CN106203662A - 一种基于etc系统实现高速公路通行预约的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于ETC系统实现高速公路通行预约的方法，包括步骤：1)获取基础数据，包括路网历史数据、车主预约信息；2)利用数据进行交通量预测，并进行拥挤度换算；3)根据交通量预测结果进行费率计算；4)采用可视化的方法将拥挤度与费用结果一起显示在路网上；5)车主根据结果进行选择路线、预约和缴费。本发明将高速公路收费和拥堵疏导结合起来，通过用户预约缴费的方法使得高速公路的路况信息得以在出行当日前呈现给车主和高速公路运营管理部门，利用经济杠杆实现高速公路出行的错峰调节，从而有效缓解高速公路的拥堵问题。

Description

一种基于ETC系统实现高速公路通行预约的方法

技术领域

本发明涉及高速公路收费和管理的技术领域，尤其是指一种基于ETC系统实现高速公路通行预约的方法。

背景技术

截至2015年底，我国高速公路通车总里程达到12.53万公里，位居世界第一。高速公路以其车速高、通行能力大、行车安全、运输成本低等优势，成为与航空、铁路并重的国民经济大动脉。我国高速公路高速发展使得高速公路收费和管理问题成为高速公路运营管理部门必须解决的一个课题。

目前我国高速公路的收费系统按照人工参与的收费程度分为以下两种形式:1)半自动收费：采用人工收费，计算机管理，闭路电视监控。即人工判别车型、收费，车道设备、收费站计算机对通行券进行处理、数据汇总，最终输出每个班次的工作报告及各种报表。2)电子不停车收费(ETC)：通过安装在车辆挡风玻璃上的车载电子标签与在收费站ETC车道上的微波天线之间的微波专用短程通讯，利用计算机联网技术与银行进行后台结算处理，从而达到车辆通过路桥收费站不需停车而缴纳路桥费的目的。总体而言，现有的高速公路收费方式只能在车主出发后进行收费。这意味着一方面车主无法得知出行当日高速公路路况，在信息不充分的情况下做出出行决策，导致节假日高速公路交通量激增、拥堵严重；另一方面，高速公路管理部门无法提前得知道路交通量状况，往往只能在交通拥堵发生后采取补救措施来疏导拥堵，而无法在拥堵产生之前采取主动的调节措施。

本发明提供一种基于ETC系统实现高速公路通行预约的方法，将高速公路收费和拥堵疏导结合起来，通过用户预约缴费的方法使得高速公路的路况信息得以在出行当日前呈现给车主和高速公路运营管理部门，利用经济杠杆实现高速公路出行的错峰调节，从而有效缓解高速公路的拥堵问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于ETC系统实现高速公路通行预约的方法，突破传统高速公路收费方式下车主与高速公路管理部门都无法提前知晓道路情况的问题，让车主提前预约缴费，从而利用历史与预约车辆数据进行预测并提供拥挤度发布，进一步实现高速公路管理部门对车流的主动管理，缓解高速公路交通量时空分布不均匀带来的拥堵问题。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种基于ETC系统实现高速公路通行预约的方法，包括以下步骤：

1)获取基础数据，包括路网历史数据、车主预约信息；

2)利用数据进行交通量预测，并进行拥挤度换算；

3)根据交通量预测结果进行费率计算；

4)采用可视化的方法将拥挤度与费用结果一起显示在路网上；

5)车主根据结果进行选择路线、预约和缴费。

在步骤1)中，所述路网历史数据是指通过高速公路管理部门获取的高速公路历史车流量数据，包括时间段、线路流量；所述车主预约信息是指获得车主预约线路及进站时间段，能够通过第三方手机应用软件实时获取。

在步骤2)中，结合历史数据和预约数据采用灰色预测法进行交通量预测，并进行拥挤度换算，包括以下步骤：

2.1)进行数据累加处理，采用一次累加生成处理得到一次累加序列：

{f⁽¹⁾(t)}＝[{f⁽⁰⁾(1)}-c/k]e^-kt+c/k

式中，{f⁽⁰⁾(t)}(t＝1,2,...,n)表示历史车流量数据，t为时间，{f⁽⁰⁾(1)}为初始值，系数式中：

Z＝(f⁽⁰⁾(2),f⁽⁰⁾(3)),...,f⁽⁰⁾(n))^T

$H=\left[\begin{array}{cc}-\frac{1}{2}\left(f^{\left(1\right)}\right(2)+f^{\left(1\right)}\left(1\right)& 1\\ -\frac{1}{2}\left(f^{\left(1\right)}\right(3)+f^{\left(1\right)}\left(2\right)& 1\\ .& \\ .& \\ .& \\ -\frac{1}{2}\left(f^{\left(1\right)}\right(n)+f^{\left(1\right)}(n-1)& 1\end{array}\right]$

2.2)由灰色预测经典模型GM(1,1)，得f⁽¹⁾(t)的模型预测值g⁽¹⁾(t)(t＝1,2,...n)

{g⁽¹⁾(n)}＝[{f⁽⁰⁾(1)}-c/k]e^-nt+c/k

预测原始车流量g⁽⁰⁾(t)＝g⁽¹⁾(t)-g⁽¹⁾(t-1)

2.3)结合预约数据获得最终的预测车流量为：

Q＝g⁽¹⁾(t)+q

式中，q为实时获取的车辆预约数量。

2.4)根据车流量大小分为通畅、比较拥堵和拥堵三个组别，用于拥挤度换算，根据实际情况，拥挤度标准以车辆/小时·车道(V/h·l)为单位，定义年平均昼夜交通量流量Q≤4000为通畅；4000<Q≤7500为比较拥堵；Q>7500为拥堵。

在步骤3)中，对于不同类型的车辆规定不同的费率，以线路本身费用为基准按照高速公路公司提供的优惠政策进行免减，优惠政策有以下特点：

3.1)不使用手机预约不能享受线路费用优惠；

3.2)在线路实际费率计算结果上进行优惠；

3.3)用户选择错峰出行时优惠幅度更大。

在步骤4)中，采用可视化的方法将拥挤度与费用结果一起显示在路网上，车主通过手机应用软件进行查看，其中，所述可视化是指将拥堵情况通过视觉分辨度强的三种颜色来分别表示线路拥堵、比较拥堵和通畅。

在步骤5)中，车主根据结果进行选择路线、预约和缴费，包括如下步骤：

5.1)车主根据推荐的结果进行对比，选择出行路线；

5.2)选择线路，通过支付平台进行线路费用提前支付，完成预约；

车主预约成功后，根据预约时段进站，交通工具走ETC车道并通过车载器进行识别进站，车辆识别设备分析并上传车辆信息结构数据云服务器；通过车载信号机与路线定位信号机进行一一匹配识别，上传至云服务器生产实际行走路线，确保与预约线路保持一致性；出站再次使用ETC车载器，结合出站口识别设备分析车辆结构数据、处理并上传数据到云服务器，匹配后即可无障碍通过。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本发明首次实现了高速公路预约收费，突破传统收费方式出行后收费的缺点。

2、本发明首次实现了在高速公路路网情况的可视化显示，用户可根据道路拥挤情况自主选择线路，更利于出行决策。

3、本发明通过使用户提前获得线路拥挤度，引导车辆根据情况错时或错峰出行，达到缓解交通拥堵的目的。

4、本发明使用提前缴费让高速公路管理方获得前期车流量知情权，更利于对道路情况管控并进行主动疏导，降低拥挤度，实现了高速公路的网络化运营。

5、本发明方法在高速公路支付与管理系统中具有广泛的使用空间，操作简单、适应性强，在缓解交通拥堵上有广阔前景。

附图说明

图1为本发明逻辑流程示意图。

图2为本发明使用的云端服务器关系结构图。

图3为本发明搭建预约缴费平台工具使用结构图。

图4为车主app的路线查询与推荐模块的实现界面示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1至图3所示，本实施例所述的基于ETC系统实现高速公路通行预约的方法，使用了手机应用软件、车载信号机、路面定位信号机和云端服务器等辅助设备，其包括以下步骤：

1)获取基础数据，包括路网历史数据、车主预约信息等，其中，所述路网历史数据是指通过高速公路管理部门获取的高速公路历史车流量数据，包括时间段、线路流量等；所述车主预约信息是指获得车主预约线路及进站时间段，可通过第三方手机应用软件实时获取。

获取的路网历史数据如表1所示：

表1路网历史数据

获取的车主预约信息为：起点“广州市天河区华南理工大学”，终点“深圳市宝安机场”，出行时段：“08:00-09:00”。

2)结合历史数据和预约数据采用灰色预测法进行交通量预测，并进行拥挤度换算，包括以下步骤：

2.1)进行数据累加处理，采用一次累加生成处理得到一次累加序列

{f⁽¹⁾(t)}＝[{f⁽⁰⁾(1)}-c/k]e^-kt+c/k

式中，{f⁽⁰⁾(t)}(t＝1,2,...,n)表示历史车流量数据，t为时间，{f⁽⁰⁾(1)}为初始值，系数式中：

Z＝(f⁽⁰⁾(2),f⁽⁰⁾(3)),...,f⁽⁰⁾(n))^T

$H=\left[\begin{array}{cc}-\frac{1}{2}\left(f^{\left(1\right)}\right(2)+f^{\left(1\right)}\left(1\right)& 1\\ -\frac{1}{2}\left(f^{\left(1\right)}\right(3)+f^{\left(1\right)}\left(2\right)& 1\\ .& \\ .& \\ .& \\ -\frac{1}{2}\left(f^{\left(1\right)}\right(n)+f^{\left(1\right)}(n-1)& 1\end{array}\right]$

2.2)由灰色预测经典模型GM(1,1)，得f⁽¹⁾(t)的模型预测值g⁽¹⁾(t)(t＝1,2,...n)

{g⁽¹⁾(n)}＝[{f⁽⁰⁾(1)}-c/k]e^-nt+c/k

预测原始车流量g⁽⁰⁾(t)＝g⁽¹⁾(t)-g⁽¹⁾(t-1)

2.3)结合预约数据获得最终的预测车流量为：

Q＝g⁽¹⁾(t)+q

式中q为实时获取的车辆预约数量；

2.4)根据车流量大小分为通畅、比较拥堵和拥堵三个组别，用于拥挤度换算。根据实际情况，拥挤度标准以车辆/小时·车道(V/h·l)为单位，定义年平均昼夜交通量流量Q≤4000为通畅；4000<Q≤7500为比较拥堵；Q>7500为拥堵。

采用上述步骤计算，得到路线1早上8点—9点的单车道流量为13628辆，路线2早上8点—9点的单车道流量为7369辆。路线1为拥堵，路线2为比较拥堵。

3)根据交通量预测结果进行费率计算

克服传统基于车辆行驶里程进行核算的，对于不同类型的车辆规定不同的费率，以线路本身费用为基准按照高速公路公司提供的优惠政策进行免减。优惠政策有以下特点：

3.1)不使用手机预约不能享受线路费用优惠；

3.2)在线路实际费率计算结果上进行优惠；

3.3)用户选择错峰出行时优惠幅度更大。

路线1由于本身已经比较拥堵，按照原有标准收费，收费55元；推荐用户选择的拥挤程度较低的路线2，收取原有标准所交纳费用55元的90％，即49.5元。

4)采用可视化的方法将拥挤度与费用结果一起显示在路网上

如图4所示，采用可视化的方法将拥挤度与费用结果一起显示在路网上，车主通过手机应用软件进行查看。其中可视化是指将拥堵情况通过视觉分辨度强的三种颜色来分别表示线路拥堵、比较拥堵和通畅。

5)车主根据结果进行选择路线、预约和缴费，包括如下步骤：

5.1)车主根据推荐的结果进行对比，选择出行路线；

5.2)选择线路，通过支付平台进行线路费用提前支付，完成预约。

根据费用最少原则，车主最终选择路线2出行，缴纳通行费。

车主预约成功后，根据预约时段进站，交通工具走ETC车道并通过车载器进行识别进站，车辆识别设备分析并上传车辆信息结构数据云服务器；通过车载信号机与路线定位信号机进行一一匹配识别，上传至云服务器生产实际行走路线，确保与预约线路保持一致性；出站再次使用ETC车载器，结合出站口识别设备分析车辆结构数据、处理并上传数据到云服务器，匹配后即可无障碍通过。

综上所述，在采用以上方案后，本发明为高速公路的收费和拥堵疏导提供了新的方法，将高速公路收费作为拥堵疏导的一种有效手段，能够有效缓解高速公路的拥堵问题，有效推动我国高速公路的发展，具有实际推广价值，值得推广。

以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于ETC系统实现高速公路通行预约的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取基础数据，包括路网历史数据、车主预约信息；

2)利用数据进行交通量预测，并进行拥挤度换算；

3)根据交通量预测结果进行费率计算；

4)采用可视化的方法将拥挤度与费用结果一起显示在路网上；

5)车主根据结果进行选择路线、预约和缴费。

2.根据权利要求1所述的一种基于ETC系统实现高速公路通行预约的方法，其特征在于：在步骤1)中，所述路网历史数据是指通过高速公路管理部门获取的高速公路历史车流量数据，包括时间段、线路流量；所述车主预约信息是指获得车主预约线路及进站时间段，能够通过第三方手机应用软件实时获取。

3.根据权利要求1所述的一种基于ETC系统实现高速公路通行预约的方法，其特征在于：在步骤2)中，结合历史数据和预约数据采用灰色预测法进行交通量预测，并进行拥挤度换算，包括以下步骤：

2.1)进行数据累加处理，采用一次累加生成处理得到一次累加序列：

{f⁽¹⁾(t)}＝[{f⁽⁰⁾(1)}-c/k]e^-kt+c/k

式中，{f⁽⁰⁾(t)}(t＝1,2,...,n)表示历史车流量数据，t为时间，{f⁽⁰⁾(1)}为初始值，系数式中：

Z＝(f⁽⁰⁾(2),f⁽⁰⁾(3)),...,f⁽⁰⁾(n))^T

$H=\left[\begin{array}{cc}-\frac{1}{2}\left(f^{\left(1\right)}\right(2)+f^{\left(1\right)}\left(1\right)& 1\\ -\frac{1}{2}\left(f^{\left(1\right)}\right(3)+f^{\left(1\right)}\left(2\right)& 1\\ .& \\ .& \\ .& \\ -\frac{1}{2}\left(f^{\left(1\right)}\right(n)+f^{\left(1\right)}(n-1)& 1\end{array}\right]$

2.2)由灰色预测经典模型GM(1,1)，得f⁽¹⁾(t)的模型预测值g⁽¹⁾(t)(t＝1,2,...n)

{g⁽¹⁾(n)}＝[{f⁽⁰⁾(1)}-c/k]e^-nt+c/k

预测原始车流量g⁽⁰⁾(t)＝g⁽¹⁾(t)-g⁽¹⁾(t-1)

2.3)结合预约数据获得最终的预测车流量为：

Q＝g⁽¹⁾(t)+q

式中，q为实时获取的车辆预约数量。

2.4)根据车流量大小分为通畅、比较拥堵和拥堵三个组别，用于拥挤度换算，根据实际情况，拥挤度标准以车辆/小时·车道(V/h·l)为单位，定义年平均昼夜交通量流量Q≤4000为通畅；4000<Q≤7500为比较拥堵；Q>7500为拥堵。

4.根据权利要求1所述的一种基于ETC系统实现高速公路通行预约的方法，其特征在于：在步骤3)中，对于不同类型的车辆规定不同的费率，以线路本身费用为基准按照高速公路公司提供的优惠政策进行免减，优惠政策有以下特点：

3.1)不使用手机预约不能享受线路费用优惠；

3.2)在线路实际费率计算结果上进行优惠；

3.3)用户选择错峰出行时优惠幅度更大。

5.根据权利要求1所述的一种基于ETC系统实现高速公路通行预约的方法，其特征在于：在步骤4)中，采用可视化的方法将拥挤度与费用结果一起显示在路网上，车主通过手机应用软件进行查看，其中，所述可视化是指将拥堵情况通过视觉分辨度强的三种颜色来分别表示线路拥堵、比较拥堵和通畅。

6.根据权利要求1所述的一种基于ETC系统实现高速公路通行预约的方法，其特征在于：在步骤5)中，车主根据结果进行选择路线、预约和缴费，包括如下步骤：

5.1)车主根据推荐的结果进行对比，选择出行路线；

5.2)选择线路，通过支付平台进行线路费用提前支付，完成预约；

车主预约成功后，根据预约时段进站，交通工具走ETC车道并通过车载器进行识别进站，车辆识别设备分析并上传车辆信息结构数据云服务器；通过车载信号机与路线定位信号机进行一一匹配识别，上传至云服务器生产实际行走路线，确保与预约线路保持一致性；出站再次使用ETC车载器，结合出站口识别设备分析车辆结构数据、处理并上传数据到云服务器，匹配后即可无障碍通过。