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高速公路货运车辆计重复式收费的研究 　　摘要:在分析我国高速公路停车收费特征的基础上,以排队论理论分析了高速公路货运车辆计重复式收费的可行性和科学性。通过对青县收费站计重复式收费的实证研究,表明该收费模式不仅可以有效节约土地使用面积,降低收费设施的投资成本,更重要的是可以缓解收费站对高速公路通行的瓶颈性制约,提高高速公路的通行能力。 　　关键词:排队论;高速公路;货运车辆;计重复式收费 　　中图分类号:U412.366;C931;F570.7 文献标识码:A 　　DOI:10.3963/j.issn.1671-6477.2010.01.014 　　 　　随着我国高速公路里程的快速增加和路网的日臻完善,高速公路作为道路运输“主动脉”的功能日益凸显,但由于汽车拥有量的不断增加,在高速公路收费站前常常形成少则几百米多则几千米等待收费通行的“长龙”。自2004年全国大范围内开展“高速公路治超限超”管理措施以来,很多高速公路都开始对货运车辆采取了计重收费,由于货运车辆经过地磅需要耽误更多的时间,使得高速公路收费站的通行效率进一步降低,等待收费的长龙更长。目前,我国不停车收费尚处于探索阶段,解决收费站对通行车辆的“瓶颈”制约,尤其是解决计重收费通行效率低下问题,在现有收费系统基础上研究和开发一套具有可拓展的收费技术和方法,从而最大限度地发挥高速公路作为道路运输“主动脉”的作用,就成为一个亟待解决的问题。本文以排队论为理论支撑,通过对京沪高速公路青县主收费站实施货运车辆计重复式收费的实证分析,探索如何更好地缓解收费站的“瓶颈”制约,从而提高高速公路通行能力。 　　 　　一、高速公路停车收费的特征 　　 　　高速公路收费可以分为不停车收费和停车收费两种形式。 　　不停车收费不仅能够最大限度地缓解收费站的“瓶颈性”制约,避免停车收费所导致的交通堵塞和车辆延误,同时还可以降低管理成本以及车辆燃油消耗,减少汽车尾气排放量,促进环境的改善。 　　因此,不停车收费是高速公路收费的发展方向。受到诸多主客观因素的制约,目前不停车收费在我国还处于探索阶段,即便是在不久的将来,不停车收费也不可能在我国普及,因此停车收费仍将是我国高速公路的主要收费形式。 　　高速公路停车收费通车可以分为三个阶段,即车辆进入收费区域阶段,排队等待收费阶段,以及缴费后驶离收费系统阶段。 　　由于受到诸多因素的影响,驶入收费系统的车辆流具有一定的随机性,在有多个收费窗口的收费系统中,等待收费的车辆通常会选择驶入等待收费车辆最少的收费窗口,对于实施计重收费的收费站而言,货运车辆首先要通过地磅,然后再驶向收费窗口;高速公路收费窗口则采用的是先到先服务的收费模式,只有当车辆交费完毕后才能驶离收费系统。因此高速公路停车收费系统是一个典型的排队系统,可以用排队论的相关理论来研究高速公路收费系统的运行特征及收费通行的效率。 　　 　　二、计重复式收费的排队论依据 　　 　　排队论是研究系统由于随机因素的干扰而出现排队或拥塞现象的数学分支学科。排队系统通常由输入过程、排队过程和服务过程等三部分组成。输入过程指顾客源按怎样的规律到来,大量的实践和调研表明,驶入高速公路收费系统的车辆服从泊松分布;排队过程包含队列形式和排队规则,其中队列形式是指队列的数目和队列的空间形式,排队规则指到达的顾客按怎样的次序接受服务,主要有损失制、等待制和混合制,高速公路收费站前的车辆通常遵守等待制;服务过程包含服务规则和服务机构,其中服务方式是指同一时刻有多少服务台可接纳顾客(本文主要研究如何提高收费站的通行效率,因此不考虑单窗口情况)以及对每一位顾客被服务的时间,实践表明车辆的收费服务时间服从负指数分布。因此停车收费排队系统可以表示为:M/M/c排队系统,其中:M为泊松输入或负指数分布;c为收费窗口的个数,由于本论文主要研究如何提高收费站的通行能力,故而只研究c1的情形。 　　设车辆平均到达率为λ,收费站服务台的平均服务率为μ,服务强度为ρ,则ρ=λ/cμ 。当ρ1时,系统中的队列不会排成无限的队列,此时系统稳定;当ρ≥1时,系统处于瘫痪状态,排队长度会越变越长,从而出现等待通行的“长龙”。M/M/c排队系统中,到达系统中的车辆可视哪个服务台前的排队车辆最少,就往该队列后排队等待,并且接受服务前还可以换到排队数量较少的服务台前。排队论主要研究以下表征收费系统运行属性的参数。 　　系统中没有车辆的概率为: 　　 　　研究高速公路计重复式收费,就是运用排队论的相关理论来确定相关参数的值,通过对收费窗口数量和排列形式的规划来提高收费站的通行能力。高速公路计重复式收费系统与传统的收费系统相比最大的不同就在于,收费窗口的空间排列及相关参数选取的不同,以及进入排队系统中的车辆不能再选择