论文总字数：37490字

摘 要

国内高速公路发展迅速，高速公路里程不断在增加，因此我们需要了解路网内不同路段的实时交通状况，提高对路网运行情况的监控能力，以满足交通运营管理对交通信息的采集要求。智能交通系统（ITS）是目前交通发展的重要方向，而电子不停车收费系统（ETC）作为智能交通系统的重要组成部分，在中国快速发展。利用ETC作为交通信息采集工具来采集大量精确的原始交通数据具有现实、重要的意义，为交通管理与规划提供依据，为决策者提供原始数据资料，使用ETC 不停车电子收费系统为全网捕捉交通数据以用来交通管理以及交通规划，减少了相关的专用传感器点的数量，提供一个重要的节约潜力。

鉴于传统交通信息采集方法的缺点以及利用ETC这一技术资源来采集交通信息的优点，本论文在查阅及研究大量的国内外相关文献基础上，从最基本的ETC系统架构、功能分析、系统组成分析出发，通过研究ETC的原理及工作方式来得到基于ETC进行交通信息采集的方法原理，并对基于ETC技术的高速公路交通信息采集系统进行了研究与现场测试。论文通过数据处理及融合方法得到各类交通流参数（交通流量、路段平均行程时间、空间车速、交通密度、路段饱和度、路段平均行程延误等），并利用所得参数指标对高速公路运行状况进行评价。最后通过江苏高速公路试验路段进行实地试验，利用ETC采集数据并验证基于ETC的高速公路交通信息采集研究的可行性及误差，并提出利用ETC进行高速多路径标识研究的展望和分析了本文研究内容广泛应用时所需具备条件及缺点。

关键词：ETC；高速公路；交通信息采集；交通流参数；数据融合

The Study on Traffic Information Collection of Freeway Based on ETC

Abstract

The rapid development of the domestic highway, highway mileage constantly increasing, so we need to understand the real-time traffic conditions in the different sections of the road network, improve the ability to monitor the operation of the road network to meet traffic operation and management of transportation information collection requirements. Intelligent Transportation Systems (ITS) is an important direction of development of the current traffic, while the electronic toll collection system (ETC), as an important part of intelligent transportation systems, the rapid development in China. ETC use as traffic information collection tool to collect a large number of accurate raw traffic data has realistic significance, provide the basis for traffic management and planning, provide raw data for decision makers, do not stop using the ETC electronic toll collection system for the entire network to capture traffic data for traffic management and transport planning, reducing the number of relevant points of special sensors, provide a significant savings potential.

Given the shortcomings of the traditional traffic information collection methods and the use of ETC advantage of this technology resources to collect traffic information, this paper studies a lot of access and on the basis of relevant literature, from the most basic ETC system architecture, functional analysis, system components Analysis of departure, through research ETC principle and the principle of work to get the method based ETC for traffic information collection, and technology-based ETC highway traffic information collection system of communication (5.8GHz DSRC) conducted a study and field testing. Papers obtained by data processing and fusion of various types of traffic flow parameters (traffic, road average travel time and space vehicle speed, traffic density, road saturation, average travel delays and other sections，etc) to be run to evaluate the status of the highway. Finally, by the Jiangsu section of the highway test field test, use and verify the feasibility of collecting data ETC and error highway traffic information collection is based on research ETC, ETC look ahead and make use of high-speed multi-path identifier research and analysis of the contents of this paper possess the required conditions and disadvantage widely used.

Key words：ETC;Freeway;Traffic Information Collection;Traffic Flow Parameters;Data Fusion

目 录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 论文研究的主要内容及框架 5

第二章 ETC基本架构及交通信息采集常用方法 7

2.1 ETC的定义 7

2.2 ETC的架构分析 7

2.2.1 ETC车道的基本结构 7

2.2.2 ETC系统的主要组成 7

2.3 ETC的功能分析 9

2.3.1 ETC主要子系统功能分析 9

2.3.2 ETC系统的工作流程 10

2.4 交通信息采集常用方法 10

2.4.1 静态交通信息采集 10

2.4.2 动态交通信息采集 10

第三章 基于ETC的数据采集架构分析 12

3.1 基于ETC数据采集系统架构 12

3.2 基于ETC数据采集系统联网管理中心系统功能 13

3.2.1 标识站运行状态监控子系统 13

3.2.2 实时交通信息采集子系统 13

3.2.3 路径设别数据的分析和挖掘研究 14

第四章 基于ETC的高速公路交通信息采集工作原理 15

4.1 交通流量 16

4.2 行程时间 16

4.3 空间车速 18

4.4 交通密度 18

4.5 路段饱和度 19

4.6 路段平均行程延误 19

4.7 交通事件 20

4.8 高速公路服务水平的评价 20

第五章 基于ETC交通信息采集系统测试 22

5.1 天线区域测试 23

5.2 兼容性测试 23

5.3 车辆行驶速度及成功率研究 24

5.4 实际过车准确率测试 25

5.5 实际过车完整性测试 26

5.6 测试说明及成果 26

第六章 宁杭高速南京主线实例验证 28

第七章 总结及展望 36

7.1 本文总结 36

7.2 未来工作展望 36

致谢 38

参考文献 39

绪 论

• 1. 研究背景及意义

国内高速公路发展迅速，高速公路里程不断在增加，因此我们需要了解路网内不同路段的实时交通状况，提高对路网运行情况的监控能力，以满足交通运营管理对交通信息的采集要求。智能交通系统（ITS）是目前交通发展的重要方向，而电子不停车收费系统（ETC）作为智能交通系统的重要组成部分，在中国快速发展。2014年12月，全国已有5.2万公里高速公路建设ETC车道，建成了6659条ETC专用车道，电子不停车收费系统的用户已达到909万，ETC车道覆盖率已接近全国高速公路总里程的一半。2014年12月21日，全国14个省市高速公路不停车电子收费系统(ETC)全国联网系统完成前期测试工作，已开始试运行，ETC系统用户已突破1400万的数量；2015年底交通运输部提出将实现全国29个省份ETC联网，用户数量将达到2000万。主线收费站ETC覆盖率达到100%，建成高覆盖率的完善的ETC基础设施网络。未来将客户体验服务联系起来，将结合微信、微博、百度地图等手机客户端应用，打造“互联网 交通”，为广大ETC用户提供更便捷、方便的服务^[1，2]。

随着ETC电子不停车收费系统的建设逐步扩大及完善，其用户数量的持续增长，ETC电子不停车收费系统将成为我国高速公路智能交通发展的主流。而这一发展条件为ETC技术的应用提供了多方面潜在的可能。就目前的ETC电子不停车收费系统应用情况来看，主要用于电子收费和缓解收费站拥堵问题上，但从ETC本身具有的功能及特点来看，完全有潜力充分利用其数据处理和信息提供等方面。西方发达国家已经普遍开展了智能交通系统数据共享和融合功能的研究，而国内的ETC系统利用率低且功能单一，仅用于高速公路收费。采用更先进的多车道自由流技术在高速公路主线上设置ETC标识站，利用DSRC（微波专用短程通信）技术来采集交通流状态信息及车辆信息（如交通流量、平均行程时间、空间车速、交通密度、路段平均行程延误、车牌号、车型等）^[41]。

与专用的信息采集系统相比，利用ETC电子不停车收费系统来进行交通信息采集，具有范围广，可以节省人力资源，实现信息共享等优点。高速公路收费系统具有封闭的特点，它能实时地将行驶于路段所有车辆的车型、载运信息、收费信息等传递到结算中心，从而可以得到实时的、准确的交通流量、平均行程时间、空间车速、交通密度、路段饱和度、事件以及服务水平等传统方法不易获取的对改善交通参与者服务的重要交通信息。遗憾的是，基于ETC的交通信息采集技术仍没有得到业内研究人员的充分重视以及深入研究，而是停留在收费及解决收费站拥堵的层面上。

传统交通量的采集大都是通过安装于路侧或路面的专用交通量调查设备或通过浮动车法来获取的。前一种方法虽然可以采集到实时的道路各类交通流参数，但存在着运行成本高且检测精度不高的缺点。而后一种方法工作量较小，可以同时得到流量和车速两个参数，但获

取的数据具有精度低和采集效率低、运行成本高的缺点。ETC 收费的同时即能对交通量进行统计，通过车辆即计数，所以采集数量更准确。直接利用ETC的收费数据作为交通流量统计数据相比于传统交通流量采集方法成本低，并且ETC 系统能在无人工干预的情况下自动连续采集到海量原始数据^[3]。

因此，利用ETC作为交通信息采集工具来采集大量精确的原始交通数据具有现实、重要的意义，为交通管理与规划提供依据，为决策者提供原始数据资料，使用ETC 不停车电子收费系统为全网捕捉交通数据以用来交通管理以及交通规划，减少了相关的专用传感器点的数量，提供一个重要的节约潜力。

• 1. 国内外研究现状

交通信息采集的研究一直是交通工程领域研究的重要环节，相关研究成果远不能满足高速公路交通管理及规划对相关理论的需求。在交通信息采集方面，要做到降低成本、提高采集效率并提高采集精度，这是一个具有现实意义而又有难度的研究方向^[4]。而利用已建设完善的ETC不停车电子收费站闭合联网系统可以收集到大量精确而实时的交通流相关数据。如下将与本论文研究相关内容的一些已有成果总结如下：

1. 交通信息分类及交通信息需求方面的研究

交通信息一般来说可分为静态交通信息和动态交通信息两大类^[5]。静态交通信息是指一定时间段内相对稳定不变的信息，主要包括基础地理信息、道路网基础信息、机动车保有量、道路交通量等交通流信息以及交通参与者出行规律的相关信息。其特点是变化概率小，相对稳定，若发生变化则无规律。而动态交通信息是指实时道路交通流信息、交通控制状态信息以及实时交通环境信息等在时间和空间上相对变化着的信息，主要包括交通流状态各类参数信息、交通紧急事件信息、车辆及驾驶员信息、交通动态控制管理信息、实时环境状况信息等^[34]。

交通信息可以给管理部门提供准确、详细的公路信息来对所管养公路进行管理，同时，这些信息可以同步在地图或路侧电子屏上进行显示，从而为驾驶员和高速公路决策者提供更加方便、实时的信息，提高了决策水平及工作效率。

1. ETC电子不停车收费系统的研究

电子不停车收费系统是通过路侧天线RSU与车载电子标签OBU之间的专用通讯技术进行通信，不需要收费人员参与即能完成收费过程。该类收费系统最显著的两个特点是：不停车和自动收费。使用不停车收费系统的意义是：（1）减少环境污染，节省能源消耗；（2）减少收费人员数量，降低雇佣及管理收费人员的成本；（3）实现计算机自动管理，提高收费部门的收费效率及水平；（4）不需要停车等候，可较少出行人的出行时间；（5）避免因收费延误而造成收费口排队拥挤或堵塞等。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：37490字

相关图片展示：