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文／《中國交通信息化》記者郭瀟威

2020年1月1日，高速公路省界收費站全部取消，帶來了高速公路運營方式的重大變革。ETC全覆蓋是順利實現(xiàn)撤站的關(guān)鍵因素^[^1]。為此，2019年，交通運輸部出臺《加快推進高速公路電子不停車快捷收費應(yīng)用服務(wù)實施方案》，大力推廣ETC，建設(shè)ETC車道，安裝ETC設(shè)施，發(fā)展ETC用戶。截至目前，我國擁有上萬個收費站、2.8萬個ETC門架、25萬套天線和車牌識別裝置、超2億ETC用戶^[^2]。

一方面，ETC覆蓋范圍廣。我國高速公路95%以上是收費公路^[^3]，ETC這一智能收費手段可以覆蓋幾乎整個高速公路路網(wǎng)。另一方面，ETC技術(shù)具有銜接性。它承載了對基礎(chǔ)設(shè)施、道路運輸及車流的綜合感知，是智慧交通系統(tǒng)的接入點。這表明了，ETC在智慧交通方面潛力巨大，其功能不僅限于收費。

本文關(guān)注ETC數(shù)據(jù)應(yīng)用的一個方向，即高速公路路網(wǎng)運行監(jiān)測，探討其技術(shù)實現(xiàn)方法和各地的實施方案。后續(xù)的系列文章還將關(guān)注ETC數(shù)據(jù)的其他應(yīng)用方向，如行程時間預(yù)測、異常行為檢測、路徑選擇、出行行為特征、城市地理學(xué)研究等。

ETC數(shù)據(jù)的拓展應(yīng)用價值

在第24屆中國高速公路信息化大會上，交通運輸部路網(wǎng)監(jiān)測與應(yīng)急處置中心副主任王剛提出,以ETC系統(tǒng)為主線，推進一張網(wǎng)模式下的智能化運營。取消省界收費站后，收費系統(tǒng)目前已經(jīng)實現(xiàn)了全網(wǎng)統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)方案、業(yè)務(wù)規(guī)則、服務(wù)體系。王剛提出，以ETC為標(biāo)志的收費系統(tǒng)賦能其他業(yè)務(wù)。以這一理念為基礎(chǔ)，今年7月，《高速公路聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)優(yōu)化升級方案（征求意見稿）》全網(wǎng)發(fā)布，其技術(shù)路線為：以強健的ETC系統(tǒng)為基石，深度融合收費、監(jiān)控、通信三大系統(tǒng)，充分發(fā)揮現(xiàn)有信息化基礎(chǔ)設(shè)施效能，釋放數(shù)據(jù)生產(chǎn)力，提升路網(wǎng)關(guān)鍵點段、長大隧道、橋梁、服務(wù)區(qū)等的流量監(jiān)測、事件識別、安全預(yù)警、應(yīng)急處置能力，構(gòu)建智能化運營服務(wù)體系^[^2]。

ETC數(shù)據(jù)挖掘是ETC賦能的一個重要方面。ETC能夠全天候記錄車輛進出高速公路收費站及在高速公路上行駛的時間和位置信息。ETC門架系統(tǒng)數(shù)據(jù)一般包含：交易流水編號，門架編號，入口交易時間，上一個門架交易時間，上一個門架編號，前段扣費金額，計費車牌號碼與顏色，識別的車型、車種、車軸數(shù)。這些信息具備獲取簡便、時效性強、準(zhǔn)確度高等特點，構(gòu)成了一個海量的數(shù)據(jù)寶庫。

ETC數(shù)據(jù)在路網(wǎng)運行監(jiān)測中的應(yīng)用方向

業(yè)內(nèi)根據(jù)門架數(shù)據(jù)本身以及門架數(shù)據(jù)與其他感知數(shù)據(jù)的融合，提出了許多可落地實施的路網(wǎng)運行監(jiān)測方法。其具體應(yīng)用包括且不限于以下方面：交通量分析與預(yù)測、路網(wǎng)運行狀態(tài)評價、區(qū)間無感測速。

交通量分析與預(yù)測

錢旻在《ETC門架系統(tǒng)多維數(shù)據(jù)融合應(yīng)用探析》中提出，根據(jù)門架系統(tǒng)數(shù)據(jù)及相關(guān)數(shù)據(jù)（氣象數(shù)據(jù)、運營商手機信令數(shù)據(jù)、地圖廠家數(shù)據(jù)等），直接或間接地進行車輛的行駛?cè)^程監(jiān)控、行駛軌跡還原、行車速度分析、車流量多維分析（車型與車種的時空分布）、流量OD、車流量預(yù)測（灰色預(yù)測模型、時間序列模型、馬爾科夫預(yù)測模型、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、LSTM模型、支持向量機方法等）^[^4]。

路網(wǎng)運行狀態(tài)評價

吳林等在《基于ETC門架數(shù)據(jù)的高速公路實時流量監(jiān)測系統(tǒng)》中提出，采集ETC門架數(shù)據(jù)，獲取每小時內(nèi)通過特定龍門架的交通量，得到路段交通量。以《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中相應(yīng)速度要求下的最大服務(wù)交通量為準(zhǔn)，可計算出道路飽和指數(shù)，進而得出路段服務(wù)水平等級^[^5]。

錢旻提出了基于車速的路段擁堵判斷方法：基于門架前記錄的車輛瞬時速度、車輛經(jīng)過門架時間、門架間距離、相鄰門架間車輛平均速度、門架編號、車輛編號等，構(gòu)建行車速度分析模型，得到門架間平均修正速度。結(jié)合每月每日記錄的平均修正車輛通行速度，求均值可得月均每日時段速度矩陣。以此速度為標(biāo)桿，可以判定路段擁堵程度并分級^[^4]。

曹波在《基于門架數(shù)據(jù)的道路運行指數(shù)應(yīng)用研究》中提出了精準(zhǔn)量化高速公路路段運行狀態(tài)評價方法：首先根據(jù)門架運行的歷史數(shù)據(jù)特征和實時數(shù)據(jù)，計算出門架區(qū)間擁堵指數(shù)；然后以路段內(nèi)所有門架作為分析單元，考慮突發(fā)事件和擁堵指數(shù)閾值的影響，確定路段中各門架的權(quán)重值；之后結(jié)合各門架的權(quán)值和實時擁堵指數(shù)，構(gòu)建路段運行指數(shù)模型^[^6]。

區(qū)間測速

谷慶等在《多源數(shù)據(jù)融合的高速公路區(qū)間無感測速方法》中提出了一種多源數(shù)據(jù)融合的高速公路區(qū)段精準(zhǔn)無感測速方法：首先，基于ETC大數(shù)據(jù)建立高速公路區(qū)間測速模型；為解決由車輛進入服務(wù)區(qū)引起的行車速度估計不準(zhǔn)確，引入服務(wù)區(qū)出入口抓拍數(shù)據(jù)，并針對多源數(shù)據(jù)時間不同步問題，提出了一種基于0.618法的時間配準(zhǔn)尋優(yōu)算法^[^7]。

ETC數(shù)據(jù)在路網(wǎng)運行監(jiān)測中的應(yīng)用實踐

ETC在路網(wǎng)運行監(jiān)測中的拓展應(yīng)用已在多地落地實施。

湖南高速：交通流量實時監(jiān)測

湖南利用取消省界收費站所建設(shè)的1258個門架產(chǎn)生的流量數(shù)據(jù)，建設(shè)湖南高速交通流量實時監(jiān)測系統(tǒng)，以道路飽和指數(shù)（v/C）所代表的道路通行能力來描述道路服務(wù)水平，通過指數(shù)化來體現(xiàn)高速公路運行態(tài)勢，按照公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)范要求，將運行態(tài)勢劃分為六個等級，以不同顏色來繪制態(tài)勢地圖，為交通管理部門掌握全局交通實時狀況帶來巨大幫助^[^8]。針對節(jié)假日高速公路收費站擁堵的問題，湖南高速基于數(shù)據(jù)中臺的高速公路ETC流水?dāng)?shù)據(jù)，計算反映收費站出口擁堵程度的運行指數(shù)，實時識別高速公路擁堵收費站點，并分析運行速度、運行指數(shù)、擁堵時長等擁堵指標(biāo)變化特征，支持節(jié)假日擁堵管理決策和信息發(fā)布^[^9]。

江蘇高速：主動交通管控

面對其他相連高速公路管控分流引發(fā)的短時大流量、交通事故等突發(fā)事件造成的交通擁堵、大貨車通行占比高等問題，滬蘇浙高速（G50江蘇段）利用ETC門架系統(tǒng)多元交通數(shù)據(jù)，獲取龍門架位置區(qū)域的交通流量Q、區(qū)間平均車速

、貨車出行流量Qh等信息，評估道路交通實時運行狀態(tài)和貨車通行狀態(tài)，建立主動交通管控平臺系統(tǒng)，采取主線動態(tài)限速、主動匝道控制、貨車限制等主動管控措施。一方面控制主線車輛、匝道車流對擁堵路段的不利影響，另一方面管控貨車出行行為，提高貨車通行效率和出行安全^[^10]。

陜西高速：超速篩查全覆蓋

陜西高速通車?yán)锍?188公里，ETC門架上下行957處，平均間距約15公里。陜西已經(jīng)根據(jù)門架產(chǎn)生的數(shù)據(jù)形成了按月通報、按季通報、按年總結(jié)的常態(tài)化路網(wǎng)運行分析評價機制。依托門架數(shù)據(jù)產(chǎn)生的OD數(shù)據(jù)，可以獲取每一輛車的通行時間，進而計算出每個門架、每個路段、整個行駛路徑的時間和速度，將此信息推送給交警，可進行超速處罰。2020年，陜西高速公路收費中心和交警聯(lián)合開發(fā)了超速篩查系統(tǒng)，由交通部門進行數(shù)據(jù)采集、清洗、篩選，由交警進行比對，由相應(yīng)地市進行處罰^[^11]。

結(jié)束語

正如王剛所說，各省智慧高速建設(shè)的根本目標(biāo)：安全、效率。使用ETC數(shù)據(jù)進行高速公路路網(wǎng)運行監(jiān)測，能夠?qū)崟r獲得交通流量與速度、定位交通事件位置、評估道路擁堵情況，以此為基礎(chǔ)可制定合理的交通疏導(dǎo)與管控策略，提升高速通行效率。

ETC數(shù)據(jù)是一種基礎(chǔ)性的數(shù)據(jù)，對于探索弱感知條件下的智能化意義重大^[^2]。目前的交通感知遠沒有達到全區(qū)域、全時段、全方位、全事件感知的水平，而且，在建立可以實時分析、處理交通運行狀況的平臺和低延時通訊技術(shù)全覆蓋之前，全面鋪開交通全感知意義不大^[^12]。因此，用好ETC這一基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)，是以智能化手段提高道路通行安全和效率的第一步。

在交通智能化發(fā)展的大趨勢下，未來ETC門架上會搭載更多先進的感知設(shè)備。受ETC門架排布距離所限，高速路段仍然需要添設(shè)感知設(shè)備來加強對車輛、人、環(huán)境的感知，如高性能的激光雷達、毫米波雷達、深度相機、雷視一體機等。這為數(shù)據(jù)挖掘和應(yīng)用帶來挑戰(zhàn)。如何整合這些不同源不同形式的數(shù)據(jù)，如何共享不同領(lǐng)域不同行業(yè)的信息，如何從大數(shù)據(jù)中挖掘出交通系統(tǒng)的智慧，值得研究與探索。這需要數(shù)據(jù)治理制度規(guī)范加以引導(dǎo)，需要數(shù)據(jù)科學(xué)家與工程師、管理者充分溝通。

參考文獻

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