussed and summarized by literature review.

networked toll collection； һigһway route identification； toll separation； probabilistic recognition； precise identification

马鑫俊（1987— ），男，江苏南京人，工程师；研究方向：城市交通规划设计。