文_王繼龍 北京節(jié)能環(huán)保中心

國務院《深化收費公路制度改革取消高速公路省界收費站實施方案》實施一年來，我國電子不停車收費系統(tǒng)（ETC）推廣發(fā)行超過1.2 億戶，累計用戶已達到2 億戶，推廣ETC 對于提高運輸效率、降低物流成本等方面發(fā)揮了重要作用。研究表明：車輛在經(jīng)過人工收費站時停車繳費以及排隊狀態(tài)下的走走停停，導致發(fā)動機頻繁處于怠速、低速及加減速狀態(tài)而使油耗量增加，ETC 的使用則減少了加減速次數(shù)和停車排隊過程，在緩解收費站擁堵問題的同時，明顯減少了車輛燃油消耗、減輕了環(huán)境污染。目前來看，系統(tǒng)性分析應用ETC 相比人工收費產(chǎn)生的節(jié)油減排效果的相關文獻很少，面對我國即將到來的海量的ETC 使用前景，有必要開展詳實的實驗研究，從推廣使用ETC的視角來宣示我國在節(jié)能減排方面的貢獻。

1 技術路線

首先選取典型高速收費站，實測車輛分別通過ETC 車道和人工收費車道時的速度變化及排隊情況，然后在實驗室模擬車輛通過ETC 與人工收費車道的全過程并測試油耗及污染物排放量情況，最后通過建立模型估算我國應用ETC 的節(jié)能減排效果。

1.1 現(xiàn)場調研

選取位于北京市朝陽區(qū)的北京-哈爾濱高速公路出入口——白鹿收費站作為典型收費站進行數(shù)據(jù)采集。白鹿收費站車道數(shù)量適中，具有一定代表性。

1.1.1 車速軌跡監(jiān)測

采用雷達測速的方法采集距離收費口200m 遠范圍內車輛減速進入收費口與加速離開收費口的速度變化過程，以及車輛在人工收費車道的服務時間、排隊時間、排隊長度；車輛在ETC車道的最低通行速度等。

在ETC 收費車道，車輛從距離收費口大概100m 遠的位置開始緩慢減速，此時速度平均大約是60km/h，到達收費口時車輛的平均最低速度是24km/h，然后車輛開始加速行駛，到距離收費口100m 遠的位置開始速度達到60km/h 左右（詳情見圖1）。

圖1 ETC 車道車輛行駛時間-速度軌跡

在人工收費車道時，車輛在距離收費口160m 左右的位置開始緩慢減速，靠近收費口處時開始停車，如果遭遇排隊，車輛在距離收費口6×Nm(N 代表排隊的車輛數(shù)，以3為例) 處停車，每14s 左右向前移動6m 共停留N 次，離開收費口后在大概140m 的位置車輛開始以正常速度行駛( 詳見圖2)。

圖2 人工收費車道車輛行駛時間-速度軌跡

1.1.2 車流量及類型分布

從白鹿收費站工作日全天的車流量分布情況來看（見圖3），不同時段車輛排隊的差異性較明顯，在早高峰（7 ～10 點）和晚高峰（16 ～19 點）時段車流量的集中度較高，約占全天車總流量的39%，其他時段排隊情況有所緩解。

圖3 白鹿收費站工作日全天流量分布（輛/h）

參考白鹿收費站對車型的分類，將車型分為5 類。調研數(shù)據(jù)顯示，在通過收費站的總車流量中，小車型占比在96%以上，白鹿收費站日平均車型分布見表1。

表1 北京白鹿收費站日平均車型分布表

1.2 實驗室模擬

因A 型車通行量占車輛總通行量的96%以上，故選取排量為2.0L 的A型車作為實驗車輛。實驗車輛分別模擬其經(jīng)過ETC與人工收費車道的時間—速度軌跡（見圖4、圖5）。根據(jù)實驗獲得的以秒為單位的車輛油耗與排放量結果，計算車輛經(jīng)過ETC收費站的油耗與排放量，以及不同排隊長度下車輛經(jīng)過人工收費車道的油耗與排放量。

圖4 車輛經(jīng)過ETC 收費站的時間—速度軌跡模擬

圖5 車輛經(jīng)過人工收費車道的時間—速度軌跡模擬

2 實驗結果

機動車排放的主要污染物為碳氫化合物（HC）、一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx），以此三種污染物和油耗為測試指標，通過實驗獲取車輛分別經(jīng)過ETC車道與人工收費車道時的油耗與排放數(shù)據(jù)（見表2、表3）。由數(shù)據(jù)可知，在不排隊的情況下，車輛平均每次通過ETC車道較人工收費車道可節(jié)省油耗3.15mL，減少HC、CO、NOx 分別為0.77g、1.20g、0.27g；在排隊情況下，隨排隊車輛的增加，節(jié)能減排效果相應提升。

表2 車輛通過ETC車道的油耗及排放測試結果

表3 車輛通過人工收費車道的油耗及排放測試結果

2.1 油耗及排放估算模型

根據(jù)以上實驗結果，確定第n 年采用ETC 的節(jié)油（減排）量計算公式如下：

Δi——代表到達人工收費車道時如果排隊長度為，那么比ETC 車道要多消耗的油量（或多排放的某種廢氣量）。

其中，車輛在到達人工收費車道之后的排隊長度所占的比例的計算方法為，基于白鹿收費站24h 交通量的變化和收費站的車道數(shù)，采用傳統(tǒng)的排隊論，進行排隊數(shù)測算，然后將排隊情況進行加權平均，估算車輛在到達收費站之后的各種排隊長度可能概率。

根據(jù)不同排隊長度的車輛所占的比例，在實驗測試結果的基礎上，計算得到平均每輛車在經(jīng)過ETC 車道時，油耗節(jié)省量為0.03097L，碳氫化合物、一氧化碳、氮氧化物的降低量分別為1.2801g、5.7604g、0.3283g,詳情見表4。

表4 不同排隊長度下ETC車輛的節(jié)油減排量計算參數(shù)表

2.2 節(jié)油減排量測算

根據(jù)交通運輸部統(tǒng)計數(shù)據(jù)，新冠肺炎疫情后高速公路恢復收費以來，全國每天ETC 交易量約3000 萬筆，略低于去年同期水平。以此交易量數(shù)值為依據(jù)測算全國當年ETC 總交易量，結合以上估算模型相關參數(shù)，可獲得我國2019 年全年因使用ETC而產(chǎn)生的節(jié)油減排量(見表5)。

表5 我國2019年全年因使用ETC而產(chǎn)生的節(jié)油減排量計算結果

3 結論

ETC 的應用可明顯改善交通運行狀況，車輛無需停車排隊等待及停車交費，避免了車輛怠速與多次加減速控制而額外增加的油耗與污染物排放。

通過現(xiàn)場監(jiān)測及實驗室模擬，獲取車輛經(jīng)過ETC 車道與人工收費車道的油耗與排放數(shù)值，建立估算模型，得到平均每輛車通過ETC 車道時的節(jié)油減排量：油耗節(jié)省量為0.03097L，碳氫化合物、一氧化碳、氮氧化物的降低量分別為1.2801g、5.7604g、0.3283g。

根據(jù)模型估算結果及我國2019 年ETC 交易總量，測算得出當年因使用ETC 而產(chǎn)生的節(jié)油減排量，油耗減少3.40億L，碳氫化合物、一氧化碳、氮氧化物分別降低1.40 萬t、6.31 萬t、0.36 萬t。