电子收费系统（Electronic Toll Collection，简称ETC）作为智能交通系统的一个重要应用子系统，能有效的减少高速公路收费站拥堵。收费站区的交通流具有与路段交通流不同的特征，车辆减速进入收费站区，并选择最快的收费车道排队，完成收费后驶离收费广场。对于ETC收费车道，车辆进入收费站上游减速行驶，无需停车，以较低的车速通过ETC车道，从而完成高速公路收费过程。通过分析收费区交通流特性的差异，可以明确ETC系统的实施，能有效减少因停车收费造成的延误及拥挤，提高道路通行能力；提高行驶的安全性、舒适性、快捷性；减少能源消耗及尾气排放，提高环境质量；减少收费系统的运营管理费用及建设成本，提高运营效益。因此，如何科学合理地评价ETC系统给高速公路管理和交通运输所带来的效益成为未来ETC发展和科学决策的基础。此外ETC系统的实施还会对高速公路经营者、使用者、非使用者以及社会产生的相应的效益。

　　本文通过建立多方面多层次的ETC指标体系，对实地采集、油耗实验和模拟仿真等方式获得的数据利用建立的计算模型进行测算，得到各单项指标的评价结果，并采用定性分析和定量计算相结合的方法，利用成本效益分析，估算了北京市高速公路ETC系统的综合社会经济效益。

　　由于ETC车道较人工收费车道收费耗时缩短，收费程序简单，使得ETC车道通行能力得到提升，在同样的来车强度下，当ETC车辆达到一定比例，ETC车道得到足够充分的利用，则可以降低人工收费车道的排队长度，从而缓解收费站交通拥堵。

　　根据北京市高速公路收费系统的实测结果，一条人工收费出口车道通行能力约为250vph，入口车道约为600vph，而一条ETC收费车道通行能力约为1000vph，按照封闭式收费系统中入口车道和出口车道一一对应的关系，也就是说设置一进一出2条ETC收费车道约相当于4条人工收费出口车道和1.7条人工收费入口车道的通行能力之和。如果将收费站上游正常高速公路路段通行能力和收费站内部影响因素，改建一进一出2条ETC车道，相当于在原有人工收费车道（入口和出口方向）数基础上扩建3.7条人工收费车道。北京市高速公路共有365条ETC车道，相当于在原有人工收费车道（入口和出口方向）数基础上新增675条（549条出口车道，128条入口车道）人工收费车道。收费网络的路网收费处理能力合计增加21.00万辆/h，这将会明显提升收费站的综合通行能力，从而缓解交通拥堵，提升路网整体通行能力。

　　根据现状观测，ETC车道较少出现排队现象，且当现有ETC车道无法满足ETC交通量时收费站会相应加开ETC车道，因此本研究按ETC车道无排队情况来测算延误的减少。由于不同收费站的具体情况差异较大，且在高峰时期和平峰时期人工收费车道会出现不同的排队长度，当排队长度为不同值时，车辆经过收费站ETC车道节约时间有所不同。因此本研究根据北京市各高速公路收费站的高峰、低峰时段的交通量、开放的车道数和通行能力，测算给出了不同排队长度占所有排队长度情况的比例推荐值作为效益计算的权重值，如表1所示。

　　根据上表的数据，可计算相比人工收费车道而言，单车通过ETC车道交易一次节省延误的平均时间值为58.25S。根据ETC年交易量值，测算得北京市ETC系统自2011年以来各年所有ETC用户总延误时间减少值，如表2所示。

　　根据ETC系统所有车道2013年全年的统计数据得出，一类车型（即5种收费公路车辆通行车型分类中，7座以下客车或2吨以下货车）占总车型的91.42%，故监测对象为一类车型。根据北京市ETC车辆的抽样统计信息（型号、排量），选取了有代表性的七种型号车辆（一类车型）。按照中国工业和信息化部公布的《轻型汽车燃油消耗数据库》检索得到了每种登记车型的标准油耗推荐。这七种车辆的相关信息如表3所示。

　　机动车辆废气的排放主要有碳氢化合物、一氧化碳、氮氧化合物和颗粒物质，即CO、HC、NOX的排放量可作为环境影响的评价指标。研究中首先模拟收费站交通流的变化，决定车辆在收费区的运行，在确定了每个车辆的运行状态参数后，第二步可应用模拟车辆的运行状态，与测量得到的油耗和尾气排放获取不同车型的油耗和排放模型，计算得到车辆在通过人工收费车道和ETC收费车道过程中油耗和排放的节约量。

　　由于车辆运行状态在收费区不时地发生变化，因此选用具有统计特征的油耗指标，如收费区车辆的平均油耗、收费区车辆的总油耗等。总油耗的计算，首先根据各种车辆发动机耗油特性对车辆类型进行划分，进而再根据各种车型的平均油耗、各车型的比例计算得到车辆的总油耗。

　　本研究通过七种车型分别模拟经过ETC车道和人工收费车道，计算得到每种车型单次经过ETC车道的油耗、排放减少量，并根据聚类得到的各种车型比例权值，得到七种车型单次经过ETC车道油耗和排放的加权平均值，作为计算模型的标准参数值，如表4。在确定了车辆的运行状态后，就可根据车辆相应的运行状态下的排放特性，估算车辆的CO、HC、NOX排放量。

　　根据相关参数计算值，通过年油耗与排放减少量计算模型，获得各年的总耗油节省量与总排放量如表5所示。

　　综合评价有成本—效益分析（CBA）、成本效果分析方法、数据包络分析（DEA）等方法。由于指标体系中包含有可量化和不可量化的指标，因此根据指标评价目标和基础数据的不同，可选取不同的综合评价方法。

　　成本效益分析方法的特点是对ETC项目所有能够定量的并能以货币表示的因素将其数量化，并结合定性分析，从中选择出净效益最大的方案，作为最优方案。成本效果分析方法对诸如噪音污染、用户满意度改善等难以货币化的因素分析具有较大的实用价值。采用成本效果分析法应保证各评价方案有共同目标，且各方案的成本宜采用货币单位计量，而效益采用非货币形式的统一计量单位计量。数据包络分析方法（简称DEA，典型的非均一评价方法）是以相对效率为基础，完全基于评价方案（称为决策单元DMU）的输入、输出数据，从相对有效性角度对各DMU进行评定和排序的一种系统分析方法，此方法能弥补均一评价的缺陷。

　　通过对各种综合评价方法的适用性分析，本论文采用成本效益分析与成本效果分析相结合的方法对ETC系统后评价项目进行分析。

　　ETC系统效益评价指标包括出行时间节约的效益、燃料节省效益、废气排放减少的效益、人工运营成本降低的效益。

　　ETC系统的实施会对出行者产生节约行程时间的效益。节约行程时间不仅提高了劳动生产率而且增加了社会有效劳动时间。第m年，ETC系统对出行者节约在途时间价值计算公式分别为：

　　BRm  =  Gm /（8*365）* Tm* Pe

　　式中：BRm——第m年出行者节约在途的时间价值；

　　Gm——第m年北京市人均GDP（元/年）；

　　Tm—— 第m年ETC车辆通行节约时间；

　　Pe——ETC车道客车平均载客人数，经过现场调查与统计汇总，客车平均载客人数约为1.65；

　　根据燃油消耗量和油价，因收费而产生的额外燃油消耗计算公式为：

　　Bom——代表第m年因采用ETC后的节省效益（元）

　　△om——代表第m年因采用了ETC系统后的总油耗节省量

　　Pom——代表第m年每升汽油的平均价格（元/升）

　　由于采用ETC收费系统之后，不同类型的车辆在收费车道的尾气排放量都有一定的减少，因此降低了治理环境污染所需的投资成本，这部分效益的计算公式如下：

　　Bgm——代表第m年因采用ETC系统节省治理废气而获得的效益（元）

　　Pgm——代表治理每千克的废气需要的环境治理费用，单位价格根据我国GDP增长速度确定。

　　由于采用ETC收费系统之后，减少了人工收费的收费员成本，其包括收费人员的工资福利、食宿等相关费用，用表示。

　　在使用年限内，各个年度的总效益计算公式如下（效益均值参照2013年标准）：

　　根据对北京市高速公路ETC系统的实际调查测试、数据分析和效益评价，可得出如下结论：

　　第一，2条ETC收费车道约相当于4条人工收费出口车道和1.7条人工收费入口车道的服务能力之和，收费站综合通行服务能力得到显著提升；

　　第二，相比人工收费，每一万次ETC交易将节约314升燃油消耗，并减少55.96千克各类污染物的排放；

　　第三，从2011年到2016年，产生的累计货币化正效益达到约20亿元。

　　（作者单位系北京速通科技有限公司）