高速公路路徑識別綜述

郭鎮(zhèn)江 李斌

摘 要：回顧了高速公路二義性路徑識別問題所涉及的兩個方面，對現(xiàn)有的高速公路路徑識別技術(shù)進(jìn)行了合理分類，概述了現(xiàn)有高速公路路徑識別技術(shù)的基本原理和基本方法，分析了相應(yīng)高速公路路徑識別技術(shù)的優(yōu)缺點和各自的適用條件，提出了高速公路路徑識別的目標(biāo)是為精確拆分通行費提供依據(jù)，進(jìn)而保障各投資主體的合理利益，并展望了未來高速公路路徑識別方法的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：高速公路 路徑識別 識別方法優(yōu)缺點

中圖分類號：U46 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）05（c）-0014-04

隨著高速公路的不斷發(fā)展，國內(nèi)已經(jīng)形成了縱橫交錯的高速公路網(wǎng)，極大地提升了出行或運輸時的便利性，同時對交通流量進(jìn)行有效分流，使交通壓力得到了有效緩解，但高速公路網(wǎng)內(nèi)錯綜復(fù)雜的關(guān)系，增加了交通管理的困難，特別是路徑二義性問題尤為突出。

路徑二義性是指車輛從站點A行駛至站點B存在兩條以上行駛路徑的選擇。高速公路下的二義性路徑識別問題，主要涉及以下兩個方面：一是按照哪一個路徑的標(biāo)準(zhǔn)來收取通行費；二是如何對所收取的車輛通行費進(jìn)行合理拆分。

1 路徑識別的技術(shù)現(xiàn)狀及優(yōu)缺點

從總體解決方案上看，識別二義性路徑的方法主要分為兩類：第一是精確識別出車輛在高速公路網(wǎng)中行駛的路徑，同時解決車輛通行費的收取和拆分問題；第二就是統(tǒng)籌收費，通過相應(yīng)的算法來確定車輛對路徑的選擇比例，并以此作為車輛通行費拆分的依據(jù)。

1.1 精確路徑識別

精確路徑識別就是準(zhǔn)確地識別出車輛在高速公路網(wǎng)內(nèi)的實際行駛路徑，從根本上解決二義性路徑的車輛通行費的收取與拆分問題。

目前理論上可用的技術(shù)手段主要有標(biāo)識站法和GPS路徑識別法等。

1.1.1 標(biāo)識站法

標(biāo)識站法是精確路徑識別的一種，指在高速公路網(wǎng)多路徑上設(shè)置停車標(biāo)識站，行駛車輛在通過該路段時，將標(biāo)識站的代碼信息記錄在通行卡上，進(jìn)而識別出車輛的實際行駛路徑，以此作為車輛通行費的據(jù)實征收和精確拆分的依據(jù)。

目前，常用的標(biāo)識站法主要有車牌識別法、射頻卡識別法、通信基站標(biāo)識法。

（1）車牌識別法。

車牌識別法的本質(zhì)是根據(jù)在高速公路網(wǎng)上行駛車輛具有唯一性特征的車牌，利用車牌自動識別技術(shù)，在所有高速公路的入口，以及出口位置設(shè)置車牌識別系統(tǒng)，在多義性路徑關(guān)鍵點位置，設(shè)置路側(cè)車牌識別系統(tǒng)，將識別出的車輛車牌信息向上級系統(tǒng)傳遞；在高速公路的出口，利用系統(tǒng)查詢該車通過關(guān)鍵點的車牌記錄，將路段、入口、出口的車牌信息進(jìn)行比對，獲得車輛的實際行駛的路線，進(jìn)而收取車輛的通行費，并以此作為拆分結(jié)算的依據(jù)。

車牌識別法本質(zhì)上是一種相對精確的標(biāo)識方法，由于不停車，因此允許存在一定的誤差，進(jìn)而能夠在很大程度上解決路徑識別的問題。

車牌識別法的主要優(yōu)點：無需停車及運營成本低。

車牌識別法的主要缺點或最大的弊端：動態(tài)識別率太低和系統(tǒng)保障條件苛刻。

（2）射頻卡識別法。

RFID（Radio Frequency Identification）是射頻識別系統(tǒng)的簡稱。RFID識別系統(tǒng)采用非接觸方式，具有速度快、精度高、識別范圍大、距離遠(yuǎn)等特點。在高速公路網(wǎng)內(nèi)，合理地設(shè)置標(biāo)識站，車輛經(jīng)過該站點時，進(jìn)行路徑標(biāo)識，即在車輛攜帶的通行卡上寫入相應(yīng)的信息進(jìn)行標(biāo)識，通過路段、入口、出口3種信息準(zhǔn)確地對車輛通行費進(jìn)行收取、拆分與結(jié)算。

RFID最大的優(yōu)點：非接觸與遠(yuǎn)距離，可識別高速的車輛，可同時識別多個射頻電子標(biāo)簽，操作簡單快捷。

RFID最大的缺點：系統(tǒng)存在被屏蔽的問題，需要產(chǎn)品及技術(shù)上的升級支持，同時卡的成本高。

（3）通信基站標(biāo)識法。

利用Cell-ID移動定位技術(shù)，得到車輛經(jīng)過關(guān)鍵路徑上移動電話通信基站的Cell-ID，再查詢Cell-ID與高速公路路段的對應(yīng)表，計算出車輛實際的行駛路徑，從而實現(xiàn)路徑的精確識別功能。

Cell-ID移動定位技術(shù)是一種最基本的定位方法，它無需移動定位終端測量任何定位信息，也無需對現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行任何改動，只需在網(wǎng)絡(luò)側(cè)增加簡單的定位處理流程，因而是最容易實現(xiàn)的技術(shù)方法。

通信基站標(biāo)識法的主要優(yōu)點：移動定位終端功能強(qiáng)大、小巧輕便、兼容性強(qiáng)、對現(xiàn)有系統(tǒng)的改動小、經(jīng)濟(jì)實用且中途無需停車。

通信基站標(biāo)識法的主要缺點：卡必須有電源，電池使用壽命短，需要電信運營商的配合同時對通信基站附近的多條平行高速公路的識別誤差率較高。

1.1.2 GPS路徑識別法

GPS路徑識別法是將GPS定位技術(shù)與通行IC卡相結(jié)合，通過衛(wèi)星系統(tǒng)對移動的車輛進(jìn)行精準(zhǔn)的定位，實現(xiàn)車輛路徑的識別。

衛(wèi)星定位系統(tǒng)安裝在通行IC卡中，通行IC卡主要由GPS定位模塊和電子地圖組成。車輛在高速公路網(wǎng)內(nèi)行駛時，通行IC卡以1次/s的頻率記錄車輛的位置信息，同時和電子地圖上的收費路段相匹配，以此進(jìn)行路徑識別。

GPS路徑識別的主要優(yōu)點：常規(guī)速度行駛中即可完成路徑識別過程且能夠極大地提高通行效率。

GPS路徑識別的主要缺點：對一些平行、相近且行駛方向相同，而收費類型不同的路段，受到GPS精度誤差的影響，常規(guī)的地圖匹配方法難以區(qū)分車輛行駛的路段，容易導(dǎo)致路徑識別錯誤。

1.2 概率路徑識別

概率路徑識別主要解決因路徑二義性而引起的車輛通行費的拆分問題，本質(zhì)是結(jié)合交通均衡理論，構(gòu)建各種模型以及相應(yīng)的算法，計算分析出高速公路網(wǎng)內(nèi)的通行車輛的分布情況，進(jìn)而獲得高速公路網(wǎng)內(nèi)統(tǒng)計學(xué)上通行車輛的行駛路徑。

因此，可以根據(jù)高速公路網(wǎng)中通行車輛的分布情況，或是通行車輛的行駛路徑，對收取的車輛通行費進(jìn)行合理地拆分，解決路徑二義性識別的問題。

目前概率統(tǒng)計的方法主要包括：最短路徑法、交通分配方法、布瑞爾交通分配方法、車輛分型統(tǒng)計法、協(xié)商法、最大概率法、實際調(diào)查法、路網(wǎng)平衡法等。

1.2.1 最短路徑法

最短路徑法的基本思想是假設(shè)高速公路網(wǎng)中任意兩點之間的最短路徑作為車輛的行駛路徑。最短路徑法直接將車輛通行費按最短路徑進(jìn)行分配。當(dāng)最短路徑與其他路徑在里程數(shù)上有較大差異時，按最短路徑拆分是合理的。

在車輛行駛過程中，駕駛員愿意選擇最短路徑。因此，在總體上采用最短路徑解決路徑二義性識別的問題，一定程度上是能夠滿足要求的。

主要優(yōu)點：當(dāng)高速公路網(wǎng)內(nèi)存在二義性路徑時，以最短路徑作為駕駛員的選擇路徑，此方法操作簡單直觀，投資最少。

主要缺點：在高速公路網(wǎng)中，當(dāng)最短路徑與其他路徑在里程數(shù)上差異不太明顯時，駕駛員可能會考慮路況、服務(wù)設(shè)施等多種情況，此時最短路徑法存在較大誤差。

1.2.2 交通分配方法

路徑識別的主要目的是合理地拆分通行費到各路段公司，由于費率確定，拆分通行費實質(zhì)上是合理分配交通量的問題，在交通量守恒的約束條件下，獲得每條路徑的斷面交通量。

在交通量的分配中，一般假定駕駛員在選擇路徑時的標(biāo)準(zhǔn)基本相同，或者整體上假定交通量服從同一原則。交通量分配原則有時間比分配原則，等時間分配原則和總行駛時間最小化分配原則。

（1）時間比分配原則。

最早應(yīng)用在交通量分配上的原則，該原則以路徑行駛時間成反比的比例對交通量進(jìn)行相應(yīng)分配。

（2）等時間分配原則。

假設(shè)路徑的行駛時間隨其斷面交通量的變化而變化，駕駛員選擇行駛時間最短的路徑。等時間分配原則指出：假定交通狀態(tài)為一種平衡狀態(tài)，不能隨駕駛員選擇新的行駛路徑，而帶來車輛行駛時間的減少，因此這種分配原則是非?，F(xiàn)實的。

（3）總行駛時間最小化分配原則。

總行駛時間最小化分配原則是高速公路網(wǎng)資源最有效利用的原則，屬于運輸規(guī)劃問題，總行駛時間最小化分配原則亦被稱為系統(tǒng)平衡（system equilibrium）原則。

優(yōu)點：操作簡單且通行費的分配貼近真實情況。

缺點：各種分配模型需要對大量的參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，在實際應(yīng)用過程中存在一定的難度。

1.2.3 布瑞爾交通分配法

布瑞爾交通分配法屬于交通分配中的非均衡隨機(jī)法，該方法假設(shè)車輛總是行駛在最恰當(dāng)（最短、最快、最方便、最舒適等）的路線上，但由于高速公路網(wǎng)的復(fù)雜性，以及交通狀況的隨機(jī)性，致使駕駛員在選擇其路徑時具有不確定性，即隨機(jī)因素。上述兩種因素所具有的主從地位取決于二義性路徑具有的權(quán)值，即每個駕駛員對各個路徑所感受的出行費用（如出行距離、出行時間等），則產(chǎn)生了合理的出行路線集，根據(jù)布瑞爾交通分配法計算的概率值，以此對車輛通行費進(jìn)行合理拆分。

優(yōu)點：該方法是依據(jù)經(jīng)驗統(tǒng)計而得出的經(jīng)驗公式，具有一定的權(quán)威性、較高的分配精確度，同時操作簡便易行。

缺點：當(dāng)人們路徑選擇時考慮多因素或其他因素時，這種方法的誤差較大。

1.2.4 車輛分型統(tǒng)計法

車輛分型統(tǒng)計法是在高速公路二義性路徑中，在適當(dāng)?shù)奈恢冒仓密囕v分型監(jiān)測統(tǒng)計裝置，當(dāng)行駛的車輛通過該監(jiān)測統(tǒng)計裝置時，獲得行駛車輛的車型以及通過該路段的時間等參數(shù)。根據(jù)車輛分型監(jiān)測統(tǒng)計裝置獲得的總流量，以及計算機(jī)自動分析統(tǒng)計出的各個路段流量，并以此為基礎(chǔ)來對車輛通行費進(jìn)行合理拆分。

優(yōu)點：不影響高速公路網(wǎng)的通行能力，比較客觀地反映出車輛類型的分布特點，能夠在不停車的前提下，比較合理地對多路徑上收取的通行費進(jìn)行拆分，因此具有較高的識別精度。

缺點：車輛分型統(tǒng)計裝置的分型標(biāo)準(zhǔn)可能會與收費車型不匹配，尤其是對不合法的改裝車識別率不高，同時統(tǒng)計數(shù)據(jù)易受客觀條件限制而影響車輛通行費的精確拆分。

1.2.5 協(xié)商法

協(xié)商法的實質(zhì)就是解決相關(guān)投資主體的利益沖突，因此，在協(xié)調(diào)利益沖突時，依照交通量、收費額、里程、投資比例等情況，通過多方簡單協(xié)商確定車輛通行費的分配方法。

優(yōu)點：應(yīng)用協(xié)商法需要各個相關(guān)投資主體能夠達(dá)成一致，因此該方法對于不太復(fù)雜高速路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并且能夠達(dá)成一致的多路徑問題，比較適用。

缺點：越來越復(fù)雜的高速路網(wǎng)，致使需要協(xié)商的范圍越來越大，導(dǎo)致協(xié)商的難度也隨之加大。在實際的實施過程中，由于管理難度比較大，難以應(yīng)用于高速公路網(wǎng)比較復(fù)雜的路段。

1.2.6 最大概率法

最大概率法本質(zhì)是車輛跟蹤試驗法，即確定在高速公路網(wǎng)中存在的行駛路線及其概率值的大小，同時排除小概率事件等異常情況，進(jìn)而得到車輛具有最大可能性的行駛路線。因高速路網(wǎng)中的條件改變了，最大可能性的行駛路線亦會相應(yīng)的發(fā)生變化，所以需要對最大可能性的行駛路線進(jìn)行調(diào)整。最大概率法認(rèn)為駕駛員會綜合考慮里程、運行時間、路況、服務(wù)設(shè)施等多種因素來選擇最合適的路徑。

最大概率法直接將車輛通行費按最大概率路徑進(jìn)行分配，最大概率在存在的多條路徑的行駛概率差異較大時，拆分通行費誤差較小，反之誤差較大。

1.2.7 實際調(diào)查法

實際調(diào)查法是定期在多路徑路段對車輛的實際行駛路徑進(jìn)行調(diào)查，得到多方認(rèn)可的車輛行駛路徑。實際調(diào)查時一般采用全面調(diào)查和抽樣調(diào)查等方法，然后依照實際調(diào)查法確定的車輛在多路徑上的行駛比例，并按此比例拆分通行費。實際調(diào)查法是根據(jù)車輛實際行駛路徑來對多路徑進(jìn)行識別的方法，因此具有較高的識別精度。

1.2.8 路網(wǎng)平衡法

通過采集裝置，收集行駛車輛在入口、出口以及監(jiān)控系統(tǒng)連接處的相關(guān)數(shù)據(jù)，并通過模型計算，進(jìn)而獲得高速路網(wǎng)內(nèi)的行駛車輛的流量分布，以及車輛在高速路網(wǎng)內(nèi)的行駛路徑。路網(wǎng)平衡法適合于交通規(guī)劃和路網(wǎng)運行評價等理論性研究，在應(yīng)用實際過程中存在一定的困難。

2 結(jié)語

高速公路路徑識別的目標(biāo)是為精確拆分通行費提供依據(jù)，進(jìn)而保障各投資主體的合理利益。該文簡要闡述了各種路徑識別方法，并指出了各種路徑識別方法的優(yōu)缺點和各自的適用條件。

未來的路徑識別方法的趨勢如下。

各種路徑識別技術(shù)都有自身的適用條件和局限性，因此，應(yīng)當(dāng)根據(jù)特定的情況，以某一種路徑識別技術(shù)為主，以其他路徑識別技術(shù)為輔，進(jìn)而聯(lián)合對高速公路進(jìn)行路徑識別，提高路徑識別的準(zhǔn)確度。

在建設(shè)聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)時，理應(yīng)根據(jù)具體高速路網(wǎng)的差別、各省現(xiàn)有條件、鄰省情況、長遠(yuǎn)規(guī)劃、投入與收益比例等因素，綜合選擇適合該高速路網(wǎng)情況的識別技術(shù)，以此解決路徑識別問題。

隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)、科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，促使更新、更有效的路徑識別技術(shù)的出現(xiàn)，相信一定會為駕駛員提供更加優(yōu)質(zhì)和人性化的服務(wù)。

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