第18卷第4期2020年12月
南京工程学院学报（自然科学版）
Journal of Nanjing Institute of Technology!Natural Science Edition）
Vol.18,No.4
Dec.,2020
doi：10.13960/j.issn.1672-2558.2020.04.013投稿网址：xb.njii.edu 收费公路改革背景下收费站服务指数分析
乐卫洪，施文
（苏交科集团股份有限公司智能交通设计研究所，江苏南京210017）
摘要：在交通运输部深化收费公路制度改革新政策背景下，为了合理地规划收费站车道数与车道配置，借助VISSIM仿真系统，构建高速公路收费站仿真模型，分析交通量、车型比及车辆OBU覆盖率等因素对高速公路收费
站车辆通行的影响，并通过TOPSIS综合评价方法，对收费站的服务指数进行评价，在设计阶段为收费站建设提供
依据.
关键词：高速公路#收费站#VISSIM仿真#TOPSIS评价#服务指数
中图分类号:U491
2018年12月，中央经济工作会议要求提高综合交通运输网络效率，降低高速公路、机场、港口、铁路等收费，降低物流成本.2019年3月，《政府工作报告》中提出“深化收费公路制度改革，推动降低过路过桥费，治理对客货运车辆不合理审批和乱收费、乱-2021年前基本取消全国高速公路省界收费站，实现不停车快捷收费，减少拥堵、便利众•按照交通运输部《取消高速公路省界收费站总体技术方案》《取消高速公路省界收费站工程建设方案》《江苏省取消高速公路省界收费站总体技术方案》的要求，江苏省对全省高速公路入/出口共计3276条人工半自动收费车道（manual toll collection，MTC）进行升级改造，使所有车道都具备电子不停车收费系统（electronic tolO collection，ETC）-
ETC系统车载单元（on board unit,OBU）覆盖率短时间内难以达到较高的水平，若将所有车道全部规划为etc车道，在近景年（项目建成年）OBU 覆盖率较低的情况下，将加重收费站拥堵；规划大量E/
MTC混合车道，则在远景年（项目建成10年后）OBU覆盖率较高的情况下，通行效率与ETC车道相比较低，且因重复建设浪费投资.
E/MTC车道收费模式未考虑MTC车辆误入ETC车道等情况，不能完全适应深化收费公路制度改革后的高速公路收费站新情况，原有的基于折算为标准小汽车的《高速公路交通工程及沿线设施设计通用规范计算方法》也不能完全适用于新政策，因此本文通过仿真研究的方法，对不同交通量、不的OBU率、不的车情况下的收费站的平均通行时间、平均排队长度、平均排队延误等方面进行分析，从而确定最佳的ETC和E/MTC车道的配置方案.为高速公路收费站的设计提供直观的，合理的依据•
1收费站交通流分析
根据交通流理论，车辆到达的时间间隔受某一特定区间的车头时距影响.通过设置在收费站内外广场的车辆检测器对进入收费站与驶离收费站的车辆进行观察，发现其交通流的主要特性为：1）在一定时间间隔，收费站到达的车辆数量的分布是离散的;2）设置的时间间隔越长，车辆的到达频率越高;3）间间内的车到率不一
收稿日期：2020-11-04；修回日期：2020-11-16
作者简介：乐卫洪，学士，高级工程师，研究方向为机电系统设计-
E-mail:**************
引文格式：乐卫洪，施文•收费公路改革背景下收费站服务指数分析'J] •南京工程学院学报（自然科学版）,2020,18（4）&71-76.qq系统消息
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南京工程学院学报(自然科学版)2020年12月
个时间间隔内车辆到达频率的影响•⑴
1-1车辆到达
车辆到达的统计分布分为离散概率分布 (discrete distribution )和连续概率分布(continuous distribution )，离散概率分布包括Poisson 分布和 Binomial 分布等，连续分布包括Normal 分布、 Negative Exponential 分布#Erlang 分布等.'2(
检测通过收费外广场地方道路连接线与收费
内广场匝道连接线这两处断面车辆的车头时距并 统计其数据报表，对苏嘉杭高速沙家浜收费站与董
浜收费站2020年7月4日9：00至21 ：00的样本
数据进行卡方检验，以检验其拟合优度•发现其在 显著水平0.05之上卡方检验通过，车头时距满足
负指数分布，根据交通流理论，当车辆的车头时距
服从Negative Exponential 分布时，车辆到达服从
Poisson 分布，在VISSIM 仿真中车辆到达强度模型
即设置为Poisson 分布.[3
]
到达收费站的车辆分为驶离高速的车辆与驶
入高速的车辆(封闭式收费)，车辆通过收费外广 场地方道路连接线与收费内广场匝道连接线驶入
收费车道，发生减速行为，同时观察各车道的排队
长度，选择并驶入ETC 或E/MTC 收费车道.本文 通过对常熟高新区收费站上行与下行方向的沙家
浜与常熟东收费站(与常熟高新区收费站平纵指 标接近，线形类似)到达车辆的观测，车辆到达行
为如表1至表8所示.
1VJ 、型汽车到达收费站选择车道的过程见表 1至表3. ETC 小型汽车选择E/MTC 车道一般为前
车误入/路侧单元(road side unit , RSU )天线未识
别/交易不成功或ETC 车道设备故障等情况.⑷
表1 ETC 小型汽车到达ETC 车道的过程
序号
档案学专业行驶区间/m
车速T
变道行为
1距离收费岛(65,105)4(38. 3,3.7)的正态分布自由变道，可连续跨越2条车道2距离收费岛(20,65)4(29.2,2.2)的正态分布自由变道，可连续跨越2条车道
3
距离收费岛(0,20)
4(21,1.5)的正态分布
自 由变 , 跨越 2 车
表2
MTC 小型汽车到达E/MTC 车道的过程
序号
行驶区间/m
车速T
变行
1距离收费岛(65,105)4(36.6,3.9)的正态分布自 由变 , 跨越 2 车2距离收费岛(20,65)4(25.5,3)的正态分布自 由变 , 跨越 2 车3
距离收费岛(0,20)
儿童急走追黄蝶的下一句4(8,4.4)的正态分布
自 由变 ,
跨越 2 车
表3
ETC 小型汽车到达E/MTC 车道的过程
序号
行驶区间/m
车速V
变行
1距离收费岛(65,105)
4(38. 3,3.7)的正态分布自 由变 , 跨越 2 车2##
收 ( 20,65)4(20.4,5.1)的正态分布自 由变 , 跨越 2 车3
距离收费岛(0,20)
4(8.3,1.9)的正态分布
自 由变 ,
跨越 2 车
2)货车到达收费站后，根据《高速公路称重检 测业务规范和技术要求》，需进行称重超限检测,
驶离高速时，对部分货车进行称重复检，绿优车辆
则必须进行符合性检查•货车到达秤台和选择车道
的过程见表4至表6.
3)大型客车到达收费站选择车道的过程见表 7和表8.
表4货车到达秤台的过程
序号
行驶区间/m 车速 V 变行
1## 秤台( 30, 50)4(13.1,1.6)的正 分从左向右自由变道，跨越车道变道
2##
秤台( 10, 30)
4(7.8,1.3)的正 分从左向右自由变道，不跨越车道变道
3
距离秤台(0,10)
4(2.2,1.2)的正 分
右自 由变 , 不跨越车 变
第18卷第4期乐卫洪，等：收费公路改革背景下收费站服务指数分析
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表5
MTC 货车到达E/MTC 车道的过程
序号
行驶区间/m
车速T
变道行为
1距离收费岛(75,105)4(34.5,2.8)的正态分布从右向左自由变道，跨越车道变道2距离收费岛(40,75)4(23.3,2.5)的正态分布从右向左自由变道，跨越车道变道3距离收费岛(20,40)4(14.1,2.3)的正态分布右 自 由变 , 不跨车 变4
距离收费岛(0,20)
4(5. 2,1.9)的正态分布
右 自 由变 , 不跨车 变
表6
ETC 货车到达E/MTC 车道的过程
序号
行驶区间/m
车速T
变行
1距离收费岛(75,105)4(34.5,3)的正态分布右 自 由变 , 跨越车 变
2距离收费岛(40,75)4(25.4,2.8)的正态分布右 自 由变 , 跨越车 变3距离收费岛(20,40)4(16.9,2.3)的正态分布右 自 由变 , 不跨车 变4
距离收费岛(0,20)
4(8. 8,1.6)的正态分布
右 自 由变 , 不跨车 变
表7
ETC 大型客车到达ETC 车道的过程
序号
行驶区间/m
车速T
变行1距离收费岛(65,105)4(35,4)的正态分布不跨越车 变2距离收费岛(20,65)4(28.5,2.2)的正态分布不跨越车 变3
距离收费岛(0,20)
4(18,1.6)的正态分布
不跨越车 变
表8
ETC 大型客车到达E/MTC 车道的过程
序号
行驶区间/m
车速T
变行
1距离收费岛(65,105)
4(33.3,4.5)的正态分布不跨越车 变2##
收 ( 20,65)4(16,5.1)的正态分布不跨越车 变3
距离收费岛(0,20)
4(5,1.5)的正态分布
不跨越车 变
1.2车辆通过
ETC 车辆通过ETC 车道，车速服从4(21,1.5)
的正态分布，通过RSU 天线交易区域，栏杆机抬杆
后加速驶离，小型汽车期望加速度服从4(2.4, 0.9)的正态分布，货车与大型客车期望加速度服
从4(1. 8,1.2)的正态分布，车辆在驶离收费岛 (75,120) m 后速度服从4(37. 9,3. 1)的正态 分.
MTC 车辆通过E/MTC 车道，在收费亭前车
速T 减至0，领取CPC 通行卡或进行缴费，根据对
苏嘉杭高速各收费站人工缴费时间的观察，领卡时
间服从4(9, 1. 1)的正态分布，缴费时间服从
4(28.6,5.5)的正态分布.领卡或缴费完成后，车国庆阅兵几年举行一次
辆加速驶离，小型汽车期望加速度服从
4(2. 8,1.1)的正态分布，货车与大型客车期望加
速度服从4(1.9,1.2)的正态分布，车辆在驶离收
费岛！75,120) m 后速度服从4(35.5,3)的正态 分.
2收费站服务指数
收费站的服务指数体现了各收费车道的交通
量、密度与车速状况，也可反映收费站服务驾乘人
员的质量•影响收费站服务指数的因素有：交通量 与基本通行能力的比值、排队等待缴费的车辆数
量、排队等待缴费的时间、每个收费车道的饱和度 等，影响因素较为多样，因此未产生一个标准的方
法用于计算收费站服务指数.⑸司乘人员对收费
站服务指数的不满主要来自于：1)平均通行时间
过长;2)停车缴费时间过长;3 )排队等待时间过
长;4)收费结算金额有误等因素.本文选用收费站
收费服务时间、排队长度、延误作为衡量服务指数 的评价指标，采用TOPSIS 综合评价法评价收费站 服务指数[7-8
]
2.1收费服务时间
收费服务时间的长短与收费模式、收费设备以 及收费人员的业务能力有关•收费服务时间的长短
可在一定程度上反映收费站服务质量与收费站工
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作人员工作强度•对于正在处于车道功能规划阶段 的项目，不同的车道功能规划对其总体收费服务时
间影响较大.
2.2排队长度
排队长度是指在收费车道排队等待缴费通行的
车辆数量之和，队列中的车辆数量对于驾驶员与乘
客而言是直观的，并且直接影响服务质量的感知，排
队的车辆较多，驾驶员与乘客预期等待时间较长，同
时变道的几率增大；排队车辆较少时，驾驶员与乘客
预期等待时间较短，发生变道行为的几率也较小.
2.3延误时间
车辆在收费站延误时间反映了排队缴费导致
的车辆通行的延误，其时间的长短体现了收费站的
通行状况，从这个角度来看，延误时间可评估收费
站的服务质量•这里引入延误指数的概念，延误指 数是指车均等待时间与平均服务时间之比.该指标
直接反映了收费等待时间，间接反映了收费站车辆
的排队程度，易于观测，且该指标与饱和度存在较
聚合物锂电池和锂电池区别强的相关性.
2.4 TOPSIS 综合评价方法
TOPSIS 法（technique for order preference by similarity te an ideal solution ）分析收费站评价指标
与各指标理想化目标的接近程度，并对接近程度进 行排序，是一种对已有的各项指标值进行相对优劣
的评价•只要求各效用函数具有单调递增（或递减）
性就行.是多指标决策分析中的有效方法.基本原理 是通过检测评估目标与最优解和最劣解之间的距离 进行分类•最好的情况是评估目标最接近最佳解决
方案，最远离最差解决方案，否则不是最佳选择•最
优解的每个指标值达到每个评估指标的最优值•最
劣解的每个指标值达到每个评估指标的最差值.
3收费站车辆通行仿真
3.1仿真参数
常熟东互通位于古里镇东部，是常熟市区东南
部，尤其是高新区片区向东、向北出行的主要通道,
可经由G15W 常台高速公路董浜枢纽向东通达太
仓市、上海市，或向北经苏通长江大桥通达南通市
及苏北各主要沿海城市.
常熟高新区互通路基宽度10.5 m ，其中行车 道4.5 m ，左侧硬路肩（含左侧路缘带0. 5 m ）1.5 m ，右侧硬路肩（含右侧路缘带0.5 m ） 3.0 m ,
土路肩2x0.75 m.收费车道方面，超宽车道宽度
为4.5 m ，普通车道宽度为3.5 m ,ETC 车道长度为
60 m ,E/MTC 车道长度为42 m.共9条收费站车
道，其中1条入口 ETC 车道,2条入口 E/MTC 车 道,3条出口 ETC 车道,3条出口 E/MTC 车道.
图1 收费站仿真模型
根据《常熟高新区收费站工程可行性研究报
告》，交通量预测结果与车型构成如表9与表10
所示.
表9常熟高新区收费站交通量预测结果（pcu - d-1）
年份出 ]年均增长/%
2021 年5 602-2025 年8 4798.62031 年11 161 5.72035 年
13 664 4. 1
表10常熟高新区收费站特征年车型构成
％
年客客小货中货大货汽车车合计
2021
65.0 2.67.88.5 6.69.5100.0202566.0 2.48.27.5 6.010.0100.0203167.0 2.18.6 6.4 5.410.5100.02035
68.0
1.9
9.1
5.1
4.9
11.0
100.0
3.2仿真方案 年（2021年）平时交通状况（年平均日交通量）、收
利用VISSIM 仿真软件，分别选取收费站建成
成年
高峰交通状况（
高峰小时交通
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量）、收费站建成10年后（2031年）的平时交通状
况、节假日高峰交通状况，作为分析常熟高新区收
费站服务指数的4个时间段，并考虑实际运营人员
排班，平时交通状况设置为关闭1条E/MTC车道,
高峰交通状况设置为开启所有车道•
这4个时间段分别代表了完全不同的交通量
与OBU覆盖率组合情况，到达收费站的交通量与
各类型车辆的OBU覆盖率对于收费站服务指数影
响较大.因此这种分析方法对于分析收费站的服务
指数具有较强的代表性，见表11-
表11各特征时间的的交通量与OBU覆盖率
序号特征时间交通量OBU覆盖率
1近景年平时较少较低
2近景年节假日较多较低
3#景年较多较高
4#景年非常多较高
3.3仿真数据获取
对VISSIM仿真软件模型进行参数标定后，在
收费站与地方道路的平交口、收费站内广场匝道口
设置排队计数器，车辆出行时间检测器，延误采集
器，采集4个特征时间的服务时间、排队长度、延误
时间，输出的仿真结果如表12所示？
表12各特征时间的交通数据
序号间平均服务
时间/s
平均排队
长度/辆
平均延误
时间/s
1#近景年
16.1 3.343.8
2#近景年13.5 4.876.1
3#景年4-4 1.512.5
4#景年 4.1 1.718.6
4仿真结果分析
使用TOPSIS法对表12的参数进行评价，所有参数变化方向一致，将低优参数转化为高优参数，转换方法采用倒数法，即令原始数据中低优参数心1,2,…，“；21,2，…，.），通过=1变换而转换成高优参数（如表13所示）.[9-14]建立趋同化的原始数据表，计算式为：
式中：X为第（个评价对象在第丿个指标上的取值;X为经过倒数转换后的第（个评价对象在第丿个指标上的取值，由此得出经归一化处理的结果如表14所示.
表13参数转换值
序号间
均服务
时间/s
均排
长度/辆
均延误
时间/s 1近景年平时0.0621120.303030.022831 2近景年节假日0.0740740.2083330.013141 3远景年平时0.2272730.6666670.080000 4远景年节假日0.2439020.5882350.053763表14参数归一化处理结果
序号间
均服务
时间/s
均排
长度/辆
均延误
时间/s 1近景年平时0.1789390.3149580.228488 2近景年节假日0.2134020.2165330.131508 3远景年平时0.6547550.6929070.800623 4远景年节假日0.7026640.6113880.538053分别计算各评价对象所有指标值与最优方案及最劣方案的距离:
/m/m
H槡-唧2，巧=J
#槡-«（）2
式中，和D；分别表示第（个评价对象与最优方案和最劣方案距离-
D~
服务指数=»]-为评价对象与最优方案
u i+u i
接近值，各特征时间的服务指数见表15-
表15各特征时间的服务指数
间D；服务指数
对应服
务水平近景年0.8628270.1381750.138037二级近景年0.9560460.0344620.034793三级景年0.0479090.9492350.951954一级景年0.5667350.7716710.57656一级
5结论
通过仿真，常熟高新区收费站4个特征时间的服务指数均高于三级，在远景年OBU覆盖率提高的情况下服务水平可达到一级•说明收费站车道数和车道配置设计合理，能同时适应近期与远的交通况-结果收的
提据
-
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