基于ETC自由流收费的开放式高速公路收费模式研究

周 京， 户 磊， 徐联祺， 赵 恺

(湖南省交通规划勘察设计院有限公司， 湖南 长沙 410200)

0 引言

随着我国城乡一体化快速发展，城市范围逐渐扩大，高速公路不再独立于城市之外，越来越多高速公路深入市区，连接城市快速路或交通性主干道，成为城市骨架路网的一部分。由于高速公路建设投资大、运营成本高，为维持财务生存能力，政府部门多采用封闭式高速公路模式，对部分道路、桥梁进行收费。为深化收费公路制度改革，2018年党中央、国务院决策部署“取消高速公路省界收费站”工程，依托电子不停车快捷收费(ETC)技术，实现不停车快捷收费，提高高速公路通行效率，畅通人民群众出行，完成收费公路降本增效的改革。2020年1月1日，交通部发布“货车统一按车型收费”的要求，进一步规范了高速公路收费模式。随着高速入城、二网融合，开放式高速成为了城市发展趋势。

现状开放式高速公路多采用按通行次数收费的通行方式[1]，对于短距离公路，按次收费造成使用者驾驶成本高；对于长距离公路，按次收费无法维持建设方财务生存能力。面对收费公路的新形势和新要求，探索先进、科学的开放式高速公路收费模式尤为重要。

当前对于开放式高速公路的研究着重于行政管理及开放式高速公路运营系统优化。行政管理研究主要针对管理措施制定、管理流程细化[2-3]；运营系统优化主要针对视频监控系统设计[4]、综合管理系统分析设计[5]。围绕开放式高速公路收费模式的研究甚少，而收费模式的合理与否对高速公路的交通吸引及分流起着至关重要的作用。

本文基于ETC技术，提出“基于ETC自由流收费的开放式高速公路收费模式”，以长沙机场高速为实践，验证了新模式的科学性，为其他开放式高速公路收费模式的升级提供了一定技术参考。

1 ETC自由流技术

ETC电子不停车收费系统，采用电子标签技术，是目前国际上较为先进的道路、桥梁及隧道电子收费技术。ETC技术因其高成功率、不停车快速交易等特点逐渐被高速公路管理方、营运方、司乘人员所接受。目前国际上已形成了以欧洲 CEN/TC278、美国ASTM/IEEE、日本ABIR为核心的3大 DSRC标准化体系，这3个标准体系有着各自不同的应用地区范围[6]。ETC自由流技术在日本、新加坡、欧美部分发达国家已运用成熟，但在我国该技术刚实现全面推广。2019年国家“取消省界收费站”工程，为ETC自由流技术的推广提供了良好的契机，不断研发创新的芯片技术、读写技术将为ETC应用提供坚实的技术基础。

2 基于ETC自由流收费的开放式高速公路收费模式

2.1 开放式与非开放式收费模式比较

开放式高速公路是指按照高速公路标准建设，但不按照高速公路运营模式进行收费管理的高速公路，不设置收费站或仅在一端设置收费站，任何车辆都可以随时在任何匝道上下高速[2]。

收费制式是道路收费系统的基本体制和方式，目前国内外高速公路的收费系统通畅采用4种制式：开放式、均一式、封闭式和混合式。本文采用收费效率、运营成本、建造成本、管理困难度等7个指标将开放式收费与非开放式收费模式进行了对比(见表1)。通过对比可发现，开放式收费模式不设置收费站，或者只在主线一端设置收费站，因此建设投资较少、管理维护费用较低、交费简便迅速、收费设备简单，但收费标准不易确定且易出现漏费情况。

表1 开放式收费模式与非开放式收费模式对比表项目开放式均一式封闭式混合式收费效率高高最低较低运营成本最低高最高较高建造成本最低高最高低管理困难度最容易难最难容易依行驶里程计费不完全不完全完全完全缓解城市拥堵可以较难最难较难收费站数量少较多最多多

2.2 基于ETC自由流收费的开放式收费模式总体技术路径

根据取消高速公路省界收费站总体技术路径(见图1)，基于ETC自由流收费的开放式高速公路收费模式，利用ETC门架系统，实现对所有车辆(包括ETC车辆和MTC车辆)分段计费。ETC车辆通过安装的车载单元(OBU)绑定后台支付账户自动完成扣费。MTC车辆采用5.8 GHz复合通行卡(CPC卡)作为通行介质，实现“分段计费、出口收费”。保留入/出口收费站，合理设置ETC车道数量，确保ETC车辆不停车快捷通行；MTC车道实现对未安装OBU车辆及特殊情况下的收费功能[7]。 货车由计重收费调整为按车(轴)型收费，安装OBU实现不停车快捷收费，同步实施入口治超。

图1 基于ETC自由流收费的开放式高速公路收费模式总体技术路径图

2.3 总体构架

收费系统架构由收费公路联网结算管理中心、省联网结算管理中心、省内区域/路段中心(路公司)、ETC门架、收费站、ETC车道、ETC/MTC混合车道等组成。

联网中心主要承担系统运行管理和收费管理等工作，区域分中心/路段分中心在现有工作基础上运行，管理所中心实现对ETC门架系统的运行监测与预警、日常维护及收费稽查管理，同时保证与上级系统的数据通信和传输。

开放式高速公路收费制式如图2所示，ETC门架主要实现ETC和MTC车辆分段计费，对于ETC车辆生成交易流水(或通行凭证)、ETC通行记录和抓拍图像信息，并及时上传上级管理部门；对于MTC车辆，通过读取CPC卡内车辆信息，计算费额并写入CPC卡内，形成CPC卡通行记录，并将抓拍图像信息及时上传至省联网中心和部联网中心。

图2 开放式高速公路收费制式示意图

高速公路保留入/出口收费站。将现有入/出口收费站逐步改为以ETC车道为主、ETC/MTC混合车道为辅的设置模式。入口收费站实现ETC车辆快速通行的同时，实现特殊车辆管理、发放MTC车辆通行介质等功能，出口收费站实现ETC用户快速通行的同时，还可支持多种支付方式完成MTC车辆收费[4]。

2.4 收费方式

根据《收费公路车辆通行费车型分类》(JT/T489—2019)，利用高速公路断面设置ETC门架系统，实现所有车辆分段计费。基于ETC自由流收费下开放式高速ETC/MTC车辆收费方式流程见图3。将装有ETC车载单元(OBU)的货车收费模式由“分车型按次收费”改为“分车型按里程分段计费”，将装有ETC车载单元(OBU)的客车收费模式由收费站出/入口“分车型按次收费”改为由路段ETC门架系统+收费站出/入口“分车型按里程分段收费”。

图3 基于ETC自由流收费下开放式高速ETC/MTC车辆收费方式流程图

3 长沙机场高速收费模式应用

3.1 机场高速现有收费模式

3.2 现状问题

目前客、货车均采取分车型按次计费模式。从2010年长株高速与长沙机场高速实现互通后，一直由榔梨收费站和长株高速公路榔梨东收费站代收代退部分通行费。机场高速全长17.338 km，按基准费率0.4元/km，1类客车通行全程收费额应为6.93元，而目前实收10元，多收44%。“代收代退”的收费模式，增加了道路使用者成本，降低了机场高速使用效率，同时由于收退费手续繁琐且操作不便捷，形成机场高速上下“通而不畅”的运行局面，降低了机场高速通行效率，增加行程时间，严重阻碍了机场高速公路通行能力的提升，不满足“重大交通枢纽”路网通达度的要求，且与交通部要求的“货车从2020年1月1日起统一按车型收费”不符。

表2 长沙机场高速公路原收(退)费标准车型及分档收退费标准/[元·(辆·次)-1]类别客车(S)/座位货车(M)/t收费标准退费标准长沙收费站梨收费站、梨东收费站梨收费站、梨东收费站1S≤9M≤21055210≤S≤19—1055—215,12 m集装箱301515

3.3 基于ETC自由流下长沙机场高速公路收费系统方案构建

利用ETC门架系统，对使用ETC通行的客货车改为分车型分段计费，执行全省统一的按里程收费标准。

3.3.1系统组成

图4 长沙机场高速基于ETC自由流收费的门架设置图

3.3.2收费方式

所有ETC车辆由原有收费站按次收费、代收代退调整为通过ETC门架系统按实际里程精准计费。MTC车辆由于机场高速目前暂未增设出入口管控设施，现有系统及收费算法无法按总体技术要求实现MTC车辆通过ETC门架精准计费，因此MTC车辆暂按原有收费方式执行。

3.3.3收费标准

客、货车收费标准按照湖南省现行高速公路通行费计费办法和货车收费标准及计算方式等相关政策执行，现行基准费率见表3。

表3 客、货车计费基本费率类别客车货车客车座位(S)/座收费标准/(元·km-1)货车轴数/轴收费标准/(元·km-1)1S≤70.42(蓝牌)0.428≤S≤190.72(黄牌)1.13320≤S≤391.031.44S≥401.241.635——51.896——62.16

表4 长沙机场高速基于ETC自由流收费的客货车收费标准表收费单元收费路段收费里程/km费用/元门架W1、E1长沙市区—梨收费站8.9基本费率(分车型)× 8.9×0.95门架W2、E2梨收费站—梨东收费站2.66基本费率(分车型)× 2.66×0.95梨收费站梨收费站匝道0.5基本费率(分车型)× 0.5×0.95梨东收费站隶属长株高速——长沙东收费站梨东收费站———黄花机场5.778基本费率(分车型)×5.778×0.95

3.4 新老收费模式的收费对比

3.4.1客车

未安装ETC的客车执行原收费方案，安装ETC的客车执行新的收费方案，客车原方案与新方案通行费用对比如表5所示。

3.4.2货车

未安装ETC的货车执行原收费方案，安装ETC的货车执行新收费方案。货车原方案与新方案通行费用对比如表6所示。

由表5、表6可见，中小型客货车通行费用均有所下降，客车最大降幅为74.73%，货车最大降幅为77.4%，收费模式改变后道路使用者运输成本显著降低。

表5 客车原方案与新方案通行费用对比表市区—长沙东市区—梨市区—梨东ETC客车车型原费用/元现费用/元变化率/%ETC客车车型原费用/元现费用/元变化率/%ETC客车车型原费用/元现费用/元变化率/%1106.59-34.12153.38-32.36154.39-12.1421011.5315.30255.9218.37257.6953.7531516.479.813108.46-15.4531010.989.8242019.77-1.1741010.151.4641013.1831.78梨—长沙东梨—梨东梨东—长沙东ETC客车车型原费用/元现费用/元变化率/%ETC客车车型原费用/元现费用/元变化率/%ETC客车车型原费用/元现费用/元变化率/%153.21-35.87151.01-79.78152.20-56.09255.6112.23251.77-64.62253.84-23.153108.02-19.843102.53-74.733105.49-45.114109.62-3.814103.03-69.684106.59-34.13

表6 货车原方案与新方案通行费用对比表市区—长沙东市区—梨市区—梨东ETC货车车型MTC货车车型原费用/元现费用/元变化率/%11106.59-34.10215-56.0721524.07232018.61-6.95425-25.56530-37.97353023.06-23.13426.85-10.50531.133.77635.5818.60ETC货车车型MTC货车车型原费用/元现费用/元变化率/%11 53.57-28.60210-64.302100.90231010.090.90415-32.73515-32.73351512.5-16.67514.56-2.93516.8812.53619.2928.60ETC货车车型MTC货车车型原费用/元现费用/元变化率/%11 54.39-12.20210-56.10221012.4121.0031021.00415-19.33515-19.33351515.372.47417.919.33520.7638.40623.7258.13

续表6 货车原方案与新方案通行费用对比表梨—长沙东梨—梨东梨东—长沙东ETC货车车型MTC货车车型原费用/元现费用/元变化率/%11 53.4-32.00210-66.0022109.59-4.10310-4.10415-36.07515-36.07351511.89-20.73413.84-7.73516.057.00618.3422.27ETC货车车型MTC货车车型原费用/元现费用/元变化率/%11 51.2-76.00210-88.0022103.39-66.10310-66.10415-77.40515-77.4035154.2-72.0044.89-67.4055.67-62.2066.48-56.80ETC货车车型MTC货车车型原费用/元现费用/元变化率/%11 52.2-56.00210-78.0022106.2-38.00310-38.00415-58.67515-58.6735157.68-48.8048.95-40.33510.37-30.87611.86-20.93

3.5 经济评价

项目评价期包括建设期和运营期，收费模式改变项目于2019年开工，2020年建成，建设期12个月，运营期取20 a，评价末年为2039年。

本项目经济效益主要体现在收费模式改变使客、货运输成本降低所产生的晋级效益、减少收费站拥堵所产生的效益和节约货物及旅客在途时间的效益。本项目采用“有无对比”增量计算,经济费用汇总见表7，经济费用效益分析指标见表8。

经济费用效益分析指标有：经济内部收益率EIRR、经济净现值ENPV、经济效益费用比EBCR及投资回收期N。设年折现率Ic=8%，可得：投资回收期N=13.34 a(不含建设期)，效益费用EBCR=1.78，累计净现值ENPV=731万元，内部收益率EIRR=12.81%。分析可知，收费模式改变后经济内部收益率12.81%大于社会折现率8%，且动态投资回收期为13.34 a(不含建设期)，表明新收费模式经济上可行。

考虑到本项目效益、费用、收入的不利因素，对经济费用效益进行了敏感性分析(见表9)。按3种情况分别进行考虑：① 取效益下降10%；② 费用上升10%；③ 效益下降10%、同时费用上升10%。由表9可知，当效益下降、费用上升10%同时发生时，本项目的EIRR值仍能超过社会折现率8%，因此，从宏观经济角度分析，本项目经济效益较好，且具有一定的抗风险能力。

表7 经济费用汇总表万元年份建设费用管理费养护费大修理费合计残值20191 573.81573.8202030.0060.0090.000202130.9061.8092.700202231.8363.6595.481202332.7865.5698.345202433.7767.53101.296202534.7868.88103.659202635.8270.26106.080202736.900.00501.65538.544202838.0073.10111.100202939.1474.56113.702203040.3276.05116.368203141.5377.57119.098203242.7779.12121.896203344.0680.71124.761203445.3882.32127.697203546.740.00587.76634.499203648.1485.65133.786203749.5987.36136.943203851.0789.11140.178203952.6190.89143.492786.900

表8 经济费用效益分析指标表年份折现年效益/万元费用/万元净现金流量/万元净现金折现/万元累计净现值/万元2019001 573.8-1 573.8-1 573.8-1 573.8202012 49.290.0159.2147-1 42620212288.792.7196.0168-1 25820223300.195.5204.6162-1 09620234313.098.3214.7158-93820245326.0101.3224.7153-78520256343.3103.7239.6151-63420267357.0106.1250.9146-48820278373.0538.5-165.5-89-57720289390.1111.1279.0140-438202910404.7113.7291.0135-303203011423.61 16.4307.2132-171203112442.2119.1323.1128-43203213462.7121.9340.812583203314484.5124.8359.7122205203415507.0127.7379.3120325203516529.3634.5-105.2-31294203617553.9133.8420.2114407203718578.9136.9442.0111518203819606.3140.2466.1108626203920634.2143.5490.7105731累计8 567.84823.43 744.4

表9 敏感性分析表项目投资回收期(N)/a效益费用(EBCR)累计净现值(ENPV)/万元内部收益率(EIRR)/%既定方案13.341.78731.3112.81效益下降10%16.251.60355.8110.44费用提高10%16.532.14428.9410.66效益降低10%,费用提高10%19.912.0053.448.34注 :设年折现率Ic=8%

4 结论

1)根据2018年国务院提出的深化收费公路制度改革相关要求，ETC技术因其自动化程度高、免停车快速通行等特点逐渐成为高速收费模式的必然趋势，基于ETC自由流收费的开放式高速收费模式符合行业发展趋势。

2)基于ETC自由流收费的开放式高速收费模式改造方案，能有效解决目前开放式收费按次、按车型收费的不合理问题，响应了国家收费公路体制改革的要求。

3)基于ETC自由流收费的开放式高速收费模式升级后大幅减少了ETC车辆的收费金额，极大程度上降低了ETC车辆运输成本，实现了资源的优化配置，达到了降本增效的目的。

4)针对长沙机场高速进行了收费模式改变实践，经济效果显著，社会效益大，对其他开放式高速收费模式的改革具有借鉴意义。