摘要：本文通過分析高速公路不停車收費系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，提出了利用高速公路門架數(shù)據(jù)為高速管理的營運管理服務(wù)的方法，其分析主要聚焦在高速公路路網(wǎng)監(jiān)控和運行狀態(tài)、經(jīng)營和收費管理、高速公路養(yǎng)護分析和高速公路服務(wù)水平計算等幾個方面。最后針對ETC使用情況、成功率、圖像識別與ETC識別對比情況、交易時長等，分析了ETC系統(tǒng)目前的運行狀況；針對ETC系統(tǒng)交易時間長的不足，提出了基于機動車電子標識用于高速自由流收費的系統(tǒng)優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：ETC系統(tǒng)；數(shù)據(jù)分析和挖掘；高速公路收費；不停車收費系統(tǒng)

ETC System Data Analysis and High-Speed Road

Toll Collection System Optimization

Gao Chao

ITSSKY Technology Corporation LimitedJiangsuNanjing210036

Abstract：By analyzing the data of the expressway non-stop toll collection system，this paper proposes the method of using the highway gantry data to provide operation management services for high-speed management.its analysis mainly focuses on the monitoring and operation status of the expressway road network，operation and toll management，highway maintenance analysis and highway service level calculation.Finally，according to the ETC usage，success rate，comparison between image recognition and ETC recognition，and transaction duration，the current operating status of ETC system is analyzed，and the optimization scheme of the system based on the electronic identification of motor vehicles for high-speed free-flow toll collection is proposed for the inadequacy of the long transaction time of ETC.

Keywords：ETC System；Data Analysis；High-Speed Road Toll Collocation

2018年5月16日，國務(wù)院常務(wù)會議上提出，為進一步促進物流降本增效，會議確定，推動取消高速公路省界收費站。為此，國家發(fā)展改革委、交通運輸部于2019年6月聯(lián)合印發(fā)了《加快推進高速公路電子不停車快捷收費應(yīng)用服務(wù)實施方案》，明確年底高速公路不停車快捷收費率達到90%。鼓勵ETC在停車場等涉車領(lǐng)域應(yīng)用，2020年年底前，基本實現(xiàn)機場、火車站、客運站、港口碼頭等大型交通場站停車場景ETC服務(wù)全覆蓋，推廣ETC在居民小區(qū)、旅游景區(qū)等停車場景的應(yīng)用。交通運輸部明確提出了推廣ETC聯(lián)網(wǎng)收費的推廣計劃和時間表，全國開展了轟轟烈烈的撤除省界收費站、改擴建ETC通道等基礎(chǔ)建設(shè)，同時各地高速公路聯(lián)網(wǎng)運營企業(yè)會同各商業(yè)銀行及第三方支付企業(yè)展開了大規(guī)模的ETC發(fā)行和安裝宣傳，ETC輔以視頻圖像識別將成為我國高速公路收費和涉車領(lǐng)域應(yīng)用的主要形式。

為響應(yīng)取消高速公路省界收費站的決定，交通運輸部于2019年6月制定了《取消高速公路省界收費站總體技術(shù)方案》［2］。2020年1月1日0時我國高速公路全網(wǎng)完成取消高速公路省界收費站工程全網(wǎng)并網(wǎng)切換，全網(wǎng)系統(tǒng)采用分段式計費方式，通過對入口車道系統(tǒng)、ETC門架系統(tǒng)、出口車道系統(tǒng)、全網(wǎng)清分結(jié)算系統(tǒng)及其他相關(guān)系統(tǒng)進行升級完善，實現(xiàn)“一次通行、一次扣費、一次告知和點亮出口費顯”［3］。經(jīng)過5個月左右的系統(tǒng)磨合，隨著2020年5月全網(wǎng)恢復(fù)通行費收取，系統(tǒng)逐步走向了穩(wěn)定、實用。

一、ETC系統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘

經(jīng)過多年的ETC基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，特別是2019年全國高速收費“一張網(wǎng)”的建設(shè)，江蘇全省共建成并投入使用ETC車道數(shù)共1399個，2021年1—7月ETC日均出口133.08萬輛，ETC門架和出入口車道每天產(chǎn)生的交易數(shù)據(jù)約3000萬條。通過ETC門架系統(tǒng)，我們可以實現(xiàn)高速公路上各項信息的有效采集和識別［4］，面對這樣龐大的一筆數(shù)據(jù)財富，全面深化挖掘ETC道路信息數(shù)據(jù)的共享和利用［5］，為高速運營管理單位構(gòu)建營運監(jiān)管和交通運行監(jiān)測平臺提供數(shù)據(jù)支撐。同時，可以對門架數(shù)據(jù)進行相關(guān)的專題分析［6］，分析高速公路的服務(wù)水平和管養(yǎng)需求等。下面我們從ETC數(shù)據(jù)的構(gòu)成、高速公路運維管理指標體系以及運維管理系統(tǒng)功能幾方面分析高速公路運維管理系統(tǒng)的架構(gòu)。

（一）ETC門架數(shù)據(jù)構(gòu)成

ETC門架數(shù)據(jù)記錄有200多個字段組成，數(shù)據(jù)量很大。這些數(shù)據(jù)大部分是ETC系統(tǒng)內(nèi)部使用，其中有很大一部分數(shù)據(jù)是冗余的，這些冗余字段在以往門架本地計算能力較弱的情況下，為保證交易的成功率起到了比較大的作用。為更好地分析高速公路的運營狀況和通行能力等指標，我們抽取了如下的字段作為ETC記錄數(shù)據(jù)進行存儲和分析。

（二）高速公路運維指標體系

作為負責高速公路的運營管理的營運管理公司，其主要的管理職責有路網(wǎng)監(jiān)控和運行狀態(tài)管理，高速公路收費和經(jīng)營管理以及高速公路的養(yǎng)護管理等。通過利用實時的ETC門架數(shù)據(jù)，我們?yōu)槠湓O(shè)計了高速公路路網(wǎng)監(jiān)控運行指標，高速公路路段營運指標和高速公路服務(wù)水平及養(yǎng)護等三類指標，主要有以下的內(nèi)容：

1.高速公路路網(wǎng)監(jiān)控和運行狀態(tài)

通過精準地獲取路段上所行駛車輛的車型、車速、通行方向、通行時間及與之相關(guān)聯(lián)的軸重、總重等全面的交通數(shù)據(jù)，可計算出交通量、平均車速、車輛密度、車輛在高速道路上的出行里程等信息，對全路網(wǎng)進行全方位的監(jiān)控和管理。同時可對路網(wǎng)的通行效率進行分析，為交通誘導(dǎo)等提供數(shù)據(jù)服務(wù)。同時，通過計算兩相鄰門架之間的平均車速，用于交通管控中區(qū)間測速，結(jié)合門架的視頻信息，可對超速車輛進行相應(yīng)的處罰。

2.高速公路經(jīng)營和收費管理

通過高速公路門架數(shù)據(jù)，可以統(tǒng)計匯總分路段通行費收入及收費站所收入的總金額，從而對本公司的經(jīng)營情況有全面的了解。同時，分析各類特情及處理結(jié)果，可以對可能存在的收費異常進行統(tǒng)計和匯總，為通行費稽查工作提供參考依據(jù)。

3.高速公路養(yǎng)護分析

通過高速公路門架數(shù)據(jù)所提供的車輛類型及軸載分布，可分析計算各種車輛軸載對路面結(jié)構(gòu)的損耗，提前預(yù)知道路可能產(chǎn)生的路面損害，為道路養(yǎng)護工作計劃制定提供依據(jù)，也為養(yǎng)護資金的預(yù)算和分配提供依據(jù)。

4.高速公路服務(wù)水平計算

高速道路服務(wù)水平是指道路使用者從道路狀況、交通條件、道路景觀與環(huán)境方面滿足人和車的出行需求所得到的滿意程度，其服務(wù)水平和行車速度、通行時間、行車的通暢和交通終端及受阻、安全性、行車的舒適的等因素相關(guān)，在實際考核中，一般以行車速度、運行時間、交通密度、服務(wù)交通量和通行能力之比來確定高速公路的服務(wù)水平。

以往對高速公路的服務(wù)水平評估除部分采用出入口數(shù)據(jù)外，大都是通過人工方式進行數(shù)據(jù)采集，工作量巨大，危險性高，并且有人為出錯的可能。結(jié)合高速公路門架數(shù)據(jù)，對通行速度、所占車道、車輛類型等數(shù)據(jù)都可以從門架數(shù)據(jù)中獲取，得到較為精準的影響高速公路服務(wù)水平的各項指標，從而計算出某段高速公路的服務(wù)水平。

二、ETC系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析

為更好地分析高速公路聯(lián)網(wǎng)收費ETC系統(tǒng)目前的使用情況，我們采集了一個門架一個月的數(shù)據(jù)，試圖分析所采集的數(shù)據(jù)狀態(tài)對ETC系統(tǒng)中各項重要的指標進行定量分析，得出ETC系統(tǒng)使用中存在的問題，從而針對性地提出優(yōu)化策略和措施。

（一）ETC卡的使用率

ETC卡的使用率是指通過門架車輛使用ETC卡與所有通行車輛的比例，是衡量高速公路收費站通行效率的一個重要指標。我們統(tǒng)計的某門架一個月的ETC卡使用情況如下：

上表可以看出，ETC卡的使用率在65.00%～69.00%之間，平均值為66.84%，數(shù)值每天變化不大，從數(shù)據(jù)可以看出，ETC的使用率約為67%左右，換言之，仍有約三分之一的車輛在走人工收費通道。

（二）ETC/CPC交易成功率

ETC/CPC成功與否取決于很多因素，最直接的就是車輛經(jīng)過門架時未能識讀到OBU的數(shù)據(jù)，下面是ETC/CPC交易成功率的數(shù)據(jù)，我們同樣采集了某門架一個月的數(shù)據(jù)，情況見下表。

從上表可以看出，對于一個中等通行流量的門架，每天有超過2萬輛車經(jīng)過，成功率約為98%，意味著每天約有200輛左右的車輛要進行特情處理，對于全省有超過1200個門架的情形下，處理量和事后的稽查工作量巨大，提高ETC/CPC交易的成功率十分必要。

（三）ETC卡交易情況

根據(jù)我們統(tǒng)計的ETC卡的交易時長，普遍存在交易時長過長現(xiàn)象，究其原因除門架計算機處理能力以及網(wǎng)絡(luò)延時等因素外，最主要的是OBU與RSU之間空口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量過大造成的，下面就是ETC卡交易時間的數(shù)據(jù)統(tǒng)計。

從上表可以看出，ETC交易的時延平均為280ms左右（國標為270ms）。從原始數(shù)據(jù)分析，最大的時延超過1000ms，交易時間長意味著RSU天線所覆蓋的交易距離長，這樣就帶來鄰道和對向的干擾，這應(yīng)該是造成ETC交易不成功的一個重要因素?？s短交易時長對提高ETC工作效率有巨大的好處。

三、ETC系統(tǒng)優(yōu)化策略

ETC系統(tǒng)存在的一些問題是由其目前采用的兩片式組合ETC收費技術(shù)所決定的，這種模式為路側(cè)單元（RSU）+電子標簽（OBU）+IC卡，在這種模式下，RSU和OBU之間存在著大量的數(shù)據(jù)交換，而OBU和IC卡之間又存在著大量的數(shù)據(jù)交換，尤其是RSU和OBU之間數(shù)據(jù)交換是通過空中接口進行的，無線傳輸相對于有線傳輸?shù)某晒β实?，而整個體系只要有一處數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)問題，就會導(dǎo)致整個交易失敗。

為改變設(shè)備間多次大數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)傳輸過程，我們設(shè)計了一種提高ETC工作效率的方法，RSU只需從OBU上獲取車輛基本信息，然后根據(jù)門架（出入口）信息形成原先存儲在IC卡上的《ETC用戶卡復(fù)合消費文件》，通過網(wǎng)絡(luò)上傳至云端。當車輛經(jīng)過下一個門架（出入口）時，門架獲取通過車輛的基本信息后，查找到存儲在云端的《ETC用戶卡復(fù)合消費文件》，并形成新的《ETC用戶卡復(fù)合消費文件》，如果此門架是出口，則依照以前的流程進行計費并上傳到云端進行清分結(jié)算。

這樣做的好處是極大地減少了門架與車載設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換，整個數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程應(yīng)在50ms內(nèi)完成，這樣就能大大地縮短RSU天線所覆蓋的交易距離，減少了RSU天線之間的無線干擾，提高ETC交易的成功率。

四、利用機動車電子標識實現(xiàn)優(yōu)化的方法

2021年3月24日，公安部官網(wǎng)發(fā)布了《道路交通安全法（修訂建議稿）》公開征求意見的公告，公開向社會征求意見，機動車電子標識的普及和推廣逐漸提上議事日程。作為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一個分支產(chǎn)物，機動車電子標識利用無源射頻識別（RFID）技術(shù)的高準確性采集、高靈敏度、高精度識別的特點，通過在機動車輛上安裝電子車牌標簽，解決汽車網(wǎng)聯(lián)化過程中身份識別問題。作為機動車“二代身份證”的機動車電子標識具有的唯一性、防篡改、防復(fù)用的特性，在高速行駛中可以進行分車道識別機動車，使用機動車電子標識的電子不停車收費系統(tǒng)將極大地提高收費系統(tǒng)的工作效率。

結(jié)語

本文將ETC系統(tǒng)中門架數(shù)據(jù)用于高速公路運營單位的日常管理工作中，從高速路網(wǎng)運行狀態(tài)和通行情況的監(jiān)控、運營狀態(tài)和通行費用分析、高速公路養(yǎng)護以及高速公路服務(wù)水平計算等方面提供的思路和方法，同時針對ETC使用率、成功率以及ETC交易延時等實時數(shù)據(jù)的采集，從數(shù)據(jù)層面分析了提高ETC系統(tǒng)效率的方法。隨著機動車電子標識立法進程的推進以及推廣應(yīng)用，機動車電子標識將逐漸走進人們的生產(chǎn)和生活，成為機動車身份識別的另一個有效的手段，對交通運輸行業(yè)和人們的生活產(chǎn)生革命性的影響。

參考文獻：

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［6］孫婧.ETC的后應(yīng)用時代（一）| ETC門架數(shù)據(jù)應(yīng)用場景及實踐［J］.中國交通信息化，2021（11）：18-25.

［7］公安部《道路交通安全法（修訂建議稿）》公開征求意見的公告［Z］.2021-3-24.

作者簡介：高潮（1963—），男，漢族，江蘇南京人，碩士，高級工程師，研究方向：智慧交通。