基于交通大數(shù)據(jù)的高速公路逃費(fèi)車輛特征分析

楊朋濤，牛軍燕

(河南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450015)

0 引言

目前，我國正處在一個飛速發(fā)展的黃金時(shí)期，高速公路日益擴(kuò)張，私家車擁有量也在連年攀升，與此同時(shí)，也為高速公路管理帶來了很多問題。由于高速公路通行產(chǎn)生較多的通行費(fèi)，一些過往車輛便滋生逃費(fèi)念頭，致使高速公路管理部門流失大量的通行費(fèi)[1]。為了優(yōu)化高速公路運(yùn)行秩序，提升高速公路管理水平，有效稽查高速公路逃費(fèi)車輛，亟需了解高速公路逃費(fèi)車輛行駛特征，掌握逃費(fèi)車輛時(shí)空變化規(guī)律。

國內(nèi)很多學(xué)者進(jìn)行了大量研究，靳誠[2]基于高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)數(shù)據(jù)，分析了高速公路交通流變化特征。趙彥[3]通過對稽查方法的研究總結(jié)出計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)可有效輔助逃費(fèi)行為的治理。黃志軍[4]基于高速公路大數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)了聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)稽查系統(tǒng)。李松江等人[5]通過對逃費(fèi)車輛特征的分析，建立了逃費(fèi)預(yù)測模型，并對逃費(fèi)行為進(jìn)行預(yù)測。

本文通過對高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)數(shù)據(jù)的處理，提取有效數(shù)據(jù)，分析高速公路逃費(fèi)車輛特征，掌握了逃費(fèi)車輛的總體特征、時(shí)空變化特征以及通行費(fèi)特征。

1 數(shù)據(jù)篩選與清洗

1.1 數(shù)據(jù)篩選

以陜西省榆林市高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)1個月不間斷通行卡流水?dāng)?shù)據(jù)為研究數(shù)據(jù)，其通行卡字段(見表1)記錄了過往車輛通行信息。

表1 通行卡字段

表1(續(xù))

通行卡共記錄車輛通行信息31個字段，剔除無用屬性，篩選車輛出、入口通行時(shí)間、車牌、車型等有效屬性20個，如表2所示。

1.2 數(shù)據(jù)清洗

原始數(shù)據(jù)量巨大，存在缺失、錯誤等情況，為了精確分析逃費(fèi)車輛出行特征，對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗。

1.2.1 缺失值處理

缺失值分為每個字段單一屬性缺失、每個字段多個屬性缺失以及機(jī)器故障引起，針對不同缺失類型，本文采取不同處理方法，如表3所示。

1.2.2 錯誤值處理

錯誤值多是由于系統(tǒng)識別導(dǎo)致，且主要表現(xiàn)為車牌識別錯誤，如“(藍(lán))陜X00000”，因此本文僅介紹車牌識別錯誤的處理方法，圖1為處理流程圖，錯誤率的計(jì)算方法為第i天錯誤值條數(shù)除以第i天數(shù)據(jù)總條數(shù)。

圖1 車牌號錯誤值處理方法流程圖

2 高速公路逃費(fèi)車輛特征分析

2.1 總體特征

對金雞灘收費(fèi)站、大保當(dāng)收費(fèi)站、錦界收費(fèi)站、西溝收費(fèi)站、神木收費(fèi)站、店塔收費(fèi)站6個收費(fèi)站的逃費(fèi)情況進(jìn)行分析，經(jīng)過數(shù)據(jù)的篩選與清洗，總計(jì)得到樣本數(shù)量45 621個。

通過對數(shù)據(jù)的分析，對逃費(fèi)類型的主要特征進(jìn)行研究，從結(jié)果發(fā)現(xiàn)車牌不符為主要逃費(fèi)類型，占到逃費(fèi)車輛總體的50%以上，其次為車輛超時(shí)，根據(jù)高速公路車輛真實(shí)行駛情況可知，駕駛員由于中途服務(wù)區(qū)休息以及車輛損壞都會導(dǎo)致車輛超時(shí)，從車輛超時(shí)逃費(fèi)類型在整體逃費(fèi)類型的占比中可以看出，駕駛員企圖偷逃通行費(fèi)的現(xiàn)象普遍較多。

2.2 空間特征

2.2.1 行駛軌跡

以金雞灘收費(fèi)站、大保當(dāng)收費(fèi)站、錦界收費(fèi)站、西溝收費(fèi)站、神木收費(fèi)站、店塔收費(fèi)站6個收費(fèi)站的車輛通行信息以及陜西省384個收費(fèi)站的經(jīng)緯度信息為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，對逃費(fèi)車輛數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到逃費(fèi)車輛空間行駛軌跡如圖2所示。

圖2 逃費(fèi)車輛行駛軌跡

圖中圓點(diǎn)代表收費(fèi)站點(diǎn)，顏色由淺至深表示逃費(fèi)次數(shù)逐漸增多。本文對逃費(fèi)車輛的空間軌跡分析未還原車輛的真實(shí)行駛軌跡，而是以收費(fèi)站點(diǎn)為基礎(chǔ)來展現(xiàn)車輛的行駛狀態(tài)特征。通過對逃費(fèi)車輛空間行駛軌跡的分析，直觀展示了逃費(fèi)車輛的空間分布以及行駛狀態(tài)。

2.2.2 出行異常頻率

以某個單獨(dú)樣本作為直接分析對象，對其在特定時(shí)間每天或者每周的出行次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，有利于捕捉逃費(fèi)車輛的空間行駛特征[6]。逃費(fèi)車輛大量存在的根本原因就是出行次數(shù)多，為了降低出行通行費(fèi)便滋生逃費(fèi)念頭，促使車輛進(jìn)行逃費(fèi)。本文將出行強(qiáng)度作為逃費(fèi)空間特征的基本信息進(jìn)行分析，并將逃費(fèi)車輛的日均逃費(fèi)次數(shù)定義為出行強(qiáng)度。

為了直觀分析逃費(fèi)車輛的出行強(qiáng)度信息，本文選取車牌不符的逃費(fèi)車輛進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，剔除車牌號碼逃費(fèi)次數(shù)較高的異常數(shù)據(jù)，得到每月逃費(fèi)在4次以上的車牌號。發(fā)現(xiàn)每月逃費(fèi)次數(shù)普遍分布在4～7次，較高者每月逃費(fèi)次數(shù)達(dá)19次以上，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，車牌不符逃費(fèi)類型亦呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，即逃費(fèi)次數(shù)達(dá)到4次以后逃費(fèi)行為就會變得更加嚴(yán)重。根據(jù)車牌不符逃費(fèi)車輛行駛情況，選取逃費(fèi)8次的某樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從而對逃費(fèi)車輛的空間出行強(qiáng)度進(jìn)行分析。表4為高速公路逃費(fèi)車輛的某樣本出行強(qiáng)度表。

表4 高速公路逃費(fèi)車輛某樣本出行強(qiáng)度表

從表中可以看出，該樣本幾乎每天都會有逃費(fèi)現(xiàn)象發(fā)生，出行強(qiáng)度較大，由于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)天數(shù)總共為28 d，總計(jì)逃費(fèi)8次，故逃費(fèi)車輛出行強(qiáng)度為0.286，逃費(fèi)車輛的出行強(qiáng)度很好地描述了逃費(fèi)車輛的空間行駛特征。

2.3 時(shí)間特征

逃費(fèi)車輛的時(shí)間特征主要包括周末、節(jié)假日、高峰出行等特征，由于本文所選取逃費(fèi)車輛數(shù)據(jù)為5月份數(shù)據(jù)，包含了“五一”假期，將重點(diǎn)對整月數(shù)據(jù)的分布進(jìn)行研究，從中發(fā)現(xiàn)在節(jié)假日與平常逃費(fèi)車輛的出行特征，其次對每天的高峰逃費(fèi)時(shí)期進(jìn)行研究，以把握逃費(fèi)車輛的時(shí)間出行規(guī)律。

2.3.1 節(jié)假日出行異常

對節(jié)假日出行異常進(jìn)行分析，分別就U型、闖關(guān)、入口無重、記重更改幾種逃費(fèi)類型的時(shí)間分布進(jìn)行分析。

總體來看在5月10—5月15日，逃費(fèi)車輛出行強(qiáng)度最大，隨著時(shí)間的推移，車輛出行強(qiáng)度逐漸減弱，但是逃費(fèi)車輛的數(shù)量仍然是巨大的，整體呈現(xiàn)出月初較少，隨后增多的特點(diǎn)。根據(jù)實(shí)際調(diào)查情況可知，由于“五一”放假期間，車輛較多，政府部門對高速公路管理提出了更高的要求，因此，上旬表現(xiàn)出逃費(fèi)車輛較少的狀態(tài)，而隨著假期的結(jié)束，逃費(fèi)車輛又陸續(xù)增多。

從1個月的逃費(fèi)車輛分布中可以看出，車輛的出行強(qiáng)度呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，在節(jié)假日期間較弱，在其他時(shí)段出行強(qiáng)度增大。

2.3.2 高峰出行異常

本文仍然以車牌不符逃費(fèi)類型數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分客車、貨車統(tǒng)計(jì)車輛在不同時(shí)間段的逃費(fèi)次數(shù)，觀察車輛的高峰出行強(qiáng)度。

從一天的變化中可以看出，客車的逃費(fèi)次數(shù)存在明顯的高峰時(shí)期，即5:30左右以及20:30—23:00，特別是晚上，逃費(fèi)車輛的出行強(qiáng)度較大，夜間逃費(fèi)現(xiàn)象更加嚴(yán)重。而貨車在一天中的變化不是很大，但從中午以后逃費(fèi)次數(shù)明顯增多，出行強(qiáng)度增大，即貨車在午后更容易逃費(fèi)。整體來看，逃費(fèi)車輛的出行強(qiáng)度依然較高。

2.4 通行費(fèi)特征

對逃費(fèi)車輛的通行費(fèi)特征分時(shí)間、空間地域進(jìn)行分析研究，可以得到各個收費(fèi)站在不同月份的逃費(fèi)額分布情況。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)每年的5—6月逃費(fèi)額最多，每個收費(fèi)站的逃費(fèi)額分布則大致相當(dāng)，但逃費(fèi)額仍然處在一個很高的狀態(tài)，并呈現(xiàn)出一定的分布規(guī)律，因此，在逃費(fèi)車輛特征分析中，逃費(fèi)額亦是一個重要特征，有利于對高速公路逃費(fèi)車輛的時(shí)空分布研究。

3 結(jié)語

本文依托高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)，以陜西省金雞灘收費(fèi)站、大保當(dāng)收費(fèi)站、錦界收費(fèi)站、西溝收費(fèi)站、神木收費(fèi)站、店塔收費(fèi)站6個收費(fèi)站聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)展開研究，分析了高速公路逃費(fèi)車輛總體特征、時(shí)空特征以及通行費(fèi)特征，總結(jié)逃費(fèi)車輛的時(shí)空變化規(guī)律，為高速公路管理提供了重要支撐，也為交通管理的研究提供了新的思路，將大數(shù)據(jù)運(yùn)用到交通管理中，更加精確地剖析交通變化特征，從冗雜的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，從而高效打擊高速公路不良行駛現(xiàn)象，規(guī)范高速公路行駛秩序。