基于ETC门架数据的高速公路交通量转换探究

基于ETC门架数据的高速公路交通量转换探究

余佩枚1, ,罗隐

重庆通渝科技有限公司   重庆  401120 2重庆高速公路路网管理有限公司 重庆  401120

摘要：交通流量是一项重要的交通指标，而目前交通流量的收集主要集中在自动交调站，其覆盖面较小。本文以提升高速公路全网各段车流量的自动收集水平为目标，对 ETC门架数据进行转化的可行性进行了研究，并针对1类车、2类车以及交调车型小中货车之间的匹配等关键问题，进行了转化方法的研究。

关键词：交通流量；ETC门架数据；转化方法

引言：道路交通状况调查（“交调”）是指对国道、省道、县道、乡道和专用道等道路进行的一项交通流量和车辆类型等交通流量特征的调查。道路横截面车流量是指在每一条道路横截面上，每一条道路横截面车流量的总和。目前，公路断面交通流量和车型等交调数据主要是通过设立在高速公路上的自动交调站来实现。为了提升高速公路全路网各个路段的交通量的自动化采集水平，使 ETC门架数据的价值得到最大程度的发挥，以智能化的方式取代传统的硬件设备，降低高速公路沿线交调站的建设和运营成本。

1.研究现状

王海燕等在道路交通状况的采集中，根据收费站的资料，计算出了进口和出口的 OD流；钟足峰等人将回归树理论与数据挖掘技术相结合，对高速公路交通流量进行了预测；钱超等采用 OLAM法，在 ETC多维度数据基础上，建立了道路交通量多维度预测模型；王静等在公路交通流量统计中，采用了手动取样的车型变换法，对高速公路主线收费站进行了补充，并对二级交叉调节站进行了分析；李树彬等人通过模拟方法，以收费站为依据，对整个网络的交通状况进行了估算。胡闰秀在人工调查的基础上，提出了一种车辆变换的方法，它可以把收费数据变换成路段流量，然后对单线进行逻辑叠加，从而实现网络中的流量均衡；赵亚伟等人针对多因素条件下的高速公路 ETC车道短期车流预测问题，提出了 ETC车道短期车流预测模型。汤权等以网络分析和挖掘技术为基础，对 ETC系统的收费数据进行了多维度的交通流量预测；史学文以江苏连霍高速路为例，利用小波神经网络构建短期车流预测模型，并结合收费站、交调站点等数据，进行了短期车流预测。从目前的研究状况可以看出， ETC数据在道路交通状况获取方面的应用主要是针对交通量的统计和预测，以及对旧收费标准下的车型转化的研究，而对新收费标准下的基于 ETC门架数据的交通量转化的研究还很缺乏。

2.转换可行性分析

2.1站点布设及设备运行条件

门架系统由上、下行两向门架构成，上、下行双向门架最好是在背向错开的位置上进行布置，一个门架系统可以被看作是一个交调站，由上、下行门架监测到的流量总和就是该断面的交通量。ETC门架系统与高速公路收费业务有关，对路网覆盖范围、设备精度、运维保障水平等都有较高的要求，因此，它的数据是稳定可靠的，可以满足交调采集的要求。

2.2指标采集一致性

ETC门架系统向上级系统上传的数据，具体包括了 ETC交易流水（双片式 OBU）、 ETC通行凭证（单片式 OBU）、 ETC通行记录（交易失败）、图像流水记录、 CPC卡通行记录，其中包含了交易时间、车型、车种、车牌号码、车牌颜色、交易时间、行驶方向等信息。公路交调设备可以根据行驶方向，对通过道路断面的单一机动车车型数据进行采集，对在交通数据处理周期（5分钟）内的机动车分车型的交通量数据进行统计，并将采集到的数据进行记录并传输。每一种类型的车流量数据，其相对误差不能超过10%。

2.3车型划分匹配性

按照 JT/T489-2019 《收费公路车辆通行费车型分类》，将收费车辆分为三种类型，即客车、货车、专用车辆。其中，根据机动车在公安交管部门登记时所使用的车辆种类及核定载客量，将客车划分为4种；根据总轴数，车长，最大容许载重，将其划分为6个等级；特殊作业车的分类标准与货车相似，它也可以被划分为6种类型，它主要是针对安装有专用设备或器具，在设计和制造上被用来进行工程专项（包括卫生医疗）作业的汽车。在 ETC车门框架系统中，按照不同的车型进行了编号，四类客车编号为1-4，六类货车编号为11-16，六类特种作业车辆编号为21-26。另外，根据货运车辆收费型号划分出车辆类别，将J1型集装箱和J2型集装箱分别编号为24和28。以公路交调车型划分标准为依据，将交调车型按汽车轴数、车长和额定承载能力分为7类，其中客车分为包括中小客车、大客车2类，货车分为小货车、中货车、大货车、特大货车和集装箱车5类。将两种不同的标准进行比较，得出了交调型号与计费型号之间的对应关系，中小客，大客，大货，特大货，集装箱5种型号可以直接进行配对。但是，因为两个标准对货车的质量的定义不一样，在交调车型的划分标准中，小型货车的载重小于2吨，中型货车的载重在2吨~7吨之间；在收费车型划分标准中，1类货车总质量低于4.5吨，2类货车不低于4.5吨，1类、2类货车与小货车、中货车标准存在交叉，不能直接对应。

3.车型转换方法

针对交调车型小货车、中货车与收费车型1类、2类货车交叉的问题，提出两种转换方法，一是比例拆分法，利用拆分模型对交叉车型进行拆分；二是直接对应法，小货车、中货车分别直接对应1类货车、2类货车。

3.1比例拆分法

比例拆分方法的基本思想是将1、2类货车在同一条车道上的比例分割开来，从而实现对1、2类货车的分割。（1）交调数据比对。根据高速公路交调站点的历史资料，确定以线路为单元的中型货车与小型货车的比例关系，并将其按照比例分解成1、2类货车。（2）抽样人工确定。采用人工抽样观测的方法，以道路为单位，选取道路上典型位置的门架进行人工观测，根据人工采集的小货车、中货车的数量和比例，确定该道路的拆分系数，拆分该时段通行流水数据中1类货车和2类货车总流量。（3）影像的获取与识别，以高速公路影像资料中的车辆经过 ETC门架所采集到的影像资料为基础，利用影像资料识别软件，对历史影像资料中的小型货车、中型货车的数目与比例进行汇总，并对此段时间内的交通影像资料中的1型货车与2型货车的总流量进行拆分。

3.2直接对应法

在两种分类标准下，车辆长度的划分是相同的，都是6米；但是，在质量的划分标准上存在着一些差异，交调小货车要求载质量小于2吨，收费1类货车要求总质量<4.5吨，两者之间的差别集中在货车空载质量（也就是货车自重）上。在无载货的条件下，同一种型号的载货重量相差不大，而在有载货的条件下，货物重量相差很大。为了避免在不同时段内对车辆载重的影响，本项目拟利用长期连续的公路进口称重数据，建立一类车辆的总质量分布曲线，获得一类车辆的总质量在各吨级上的分布规律，并利用滑动窗口寻找左端概率分布的首个峰，将其对应的总质量作为一类车辆的平均空载质量。如果在长时间序列、大样本范围的情况下，统计结果达到了公式要求，那么就可以证明1类货车直接转换为交调小货车数据的误差不会超过10%，达到了交调分车型采集的精度要求，可以进行直接对应。

3.3方法比较

采用比例分解方法，利用交调资料进行比较，具有操作简便、分析结果具有很强的代表性，但需要对交调站的规模、资料的质量等方面有很高的要求；采用采样法进行数据对比，具有更高的精度，但需要消耗大量的人力、物力和财力；采用图像采集方法进行识别，具有较高的精度，可以得到各个门框的分割系数，但是需要较长的时间和较高的费用；该方法具有变换规则简单、可实时变换、运算量小、算法复杂等优点。

结束语

为了将 ETC门框数据转化为公路交通流量数据，基于 ETC门框数据，从站点布局与设备运行情况、指标采集一致性与车型分区匹配性三个角度，对其转化的可行性进行了分析，并给出了比例拆分法与直接对应法。本文所介绍的方法，对于准确把握整个道路网各个路段的交通流量，创新高速公路交通流量自动收集系统，都有很大的实用价值。

参考文献

[1]邢丽峰, 邱廷铨, 邢宇鹏. 基于ETC门架数据的高速公路交通量转换探究[J]. 中国交通信息化, 2022(000-004).