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城市道路拥挤收费的技术实现
来源:《交通科技》,2005年第1期 作者: 发布时间:2007-05-28  
1.引言

  随着我国城市社会、经济的快速发展,我国城市化与机动化水平的快速提高,城市交通需求发生了前所未有的迅速增长。为了缓解交通需求供求矛盾,各城市对道路基础设施建设投入了巨大的资源。但是实践证明,交通供给与交通需求是一种互动的关系,交通供给的增长同时诱发了新的交通需求,城市交通供求矛盾没有得到有效的扭转。城市交通拥挤问题己经成为制约城市可持续发展的主要因素之一。为了更有效地控制高峰时段的道路交通量,缓解城市交通拥挤,我国部分大城市,如北京、上海,己经可以考虑引入城市交通拥挤收费制度。

  城市道路拥挤收费是指在交通拥挤时段对部分区域道路使用者收取一定的费用,其本质上是一种交通需求管理的经济手段,目的是利用价格机制来限制城市道路高峰期的车流密度,调节交通最的时间空间分布,减少繁忙时段和繁忙路段道路上的交通负荷,提高道路设施的通行速度,满足道路使用者对时间和经济效率的要求;同时还可以有效促使交通方式向高容量的公交系统转移,抑制小汽车交通量的增加,达到缓解城市交通拥挤的日的,提高整个城市交通的运营效率。

  2.拥挤收费技术系统的技术模式

  八十年代以前,国外城市道路拥挤收费采用人工收费的方式,如新加坡1975年采用的就是区域通行证(ALS)的收费方式[1]。八十年代以后,信息技术飞速发展,使城市道路拥挤全自动收费有了技术保障。从技术发展的趋势来看,拥挤收费可以应用以下几种技术模式:一种是基于车辆身份识别(AVI)的技术模式,这种自动车辆识别的技术模式是通过射频微波、红外、激光、声表面波等方式自动识别(读写)车辆信息,实现收费交易的数据通讯,其中基于5.8GHz 射频微波专用短程通信(DSRC)技术的 ETC 系统以其成熟的技术,卓越的性能成为城市道路拥挤收费主流技术之一:另外一种是车牌识别技术模式,目前车牌识别技术是通过图像处理及光学字符识别(OCR)技术实现;还有一种技术模式是基于GPS (全球定位系统)系统的VPS(车辆定位系统)技术和 GSM(基于蜂窝移动通信技术的全球移动系统)技术结合的电子收费技术,这种技术在系统功能上显现一定的优势,但是由于 成本与稳定性等方面的原因限制了它们的产业化应用。

  3.基于DSRC的电子收费技术

  如今,把基于DSRC的电子收费技术应用于城市道路拥挤收费收到普遍的关注,这种技术的优点是技术上比较成熟和稳定,成本相对比较低,容易被大众接受。该技术模式下的城市道路拥挤收费系统设备如图1所示。

 
 
 图1:基于DSRC的拥挤收费系统设备

 

  基于DSRC城市道路拥挤收费系统包含几下几个部分:车辆识别子系统、中心区交通状况信息采集子系统、中央处理子系统和违规处理子系统,其中车辆识别(通讯)子系统负责对进入限制区车辆进行识别和确认,并将出行者信息传输至中央处理子系统;中央处理子系统根据中心区交通状况信息子系统采集到的交通信息,结合预先定义的费率模型计算费用,然后在出行者的现金卡或者银行账户上扣除。同时还根据车辆识别子系统传输的信息确认车辆是否违规,并向违规处理子系统下达处理指令,比如抓拍违规车辆车牌等。车辆识别子系统也可以跟违规处理子系统直接通信,完成违规处理[2]。各系统之间相互协调,共同完成电子收费交易以及违章车辆识别任务。整个收费系统结构如图2所示。

 
 
图2:道路拥堵收费系统结构图

 

  基于DSRC 的电子收费技术在具体技术细竹有一些差别,比如采用的电子标签就有几种:只读型电子标签,可读写型电子标签,以及带 lC 接口或其他接口的两片/多片式电子标签。只读型电子标签可以实现基本的车辆识别和简单通信,信息都是一次写入和只读的;可读写型的电子标签功能较多,它自带微处理器和内存,除了实现基本的车辆识别和通信外,还可以结算现金卡的盈余:带IC接口或其他接口的两片/多片式电子标签功能比较全,除了可以结算盈余,与收费站的天线进行通信和对话应答,还可以利用它发布当前的交通状况、天气等其它信息。

  4. 基于车牌识别的收费技术

  车牌识别技术是道路拥挤收费采用的另一项技术,伦敦的拥挤收费系统就采用车牌识别技术[3,4]。广义上说,车牌识别技术有两种方式:一种是基于图像处理与光学字符识别(OCR)技术的车牌识别系统,这种系统需要在路侧安装固定的车牌识别摄像机,摄像头抓拍到车牌,然后进行图像处理读出车牌号,可以得到出行者的信息;另外一种是车牌识别是采用电子车牌技术,电子车牌可以直接与路边设备进行通讯,基于车牌识别技术的拥挤收费系统的体系结构如图3所示。

 
 
图3:基于车牌识别技术的拥挤收费系统


  基于图像处理与光学字符识别(OCR)技术的车牌识别技术应用于城市道路拥挤收费系统不需要安装任何车载设备,系统只是通过技术手段把进入限制区的车辆车牌号记录下来,交费还需要通过别的渠道。和基于DSRC的收费方式相比,基于车牌识别技术的拥挤收费系统最大的优点是不需要车载单元,可以减少一大笔初期投资,但拥挤收费系统对车牌识别的准度要求非常高。

  5. 基于GPS和GSM的电子收费技术

  随着现代通信技术的发展,一些新的技术手段有可能应用到电子收费领域,比较典型的是基于GPS(全球定位系统)和GSM(基于蜂窝移动通信技术的全球移动系统)技术结合的收费方案,目前国外已经对此展开了研究和应用实验。欧洲正在展开城市道路拥挤收费实证研究的几个城市如爱尔兰的都柏林和丹麦的哥本哈根都采用了基于GPS的车载单元(ICU)进行实验[5]。

  基于GPS和GSM的道路自动收费系统通过车内GPS接收器记录车辆经过的所有虚收费点,通过收费卡在车主的现金账户中缴纳应交的过路费。管理部门可以根据需要设置虚收费点的位置。将数个或数十个GSM工作站连接起来形成网络,由一个控制中心来处理,收费效率和服务范围就大大改善。基于这种技术模式的电子收费系统如图4所示:

 
 
图4:基于GPS和GSM的电子收费工作流程

 

  与基于DSRC技术的技术模式相比,基于GPS和GSM的收费系统收费站是虚站点,不需要路边设施,可以根据交通状况随时调整收费站的位置和收费区域的边界。但是从目前看来,短期内还没有比较成熟的基于GPS和GSM技术的电子收费产品,其成本相当高,但由于它的潜在优势,用前瞻性的眼光考虑未来的道路拥挤收费方案时,基于GPS和GSM无疑是一种值得关注的技术方案。

  6. 结束语

  从技术发展水平来看,基于DSRC 的射频微波技术模式与基于车牌识别的技术模式技术上己经比较成熟,可以大规模应用到城市道路拥挤收费系统中,但是需要装载大量的车载设备;受目前国内各种客观因素的制约,车牌识别技术与产品的技术性能与技术指标还不能完全满足城市道路拥挤收费实践的需要,系统可靠性与稳定性还有待于逐步提高;基于 GPS 和GSM的技术模式技术水平不太成熟,尚处于研究开发阶段,离实践应用还有相当的距离。表1是对以上几种拥挤收费技术模式的综合比较

  表1:电子拥堵收费系统几种技术比较

  主要参考文献:

  [1]李 斌,黄海军. 新加坡道路收费系统的实践和经验. 公路交通科技. 2000,6:59-62

  [2] Li.J.L., Gillen.D., Dahlgren.J. Benefit-Cost evaluation of the electronic toll collection system: A comprehensive framework and application. proceedings of the 78th Annual Meeting of the TRB, Washington, DC, USA, 1999:245-276

  [3] Congestion Charging - Basic Proposals Of The Central London Scheme. www..gov.uk

  [4]马祖琦. 伦敦中心区“交通拥挤收费政策”——背景、经验与启示国外城市规划. 2004,1:19-23

  [5]Bernhard oehry, Markus Liechti. Impact of the deployment of systems using satellite navigation and mobile telephone technology . European Commission-DG XIII Telematics Application Programme Transport Sector. CARDME-3 Project TR 4102:174-185

  项目来源:北京市科委资助项目:北京市智能交通系统(ITS)规划与示范研究(II)分课题一(北京市 ETC 技术集成应用战略研究)

  项目编号:H020620220031


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