一、多路径问题的影响

   截止到2002年底，我国高速公路总里程达到2.52万公里，目前江苏、浙江、山东、广东、湖北、湖南、甘肃等省份都已经实现了高速公路联网收费、一卡通行，基本上建成了大小、规模不等的联网收费系统，在联网收费系统建设中，都面临了一个共同的问题，就是车辆行驶路径的识别。在联网收费环境下，尤其是在投资主体多元化的路网环境下，路径识别不仅仅涉及对每一通行车辆如何计算通行费的问题，同时还要考虑将收入的通行费拆分给哪个收费单位的问题，通行费的拆分直接关系到各条高速公路的合法利益，是联网收费的关键。

根据江苏省苏北高速公路路径识别技术的研究，在多路径路段上发生的交通量占总交通量的3.3‰，由多路径产生的费用占路网总通行费用的3‰，达720万元/年。随着路网的不断扩大，不确定路径的通行费用会越来越大。如此巨大的不能明确确定的通行费收入，如果不能妥善处理好，必然会对联网收费的正常工作产生很大的不利影响，必须认真地加以解决。

二、路径识别基本思路

　从基本思路看，路径识别技术可以分为精确识别和概率识别两类。

1. 精确识别原理

精确识别的基本思路是识别出路网中每一车辆的实际行驶路径，避免路网中出现行驶路径的歧义，从而解决路网中多路径问题。

要做到对车辆行驶路径的精确识别通常由两种方法，一种是通过土建设施渠化的手段，确保任意车辆从一个收费站（点）到另一收费站（点）间只能有唯一的行驶路径，这种方法的主要要点是，每一收费站对不同驶入（驶出）方向的收费车道分别设置隔离墩，实现区分不同驶入（驶出）方向车辆，达到路径识别的目的。

另一种是通过标识方法对采集车辆行驶路径信息，确认车辆行驶路径。在封闭式的收费系统环境下，车辆通过路网时，已经具备了两项信息——出口信息和入口信息，对于路径识别来说，路径是由出口、入口、路段信息共同组成，只要三种信息齐全，路径就可以惟一确定，因此，只需要根据路网中会产生歧义的路段设立标识，采集标识信息，获取车辆行驶的标识是信息，就可以根据出口信息、入口信息、标识信息（可能有多个）识别出任意车辆的行驶路径。

2. 概率识别基本原理

车辆路径的概率识别就是通过交通均衡或非均衡理论为基础，建立以各种理论模型和算法，分析计算特定高速公路网络的通行车辆交通分布与分配，从而确定路网中整体出行交通的行驶路径或单车的可能行驶路径。

通过概率的计算，可以确定路网中车辆整体行驶路径的分布，因此，当联网收费的拆分模式是由结算中心统一拆分时，就可以根据路网中车辆整体行驶路径的分布，按某一时间间隔拆分多路径的通行费，当联网收费是在车道完成时，也可以按车辆行驶不同路径的概率拆分分配通行费到各路径路段业主，解决多路径识别问题。

三、关于合理多路径

在很大程度上，解决一个路网的路径识别问题，应该根据具体的多路径分布情况选择相应的方法，其关键是要解决多路径的划分标准问题，即要定义“合理多路径划分标准”。

合理多路径的确定取决两个方面的因素。第一，应该充分考虑驾驶员的路径选择特性；第二，要充分考虑有关收费政策。

一般来说，道路使用者路径选择行为是基于道路使用效益最大化和运营成本最小化的原则之上的，即：花最少的时间、最少的费用、走最短的路、获取最大的效益。因此，运行时间最少的路径对于时间价值导向型的道路使用者来说具有更强的吸引力；道路使用效益越明显，收费水平站道路使用效益的比重越小的线路，运营成本越低的路径，对于成本效益导向型的道路使用者来说具有越强的吸引力。

目前，我国大部分高速公路路网刚刚形成，在路径选择特性上，各条高速公路在存在以下四个方面的一致性：

（1）由于都是新建高速公路，因此道路行驶状况基本一致；

（2）大部分交通量远远没有达到饱和，不存在因为交通拥挤产生的时间延误问题，提供的服务水平基本一致。

（3）由于新建道路，各路段提供的服务水平、单位运行时间、车辆运营成本等方面的道路使用效益基本一致；

（4）由于各路段没有独立的收费大桥和隧道，实行按“里程”结算，因此道路收费水平基本一致。

根据目前国内高速公路实行的通行费征收政策，这几个方面的一致性综合反映了里程、时间、费用等方面的一致性，又完全集中反映在里程的一致性，是成正比例相互影响的，即：“里程越长、费用则越多、时间越多”。

因此，“里程”可以作为重要的影响因素，仅依据道路里程的长短提出合理竞争性路径的划分标准。里程的绝对值决定了时间和费用的绝对值，而里程的相对值不能真实地反映时间和费用的差异，不能真实地反映驾驶员对路径选择的可接受程度。因此，在实施中可以按照30公里、20公里、10公里、5公里进行划分，根据江苏省的研究结果，建议采用20公里作为确定合理多路径的划分标准。

四、路径识别的基本方法

目前在高速公路路径识别的主要技术方法有标识法、车牌照识别法、最短路径法、布瑞尔交通分配法、出口确认法、路网平衡法、最大概率法、协商法、抽样调查法等等。

1. 标识站法

标识站识别方法是依据精确识别原理，准确识别车辆的实际行驶路径，标识站法可分为停车式和不停车两种。在本文中重点对停车式标识站进行分析，以下提到的标识站均为“停车式标识站”。

在需要设置标识站的地方设置几条带收费岛的车道，前方设标志说明，收费车道上安装费接触式IC卡读写设备，司机通过此路段时，需将IC卡在读写天线的规定距离内划过，自动栏杆开启、车辆通行，记录该标识站信息。标识站还需要设置摄像机（对冲卡车辆进行抓拍）、雾灯等安全设施。该标识站的设立实际上上相当于主线收费站的建设，由收费亭、带IC卡读写器的计算机、自动栏杆、（摄像机）、雾灯、通行灯以及通行系统组成。路径的识别主要依靠写入通行卡的标识站编码，由出口根据入口、标识站信息自动计算车辆行驶路径。

标识站相当于建设一个主线收费站的投资，以四车道高速公路为例，为了确保道路通行能力（停车等待，标识站提供的服务水时间应小于6秒），假设须设8车道标识站（双向），一次性投资的固定费用为1200万元，以后每年需要投资运营管理费用44万元。

由于标识站识别方法是依据精确识别原理，准确识别车辆的实际行驶路径，因此，标识站识别方法识别的精度较高。标识站的主要缺点是车辆每次经过标识站时必须停车，导致行车速度降低，降低了高速公路的服务水平，与联网收费的精神直接想违背，对社会形象也是一种极大的损害。在实施时，应慎重研究，不要轻易采用。

2. 车牌照识别技术

随着图像识别技术的发展，也可应用“车牌照识别”技术进行多路径的识别。即高速公路出、入口设置车牌照抓拍系统（或者采用人工输入车牌照号码），在路网内关键点设置车牌照抓拍系统，摄取通过车辆牌照。

车牌照实质上也是一种相对精确的标识方法，但是由于不停车，允许一定的误差，因此，可以在很大程度上解决路径识别的问题。

考虑到不同收费系统的建设水平和要实现的系统功能，在具体实施中，按照安装抓拍系统的位置、数量不同，可划分为以下几种车牌照识别方案：

（1）方案一，“人口+出口+路段”抓拍

（2）方案二，“人口+路段”抓拍+ 出口信息

（3）方案三，入口信息+“出口+路段”抓拍

（4）方案四：“路段”抓拍+出口输入车牌照

（5）方案五：入口输入车牌照 + “路段”抓拍

（6）方案六：“路段”抓拍

对于一个双向4车道的高速公路抓拍系统，在同一地点应该设置1组共6套抓拍系统，投资费用估算为100万（包括龙门架、机箱、供电线缆、以及相应的数据库服务器、通信单元、防雷接地等等）。

应用车牌照抓拍系统进行多路径的判别，由于投资巨大，需要进行慎重决策，进行适用性分析，主要包括以下3个具体的技术问题：

（1）系统精度和建设问题，应选择比较可靠的设备；

（2）数据的处理和传输问题，应该详细规划设计车牌照提取、处理、传输等方案，以及相应的技术要求，否则会严重影响到收费的正常运转。

（3）管理问题，应严格规范车道操作流程、以及相应的收费管理制度。

3. 车辆分型统计法

车辆分型统计法是在高速公路多路径路短断面上设立分型统计装置，使通过该路段车辆在5～100公里的速度通过时，识别出该车的车型，分类统计后作为日处理的依据。

根据车辆分型统计装置统计的多路径路段总流量和计算机自动统计的多路径路段非多路径流量，可以计算出多路径路段多路径流量，并以此为基础分配通行费。

但是，考虑到目前车辆分型统计装置（车检器）对车辆分型统计技术存在一些不足，尤其是与收费车型类别的划分存在不一致，因此这种方法的应用也非常有限。

4. 最短路径法

该方法取最短路径为行驶路径。从起点到终点存在两条或两条以上的路径，将最短路径作为车辆选择路径，此方法最为简便，投资最少。

最短路径法直接将多路径车辆通行费分配给最短路径业主，因此，这种方法的精确度取决于车辆在实际的路径选择过程中选择最短路径的概率，在多路径中，最短路径与其他路径的里程相差较大的情况下，驾驶员在路径选择时有明确的参考性。根据道路使用者路径选择行为是基于道路使用效益最大化和运营成本最小化的原则，最短里程的路径是驾驶员乐意选择的路径。因此，总体上，采用最短路径的方法，是能在一定程度上满足管理的要求的。当在多路径中，最短路径与其他路径的里程相差较小时，道路使用者在选择路径时可能考虑路况、服务设施等情况较多，此时最短路径法的误差较大。

5. 布瑞尔交通分配法

这是有关多路线比例分配的方法，这种方法假设每个出行者并不真正知道路段上的行程时间，但是他们会想象或猜想每一路段的行驶时间。这种猜测可根据过去的经验等到的路段行程时间分布推测出。此种时间分布的平均值与真正的路段行程时间误差约为20%，据此选定使用最小化的路径行程时间。根据布瑞尔交通分配法计算的概率值，可确定各路公司的拆分金额。

布瑞尔交通分配法认为，车辆从连接两起点起讫点可行路径中选用路线K的概率为：

式中：P（k）——路线k的概率

Tk——路线k上的运行时间

θ——交通转换参数

n——为两起讫点可行路径数

　　　布瑞尔交通分配法是根据经验统计数据得出的经验公式分配法，具有一定的权威性，精确度较高，但是这种方法也有致命的弱点——这种方法假定人们路径选择时唯一考虑的是时间因素，这与实际不相符，在道路使用者以其他因素为依据选择路径时，这种方法的误差将较大。

6. 出口确认法

　　　通过土建措施（交通渠化），确保任意车辆从一个收费站（点）到另一收费站（点）间只能有唯一的行驶路径，这种方法的主要要点是，每一收费站对不同驶入（驶出）方向的收费车道分别设置隔离墩，实现区分不同驶入（驶出）方向车辆，达到路径识别的目的。在出口车道和匝道之间放置隔离墩，使不同路径的来车在不同车道上交费，这样区分不同路径的来车，此法对单一环线可准确可以准确判断路径，对于多条环路形成的多路径时，此法不适用。

7. 路网平衡法

　　　利用收费系统入口、出口（O-D流）数据和交通监控系统连接处主线交通检测数据，通过模型计算，综合平衡出各路段流量，从而确定路网流量分布和起讫点之间的行驶路径。路网平衡法在实际操作时有一定的困难，它适合于交通规划和路网运行评价等理论性研究。

8. 最大概率法

　　　最大概率法是利用车辆跟踪试验法，确定路网中可能的路线及其概率值，排除和异常情况下的小概率事件，从而确定最大可能性的路线。路网各条件改变了，最大可能性路线亦会改变，所以需要进行调整。最大概率法认为道路使用者选者路径时不是单纯考虑里程因素，还可能考虑运行时间、路况、服务设施等各种因素。

　　　假设路网中有N个收费站，其中第i个收费站到第j个收费站间有m条路径，p（s）表示车辆行驶第s条可能路线的概率，从i收费站到j收费站和从j收费站到i收费站的收费总额为T，则最大概率法模型可以表示为：

　　　最大概率法直接将多路径车辆通行费费配给最大概率路径，最大概率在多路径时多条路径的行驶概率相差较大时，精度也较高，在多条路径的行驶概率相差较小时，误差较大。

9. 协商法

　　　多路径问题的实质还是相关利益集团的冲突，这种利益冲突的解决，最终需要依靠相关利益体协商解决，因此，在利益冲突不是难以协调时，完全可以通过双方或多方按照交通量、投资等情况简单协商确定存在多路径时通行费的分配方法。协商的方法具体可以依据交通量、里程、收费额或者投资比例等进行。

　　　协商法应用的前提条件是各路段业主能够通过协商达成一致，协商法对于路网结构简单，各路段容易达成一致的多路径问题，比较适用。

　　　在具体实施中，可以根据对道路非常熟悉的管理者或者业主，对竞争性比较强的路径进行概率确认。由于影响高速公路出入***通量的变化因素相当多，很难达到一个全面的量化的模型，因此概率计算的基本依据是由路段交通量、地方经济发展水平等因素确定的经验值。

10. 实际调查法

　　　实际调查法是通过定期对多路径路短车辆实际行驶路径的调查确定多方认可的车辆行驶路径。实际调查时可以采用抽样调查和全面调查等方法，然后按照实际调查法确定的车辆行驶各条路径的比例确认拆分路径并按此结果拆分通行费。

　　　实际调查法由于是根据车辆实际行驶路径确定的路径识别方法，因此识别精度较高，但是应当注意，这种方法调查的时间有限，道路使用者路径选择的方式的变化将影响该方法的精度。

五、路径识别技术选择的基本考虑

　　　在选择多路径的识别技术时，应该进行以下基本考虑：

（1）路段投资关系对识别技术选择的影响

　　　路径识别技术的应用是为解决路网内通行费的拆分问题，但是当路网中某多路径路段均属于同一业主单位，此时并不需要拆分通行费，当不是出于业主内部管理需要完全可以不必对多路径进行识别；即使是出于内部管理的需要，选用识别方法时也应该尽量选择简单、经济的方式，采用内部简单协商的办法确认路径。

（2）识别技术对收费系统选择的影响

　　　不同收费系统对路径识别技术也有一定的影响，在目前的非接触式IC卡技术支持的半自动收费系统中，可行的路径识别技术方法包括停车式标识站识别技术、车牌照识别技术、车辆分型统计法、最短路径法、最大概率法、布瑞尔交通分配法、协商法、实际调查法等，对于电子不停车收费系统，路径识别问题非常简单，选用电子不停车式标识站法是解决多路径问题的最佳办法。

　　　反过来，不同的路径识别技术也会对收费系统产生不同的影响，包括对收费软件、车道操作流程、结算方式等。

（3）政策法规对识别技术选择的影响

　　　2002年国务院办公厅关于治理向机动车辆乱收费和整顿道路站点有关问题的通知中已明确指出“高速公路以及其他具备封闭条件的连续通行的收费公路，除两端出入口外，一律不得在主线上设置收费站。”交通部交公路发[1999]9号文件《关于认真做好公路收费站点清理整顿的通知》中规定“对通行车车辆一次完成通行费收缴和票证发放工作，不准设立旨在进行内部监督验票的检查站”。

　　　因此，国家法律法规的规定本身已经对设置停车式标识站做出了限制，使在高速公路联网收费网内设置停车式标识站已不可行。

（4）投资对识别技术选择的影响

　　　识别技术的实施是各路段业主增取维护自身经济利益的重要手段，在增取自身的经济利益的同时，各路段必须考虑成本与效益即在为实现自身利益过程中需要的投资成本，包括增加的投资、运营管理费用等各种费用，选用各种识别技术方法必须比较收益与成本，选择比较效益较高的方法。

（5）识别精度要求及路况对识别技术选择的影响

　　　对于不同识别精度要求，对识别技术方法影响较大，如果需要通过技术手段解决路网整体收费的损失，此时对于识别精度要求较高，因此，选择识别技术方法时需要选择精确识别的方法。

六、结语

　　　总体上，各种路径识别技术都有自身的适用条件，因此，不能通过简单的比较得出那种识别技术更好，那种识别技术更差，只能说，在某些情况下运用某种方法更好。同时，随着科学技术的不断进步、新技术的不断出现，会有更多更新的路径识别技术出现。因此，在联网收费系统建设时，必须对路径识别技术进行综合的分析研究，根据具体路网的差别，选择适合本路网情况的识别技术，解决路径识别问题。