李林鋒 邱廷銓 邢麗峰

（1.福建省高速公路聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)有限公司，福建 福州 350001;2.交通運(yùn)輸部規(guī)劃研究院，北京 100028）

公路交通情況調(diào)查（簡(jiǎn)稱“交調(diào)”）通過(guò)對(duì)國(guó)道、省道、縣道、鄉(xiāng)道及專用公路的交通狀況開(kāi)展調(diào)查，掌握公路斷面交通量、車型等交通流特性。公路斷面交通量是指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)公路某斷面的交通實(shí)體數(shù)。目前，高速公路斷面交通量、車型等交調(diào)數(shù)據(jù)依托于高速公路路段設(shè)置的自動(dòng)化交調(diào)站實(shí)時(shí)采集。截至2020年底，全國(guó)高速公路自動(dòng)化交調(diào)站有2342個(gè)，高速公路網(wǎng)觀測(cè)覆蓋程度達(dá)34.3%。但這種依托于自動(dòng)化交調(diào)站的采集方式，受調(diào)查站點(diǎn)布設(shè)位置、布設(shè)密度等局限性的影響，無(wú)法準(zhǔn)確掌握高速公路全路網(wǎng)的交通量情況。

為提高高速公路全路網(wǎng)各路段交通量自動(dòng)化采集水平，充分發(fā)揮ETC門(mén)架數(shù)據(jù)價(jià)值，通過(guò)智能化手段代替?zhèn)鹘y(tǒng)硬件，減少高速公路沿線交調(diào)站的建設(shè)和運(yùn)維費(fèi)用，文章提出兩種轉(zhuǎn)換方法，將ETC門(mén)架數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為交通量數(shù)據(jù)。

一、研究現(xiàn)狀

在公路交通情況獲取方面，王海燕等[1]基于收費(fèi)站數(shù)據(jù)，推算了出入口OD流量；鐘足峰等[2]提出了基于回歸樹(shù)理論和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)高速公路交通量預(yù)測(cè)方法；錢(qián)超[3]基于多維ETC歷史數(shù)據(jù)，提出了利用OLAM方法的公路交通量多維預(yù)測(cè)模型；王靜[4]通過(guò)人工抽樣的車型轉(zhuǎn)換方法，將高速公路主線收費(fèi)站作為二類交調(diào)站的補(bǔ)充用于公路交通量統(tǒng)計(jì)；李樹(shù)彬等[5]在收費(fèi)站數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，采用仿真手段估計(jì)全路網(wǎng)實(shí)時(shí)交通狀態(tài)；胡閏秀[6]研究提出基于人工調(diào)查手段的車型轉(zhuǎn)換方法，將收費(fèi)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為斷面交通量，并對(duì)單線路邏輯求和，為路網(wǎng)平衡配流；趙亞偉等[7]研究提出多重影響因素下的高速公路ETC車道短時(shí)交通流量預(yù)測(cè)模型；湯權(quán)等[8]依據(jù)聯(lián)網(wǎng)分析挖掘技術(shù)，利用ETC系統(tǒng)收費(fèi)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)交通量多維預(yù)測(cè)；史學(xué)文[9]以連霍高速公路江蘇段為研究對(duì)象，對(duì)收費(fèi)站和交調(diào)站數(shù)據(jù)建立基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的短時(shí)交通量預(yù)測(cè)模型。

根據(jù)研究現(xiàn)狀可知，ETC數(shù)據(jù)在公路交通情況獲取方面的應(yīng)用集中于交通量的統(tǒng)計(jì)、預(yù)測(cè)，以及舊收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)下的車型轉(zhuǎn)換研究，缺少新收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)下的基于ETC門(mén)架數(shù)據(jù)的交通量轉(zhuǎn)換研究。

二、轉(zhuǎn)換可行性分析

（一）站點(diǎn)布設(shè)及設(shè)備運(yùn)行條件

ETC門(mén)架系統(tǒng)基本覆蓋了所有交通流發(fā)生變化的路段，與交調(diào)站的布設(shè)原則基本一致。門(mén)架系統(tǒng)由上、下行雙方向門(mén)架組成，上、下行雙向門(mén)架宜背向錯(cuò)開(kāi)設(shè)置，一個(gè)門(mén)架系統(tǒng)即可視為一個(gè)交調(diào)站，上下行門(mén)架監(jiān)測(cè)的流量合計(jì)即為該斷面的交通量。ETC門(mén)架系統(tǒng)涉及高速公路收費(fèi)業(yè)務(wù)，其路網(wǎng)覆蓋范圍、設(shè)備精度、運(yùn)維保障水平等方面的要求高，數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，能夠滿足交調(diào)采集要求。

（二）指標(biāo)采集一致性

ETC門(mén)架系統(tǒng)向上級(jí)系統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)，包括ETC交易流水（雙片式OBU）、ETC通行憑證（單片式OBU）、ETC通行記錄（交易失?。?、圖像流水記錄、CPC卡通行記錄，含交易時(shí)間、車型、車種、車牌號(hào)碼、車牌顏色、交易時(shí)間、行駛方向等信息。

公路交調(diào)設(shè)備能夠按照行駛方向采集通過(guò)道路斷面的單個(gè)機(jī)動(dòng)車車型數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)交通數(shù)據(jù)處理周期內(nèi)（5min）的機(jī)動(dòng)車分車型的交通量數(shù)據(jù)，并對(duì)采集和統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和傳輸。要求分車型采集的交通量的相對(duì)誤差應(yīng)不大于10%。

從指標(biāo)采集一致性方面分析，在ETC門(mén)架系統(tǒng)中提取如下字段，如表1所示，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)處理周期內(nèi)的分車型數(shù)據(jù)，可獲得不同車型的交通量數(shù)據(jù)。

表1 ETC門(mén)架系統(tǒng)提取字段說(shuō)明表

（三）車型劃分匹配性

根據(jù)《收費(fèi)公路車輛通行費(fèi)車型分類》（JT／T489-2019），收費(fèi)車輛按客車、貨車和專項(xiàng)作業(yè)車三個(gè)大類分別進(jìn)行具體分類。其中，客車按照公安機(jī)關(guān)交通管理部門(mén)機(jī)動(dòng)車注冊(cè)登記的車輛類型和核定載人數(shù)分為4類；貨車按總軸數(shù)、車長(zhǎng)和最大允許總質(zhì)量分為6類；專項(xiàng)作業(yè)車分類標(biāo)準(zhǔn)和貨車類似，分為6類，主要針對(duì)裝置有專用設(shè)備或器具，在設(shè)計(jì)和制造上用于工程專項(xiàng)（包括衛(wèi)生醫(yī)療）作業(yè)的汽車。ETC門(mén)架系統(tǒng)中，針對(duì)不同車型單獨(dú)編碼，四類客車分別編碼為1～4，六類貨車分別編碼為11～16，六類專項(xiàng)作業(yè)車分別編碼為21～26。此外，在貨車收費(fèi)車型的基礎(chǔ)上細(xì)分了車種分類，并對(duì)J1類型集裝箱、J2類型集裝箱單獨(dú)編碼為24、28。

根據(jù)公路交調(diào)車型劃分標(biāo)準(zhǔn)，交調(diào)車型按汽車軸數(shù)、車長(zhǎng)和額定承載能力分為7類，其中客車分為包括中小客車、大客車2類，貨車分為小貨車、中貨車、大貨車、特大貨車和集裝箱車5類。

對(duì)比兩類標(biāo)準(zhǔn)，可得交調(diào)車型和收費(fèi)車型對(duì)應(yīng)關(guān)系，如表2所示，中小客、大客、大貨、特大貨、集裝箱5個(gè)車型均可直接對(duì)應(yīng)匹配。但由于兩種標(biāo)準(zhǔn)對(duì)貨車質(zhì)量定義不同，交調(diào)車型劃分標(biāo)準(zhǔn)中要求，小貨車載質(zhì)量小于2噸，中貨車介于2噸～7噸；而收費(fèi)車型劃分標(biāo)準(zhǔn)中要求，1類貨車總質(zhì)量小于4.5噸，2類貨車不小于4.5噸，1類、2類貨車與小貨車、中貨車標(biāo)準(zhǔn)有交叉，因此不能直接對(duì)應(yīng)。

表2 交調(diào)車型和收費(fèi)車型對(duì)應(yīng)關(guān)系表

從兩種車型劃分標(biāo)準(zhǔn)匹配性方面分析，兩者在車型劃分上匹配度較高，僅收費(fèi)車型1類貨車、2類貨車和交調(diào)車型的小貨車、中貨車匹配中存在交叉重疊，可通過(guò)轉(zhuǎn)換模型劃分。

三、車型轉(zhuǎn)換方法

針對(duì)交調(diào)車型小貨車、中貨車與收費(fèi)車型1類、2類貨車交叉的問(wèn)題，提出兩種轉(zhuǎn)換方法，一是比例拆分法，利用拆分模型對(duì)交叉車型進(jìn)行拆分；二是直接對(duì)應(yīng)法，小貨車、中貨車分別直接對(duì)應(yīng)1類貨車、2類貨車。

（一）比例拆分法

比例拆分法的思路是通過(guò)確定同一路段交調(diào)車型小貨車、中貨車的比例，對(duì)門(mén)架通行數(shù)據(jù)中1類貨車和2類貨車數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分。

1.交調(diào)數(shù)據(jù)比對(duì)

基于高速公路交調(diào)站歷史數(shù)據(jù)，以路線為單位，確定中、小貨車交通量比例關(guān)系，按比例對(duì)門(mén)架通行數(shù)據(jù)中1類貨車和2類貨車的總流量進(jìn)行拆分。

如歷史數(shù)據(jù)中，存在路線t，共n個(gè)交調(diào)站，路線中第i（i=1，2，3，···n）個(gè)交調(diào)站點(diǎn)的小貨車流量為Pit，中貨車流量為Oit，而路線t中所有門(mén)架1類貨車、2類貨車的總流量為L(zhǎng)t，則拆分后的小貨車交通量計(jì)算如公式3所示：

中貨車交通量計(jì)算如公式2所示：

2.抽樣人工確定

通過(guò)人工抽樣觀測(cè)的方式，以路線為單位，選取路線上典型位置的門(mén)架開(kāi)展人工觀測(cè)，基于人工采集的小貨車、中貨車的數(shù)量和比例，確定該路線的拆分系數(shù)，拆分該時(shí)段通行流水?dāng)?shù)據(jù)中1類貨車和2類貨車總流量。

3.圖像采集識(shí)別

基于高速公路圖像流水記錄中車輛通過(guò)ETC門(mén)架采集的圖像歷史記錄，通過(guò)圖像識(shí)別軟件匯總歷史圖像記錄中的小貨車、中貨車的數(shù)量和比例，確定該路段的拆分系數(shù)，拆分該時(shí)段通行流水?dāng)?shù)據(jù)中1類貨車和2類貨車總流量。

（二）直接對(duì)應(yīng)法

兩種車型劃分標(biāo)準(zhǔn)下，車長(zhǎng)劃分標(biāo)準(zhǔn)一致，均為6m；而質(zhì)量劃分標(biāo)準(zhǔn)不同，交調(diào)小貨車要求載質(zhì)量≤2噸，收費(fèi)1類貨車要求總質(zhì)量＜4.5噸，差異集中在貨車空載質(zhì)量（即貨車自重）。車輛空載情況下，同一車型空載質(zhì)量基本一致，載貨情況下由于貨重不同造成貨車總質(zhì)量差異較大。

為避免對(duì)不同時(shí)期高速公路貨車載重變化造成估計(jì)誤差，可基于長(zhǎng)時(shí)間序列的高速公路入口稱重?cái)?shù)據(jù)繪制1類貨車總質(zhì)量分布曲線，得到1類貨車總質(zhì)量在不同噸位上的數(shù)量分布，通過(guò)構(gòu)造滑動(dòng)窗搜索左側(cè)概率分布第一個(gè)峰值，其對(duì)應(yīng)的總質(zhì)量即為1類貨車的平均空載質(zhì)量。若在長(zhǎng)時(shí)間序列、大樣本范圍內(nèi)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果滿足公式3，即證明1類貨車直接轉(zhuǎn)換為交調(diào)小貨車數(shù)據(jù)的誤差不超過(guò)10%，滿足交調(diào)分車型采集的精度要求，可進(jìn)行直接對(duì)應(yīng)。2類貨車和交調(diào)中貨車直接轉(zhuǎn)換的驗(yàn)證思路相同。

其中，HC表示貨車數(shù)量。

（三）方法比較

比例拆分法中，通過(guò)交調(diào)數(shù)據(jù)比對(duì)的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行，分析結(jié)果代表性高，但對(duì)交調(diào)站規(guī)模和數(shù)據(jù)質(zhì)量要求較高；通過(guò)抽樣人工數(shù)據(jù)比對(duì)的優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確性較高，但須耗費(fèi)人力物力財(cái)力；通過(guò)圖像采集識(shí)別的優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確率高，可獲得每個(gè)門(mén)架的拆分系數(shù)，但操作時(shí)間長(zhǎng)，成本高；在滿足交調(diào)分車型采集精度的條件下，直接對(duì)應(yīng)法的轉(zhuǎn)換規(guī)則簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換過(guò)程對(duì)計(jì)算性能要求較低。

四、結(jié)語(yǔ)

為實(shí)現(xiàn)ETC門(mén)架數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為公路交通量數(shù)據(jù)，本文以ETC門(mén)架數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，從站點(diǎn)布設(shè)及設(shè)備運(yùn)行情況、指標(biāo)采集一致性和和車型劃分匹配性三個(gè)方面分析了轉(zhuǎn)換的可行性，提出了比例拆分法和直接對(duì)應(yīng)法。文章提出的方法具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義，對(duì)掌握全路網(wǎng)各路段交通量、創(chuàng)新高速公路交調(diào)自動(dòng)化采集體系具有重要參考價(jià)值。