ETC数据在高速路网运行监测中的应用
时间: 2024-08-22 10:01:56 | 作者: 云开平台
2020年1月1日，高速公路省界收费站全部取消，带来了高速公路运营方式的重大变革。ETC全覆盖是顺利实现撤站的重要的条件[1]。为此，2019年，交通运输部出台《快速推进高速公路电子不停车快捷收费应用服务实施方案》，大力推广ETC，建设ETC车道，安装ETC设施，发展ETC用户。截至目前，我国拥有上万个收费站、2.8万个ETC门架、25万套天线]。
一方面，ETC覆盖范围广。我国高速公路95%以上是收费公路[3]，ETC这一智能收费手段可以覆盖几乎整个高速公路路网。另一方面，ETC技术具有衔接性。它承载了对基础设施、道路运输及车流的综合感知，是智慧交通系统的接入点。这表明了，ETC在智慧交通方面潜力巨大，其功能不仅限于收费。
本文关注ETC数据应用的一个方向，即高速公路路网运行监测，探讨其技术实现方法和各地的实施方案。后续的系列文章还将关注ETC数据的其他应用方向，如行程时间预测、异常行为检测、路径选择、出行行为特征、城市地理学研究等。
在第24届中国高速公路信息化大会上，交通运输部路网监测与应急处置中心副主任王刚提出,以ETC系统为主线，推进一张网模式下的智能化运营。取消省界收费站后，收费系统目前已经实现了全网统一的技术标准、技术方案、业务规则、服务体系。王刚提出，以ETC为标志的收费系统赋能别的业务。以这一理念为基础，今年7月，《高速公路联网收费系统优化升级方案（征求意见稿）》全网发布，其技术路线为：以强健的ETC系统为基石，深层次地融合收费、监控、通信三大系统，充分的发挥现有信息化基础设施效能，释放数据生产力，提升路网关键点段、长大隧道、桥梁、服务区等的流量监测、事件识别、安全预警、应急处置能力，构建智能化运营服务体系[2]。
ETC数据挖掘是ETC赋能的一个重要方面。ETC能够全天候记录车辆进出高速公路收费站及在高速上行驶的时间和位置信息。ETC门架系统数据一般包含：交易流水编号，门架编号，入易时间，上一个门架交易时间，上一个门架编号，前段扣费金额，计费车牌号码与颜色，识别的车型、车种、车轴数。这一些信息具备获取简便、时效性强、准确度高等特点，构成了一个海量的数据宝库。
业内根据门架数据本身以及门架数据与其他感知数据的融合，提出了许多可落地实施的路网运行监测方法。其具体应用包括且不限于以下方面：交通量分析与预测、路网运作时的状态评价、区间无感测速。
钱旻在《ETC门架系统多维数据融合应用探析》中提出，根据门架系统数据及有关数据（气象数据、运营商手机信令数据、地图厂家数据等），直接或间接地进行车辆的行驶全过程监控、行驶轨迹还原、行车速度分析、车流量多维分析（车型与车种的时空分布）、流量OD、车流量预测（灰色预测模型、时间序列模型、马尔科夫预测模型、BP神经网络模型、LSTM模型、支持向量机方法等）[4]。
吴林等在《基于ETC门架数据的高速公路实时流量监测系统》中提出，采集ETC门架数据，获取每小时内通过特定龙门架的交通量，得到路段交通量。以《公路工程技术标准》中相应速度要求下的最大服务交通量为准，可计算出道路饱和指数，进而得出路段服务水平等级[5]。
钱旻提出了基于车速的路段拥堵判断方法：基于门架前记录的车辆瞬时速度、车辆经过门架时间、门架间距离、相邻门架间车辆平均速度、门架编号、车辆编号等，构建行车速度分析模型，得到门架间平均修正速度。结合每月每日记录的平均修正车辆通行速度，求均值可得月均每日时段速度矩阵。以此速度为标杆，可以判定路段拥堵程度并分级[4]。
曹波在《基于门架数据的道路运行指数应用研究》中提出了精准量化高速公路路段运作时的状态评价方法：首先根据门架运行的历史数据特征和实时数据，计算出门架区间拥堵指数；然后以路段内所有门架作为分析单元，考虑突发事件和拥堵指数阈值的影响，确定路段中各门架的权重值；之后结合各门架的权值和实时拥堵指数，构建路段运行指数模型[6]。
谷庆等在《多源数据融合的高速公路区间无感测速方法》中提出了一种多源数据融合的高速公路区段精准无感测速方法：首先，基于ETC大数据建立高速公路区间测速模型；为解决由车辆进入服务区引起的行车速度估计不准确，引入服务区出入口抓拍数据，并针对多源数据时间不同步问题，提出了一种基于0.618法的时间配准寻优算法[7]。
湖南利用取消省界收费站所建设的1258个门架产生的流量数据，建设湖南高速交通流量实时监测系统，以道路饱和指数（v/C）所代表的道路通行能力来描述道路服务水平，通过指数化来体现高速公路运行状态趋势，按照公路工程技术标准中的规范要求，将运行状态趋势划分为六个等级，以不一样的颜色来绘制态势地图，为交通管理部门掌握全局交通实时状况带来非常大帮助[8]。针对节假日高速公路收费站拥堵的问题，湖南高速基于数据中台的高速公路ETC流水数据，计算反映收费站出口拥堵程度的运行指数，实时识别高速公路拥堵收费站点，并分析工作速度、运行指数、拥堵时长等拥堵指标变化特征，支持节假日拥堵管理决策和信息发布[9]。
面对其他相连高速公路管控分流引发的短时大流量、交通事故等突发事件造成的交通拥堵、大货车通行占比高等问题，沪苏浙高速（G50江苏段）利用ETC门架系统多元交通数据，获取龙门架位置区域的交通流量Q、区间平均车速、货车出行流量Qh等信息，评估道路交互与通行实时运行状态和货车通行状态，建立主动交通管控平台系统，采取主线动态限速、主动匝道控制、货车限制等主动管控措施。一方面控制主线车辆、匝道车流对拥堵路段的不利影响，另一方面管控货车出行行为，提高货车通行效率和出行安全[10]。
陕西高速通车里程6188公里，ETC门架上下行957处，平均间距约15公里。陕西已经根据门架产生的数据形成了按月通报、按季通报、按年总结的常态化路网运行分析评价机制。依托门架数据产生的OD数据，能获取每一辆车的通行时间，进而计算出每个门架、每个路段、整个行驶路径的时间和速度，将此信息推送给交警，可进行超速处罚。2020年，陕西高速公路收费中心和交警联合开发了超速筛查系统，由交通部门进行数据采集、清洗、筛选，由交警进行比对，由相应地市进行处罚[11]。
正如王刚所说，各省智慧高速建设的根本目标：安全、效率。使用ETC数据来进行高速公路路网运行监测，能够实时获得交通流量与速度、定位交通事件位置、评估道路拥堵情况，以此为基础可制定合理的交通疏导与管控策略，提升高速通行效率。
ETC数据是一种基础性的数据，对于探索弱感知条件下的智能化意义重大[2]。目前的交通感知远未达到全区域、全时段、全方位、全事件感知的水平，而且，在建立可以实时分析、处理交通运作状况的平台和低延时通讯技术全覆盖之前，全面铺开交通全感知意义不大[12]。因此，用好ETC这一基础性数据，是以智能化手段提高道路通行安全和效率的第一步。
在交通智能化发展的大趋势下，未来ETC门架上会搭载更多先进的感知设备。受ETC门架排布距离所限，高速路段仍然需要添设感知设备来加强对车辆、人、环境的感知，如高性能的激光雷达、毫米波雷达、深度相机、雷视一体机等。这为数据挖掘和应用带来挑战。如何整合这些不同源不同形式的数据，如何共享不相同的领域不同行业的信息，如何从大数据中挖掘出交通系统的智慧，值得研究与探索。这需要数据治理制度规范加以引导，需要数据科学家与工程师、管理者充分沟通。
[1]澎湃新闻.交通运输部：ETC门架系统与车道改造完成，年底使用率将达九成[EB/OL].[2022-12-08].
[2]王刚.以ETC系统为基石构建高速公路智能化运营服务体系[C].第24届中国高速公路信息化大会暨技术产品博览会.2022.
[5]吴林,杨静,苏传,等.基于ETC门架数据的高速公路实时流量监测系统[J].中国交通信息化,2021(13):29-31.
[6]曹波.基于门架数据的道路运行指数应用研究[J].中国交通信息化,2022(1):110-113.
[7]谷庆,赖树坤,黄来荣,等.多源数据融合的高速公路区间无感测速方法[J].中国交通信息化,2022(8):105-121.
[8]吴巍.湖南高速路网运行监测及应急指挥调度实践[C].第24届中国高速公路信息化大会暨技术产品博览会.2022.
[9]戴剑军.高速公路智慧大脑的构建与应用[C].第24届中国高速公路信息化大会暨技术产品博览会.2022.