基于交通大數(shù)據(jù)的高速公路逃費車輛特征分析

楊朋濤，牛軍燕

(河南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450015)

0 引言

目前，我國正處在一個飛速發(fā)展的黃金時期，高速公路日益擴張，私家車擁有量也在連年攀升，與此同時，也為高速公路管理帶來了很多問題。由于高速公路通行產(chǎn)生較多的通行費，一些過往車輛便滋生逃費念頭，致使高速公路管理部門流失大量的通行費[1]。為了優(yōu)化高速公路運行秩序，提升高速公路管理水平，有效稽查高速公路逃費車輛，亟需了解高速公路逃費車輛行駛特征，掌握逃費車輛時空變化規(guī)律。

國內(nèi)很多學(xué)者進行了大量研究，靳誠[2]基于高速公路聯(lián)網(wǎng)收費數(shù)據(jù)，分析了高速公路交通流變化特征。趙彥[3]通過對稽查方法的研究總結(jié)出計算機聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)可有效輔助逃費行為的治理。黃志軍[4]基于高速公路大數(shù)據(jù)設(shè)計了聯(lián)網(wǎng)收費稽查系統(tǒng)。李松江等人[5]通過對逃費車輛特征的分析，建立了逃費預(yù)測模型，并對逃費行為進行預(yù)測。

本文通過對高速公路聯(lián)網(wǎng)收費數(shù)據(jù)的處理，提取有效數(shù)據(jù)，分析高速公路逃費車輛特征，掌握了逃費車輛的總體特征、時空變化特征以及通行費特征。

1 數(shù)據(jù)篩選與清洗

1.1 數(shù)據(jù)篩選

以陜西省榆林市高速公路聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)1個月不間斷通行卡流水?dāng)?shù)據(jù)為研究數(shù)據(jù)，其通行卡字段(見表1)記錄了過往車輛通行信息。

表1 通行卡字段

表1(續(xù))

通行卡共記錄車輛通行信息31個字段，剔除無用屬性，篩選車輛出、入口通行時間、車牌、車型等有效屬性20個，如表2所示。

1.2 數(shù)據(jù)清洗

原始數(shù)據(jù)量巨大，存在缺失、錯誤等情況，為了精確分析逃費車輛出行特征，對原始數(shù)據(jù)進行清洗。

1.2.1 缺失值處理

缺失值分為每個字段單一屬性缺失、每個字段多個屬性缺失以及機器故障引起，針對不同缺失類型，本文采取不同處理方法，如表3所示。

1.2.2 錯誤值處理

錯誤值多是由于系統(tǒng)識別導(dǎo)致，且主要表現(xiàn)為車牌識別錯誤，如“(藍)陜X00000”，因此本文僅介紹車牌識別錯誤的處理方法，圖1為處理流程圖，錯誤率的計算方法為第i天錯誤值條數(shù)除以第i天數(shù)據(jù)總條數(shù)。

圖1 車牌號錯誤值處理方法流程圖

2 高速公路逃費車輛特征分析

2.1 總體特征

對金雞灘收費站、大保當(dāng)收費站、錦界收費站、西溝收費站、神木收費站、店塔收費站6個收費站的逃費情況進行分析，經(jīng)過數(shù)據(jù)的篩選與清洗，總計得到樣本數(shù)量45 621個。

通過對數(shù)據(jù)的分析，對逃費類型的主要特征進行研究，從結(jié)果發(fā)現(xiàn)車牌不符為主要逃費類型，占到逃費車輛總體的50%以上，其次為車輛超時，根據(jù)高速公路車輛真實行駛情況可知，駕駛員由于中途服務(wù)區(qū)休息以及車輛損壞都會導(dǎo)致車輛超時，從車輛超時逃費類型在整體逃費類型的占比中可以看出，駕駛員企圖偷逃通行費的現(xiàn)象普遍較多。

2.2 空間特征

2.2.1 行駛軌跡

以金雞灘收費站、大保當(dāng)收費站、錦界收費站、西溝收費站、神木收費站、店塔收費站6個收費站的車輛通行信息以及陜西省384個收費站的經(jīng)緯度信息為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，對逃費車輛數(shù)據(jù)進行分析，得到逃費車輛空間行駛軌跡如圖2所示。

圖2 逃費車輛行駛軌跡

圖中圓點代表收費站點，顏色由淺至深表示逃費次數(shù)逐漸增多。本文對逃費車輛的空間軌跡分析未還原車輛的真實行駛軌跡，而是以收費站點為基礎(chǔ)來展現(xiàn)車輛的行駛狀態(tài)特征。通過對逃費車輛空間行駛軌跡的分析，直觀展示了逃費車輛的空間分布以及行駛狀態(tài)。

2.2.2 出行異常頻率

以某個單獨樣本作為直接分析對象，對其在特定時間每天或者每周的出行次數(shù)進行統(tǒng)計分析，有利于捕捉逃費車輛的空間行駛特征[6]。逃費車輛大量存在的根本原因就是出行次數(shù)多，為了降低出行通行費便滋生逃費念頭，促使車輛進行逃費。本文將出行強度作為逃費空間特征的基本信息進行分析，并將逃費車輛的日均逃費次數(shù)定義為出行強度。

為了直觀分析逃費車輛的出行強度信息，本文選取車牌不符的逃費車輛進行統(tǒng)計，剔除車牌號碼逃費次數(shù)較高的異常數(shù)據(jù)，得到每月逃費在4次以上的車牌號。發(fā)現(xiàn)每月逃費次數(shù)普遍分布在4～7次，較高者每月逃費次數(shù)達19次以上，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，車牌不符逃費類型亦呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，即逃費次數(shù)達到4次以后逃費行為就會變得更加嚴重。根據(jù)車牌不符逃費車輛行駛情況，選取逃費8次的某樣本數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，從而對逃費車輛的空間出行強度進行分析。表4為高速公路逃費車輛的某樣本出行強度表。

表4 高速公路逃費車輛某樣本出行強度表

從表中可以看出，該樣本幾乎每天都會有逃費現(xiàn)象發(fā)生，出行強度較大，由于數(shù)據(jù)統(tǒng)計天數(shù)總共為28 d，總計逃費8次，故逃費車輛出行強度為0.286，逃費車輛的出行強度很好地描述了逃費車輛的空間行駛特征。

2.3 時間特征

逃費車輛的時間特征主要包括周末、節(jié)假日、高峰出行等特征，由于本文所選取逃費車輛數(shù)據(jù)為5月份數(shù)據(jù)，包含了“五一”假期，將重點對整月數(shù)據(jù)的分布進行研究，從中發(fā)現(xiàn)在節(jié)假日與平常逃費車輛的出行特征，其次對每天的高峰逃費時期進行研究，以把握逃費車輛的時間出行規(guī)律。

2.3.1 節(jié)假日出行異常

對節(jié)假日出行異常進行分析，分別就U型、闖關(guān)、入口無重、記重更改幾種逃費類型的時間分布進行分析。

總體來看在5月10—5月15日，逃費車輛出行強度最大，隨著時間的推移，車輛出行強度逐漸減弱，但是逃費車輛的數(shù)量仍然是巨大的，整體呈現(xiàn)出月初較少，隨后增多的特點。根據(jù)實際調(diào)查情況可知，由于“五一”放假期間，車輛較多，政府部門對高速公路管理提出了更高的要求，因此，上旬表現(xiàn)出逃費車輛較少的狀態(tài)，而隨著假期的結(jié)束，逃費車輛又陸續(xù)增多。

從1個月的逃費車輛分布中可以看出，車輛的出行強度呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，在節(jié)假日期間較弱，在其他時段出行強度增大。

2.3.2 高峰出行異常

本文仍然以車牌不符逃費類型數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分客車、貨車統(tǒng)計車輛在不同時間段的逃費次數(shù)，觀察車輛的高峰出行強度。

從一天的變化中可以看出，客車的逃費次數(shù)存在明顯的高峰時期，即5:30左右以及20:30—23:00，特別是晚上，逃費車輛的出行強度較大，夜間逃費現(xiàn)象更加嚴重。而貨車在一天中的變化不是很大，但從中午以后逃費次數(shù)明顯增多，出行強度增大，即貨車在午后更容易逃費。整體來看，逃費車輛的出行強度依然較高。

2.4 通行費特征

對逃費車輛的通行費特征分時間、空間地域進行分析研究，可以得到各個收費站在不同月份的逃費額分布情況。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)每年的5—6月逃費額最多，每個收費站的逃費額分布則大致相當(dāng)，但逃費額仍然處在一個很高的狀態(tài)，并呈現(xiàn)出一定的分布規(guī)律，因此，在逃費車輛特征分析中，逃費額亦是一個重要特征，有利于對高速公路逃費車輛的時空分布研究。

3 結(jié)語

本文依托高速公路聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)，以陜西省金雞灘收費站、大保當(dāng)收費站、錦界收費站、西溝收費站、神木收費站、店塔收費站6個收費站聯(lián)網(wǎng)收費數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)展開研究，分析了高速公路逃費車輛總體特征、時空特征以及通行費特征，總結(jié)逃費車輛的時空變化規(guī)律，為高速公路管理提供了重要支撐，也為交通管理的研究提供了新的思路，將大數(shù)據(jù)運用到交通管理中，更加精確地剖析交通變化特征，從冗雜的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，從而高效打擊高速公路不良行駛現(xiàn)象，規(guī)范高速公路行駛秩序。