（交通运输规划与管理专业论文）基于电子收费技术的高速公路联网收费模式研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 页 摘要 随着我国经济的高速发展，高速公路建设也进入了发展的黄金 时期。目前，部分地区已经形成了小规模的高速公路路网，省级、 国家级高速公路路网也在逐步形成之中。而当前的高速公路收费及 其管理都是针对单条道路进行，对于路网级的收费管理还没有现成 的经验。高速公路的管理工作与硬件建设的不配套和发展速度不相 适应将成为我国高速公路事业可持续发展的瓶颈。只有二者配合良 好，才能使高速公路系统在国民经济的发展中起到促进作用。 本文针对我国高速公路路网的发展状况，提出基于电子收费技 术，实施网络环境下高速公路的联网收费模式。首先分析了当前我 国高速公路的现状及各种收费模式，从硬件系统和管理方式等方面 讨论高速公路网联网收费的可行性；其次，针对高速公路路网联网收 费以及路网中可能出现的二义性路径问题，提出了通过标识站进行 路径辨识的方式，并建立基于路网的矩阵数学模型，用以解决路网 联网费用清算；再次，对现有各种电子收费的关键技术进行研究， 结合我国高速公路建设与管理的实际情况，给出了相关关键技术采 用及其之间整合的思路；最后，探讨了高速公路路网中计算机收费 网络的建立以及在此环境下通行费用拆分的流程。 通过对上述问题的研究，基本确立了基于电子收费技术的高速 公路联网收费模式的思想。解决了一些与之直接相关的关键问题。 关键词：高速公路路网：电子收费；路径辨识；费用清算 西南交通大学硕士研究生学位论文第j j 页 a b s tr a c t w i t ht h e d e v e l o p m e n to fc h i n e s ee c o n o m y ，t h e c o n s t r u c t i o no f e x p r e s s w a yc o m e s i n t oah i g hs p e e dp e r i o do fd e v e l o p m e n t p r e s e n t l y ， t h e r ea r es o m e e x p r e s s w a y s i nm i n i a t u r ei ns o m ea r e a a n dt h e e x p r e s s w a yn e t w o r k so fp r o v i n c eo rc o u n t r ya r ef o r m i n g b u tt h et o l l a n dm a n a g e m e n to fe x p r e s s w a ya l lo n l ya i ma to n ew a ya n dt h e r e sn o e x p e r i e n c e f o rn e t w o r k s t h e m a n a g e m e n t d o e sn o ta c c o r dw i t h c o n s t r u c t i o no f e x p r e s s w a y w i l lb et h eb o t t l e n e c ko f e x p r e s s w a y s u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t i nc h i n a t h e s y s t e m o f e x p r e s s w a y w i l l a c c e l e r a t et h ed e v e l o p m e n to fc h i n e s ee c o n o m y t h r o u g ht h e yc o o p e r a t e w e l l t h en e t w o r k e dt o l lm o d ei nc o n d i t i o no fn e t w o r k si s i m p l e m e n t e d b a s e do ne l e c t r o n i ct o l lc o l l e c t i o na c c o r d i n gt os t a t u so f e x p r e s s w a yi n c h i n a f i r s t ，t h ea c t u a l i t yo fe x p r e s s w a yi nc h i n aa n ds o m et o i lm o d e s a r e a n a l y z e d a n dt h e f e a s i b i l i t y o f e x p r e s s w a y n e t w o r k e dt o l li s d i s c u s s e df r o mh a r d w a r es y s t e ma n dm e t h o do f m a n a g e m e n t s e c o n d ， t h em e t h o do fs y m b o l s t a t i o nt o d i s t i n g u i s h t h er o u t e si s p r o v i d e d a i m e da tn e t w o r k e dt o l lo fe x p r e s s w a yn e t w o r k st h em a t r i xm o d e lis e s t a b l i s h e db a s e do nn e t w o r k st os e t t l et h ep r o b l e mo ft o l ll i q u i d a t i o n t h i r d ，t h ek e yt e c h n o l o g yi ne x i s t e n c ei s s t u d i e d b y t h es t a t u so f c o n s t r u c t i o na n dm a n a g e m e n ti nc h i n aa n dt h ei d e ao fh o wt ou s ea n d i n t e g r a t et h e s et e c h n o l o g i e s f i n a l l y ，t h ee s t a b l i s h m e n to ft o l ln e t w o r k s i n e x p r e s s w a yn e t w o r k sa n dt h ef l o wh o wt ol i q u i d a t et h et o l l sa r e d i s c u s s e d t h ei d e ao fe x p r e s s w a yn e t w o r k e dt o l l m o d ei se s t a b l i s h e da n d s o m ek e yt e c h n o l o g ya b o u ti ta r es e t t l e db ys t u d y i n gt h ep r o b l e m sw h a t h a v es a i d k e y w o r d s ：e x p r e s s w a yn e t w o r k s ；e l e c t r o n i ct o l lc o l l e c t i o n ；r o u t e s d i s t i n g u i s h ；t o l ll i q u i d a t i o n 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 页 1 1 问题的提出 第1 章绪论 高速公路由于其“高速、高效、安全、舒适”的四大优点，已 成为现代公路的重要组成部分，发展前景十分巨大。国家“十五” 计划纲要中明确指出：要加快以“五纵七横”( 其中“五纵”指同 江一三亚、北京一珠海、重庆一北海、北京一福州、二连浩特一河 口；“七横”指连云港一霍尔果斯、上海一成都、上海一瑞丽、衡阳 一昆明、青岛一银川、丹东一拉萨、绥芬河一满洲里) 为重点的公 路国道主干网建设( 如图1 1 所示) ，到2 0 0 5 年公路通车里程达到 1 6 0 万公里左右，其中高速公路2 5 万公里。截至2 0 0 2 年底，全国 高速公路通车总里程达到2 5 2 万公里，仅次于美国，居世界第二位。 但是我国高速公路平均密度低，仍不能满足经济发展的需要，具有 巨大的发展潜力。 我国制定的公路发展策略为“贷款修路，收费还贷，有偿使用， 滚动发展”，高速公路建成后对行驶车辆收取通行费。在此项政策的 鼓励下，全国各地大力发展高速公路的建设。由于高速公路建设是 本着“谁投资，谁收益”的原则，高速公路的各路段有着不同的投 资者，因此收费情况也不尽相同。为保证尽快顺利地收回投资，目 前，国内许多省市对高速公路收费管理系统非常重视，纷纷引进国 外先进的技术和设备来提高收费系统的安全性、高效性和实用性。 各收费系统基本上是依据自身实际情况进行建设。在当前高速公路 密度偏低，未形成路网，高速公路的规模效应还没有充分发挥的情 况下，各地收费系统尚能满足当前自身的需要。 随着我国高速公路事业的发展，区域性高速公路网逐渐形成， 国家级高速公路网也即将出现。如果继续沿用不同高速公路建设不 同收费系统的老办法，不仅会导致重复建设的问题，还会影响国家 对高速公路网的统一管理。同时伴随着各地经济的高速发展，高速 公路交通量迅速增加，省级和国家级高速公路网的逐步形成，各自 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 页 图1 1 “五纵七横”全国国道网 为政的高速公路收费方式必将成为一个严重阻碍。如何在兼顾各方 利益的同时，加强和提高整个高速公路网收费系统的建设和管理能 力成为一个亟待解决的新课题。它不同于独立的一条高速公路的收 费系统，无法从现有的国内工作基础中直接获得答案。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 公路联网收费在我国的建设和使用情况 我国从2 0 世纪9 0 年代初开始智能收费系统的研究。1 9 9 3 年由 北京市公路局和航天部二院合作开发的国产化自动车辆识别系统在 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 北京至石家庄高速公路上进行了实验。1 9 9 6 年1 0 月，交通部公路科 学研究所与日本丰田汽车公司就智能运输系统和e t c ( e l e c t r o n i c t o l lc o l l e c t i o n ，电子收费) 技术进行了交流和现场演示。1 9 9 6 年底， 首都高速公路发展公司与美国a m t e e h 公司在首都机场高速公路进行 了不停车收费试验。到1 9 9 9 年初，广东省路路通公司采用美国t i 公司设备在佛山、顺德、南海等地建成了4 0 余条不停车收费车道并 投入使用，平均每车道日交易量已超过1 0 0 0 次，在南海地区达到机 动车保有量的5 0 。江苏沪宁高速公路也设计了2 0 余条不停车收费 车道。由中国公路工程监理咨询总公司与欧洲i n t e l l i g e n t 和g e m p l u s 合作的不停车收费系统已经在河北、山东、上海、厦门等地进行了 试验。四川现代系统控制工程有限公司也在四川和深圳试验类似的 系统。广东省交通厅委托广东新粤有限公司负责全省不停车收费系 统的建设与营运管理，试点工程涉及广东省“五路两桥”一一广佛、 佛开、广清、广深、北环、虎门大桥、洛溪大桥，总投资逾2 亿元 人民币。重庆市政府授权重庆金卡路桥资讯有限公司负责市内3 座 大桥的不停车收费项目，重庆的不停车收费系统拟采用符合 c e n t c 2 7 8 标准的“双片式”电子标签，除用于大桥收费外，还准 备开拓市内交通管理、保险追查等业务。 1 9 9 8 年6 月，我国交通部组织有关单位开展了“网络环境下不 停车收费系统行业联合攻关”项目研究，于1 9 9 9 年4 月完成了“网 络环境下不停车收费系统行业指导性意见”征求意见稿，作为交通 部指导各地方实施e t c 项目的基本指导意见。 当收费道路路网发展到一定水平，就有必要进行区域联合收费。 在我国，已有吉林、四川i 等省的部分路段进行了联合收费试验。吉 林是国内最先实行联网收费的省份。最初有三条独立收费的高速公 路：长平、长营、长吉；都归属吉林省高速公路管理局，采用磁票 作为通行券。在联合收费规划阶段发现各路段的磁票机互不兼容， 软件也几乎没有向联网收费升级的余地。所以1 9 9 8 年该系统全部重 新改造，并于1 9 9 8 年8 月试运行，1 9 9 8 年1 0 月份正式开通收费。 收费清算中心与监控中心设在高速公路管理局。四川有两条高速公 路( 成都一雅安、成都一乐山) 实现了联网收费，有一个独立于此两 条路的清算中心，帐户设在清算中心。另外还有山东、浙江、辽宁、 上海等省市处于规划阶段。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 1 2 2 公路联网收费在国外发展和使用情况 欧洲自1 9 8 6 年挪威的b e r g e n 首次不停车收费应用以来，意大利、 西班牙、英国、法国等国先后在国内开始了e t c 的应用。由于欧洲 许多国家均开发了不停车收费设备，并在本国进彳亍了一定范围的实 施，导致1 9 9 6 年欧洲标准化委员会( c o m i t 6e u r o p 6 e nd e n o r m a l i s a t i o n ，c e n ) 的不停车收费标准草案遭到部分欧盟国家的反 对而未获通过。但是，在全欧洲范围内统一的不停车收费所带来的 利益诱惑下，c e n 仅仅经过一年时间的协调工作就统一了欧洲的呼 声，使得欧洲的不停车收费草案顺利通过。欧洲计划在未来几年内 开发多国间统一的不停车收费系统，取代现有的各国体系的收费站 卡，以期给欧洲的公路运输带来巨大的经济效益和综合社会效益。 美国于1 9 8 8 年首开不停车收费系统一l i n c o n 隧道。目前美国 国内已有1 2 个运输管理机构在进行这方面的工作，大量的不停车收 费车道已在美国国内的收费公路上开通，仅1 9 9 7 年4 月份在华盛顿 地区就一次开通了5 0 多条不停车收费车遵。不停车收费已经成为美 国回收公路投资的有效手段。 日本不停车收费系统研究主要有三菱株式会社和丰田株式会 社。1 9 9 5 年6 月，日本建设省和公路管理公司组织了国内1 0 多家单 位在全国各地进行了不停车收费系统的现场试验。试验于1 9 9 6 年3 月结束，1 9 9 6 年8 月发表了总结报告，就有关技术参数和试验结果 进行了详细叙述。1 9 9 7 年，在日本政府的协调下，编制了不停车收 费系统标准草案并提交给国际标准化组织( i n t e r n a t i o n a lo r g a n i z a t i o n f o rs t a n d a r d i z a t i o n ，i s o ) 第2 0 4 委员会( i s o t c 2 0 4 ) ，于l9 9 8 年在 全国范围内统一推广不停车收费系统，以保证全国范围内的兼容性。 1 9 9 9 年2 月1 9 日，于瑞士日内瓦召开的i t u r s g 8 w p 8 a 会议 上，a s t a p 提出的提议书“t i c s ( t r a n s p o r t i n f o r m a t i o na n dc o n t r o l s y s t e m ) ：d s r ca t5 8 g h z ”取得承认。由此，作为“半双工被动式” 的两种欧洲方式( c e n 方式和意大利方式) 和作为“全双工主动式” 的日本方式，在通过1 9 9 9 年1 1 月的研究委员会s g 8 ( s t u d yg r o u p8 ) 的承认以及其后的无线电通讯总会( r a d i o c o m m u n i c a t i o n a s s e m b l y ) 的承认后，将正式记入国际规约，成为不停车收费系统中车路专用 西南交通大学硕士研究生学位论文 第5 页 短程通信( d r s c ) 链路的国际标准，获得普遍认可。 1 2 3 对国内外公路联网收费现状分析 通过对国内外高速公路收费系统情况的现状分析可以看出，国 外的e t c 技术已经处于初步应用阶段，相关标准业已基本成型( 如 已经公开发布的d r s c 技术欧洲标准c e n 2 7 8 、日本标准 i s o t c 2 0 4 ) ，但是大规模的联网收费仍未开始进行。而我国的e t c 基础才刚刚起步，由于我国高速公路建设的相关问题，对于相关方 面的研究仍然处于探索阶段，发展相对“滞后”。而根据我国的具体 国情，并没有可以利用的现成技术和成熟的经验。展望今后的发展， 建设以路网为对象的基于e t c 技术的计算机联网收费系统是国内外 高速公路收费系统的大势所趋。但是，目前国内对于此类相关问题 还没有统一的意见和实施方法。 1 。3 论文研究的总体思路和主要内容 1 3 1 论文研究的总体思路 实簏基于e t c 技术的计算机联网收费在技术和管理上主要需要 解决的是路网中二义性路径的处理原则和方法、配套关键硬件技术 的选择和相应计算机网络中费用拆分方式及流程等问题。对于此类 收费模式的研究，国外并没有一套成熟的理论和方法。我国尚处于 初始阶段，积累的相关经验还不多。本论文主要针对e t c 技术应用 的实际情况，探讨高速公路网联网收费中上述问题的解决之道。因 此，本论文所作的主要是方法上的探讨：从e t c 技术的特点出发， 研究车辆在高速公路路网中行驶的二义性路径处理原则和方法，分 析如何采用相关关键硬件技术使得e t c 技术和收费网络系统的无缝 化结合，并在此基础上提出高速公路路网车辆通行费用拆分模式。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 1 3 2 论文的主要内容 本论文主要从以下几个方面开展研究； ( 1 ) 在我国省级以至国家级高速公路路网即将形成的情况下，研 究各种收费方式和制式的基础，分析高速公路联网收费的可行性， 提出对于整个路网收费进行全局性、系统性的管理和控制。 ( 2 ) 在高速公路并未完全成网的情况下，不存在路径辨识问题。 随着高速公路网的逐步形成，车辆在路网中就可能会出现行驶路径 二义性问题。本论文将对高速公路路网中的二义性路径处理方法进 行研究，提出较为现实的处理方法。 ( 3 ) 目前，国内外各研究机构和厂家对于e t c 的认识和看法不同， 相关产品也不尽相同。但是对于联网收费，关键技术之间以及各终 端与网络之间的无缝化结合将是影响到联网收费成功与否的关键。 本论文将根据所用的路径辨识方法，对现有技术进行分析，研究其 间的无缝化整合，提出整合的思路。 ( 4 ) 对于网络环境中的高速公路收费系统费用拆分进行研究，提 出切实可行的费用拆分模式和资金划拨方法。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第7 页 第2 章高速公路收费模式 我国高速公路建设的经济原则是“谁投资，谁受益，谁负担”a 这不仅使高速公路建设资金来源多元化。也大大减轻了政府的经济 负担。高速公路建成投入运营后，如何征收道路通行费就成为高速 公路运营管理工作的关键任务之一。所征收的费用在收回建设成本 争取盈利的同时，还要负责为道路的养护、管理运营提供资金以及 为新建高速公路筹集资金。目前，由于我国各地经济建设和社会发 展水平不同，高速公路建设的程度也不一样，因此形成了我国高速 公路收费系统形式的多样性。 2 1 我国高速公路特点分析 我国正处于社会主义发展的初级阶段，经济基础较为薄弱，建 设资金不足，完全依靠国家投资建设高速公路，全民无偿使用的建 设模式难以满足高速发展经济的要求。目前国家采取“集资建路， 有偿使用，共同受益”的方针，配合“以路养路，以路建路”措旌， 有效地促进了我国高速公路建设迅速发展。这些方针和措施决定了 我国高速公路具有一系列多样性的特征。 ( 1 ) 投资方式多样化 我国高速公路大多由国家和地方贷款投资建设，道路产权归国 家所有，由国家委托地方组织营运管理公司，以企业法人形式进行 管理。同时也存在着各种集资方式兴建的道路，如由地方政府、外 商、社会集资和合资建设、发行股票上市，产权归集体所有，由道 路通行费中提取一定比例资金扩建新路等等。所有这些形式都必须 在国家政策法律允许的范围内进行，由道路管理公司经营，财政独 立核算，并服从政府交通行业主管部门的业务指导。 ( z ) 道路收费方式多样化 为偿还贷款和保证投资获取一定利润，国家规定在公路建成运 行后的经营期内，可以对使用道路的车辆征收道路通行费。通行费 用来偿还建设投资本金和利息，交纳税额，维持道路养护和日常运 西南交通大学硕士研究生学位论文 第8 页 _ _ _ 一 行。国家政策规定高速公路、一级公路可以采用收费方式经营。但 是各高速公路管理公司均是按照自己的情况进行收费管理，造成我 国道路收费方式多样化。 ( 3 ) 管理模式多样化 我国高速公路建设规划达几万公里，穿越几十个省市，只能由 各省分期分段建设。这种形式在国家主干线上尤为明显，如京一珠 高速公路主干线分为十几个建设区段，仅湖南和广东两省就各有四 个区段，分别筹集资金，分期旌工建设。道路建设资金的来源不同， 业主不同。根据“谁投资，谁管理，谁受益”的经济原则，由于业 主组建建设和营运管理公司的不同，其道路设旌、管理模式、管理 制度都各具特色。因此，在以高速公路为主骨架的道路网络上，可 能有几个或十几个分属不同业主的公司按照不同的模式运作，道路 收费管理模式也必然多样化。 2 2 高速公路的收费制式 收费制式是指收取道路通行费的位置。目前，世界各国的收费 系统常采用的制式可分为全线均等收费制( 简称均一式，亦称匝道 栅栏式) 、按路段均等收费制( 简称开放式，亦称主线栅栏式) 和按 互通立交区段收费制( 简称封闭式，亦称匝道封闭式) 三种。部分 地区的收费系统根据其道路情况采用两种或两种以上制式的混合式 收费制，如常用的是主线匝道栅栏式( 开放式与均一式混合) 。在我 国，由于高速公路投资和建设的多样性特征，使得各种收费制式均 有运用。 2 2 1 均一式收费 均一式收费的收费站般设在高速公路的各个匝道入( 出) 口 和主线两端入( 出) v i ，使用者无论行驶里程多少，仅需经过一个 收费站交费。收费标准根据车型一个因素确定，与行驶里程无关， 而且各个收费站都取同一收费标准。 如上所述，均一式收费具有以下优点： 西南交通大学硕士研究生学位论文 第9 页 -_一一 ( 1 ) 不会出现漏收情况： ( 2 ) 车辆行驶收费道路上只须一次停车交费； ( 3 ) 收费手续简便，效率高，每辆车平均服务时间约为8 s ； ( 4 ) 所需收费广场的规模较小，运营时需要的收费人员也较少； ( 5 ) 所需配备的收费设施比较简单，数量少； ( 6 ) 可以兼顾入口交通管理，获取分车型的入口交通量等数据。 但是，由于均一制实行入口一次性收费，因此如果通行道路里 程较长，车辆行驶里程的差距较大但交纳的通行费却同样多，显得 不够公平合理。因此，均一式比较适合于都市高速公路、环城高速 公路和短途城市间高速公路。其道路交通特点是总里程较短，互通 式立交多且密，车辆行驶里程短，车辆之间的行驶里程相差不大， 而且交通量很大。此外，收费站和互通立交的规模和型式又受到用 地的限制，因而需要很高的处理效率。均一式能比较好地适应这些 特点和要求。 2 2 2 开放式收费 开放式收费的收费站建在高速公路主干线上，一般每隔3 0 5 0 k m 设置一个收费站，各个匝道出入口不再设收费站。这样车辆可以自 由进出，不受控制，高速公路对外呈“开放”状态，如图2 1 所示。 每个收费站的收费标准仅根据车型的不同而变化，但各收费站的收 费标准则因控制距离不等而有所区别。车辆通过收费站时需停车交 费，长途车辆因经过每个收费站而需多次交费，体现了依据行驶里 程决定收费金额的原则。可见，均一制收费是开放式收费的特例。 主线收费站主线收费站主线收费站 图2 - 1 开放式收费制式 开放式收费制的优点有： ( 1 ) 收费手续简便，效率高，每辆车平均服务时间约8 s ： ( 2 ) 收费系统的规模较小，即所需修建的收费站和收费车道较少， 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 _ _ _ l 一一 相应收费设备简单、数量少； ( 3 ) 收费站不建在互通立交处，互通立交的形式和交通量不受限 制； ( 4 ) 可以获取收费道路相应路段分车型的上下行交通量等数据。 该制式的缺点是： ( 1 ) 两个收费站间设有两个以上的互通立交时，会出现漏收情况； ( 2 ) 和均一制相似，不能严格按行驶里程收费，因而收费标准不 尽公平合理。 开放式收费系统一般认为适用于里程较短或互通立交稀少的高 速公路以及收费桥梁、隧道和非封闭的收费道路等。对于中长里程 的高速公路，由于漏收、长途车辆需多次停车缴费以及不能兼顾交 通管理等问题比较突出，所以开放式较少采用。 2 2 3 封闭式收费 封闭式收费的收费站建在高速公路的所有出入口处，高速公路 对外界呈“封闭”状态，其中建在主线的收费站称为主线起点( 终 点) 收费站，建在互通立交出入口的收费站称为互通立交匝道收费 站，如图2 2 所示。车辆驶入该系统时，首先通过入口收费站，使用 者从人工收费亭或收费岛上的自动票卡发放机领取一张通行券( 记 录车辆进出口地址和时间等信息的凭证) ，通行券上记有车辆的驶入 日期、时间和地点、车辆类别、行驶方向以及其它有关信息的编码， 然后使用者便自由使用这条道路，直到驶出其任意一个出口。在驶 出收费道路之前，汽车须经过出口收费站，届时收费亭的收费员根 据通行券的信息，依据汽车类别和行驶里程计算出( 自动或人工) 应付通行费的数额，向使用者收取通行费。目前封闭式收费系统也 有采取“入口收费，出口验票”办法的。该方法可防止因某种原因 在使用完收费公路后使用者闯卡不缴费的现象，也在一定程度上防 止了收费员贪污作弊问题的产生，适合于全人工的收费系统。但当 车辆实际驶出地点与原目的地不一致时，就需要补交费用，或者道 路使用者提出退还部分通行费的要求，这就给收费管理带来麻烦。 堕堕奎垩查兰塑主塑塞生兰笪笙塞 蔓! ! 蔓 匝道 收费站 主 口 图2 - 2 封闭式收费制式 封闭式系统的主要优点在于： ( 1 ) 严格按车型和行驶里程收费，公平合理； ( 2 ) 不会出现漏收问题： ( 3 ) 全程两次停车一次交费，易于接受； ( 4 ) 借助通行券可以获取多种交通情报，兼顾道路出入口的交通 管理。 系统的主要问题有： ( 1 ) 出口验券交费的手续复杂，处理效率较低，平均服务时间在 1 4 s 以上，对交通流可能产生影响： ( 2 ) 收费站的建设规模及投资增大，所需收费车道、设备及运营 收费员也较多； ( 3 ) 收费因素的增多和依据通行券收费增加了运营管理的难度： 封闭式系统的优缺点均很突出，且收费站数量越多，优缺点就 越突出。因此封闭式收费系统一般适用于道路里程较长，互通立交 较多，以及车辆的行驶里程差距较大的封闭式道路。它具有收费合 理、长途车缴费延误小等突出优点，但也存在建设投资和运营成本 高、管理复杂等突出问题。目前我国所建的高速公路，大部分是城 市间的高速公路，因而大都选择封闭式收费系统。 2 2 4 混合式收费 混合式收费系统是开放式和均一式的混合形式，在开放式收费 公路的上( 下) 匝道上增设收费站，通过每个收费站均收取固定通 行费，如图2 3 所示。主线与匝道收费标准可能不同，且为了避免驾 驶员在过短距离内在主线及匝道收费站连续缴费，距主线收费站上 匿南交通大学硕士研究生学位论文 第12 页 ( 下) 游一定范围内的入( 出) 口匝道，不再设收费站。 匝道 收费站 主# a 鼍夺未f 葛 主线出 。 主线收费站 。：* 王线出八 口收费站i 矗站收费站 口收费站 图2 3 混合式收费制式 混合式收费的基本出发点是将采用的两种单一收费制式的优点 结合起来，形成一种新型的、简单有效的收费制式，用于中长距离 的收费公路。混合式回避了三种经典收费制式的缺陷，表现出很多 优越性，如不会漏收、较公平合理、可适应分段收费的要求，同时 收费广场数量持平或有所减少，收费车道数大幅减少，总运营成本 降低，对交通的总体影响也较小。另外它还表现出很大的灵活性， 与别的收费制式综合使用，达到最佳收费效果。 混合式一般适用于跨接两个或两个以上大中城市或经济区，其 互通立交都比较密集地分布在城市或经济区，而在两个城市( 经济 区) 之间相当长的距离则不设或很少设互通立交，因而在互通立交 密集路段的所有( 或部分) 入口( 出口) 匝道设置收费站，采用均 一式，而在城市间设置主线收费站，采用开放式。 2 2 5 各种收费制式的对比 通过对上文三种独立的收费制式的分析，可以得出三种方式的 特点对比如表2 i 所示。 2 3 人工和半自动收费方式 收费方式是指收取过路费中的一系列操作过程，涉及到车型的 分类、通行券、通行费的计算、付款方式和停车不停车收费等因素。 每醉因素又有不同形式，不同的形式组合成不同的收费方式，但它 们之间存在着关联和制约作用。根据收费员参与收费过程的多少， 西南交通大学硕士研究生学位论文 第13 页 收费方式可分为人工收费、半自动收费、全自动收费等方式；从用 户( 驾驶员) 的角度来分，可分为停车和不停车收费方式。目前， 我国高速公路大多采用半自动收费方式，但仍有少数继续采用人工 收费方式。 表2 1 三种收费制式对比 项目均一式开放式封闭式 站场位置各入口处干线上各出入口 站场规模较小较小较大 收费手续简便简便繁琐 延误时间 8 s8 s1 4 18 s 根据车型和里 收费原则根据车型根据车型 程 各出入交通量 交通情报分车型入口交通量分车型上下行交通量等 o d 等 停车次数一次一次以上两次 2 3 1 人工收费方式 人工收费方式是指收费过程全部由人工完成的方式，即人工判 断车型，人工套用收费标准，人工收钱、找零、给发票，或人工收 取次数票。该方式需要有较多的收费人员与较单调繁琐的程序，采 用人监督人的方式。 在开放式系统收费中，由于缴费一次性完成，收费员的工作量 很大。人工收费方式的过程是：车辆进入收费站人口时，收费员目 测判断车辆类型后，按规定的费率确定应收的金额，驾驶员将应缴 的费用交给收费员，在收费员完成找零后，发给驾驶员一张印好的 收据，上面记载着时间、地点、收费金额等信息，以便以后查询， 然后放行。在封闭式收费系统中，入i ：1 处由收费员判车型，发放印 有入口信息的通行券( 在发放前已事先印刷好) ，在出口处，驾驶员 将通行券交给收费员，收费员再次判断车型，根据所行驶的里程和 费率收取通行费，发放收据，然后放行。在封闭式中，因为采取了 堕查窒堕查兰塑主堡窒竺堂垡堡皇 塑! ! 里 _ 一一 入口发券，出口收费，入、出口票据核对的方式，因而可防止收费 中的一些作弊现象。 人工收费方式的优点为：除基本的土建费以外，它不需要任何 收费设施，也无任何管理设备，投资较少，造价低，可迅速建成实 施收费，在处理异常情况时有很大的灵活性。 人工收费方式的缺点为：由于收费全过程为人工处理，容易产 生误差和作弊行为。收费人员的编制和工作量大为增加，并且增加 了车辆在收费车道上的延误，影响交通流畅。此外，在车辆行驶里 程计算和车型分类上难免会出现差错，造成通行券的误发和通行费 的漏收，也很难防止作弊现象的发生。这不但给收费管理工作带来 很大麻烦，而且也会造成收费收入的巨大损失。因此如何防止漏收、 闯口和作弊贪污现象的发生，已成为人工收费管理工作一大突出难 题。 2 3 2 半自动收费方式 半自动收费方式是指收费过程由人和机器共同完成的方式，它 通过使用计算机、电子收费设备、交通控制和显示设施代替人工收 费方式操作的一部分工作。 这种方式的特点是使用了一些机电设备代替人工操作，降低了 收费员的劳动强度，将人工审计核算、人工财务统计报表转变为计 算机数据管理，极大地减轻了收费管理人员的劳动强度，使收费公 路的收费管理系统化和科学化：通行费流失会大大减少，漏洞会得 到一定程度的控制，但投资要大一些，造价要高一些。目前我国的 收费站，绝大部分使用此种收费方式。 2 3 2 1 开放式半自动收费方式 在开放式收费系统中，我国普遍采用的半自动收费方式为人工 判断车型、人工收费、计算机统计、车辆检测器计数( 车辆数) 、自 动栏杆、电视监控。在收费站监控室，监控员可以监视收费人员的 工作和车辆通行情况，并进行录像。录像机可以采用2 4 小时连续工 作方式或由监控人员根据需要采用人工控制方式。其中电视监控部 分主要用于防止收费员在车型、免费车辆上作弊及驾驶员冲卡不缴 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 5 页一 费的情形发生。 由于采用了计算机和电视监控等自动化辅助收费和管理设备， 与人工收费系统相比效率有了很大的提高，在实际上也产生了相当 良好的效果。而且对于收费人员的舞弊行为和驾驶员的冲关行为， 也可以产生相当大的威慑作用，收费额会有相当大的增加。同时， 由于计算机记录了每辆车的数据，因此可自动统计交通流数据，其 统计数据的可靠性比人工统计有很大地提高。 但是这种方式需人工判车型，实施电视监控( 图像监视) 需要监控 员不间断地注视监视屏才能发挥作用，收费员舞弊的可能性仍然存 在。因为杜绝舞弊的基础是建立在监控员一丝不苟的工作态度上。 事实上，要求监视者连续几个小时监视屏幕，而且还要兼顾几个或 十几个以上屏幕而不发生疏忽，仅就人的生理特性而言也是不成立 的。同理，希望通过审查2 4 小时录像来发现漏洞也是很困难的，检 查效果较差。 为了克服录像机图像难于查找、检索、长期保存困难等缺点， 目前可采用计算机图像记录系统对产生报警信号的电视图像进行采 集并压缩后存入计算机中，建立图像数据库，用光盘长期保存。对 于自动栏杆的开启，必须是当收费员正确完成收费流程后，收费车 道控制机才能控制自动栏杆放行。而与栏杆机配套设置在车道上的 车辆检测器( 设在栏杆所处位置) 检测车辆通过后，自动栏杆复位， 并将计数脉冲记入车道控制机内。若收费员不按正常流程操作，自 动栏杆无法升起放行。这样，便可防止收费员不收钱和不读卡的现 象。对于强行冲卡和免费车辆，车道摄像机自动抓拍车辆牌照及驾 驶员的头像，用于事后追缴路费、罚款和稽+ 查的依据。另外，收费 系统的计算机会对收费员每一个操作过程都记录在案，以备对收费 员收费费额进行核实。 2 3 2 2 封闭式半自动收费方式 在封闭式收费系统中，收费方式和开放式半自动收费系统类 似，所不同的是在入口处收费员只进行判定车型和发放通行券的工 作，而在出口处收费员根据通行券收取通行费用。此种方式在需要 注意防止收费员作弊之外，还应注意驾驶员途中换通行券( 卡) 作弊的 现象，可以通过将车牌号自动或人工录入方式写入通行券f 卡) 中来避 免。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 6 垦一 = 一一 2 4 电子收费系统 从前文的分析可知，人工收费容易产生误差和作弊行为，而且 由于收费过程全部为人工处理，不仅大大增加了收费人员的编制和 工作量，而且增加了车辆在收费车道上的延误，影响交通流畅。半 自动收费同样需要车辆在收费亭前停下办理收费手续，造成车辆延 误，特别是在交通量大的主线收费站，容易产生车辆排队等候的“长 龙”，堵塞交通。前两种收费方式都容易产生交通“瓶颈”，制约高 速公路的通行能力。全自动的电子收费恰恰能避免前两者对交通的 影响，而且方便了路网中车辆数据的收集和管理。三种不同收费方 式性能的比较见表2 。2 。随着社会经济的发展和技术的不断进步，电 子收费已成为收费系统发展的必然方向。 表2 2 三种收费方式性能 收费过程问题 车道 识收发延漏瓶 环 通行 收费方式停别款放误费误颈境 能力 车车找票时现差效污 辆h 型零据间象应染 人严 人工收费要要要多大有有2 5 0 工重 人较 半自动收费要要要有有有有2 5 0 工多 自 电子收费 不 无无无无无无少15 0 0 动 电子收费是使安装在车上的车载装置( 车载单元) 通过无线通 信与安装在路侧的路侧单元进行信息交换，根据该车载装置中保存 的与收费相关的数据，即时计算并征收通行费用。费用征收一般不 用现金方式，而使用电子记帐式系统( 如i c 卡) 或银行帐户式收费。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 7 页一 2 4 1 电子收费系统的优点 相对于人工收费方式和半自动收费，电子收费的优点如下： ( 1 ) 对于现有收费系统和收费站，不需要增加收费车道和扩建新 收费站，同时在车辆通过收费站时不需要停车( 在收费站为混合式 收费的情况下需要减速通过) ，有效地提高了有限空间的利用率，并 极大地提高了公路收费站的通行能力，解决了因停车收费所造成的 收费站交通堵塞。有利于交通疏流，也解决了因堵塞所造成的工时 损失、能源消耗和环境污染等问题。 ( 2 ) 用自动收费代替人工收费，简化了手续，并且方便了使用者 的出行并节省大量时间：同时堵住了公路收费的漏洞，杜绝票款流 失，确保收费的可靠性和可控性，可较大比例地提高通行费征收率， 防止舞弊现象的发生。因为自动收费大大减少了收费站的管理人员， 节省大量的人力和财力，也使公路收费的管理进入现代化管理阶段。 ( 3 ) 由于使用了电子标签，其存储容量大，可实现一卡多用，存 储记录信息不受磁场的干扰。卡内有密码运算和双向密码鉴别的专 用算法，数据安全性和保密性好，且响应速度快，环境适应性好。 在电子标签的使用上需要注意使用者隐私权的保护。 ( 4 ) 整个网络可以实现交通信息的采集，可快速掌握高速公路网 中车流的随机信息，有利于交通部门的综合整体管理，更便于交通 行政部门的疏导和管理，也可为改建和新建高速公路提供科学依据。 同时还可进一步用于停车场、加油站、其它各种公路规费的征收、 驾驶员信息的提供和对目标车辆实施跟踪等。在采用相同标准和电 子标签的推广使用后，容易实现其它公路交通管理控制手段( 如使 用拥挤收费来控制交通需求) 。 ( 5 ) 当多条高速公路开通形成网络后，区域收费势在必行。以车 载电子标签作为通行卡和付款手段，将易于实现区域联合收费。 2 4 2 电子收费的基本流程 电子收费系统根据收费形式的不同，可以分为混合式电子收费 和自由流式电子收费。混合式电子收费是在一个收费站上既有电子 西南交通大学硕士研究生学位论文第18 页 收费车道，又有人工收费车道。在电子收费还没有推广的时候，是 一种比较使用的形式，现阶段我国电子收费基本是采用的这种形式。 自由流电子收费是指在收费站取消人工收费和收费车道，完全实现 电子收费。两者只是实现形式上的不同，收费的流程基本是相同的。 图2 - 4 电子收费基本流程 电子收费的基本流程如图2 4 所示，主要为：用户在收费管理部 门申请安装车载单元，相应信息被存入车载单元，然后该车辆便可 以上路行驶。进入收费站时，车辆以规定限速通过电子收费车道。 车辆自动识别系统识别出该车辆所属的类型，报告车道控制单元。 通信子系统通过路侧单元与车载单元进行通信，完成收费操作。收 费操作的具体步骤包括根据车型按照收费规则确定收费额，核对余 额、帐号信息、选择相应操作等。如果一切无误( 余额充足或帐号 有效) 则正常结束收费操作( 改写余额或记帐) 。否则，车道控制 单元将启动违章抓拍处理子系统，记录下不正常缴费的车辆的相关 信息，以便进行事后追缴。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第19 页 每次收费操作完成后，收费的相关信息全部存在收费站计算机 中，并整理出相应数据传递给收费管理结算中心。收费管理结算中 心数据按不同类别进行分类处理，正常收费信息可以积累汇总，产 生相应的收入报告，以便生成转账清单向金融机构请求支付：违规 车辆的信息也将统一汇总形成相应处理方案，以确保统一及时处理。 在电子收费系统中，金融机构也是重要的参与者，它负责提供金融 服务，包括管理各类账户，处理转账、清帐事务等，还可参与车载 单元的发行。同时，它要向系统定期提供不良信用帐号的“黑名单” 以及业务结算报告等信息。 2 5 高速公路联网收费模式可行性分析 2 5 1 高速公路收费系统现状分析 我国高速公路在各省市一般已经初具规模，不同地区也基本上 形成了一定的路网，但是由于“一路一公司、建管一体、独立经营” 的体制，收费系统基本上还是各自为政。现有收费系统情况主要为： ( 1 ) 管理机构。各地管理机构都是实行的统一领导，分层管理的 原则，采用垂直管理的方式，根据实际需要按照不同的管理层次建 立相应的管理系统。 ( 2 ) 收费制式。基本上采用的是前文所述的均一式、开放式、封 闭式和混合式四种收费制式，在高速公路上基本实行的是混合制。 ( 3 ) 软硬件条件。由于建设年代和具体要求的不同，各个管理公 司的硬件设备性能指标，软件平台的版本不同，但是其类型却基本 相同。 ( 4 ) 通信系统技术。各个高速公路通信系统采用的技术主要是同 步数字体系( s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y ，s d h ) 和异步传输模式 ( a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e ，a t m ) ，个别采用了i p ( i n t e r n e t p r o t o c o l ，网际协议) 网络。 ( 5 ) 通行券。各个高速公路管理公司根据自身实际，一般采用的 通行券有纸质、磁卡和非接触式i c 卡3