CN110648411B - 一种基于里程分配的道路拥挤收费系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于里程分配的道路拥挤收费系统及方法，本发明涉及道路拥挤收费系统及方法。本发明的目的是为了解决现有方法并没有考虑人群对出行里程的需求不同，导致道路资源浪费、通行效率低的问题。一种基于里程分配的道路拥挤收费系统包括：GPS数据采集装置、客户端和服务器；所述GPS数据采集装置包括：地面控制装置、空间卫星、地面信号接收装置；所述服务器包括：数据处理装置、判断装置、告警提示装置、处罚装置和处理器；所述服务器用于接收GPS数据采集装置采集的信息；所述客户端用于向用户传递服务器所获得的各种信息。本发明用于生成文本交通拥堵领域。

Description

一种基于里程分配的道路拥挤收费系统及方法

技术领域

本发明涉及道路拥挤收费系统及方法。

背景技术

随着交通拥堵问题恶化，小汽车使用量的管理和控制问题日益受到关注。根据官方数据，全国小汽车保有量已突破2亿，并且公共交通的分担率逐年降低。随着交通拥堵给环境以及生产生活所带来的损失逐年增大，越来越多的交通需求管理方法开始出现，包括单双号通行以及拥堵收费在内的众多方法确实在一定程度上减少了道路通行压力，但目前的一些方法在公平性、适用性以及控制主体上存在较大争议而且没有提高用户对于公共交通的使用意愿，导致道路资源浪费、通行效率低的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有方法并没有考虑人群对出行里程的需求不同，导致道路资源浪费、通行效率低的问题，而提出一种基于里程分配的道路拥挤收费系统及方法。

一种基于里程分配的道路拥挤收费系统包括：GPS数据采集装置、客户端和服务器；

所述GPS数据采集装置包括：地面控制装置、空间卫星、地面信号接收装置；

所述服务器包括：数据处理装置、判断装置、告警提示装置、处罚装置和处理器；

所述服务器用于接收GPS数据采集装置采集的信息；

所述客户端用于向用户传递服务器所获得的各种信息。

一种基于里程分配的道路拥挤收费方法具体过程为：

步骤一：根据全年城市交通运行的时间和空间划分时间周期；

步骤二：采集上一周期每一用户使用小汽车的数据：

即第j个用户上一周期使用小汽车的行驶里程Q_u,j；

步骤三：采集上一周期路况信息：

即把城市内所有路段排序并标记，将v_i记为上一周期通过两个交叉口之间路段i的平均速度值；

步骤四：判断用户在上一周期是否有欠费，若是，则向用户发出“欠费”提醒；若无，则执行步骤五；

步骤五：根据拥堵指数以及个人对于道路资源的占有情况计算个人所能免费行驶的里程数Q_p,j；

步骤六：确定超额里程收费单价f；

步骤七：继续采集用户使用小汽车的数据，根据GPS数据得到用户j在当前周期内已行驶里程Q_u,j，并将Q_u,j通过手机用户终端实时反馈给用户；

步骤八：将用户j在当前周期内已行驶里程Q_u,j从用户j所能免费行驶的里程数中扣除得到剩余里程数Q_s，若Q_s<10％Q_p,j,则达到第一个阈值，将向用户j发出“即将超额”预警，用以提示用户j即将被加收道路里程费，建议用户转变出行方式；

若Q_s<0,将向用户j发出“已超额警告”，则达到第二个阙值，用以提示用户j要缴纳道路使用费，并建议用户转换出行方式；

步骤九：不断采集用户使用小汽车的数据，并判断周期是否结束，若未结束则重复步骤七和八；若结束,则进一步判断用户j需要缴纳的里程费用，若Q_u,j≤Q_p,j,则费用为零；若Q_u,j＞Q_p,j，则需要缴纳费用为：(Q_u,j-Q_p,j)×f。

所述客户端，用于向用户传递服务器所获得的各种信息。

本发明的有益效果为：

在拥挤收费的思想指导下，根据交通拥堵情况将道路定量分配给用户进行使用，并对超额行为进行收费，收费费率的确定充分考虑了道路建设以及管理运营成本并依据个人使用量采取差别收费。负反馈的调节机制，动态控制交通流量、降低负荷。当城市道路拥堵时减少个人分配里程量，缓解拥堵、提高通行效率；当道路交通流量较低时，适当增加个人分配里程量，避免道路资源浪费。在实行政策之前，用户所实际承担的成本较低，即个人实际成本远小于社会成本，此时个人成本与社会成本差距较大，交通量大、道路拥挤。在施行里程分配之后，平均每个用户所支付的里程费在本质上体现为社会成本与个人成本之差，用户愿意支付的个人其他成本将减小，此时用户支付的总成本(个人其他成本与里程费用之和)接近于为社会成本。根据成本--交通量关系规律，此时的交通量Q₁相对于原来交通量Q₂将大大减小，从而实现以经济手段调控交通流量的目的。

附图说明

图1为本发明所述道路拥挤收费方法的一种实施例的方法流程图

图2为本发明所述道路拥挤收费系统的一种实施例的模块图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式一种基于里程分配的道路拥挤收费系统包括：GPS数据采集装置、客户端和服务器；

所述GPS数据采集装置包括：地面控制装置、空间卫星、地面信号接收装置；

所述服务器包括：数据处理装置、判断装置、告警提示装置、处罚装置和处理器；

所述服务器用于接收GPS数据采集装置采集的信息；

所述客户端用于向用户传递服务器所获得的各种信息。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述地面控制装置用于管理监测卫星；

所述空间卫星用于确定坐标点；

所述地面信号接收装置用于解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出小汽车的位置、速度和时间；

所述数据处理装置用于计算每个用户所能获得免费使用里程、收费费率以及已用里程；

所述判断装置判断用户使用量是否已经达到使用阈值；

所述告警提示装置用于向用户发出“即将超额”或“已经超额警告”，并给出出行方式选择提议；

所述处罚装置用于对用户进行相应的收费处罚；

所述处理器用于与数据处理装置、判断装置、告警提示装置、处罚装置连接并控制各装置的操作。

具体实施方式三：本实施方式一种基于里程分配的道路拥挤收费方法具体过程为：

步骤一：根据全年城市交通运行的时间和空间划分时间周期(建议以三个月为周期时长)；

步骤二：采集上一周期每一用户使用小汽车的数据：

即第j个用户上一周期使用小汽车的行驶里程Q_u,j；

步骤三：采集上一周期路况信息：

即把城市内所有路段排序并标记，将v_i记为上一周期通过两个交叉口之间路段i的平均速度值；

步骤四：判断用户在上一周期是否有欠费，若是，则向用户发出“欠费”提醒；若无，则执行步骤五；

步骤五：根据拥堵指数以及个人对于道路资源的占有情况计算个人所能免费行驶的里程数Q_p,j；

步骤六：确定超额里程收费单价f，以个人使用量为调整参数进行“区别定价”；

步骤七：继续采集用户使用小汽车的数据，根据GPS数据得到用户j在当前周期内已行驶里程Q_u,j，并将Q_u,j通过手机用户终端实时反馈给用户；

步骤八：将用户j在当前周期内已行驶里程Q_u,j从用户j所能免费行驶的里程数中扣除得到剩余里程数Q_s，若Q_s<10％Q_p,j,则达到第一个阈值，将向用户j发出“即将超额”预警，用以提示用户j即将被加收道路里程费，建议用户转变出行方式；

若Q_s<0,将向用户j发出“已超额警告”，则达到第二个阙值，用以提示用户j要缴纳道路使用费，并建议用户转换出行方式；

步骤九：不断采集用户使用小汽车的数据，并判断周期是否结束，若未结束则重复步骤七和八；若结束,则进一步判断用户j需要缴纳的里程费用，若Q_u,j≤Q_p,j,则费用为零；若Q_u,j＞Q_p,j，则需要缴纳费用为：(Q_u,j-Q_p,j)×f。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是，所述步骤五中根据拥堵指数以及个人对于道路资源的占有情况计算个人所能免费行驶的里程数Q_p,j；具体过程为：

步骤五一：根据行程时间比计算上一周期的拥堵指数值：

式中，TTT_i为路段i的行程时间比，i为城市内第i个路段标号；l_i为两个交叉口之间路段i的距离，vf_i为车辆的自由流速度，P_i为上一周期的路段i的平均拥堵指数；

为整个城市的平均拥堵指数；a为整个城市的路段总个数；

步骤五二：给出个人所能免费行驶的里程量。

其它步骤及参数与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式三或四不同的是，所述步骤五二中给出个人所能免费行驶的里程量，具体表示为：

式中，式中：Q_p,j为用户j所能免费行驶的里程数，单位为km；

为上一周期平均每个用户的道路行驶里程数，单位为km；

为连续时间内所有用户的行驶里程总量动态变化值，单位为km/min；μ_j(t)为连续时间内每个用户行驶里程动态变化平均值，单位为km/min；t_i为本周期开始时刻，t_i-1为上一周期开始时刻；E[·]为期望公式。

其它步骤及参数与具体实施方式三或四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式三至五之一不同的是，所述步骤六中确定超额里程收费单价f，以个人使用量为调整参数进行“区别定价”，具体过程为：

f＝f(t)+C×Q

式中，f超额里程收费单价，单位为元/km；f(t)为基本费率，单位为元/km；Q为个人所用超额公里数；C为边际成本。

其它步骤及参数与具体实施方式三至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式三至六之一不同的是，所述基本费率f(t)表达式为：

式中，TI为整个城市路网的总投资，单位为元；W为当前年份的汽车保有量。

其它步骤及参数与具体实施方式三至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式三至七之一不同的是，所述整个城市路网的总投资TI表达式为：

式中，I_h,0为整个城市第h条道路的初始投资，单位为元；I_h,g为第h条道路在第g年养护费用；y为道路使用年数；r为利率；b为整个城市的道路条数。

其它步骤及参数与具体实施方式三至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式三至八之一不同的是，所述边际成本C表达式为：

式中，I_h ^*为上一年整个城市道路养护费用，单位为元；I_h ^**为前年整个城市道路养护费用，单位为元；b为整个城市的道路条数；Δf为上一年相比于前年养护费用变化值，单位为元；ΔQ_m为上一年相比于前年整个城市所用里程量的变化值，单位为km；Q^*为上一年所有用户的行驶里程总数，单位为km；Q^**为前年所有用户的行驶里程总数。

其它步骤及参数与具体实施方式三至八之一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式三至九之一不同的是，所述个人所用超额公里数Q＝Q_u,j-Q_p,j；

式中，Q_p,j ^\为用户j获免费行驶里程，Q_u,j为第j个用户使用小汽车的行驶里程。

其它步骤及参数与具体实施方式三至九之一相同。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一：

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1示例性地示出了本发明的所述的拥挤收费方法的一种实施例的方法流程图。如图1所示，所述管理方法包括：

步骤一：根据全年城市交通运行的时间和空间特划分时间周期，此处应当根据交通流的高峰与低谷变化建议将全年根据季节划分成4个周期,另外，特别说明，施行该方法的第一周期仅用于采集数据；

步骤二：采集上一周期每一用户使用小汽车的数据，主要是指用户驾驶小汽车的轨迹数据，经计算装置计算后将第j个用户上一周期所用使用的行驶里程记为Q_u,j；

步骤三：采集上一周期路况信息，将记为上一周期通过路段(两个交叉口之间)i的平均速度值；

步骤四：判断，若当前周期为第一周期，则回到步骤2；若当前周期为第一周期，则进一步判断，若用户在上一周期有欠费，则向用户发出“欠费“提醒，并回到步骤4；若用户在上一周期无欠费，则开始步骤五；

步骤五：根据拥堵指数以及个人对于道路资源的占有情况计算个人定额里程量Q_p,j。首先，根据行程时间比计算上一周期的拥堵指数值，计算表示为：

式中，l_i为交叉口之间距离，vf_i为车辆的自由流速度，P为上一周期的平均拥堵指数。

进一步地，给出个人所能免费行驶的里程量，表示为：

式中，式中：Q_p,j为用户j所能获得的定额里程量，单位为km；

为上一周期平均每个用户的道路行驶里程数，单位为km。鉴于所有用户行走里程应当属于正态分布，故此处采用积分的方式求解平均里程，

为连续时间内所有用户的行驶里程总量动态变化值，单位为km/min；μ_j(t)为连续时间内每个用户行驶里程动态变化平均值，单位为km/min；t_i为本周期开始开始时刻，t_i-1为上一周期开始时刻；

步骤六：确定超额里程收费单价P，以个人使用量为调整参数进行“区别定价”，表示为：

f＝f(t)+C×Q

式中，f超额里程收费单价，单位为元/km；f(t)为基本费率，单位为元/km；Q为个人所用超额公里数；C为边际成本；

式中，TI为整个城市路网的总投资，单位为元；W为当前年份的汽车保有量。

所述整个城市路网的总投资TI表达式为：

式中，I_h,0为整个城市第h条道路的初始投资，单位为元；I_h,g为第h条道路在第g年养护费用；y为道路使用年数；r为利率；b为整个城市的道路条数。

所述边际成本C表达式为：

式中，I_h ^*为上一年整个城市道路养护费用，单位为元；I_h ^**为前年整个城市道路养护费用，单位为元；b为整个城市的道路条数；Δf为上一年相比于前年养护费用变化值，单位为元；ΔQ_m为上一年相比于前年整个城市所用里程量的变化值，单位为km；Q^*为上一年所有用户的行驶里程总数，单位为km；Q^**为前年所有用户的行驶里程总数。

所述个人所用超额公里数Q＝Q_u,j-Q_p,j；

式中，Q_p,j ^\为用户j获免费行驶里程，Q_u,j为第j个用户使用小汽车的行驶里程。

步骤七：继续采集用户使用小汽车的数据，根据GPS数据得到用户j在当前周期内已行驶里程Q_u,j，并将Q_u,j通过手机用户终端实时反馈给用户；

步骤八：将用户j在当前周期内已行驶里程Q_u,j从用户j所能免费行驶的里程数中扣除得到剩余里程数Q_s，若Q_s<10％Q_p,j,则达到第一个阈值，将向用户j发出“即将超额”预警，用以提示用户j即将被加收道路里程费，建议用户转变出行方式；

若Q_s<0,将向用户j发出“已超额警告”，则达到第二个阙值，用以提示用户j要缴纳道路使用费，并建议用户转换出行方式；

步骤九：不断采集用户使用小汽车的数据，并判断周期是否结束，若未结束则重复步骤七和八；若结束,则进一步判断用户j需要缴纳的里程费用，若Q_u,j≤Q_p,j,则费用为零；若Q_u,j＞Q_p,j，则需要缴纳费用为：(Q_u,j-Q_p,j)×f。

图2示例性地示出了本发明所述道路拥挤收费系统的一种实施例的模块图。上述系统包括：GPS数据采集装置、客户端和服务器；

所述GPS数据采集装置包括：地面控制装置、空间卫星、地面信号接收装置；

所述服务器包括：数据处理装置、判断装置、告警提示装置、处罚装置和处理器；

所述客户端，用于向用户传递服务器所获得的各种信息。

所述地面控制装置，用于管理监测卫星；

所述空间卫星，用于确定坐标点；

所述地面信号接收装置，用于解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出小汽车的位置、速度和时间；

所述数据处理装置，用于计算每个用户所能获得免费使用里程、收费费率以及已用里程；

所述判断装置，判断用户使用量是否已经达到使用阈值；

所述告警提示装置，用于向用户发出“即将超额”或“已经超额警告”，并给出出行方式选择提议；

所述处罚装置，用于对用户进行相应的收费处罚；

所述处理器，用于与地面控制装置、空间卫星、地面信号接收装置、数据处理装置、判断装置、告警提示装置、处罚装置连接并控制各装置的操作。

本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于里程分配的道路拥挤收费系统的收费方法，一种基于里程分配的道路拥挤收费系统包括：GPS数据采集装置、客户端和服务器；

所述GPS数据采集装置包括：地面控制装置、空间卫星、地面信号接收装置；

所述服务器包括：数据处理装置、判断装置、告警提示装置、处罚装置和处理器；

所述服务器用于接收GPS数据采集装置采集的信息；

所述客户端用于向用户传递服务器所获得的各种信息；

所述地面控制装置用于管理监测卫星；

所述空间卫星用于确定坐标点；

所述地面信号接收装置用于解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出小汽车的位置、速度和时间；

所述数据处理装置用于计算每个用户所能获得免费使用里程、收费费率以及已用里程；

所述判断装置判断用户使用量是否已经达到使用阈值；

所述告警提示装置用于向用户发出“即将超额”或“已经超额警告”，并给出出行方式选择提议；

所述处罚装置用于对用户进行相应的收费处罚；

所述处理器用于与数据处理装置、判断装置、告警提示装置、处罚装置连接并控制各装置的操作；

其特征在于：所述方法具体过程为：

步骤一：根据全年城市交通运行的时间和空间划分时间周期；

步骤二：采集上一周期每一用户使用小汽车的数据：

即第j个用户上一周期使用小汽车的行驶里程Q_u,j；

步骤三：采集上一周期路况信息：

即把城市内所有路段排序并标记，将v_i记为上一周期通过两个交叉口之间路段i的平均速度值；

步骤四：判断用户在上一周期是否有欠费，若是，则向用户发出“欠费”提醒；若无，则执行步骤五；

步骤五：根据拥堵指数以及个人对于道路资源的占有情况计算个人所能免费行驶的里程数Q_p,j；

步骤六：确定超额里程收费单价f；

步骤七：继续采集用户使用小汽车的数据，根据GPS数据得到用户j在当前周期内已行驶里程Q_u,j，并将Q_u,j通过手机用户终端实时反馈给用户；

步骤八：将用户j在当前周期内已行驶里程Q_u,j从用户j所能免费行驶的里程数中扣除得到剩余里程数Q_s，若Q_s<10％Q_p,j,则达到第一个阈值，将向用户j发出“即将超额”预警，用以提示用户j即将被加收道路里程费，建议用户转变出行方式；

若Q_s<0,将向用户j发出“已超额警告”，则达到第二个阙值，用以提示用户j要缴纳道路使用费，并建议用户转换出行方式；

步骤九：不断采集用户使用小汽车的数据，并判断周期是否结束，若未结束则重复步骤七和八；若结束,则进一步判断用户j需要缴纳的里程费用，若Q_u,j≤Q_p,j,则费用为零；若Q_u,j＞Q_p,j，则需要缴纳费用为：(Q_u,j-Q_p,j)×f；

所述步骤五中根据拥堵指数以及个人对于道路资源的占有情况计算个人所能免费行驶的里程数Q_p,j；具体过程为：

步骤五一：根据行程时间比计算上一周期的拥堵指数值：

式中，TTI_i为路段i的行程时间比，i为城市内第i个路段标号；l_i为两个交叉口之间路段i的距离，vf_i为车辆的自由流速度，P_i为上一周期的路段i的平均拥堵指数；

为整个城市的平均拥堵指数；a为整个城市的路段总个数；

步骤五二：给出个人所能免费行驶的里程量；

所述步骤五二中给出个人所能免费行驶的里程量，具体表示为：

式中，式中：Q_p,j为用户j所能免费行驶的里程数，单位为km；

为上一周期平均每个用户的道路行驶里程数，单位为km；

为连续时间内所有用户的行驶里程总量动态变化值，单位为km/min；μ_j(t)为连续时间内每个用户行驶里程动态变化平均值，单位为km/min；t_i为本周期开始时刻，t_i-1为上一周期开始时刻；E[·]为期望公式。

2.根据权利要求1所述一种基于里程分配的道路拥挤收费方法，其特征在于：所述步骤六中确定超额里程收费单价f；具体过程为：

f＝f(t)+C×Q

式中，f超额里程收费单价，单位为元/km；f(t)为基本费率，单位为元/km；Q为个人所用超额公里数；C为边际成本。

3.根据权利要求2所述一种基于里程分配的道路拥挤收费方法，其特征在于：所述基本费率f(t)表达式为：

式中，TI为整个城市路网的总投资，单位为元；W为当前年份的汽车保有量。

4.根据权利要求3所述一种基于里程分配的道路拥挤收费方法，其特征在于：所述整个城市路网的总投资TI表达式为：

式中，I_h,0为整个城市第h条道路的初始投资，单位为元；I_h,g为第h条道路在第g年养护费用；y为道路使用年数；r为利率；b为整个城市的道路条数。

5.根据权利要求4所述一种基于里程分配的道路拥挤收费方法，其特征在于：所述边际成本C表达式为：

式中，I_h ^*为上一年整个城市道路养护费用，单位为元；I_h ^**为前年整个城市道路养护费用，单位为元；b为整个城市的道路条数；Δf为上一年相比于前年养护费用变化值，单位为元；ΔQ_m为上一年相比于前年整个城市所用里程量的变化值，单位为km；Q^*为上一年所有用户的行驶里程总数，单位为km；Q^**为前年所有用户的行驶里程总数。

6.根据权利要求5所述一种基于里程分配的道路拥挤收费方法，其特征在于：所述个人所用超额公里数Q＝Q_u,j-Q_p,j；

式中，Q_p,j ^\为用户j获免费行驶里程，Q_u,j为第j个用户使用小汽车的行驶里程。

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