陳靖涵

(東北林業(yè)大學(xué)交通學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

0 引 言

現(xiàn)階段我國交通狀況較為復(fù)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(jī)動車出行所造成的交通擁堵只會愈發(fā)嚴(yán)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(jìn)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(luò)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(qiáng)度與城市規(guī)模之間的關(guān)系為主題進(jìn)行了研究。

在擁堵收費(fèi)政策的研究方面，英國學(xué)者Walters利用邊際效應(yīng)規(guī)律構(gòu)建了靜態(tài)模型，對擁堵收費(fèi)的定價問題進(jìn)行了研究。Han L H等對靜態(tài)模型實(shí)施改進(jìn)，從而對動態(tài)擁堵收費(fèi)的定價問題進(jìn)行研究。在我國，賈書偉、嚴(yán)廣樂基于SD-GM理論，建立城市交通擁堵收費(fèi)模型。胡畔和耿慶武在環(huán)境保護(hù)的基礎(chǔ)上對擁擠收費(fèi)定價做出了研究。黃宇達(dá)、魏霞等提出了一種收費(fèi)模型，其運(yùn)用并行通訊膜計(jì)算原理，應(yīng)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(jìn)行了研究。李亞平等在出行決策行為變化的基礎(chǔ)上研究了自調(diào)節(jié)階段模型。

在實(shí)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(fèi)范圍，對范圍內(nèi)出入車輛收取交通擁堵費(fèi)，征收擁擠費(fèi)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(shí)行公路電子收費(fèi)系統(tǒng)，當(dāng)車輛通過收費(fèi)站，自動從安裝在車輛中的智能卡閱讀器中進(jìn)行扣費(fèi)。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(jìn)行收費(fèi)和施行環(huán)形通行收費(fèi)系統(tǒng)的政策。

以上研究結(jié)果表明:擁堵收費(fèi)政策的實(shí)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(xué)者從無感支付的基礎(chǔ)上來研究道路擁堵收費(fèi)的方法，為此，本文研究一種基于無感支付的路段擁堵收費(fèi)方法，方便實(shí)現(xiàn)，更加具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 方案的總體設(shè)計(jì)

1.1 總體設(shè)計(jì)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(jìn)行擁堵收費(fèi)，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(jìn)行收費(fèi)。具體收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)車型，車速和車輛停留時間等不同特征來進(jìn)行。如果實(shí)施了一個有效的收費(fèi)交易，相應(yīng)的信息將儲存到當(dāng)?shù)氐目刂破髦小D1為本方案的技術(shù)路線。

圖1 本方案的技術(shù)路線

1.2 路段擁堵收費(fèi)方法可實(shí)現(xiàn)的功能

根據(jù)不同時間不同地點(diǎn)來劃分，當(dāng)車輛進(jìn)入收費(fèi)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(guān)信息(車牌號、車主信息、時間等)進(jìn)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(fèi)模型來決定每個路段所要征收的費(fèi)用，自動從車輛綁定的收費(fèi)App直接扣費(fèi)，通過無感支付技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對車輛應(yīng)支付費(fèi)用的收取。車主可以通過登錄App查看所收取費(fèi)用、余額、收費(fèi)時間和地點(diǎn)，平臺可以對交易數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、對車輛身份合法性進(jìn)行校驗(yàn)，并實(shí)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(fèi)漏洞問題，減少通行費(fèi)用流失。在擁堵路段6∶00～22∶00時間內(nèi)，制定收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)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(fèi)，收費(fèi)方式如下。

(其中s為應(yīng)收費(fèi)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(fèi)，收費(fèi)方式如表1。

表1 車型擁堵收費(fèi)管理

對通過擁堵路段的車輛，根據(jù)其車速不同來收費(fèi)，收費(fèi)方式如表2。

表2 車速擁堵收費(fèi)管理

2 運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)庫模塊

在實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)對車牌的識別，車輛圖像的儲存，車輛進(jìn)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(yàn)區(qū)路段的攝像頭旁埋設(shè)兩條線路管道，共同連接攝像頭和計(jì)算機(jī)從而輔助攝像頭進(jìn)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(shù)輔助記錄車輛信息，使車輛完成合乎法律性質(zhì)的校準(zhǔn)驗(yàn)證，輸出激光束是重復(fù)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(jī)獲取，從而使車輛進(jìn)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(jì)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(jìn)行直接存儲，在IP網(wǎng)絡(luò)上提供了一個使存儲系統(tǒng)和服務(wù)器相互連接的架構(gòu)，最后通過服務(wù)器和IP交換機(jī)在存儲系統(tǒng)磁盤陣列上直接讀寫并導(dǎo)出所需要的車輛數(shù)據(jù)。

圖2 車輛進(jìn)入路段的模擬圖

2.2 擁堵收費(fèi)方案模塊

對路段擁堵的判斷以及收費(fèi)的標(biāo)準(zhǔn)可利用道路車流密度對所監(jiān)控路段的擁堵情況進(jìn)行評價，當(dāng)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(jì)費(fèi)以及利用無感技術(shù)自動扣除應(yīng)收費(fèi)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(yán)重?fù)矶?，尤其是在早八點(diǎn)和晚五點(diǎn)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(jì)，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(fèi)不低于2元，高于14元為基準(zhǔn)，制定了關(guān)于不同車型的繳費(fèi)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(fèi)標(biāo)準(zhǔn)為2元，重度擁堵為60 min及以上，最高收費(fèi)為14元，制定了關(guān)于不同停留時間的繳費(fèi)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(dāng)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(fèi)的繳費(fèi)方案；若其速度為25 km/h以下時，則采用根據(jù)時間收費(fèi)的繳費(fèi)方案；若其速度為0 km/h時，則不收費(fèi)。

同時，控制中心可以通過定位系統(tǒng)和手機(jī)APP將當(dāng)前擁堵情況發(fā)送至司機(jī)，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(biāo)。該收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)旨在引導(dǎo)司機(jī)避開高峰時期和擁堵路段，收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)實(shí)際狀況而適當(dāng)改變，擁堵情況越嚴(yán)重，收費(fèi)相應(yīng)越高。此外，除道路負(fù)荷超過交通系統(tǒng)承載量和交通系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)的收費(fèi)模型計(jì)算出合適的費(fèi)用，從App上綁定的銀行卡賬戶上自動扣除費(fèi)用，繳費(fèi)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(yùn)營平臺;(2)用戶前端:移動支付APP;(3)收費(fèi)前端:自動扣費(fèi)系統(tǒng);(4)通信網(wǎng)絡(luò):依托現(xiàn)有的運(yùn)營商基站通信，為非現(xiàn)金移動支付提供網(wǎng)絡(luò)通道，為通行人員手機(jī)端與收費(fèi)系統(tǒng)提供通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù);(5)網(wǎng)絡(luò)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(fèi)清分結(jié)算系統(tǒng)，驗(yàn)算數(shù)據(jù)的完整性。

3 結(jié) 語

通過采用無感支付技術(shù)來收取路段擁堵費(fèi)，根據(jù)車型、車速和車輛停留時間的不同，設(shè)計(jì)相對應(yīng)收費(fèi)模型的方案，實(shí)現(xiàn)了用戶在線支付與自動扣費(fèi)，具有收費(fèi)模式多樣化、操作智能化以及支付簡單化等優(yōu)點(diǎn)，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(yùn)用大量人力物力來疏導(dǎo)交通，側(cè)面地緩解了道路壓力。該收取道路擁堵費(fèi)的方案簡單明了，成本低，可操作性強(qiáng)，易于實(shí)現(xiàn)，具有一定的實(shí)用價值。