基于無感支付技術的路段擁堵收費方法研究

陳靖涵

(東北林業(yè)大學交通學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

0 引 言

現(xiàn)階段我國交通狀況較為復雜，交通管理水平有限。在汽車銷量與日俱增的情況下，由于機動車出行所造成的交通擁堵只會愈發(fā)嚴重，因此，城市交通擁堵問題的解決在許多城市中迫在眉睫。

針對上述問題，國內(nèi)外許多專家以構(gòu)造不同的模型的方式對于這個問題進行研究，取得了一些具有研究意義的成果。

在交通擁堵問題的研究方面，李妍峰、高自友等對城市動態(tài)網(wǎng)絡車輛路徑優(yōu)化問題和突發(fā)事故下交通擁堵的控制策略為主題，開展研究。張寧以城市交通的發(fā)生強度與城市規(guī)模之間的關系為主題進行了研究。

在擁堵收費政策的研究方面，英國學者Walters利用邊際效應規(guī)律構(gòu)建了靜態(tài)模型，對擁堵收費的定價問題進行了研究。Han L H等對靜態(tài)模型實施改進，從而對動態(tài)擁堵收費的定價問題進行研究。在我國，賈書偉、嚴廣樂基于SD-GM理論，建立城市交通擁堵收費模型。胡畔和耿慶武在環(huán)境保護的基礎上對擁擠收費定價做出了研究。黃宇達、魏霞等提出了一種收費模型，其運用并行通訊膜計算原理，應用于道路擁擠情況。郭偉伊，王立偉利用大數(shù)據(jù)對交通擁堵治理進行了研究。李亞平等在出行決策行為變化的基礎上研究了自調(diào)節(jié)階段模型。

在實證研究方面，具有代表性的城市有倫敦，新加坡，瑞典的斯德哥爾摩和哥德堡，挪威的奧斯陸。

其中，為緩解城市交通擁堵，倫敦在2003年2月對固定時段內(nèi)，在市中心劃定收費范圍，對范圍內(nèi)出入車輛收取交通擁堵費，征收擁擠費區(qū)域的面積約占倫敦總面積的1.3%，約為22 km2。1975年新加坡通過專有短波無線電ERP系統(tǒng)，在1998年9月實行公路電子收費系統(tǒng)，當車輛通過收費站，自動從安裝在車輛中的智能卡閱讀器中進行扣費。斯德哥爾摩和挪威則分別采取對白天駛?cè)胧兄行牡鸟{駛者進行收費和施行環(huán)形通行收費系統(tǒng)的政策。

以上研究結(jié)果表明:擁堵收費政策的實施，可以在一定程度上緩解城市核心區(qū)域的交通擁堵水平。

然而，還沒有學者從無感支付的基礎上來研究道路擁堵收費的方法，為此，本文研究一種基于無感支付的路段擁堵收費方法，方便實現(xiàn)，更加具有現(xiàn)實意義。

1 方案的總體設計

1.1 總體設計思路

此方案主要包含以下三個方面，其中有車輛數(shù)據(jù)庫模塊，擁堵方案模塊和無感支付模塊。本系統(tǒng)工作過程包括：交通高峰期時，對通過擁堵路段的車輛進行擁堵收費，通過道路兩側(cè)攝像頭的掃描對車輛信息建立數(shù)據(jù)庫，將車輛信息綁定App，通過App來進行收費。具體收費標準根據(jù)車型，車速和車輛停留時間等不同特征來進行。如果實施了一個有效的收費交易，相應的信息將儲存到當?shù)氐目刂破髦?。圖1為本方案的技術路線。

圖1 本方案的技術路線

1.2 路段擁堵收費方法可實現(xiàn)的功能

根據(jù)不同時間不同地點來劃分，當車輛進入收費路段時，通過道路兩側(cè)的攝像頭采集車輛的基本信息，自動根據(jù)攝像頭所識別出來的車輛信息建立數(shù)據(jù)庫，將汽車相關信息(車牌號、車主信息、時間等)進行提取，通過無線通信方式，將此信息發(fā)送至中央控制中心，由控制中心根據(jù)車輛停留時間、車型、車速擬定收費模型來決定每個路段所要征收的費用，自動從車輛綁定的收費App直接扣費，通過無感支付技術來實現(xiàn)對車輛應支付費用的收取。車主可以通過登錄App查看所收取費用、余額、收費時間和地點，平臺可以對交易數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、對車輛身份合法性進行校驗，并實現(xiàn)結(jié)算、正常交易對賬及異常違規(guī)交易的處理調(diào)整等功能，從而解決收費漏洞問題，減少通行費用流失。在擁堵路段6∶00～22∶00時間內(nèi)，制定收費標準如下。

對經(jīng)過擁堵路段的車輛，根據(jù)其停留時間不同來劃分收費，收費方式如下。

(其中s為應收費用，t為車輛在路段停留時間)

對經(jīng)過擁堵路段的車輛，根據(jù)其車型不同來劃分收費，收費方式如表1。

表1 車型擁堵收費管理

對通過擁堵路段的車輛，根據(jù)其車速不同來收費，收費方式如表2。

表2 車速擁堵收費管理

2 運行系統(tǒng)設計

2.1 數(shù)據(jù)庫模塊

在實驗區(qū)域路段的所有路口安裝高清且具有識別車牌功能的聯(lián)網(wǎng)攝像頭，如圖2，從而實現(xiàn)對車牌的識別，車輛圖像的儲存，車輛進出時間的記錄等信息的采集。為完成數(shù)據(jù)庫的建立，在試驗區(qū)路段的攝像頭旁埋設兩條線路管道，共同連接攝像頭和計算機從而輔助攝像頭進行車牌識別和車輛圖像的儲存。同時聯(lián)網(wǎng)攝像頭需擁有紅外技術輔助記錄車輛信息，使車輛完成合乎法律性質(zhì)的校準驗證，輸出激光束是重復頻率1k Hz的脈沖，經(jīng)過的車輛會使光束連續(xù)不停地中斷從而變換反射光，最終光束中斷反射信號被光電探測接收機獲取，從而使車輛進出時間和車型的記錄信息通過攝像頭掃描錄入數(shù)據(jù)庫，再由此計算出車輛在該路段上的速度。車輛數(shù)據(jù)儲存借助IP SAN存儲區(qū)域網(wǎng)，IP SAN能對輔助攝像頭輸出的IP視頻流進行直接存儲，在IP網(wǎng)絡上提供了一個使存儲系統(tǒng)和服務器相互連接的架構(gòu)，最后通過服務器和IP交換機在存儲系統(tǒng)磁盤陣列上直接讀寫并導出所需要的車輛數(shù)據(jù)。

圖2 車輛進入路段的模擬圖

2.2 擁堵收費方案模塊

對路段擁堵的判斷以及收費的標準可利用道路車流密度對所監(jiān)控路段的擁堵情況進行評價，當車流密度大于該路段或交叉口的通行能力時，判斷為道路擁擠并開始計費以及利用無感技術自動扣除應收費用。根據(jù)高德交通數(shù)據(jù)分析，哈爾濱市主要擁堵路段處于嚴重擁堵，尤其是在早八點和晚五點時刻，高峰期擁堵延時指數(shù)為1.8及以上(擁堵延時指數(shù)=出行旅行時間/自由(暢通)旅行時間)，如表3。

根據(jù)2019年的統(tǒng)計，哈爾濱市城鎮(zhèn)居民人均可支配收入為30 172元，農(nóng)村居民人均可支配收入為13 748元，平均每人每天可支配收入為60.16元。貨車一噸貨物可收入800～1000元，擁堵延時指數(shù)為1.916，以繳費不低于2元，高于14元為基準，制定了關于不同車型的繳費方案。哈爾濱市路段擁擠大致分為三個不同階段，不擁堵，輕度擁堵和重度擁堵。不擁堵為15 min之內(nèi)可通過該路段，最低收費標準為2元，重度擁堵為60 min及以上，最高收費為14元，制定了關于不同停留時間的繳費模型。車輛平均時速為25.68 km/h，處于擁堵狀態(tài)平均時速為21.75 km/h。當車輛經(jīng)過該路段時，用區(qū)間測速法，若其速度在25～60 km/h(60 km/h為哈爾濱市車輛限速)時，則采用根據(jù)不同車型收費的繳費方案；若其速度為25 km/h以下時，則采用根據(jù)時間收費的繳費方案；若其速度為0 km/h時，則不收費。

同時，控制中心可以通過定位系統(tǒng)和手機APP將當前擁堵情況發(fā)送至司機，從而提醒其他地域車輛繞過該路段，以完成舒緩城市擁堵的目標。該收費標準旨在引導司機避開高峰時期和擁堵路段，收費標準應根據(jù)實際狀況而適當改變，擁堵情況越嚴重，收費相應越高。此外，除道路負荷超過交通系統(tǒng)承載量和交通系統(tǒng)設計問題，天氣因素、交通事故和個別車輛違反交通規(guī)則也會引起交通堵塞。

表3 哈爾濱市2019年上半年擁堵情況

2.3 無感支付模塊

用戶可以在手機APP中將車牌號與銀行卡綁定，通過攝像頭對車牌和車輛基本信息的自動識別，根據(jù)不同標準的收費模型計算出合適的費用，從App上綁定的銀行卡賬戶上自動扣除費用，繳費過程之中無需現(xiàn)金。其系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如下:(1)系統(tǒng)后臺:由云架構(gòu)搭建的移動支付運營平臺;(2)用戶前端:移動支付APP;(3)收費前端:自動扣費系統(tǒng);(4)通信網(wǎng)絡:依托現(xiàn)有的運營商基站通信，為非現(xiàn)金移動支付提供網(wǎng)絡通道，為通行人員手機端與收費系統(tǒng)提供通信網(wǎng)絡服務;(5)網(wǎng)絡傳輸要求:支付系統(tǒng)與交易系統(tǒng)的傳輸通道沿用現(xiàn)有的通道;(6)清分結(jié)算系統(tǒng):基于現(xiàn)有無感支付收費清分結(jié)算系統(tǒng)，驗算數(shù)據(jù)的完整性。

3 結(jié) 語

通過采用無感支付技術來收取路段擁堵費，根據(jù)車型、車速和車輛停留時間的不同，設計相對應收費模型的方案，實現(xiàn)了用戶在線支付與自動扣費，具有收費模式多樣化、操作智能化以及支付簡單化等優(yōu)點，刺激了汽車駕駛者對路徑的抉擇，使其主動規(guī)避擁堵道路而非被動地運用大量人力物力來疏導交通，側(cè)面地緩解了道路壓力。該收取道路擁堵費的方案簡單明了，成本低，可操作性強，易于實現(xiàn)，具有一定的實用價值。