1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 研究背景
高速公路是最高高等级的公路。根据中国交通部《公路工程技术标准》的规定，高速公路的定义是能承载年昼夜平均交通量大于 25000 辆；专供车辆分道高速进行行驶并且公路出入都受到控制的高等级公路。虽然各个国家对高速公路都有不同的称呼，但是作为高速公路最基本的特征就是双向分离行驶、出入口受严格控制、拥有四车道及以上采用立体交叉的公路。截至目前，全球超过 80 多个国家拥有高速公路；而我国更是取得了举世瞩目的巨大成就，2017 年末我国公路的总里程达到 477.35 万公里，是 1984 年末的 5.2 倍。其中高速公路 13.65 万公里，里程数稳居世界第一位！截止到目前，我国高速公路总里程已经超过 14 万公里，承担了全国范围内三分之一的客运量和四分之一的货运量。重要性不言而喻。
高速公路作为公路发展的最高等产物，它与一国经济的发展程度是高度吻合的。作为一项高度现代化基础设施，高速公路的通行量大、封闭性和互不干扰性强、行驶速度高的显著特点，是适应目前我国改革创新及产业结构优化升级的重要运输方式，在公路运输中具有举足轻重的地位。高速公路作为最基本的交通运输设施，当前已成长为国家经济发展的重要支柱。我国高速公路的出现和迅猛发展不但彻底改变了人们的时空观也缩短了时空的距离，更彰显着“中国速度”的磅礴之力。高速公路的快速建设是我国汽车保有量大幅增长的真实写照，据汽车行业相关机构分析调查显示：全球汽车销量经历 2010 年 14%增长的高峰后，近 5 年增速始终保持在 2%至 5%之间，表现稳定。中国汽车销量近 10 年内曾经历 2009 年 46%增长的大高峰和 2013 年 14%增长的小高峰，2016 年中国汽车行业再次迎来黄金期，产量 2,811.88 万辆，同比增长14.8%，远超同时期全球汽车增速。据中国汽车工业协会统计，2017 年我国汽车产销量分别为 2901.5 万辆和 2887.9 万辆，同比分别增长 3.2%和 3%，呈现平稳增长态势。中汽协预测，2018 年中国市场汽车销量为 2970 万辆，增长率为 3%。可见我国从改革开放之前的自行车之国到现在已经转变为车轮上的国家，这种成就造福着你我，也改变着当前生活中一部分人的出行方式。
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 排队理论
国内外研究现状排队理论起源于对电话服务系统的研究。20 世纪开始，爱尔朗（A. K. Erlang）等人在排队理论方面进行了大量的研究和工作，并在这个领域取得了丰硕的成果，自此以后排队理论被应用在计算机、机械设备管理、医疗、可靠性理论、交通等多个方面，1936 年 Adams 最先将排队理论应用于没有信号的交叉路口行人等待问题。自此之后在交通工程这一领域内，加油站、收费站、红绿灯、停车场、信号控制系统等等交通资源都被视作“服务系统”将到达的车辆及驾驶人作为即将被服务的顾客（服务对象）。因此排队理论在交通方面、在交通设施安放管理、运营设计方面都得到了十分广泛的应用。近来用排队理论研究信号交叉路口的车辆排队从而导致的车辆排队现象，并根据车辆延误时间最短的目标来确定交通信号的运行和控制，或为达到整个地区车辆等待时间最短的目标来实现区域内交通顺畅这一目标而设定最优交通控制。这是排队理论在交通方面应用的典型案例。 自上世纪 60 年代信息化发展迅猛，排队理论又将最优化设计等向电子计算机方面靠拢。随着数字技术大力发展，排队理论现已是管理学、工程方面问题良好的计算工具。回顾近 70 年来，无论是理论创新还是实际应用，都取得了令人满意的进步和成就。Charless （1987）等人在质量控制的过程中应用排队理论，建立与之对应的排队系统，以寻求缩短与排队相关的成本。Deutsch（1980）等人将排队理论应用到商业银行职员上班排班领域上，获得了令人满意的成果。Hammond（1995）等人设定以最小人工投入进而达到预期水平为目标，根据排队理论制定电子表格模型对银行所需服务人员的数量进行计算，通过模拟计算验证该方法的有效性，为银行高层和管理人员对银行员工数量和绩效工作的评判提供了依据，进而证明了排队理论的作用[1]。Jones（1996）等人选取随机样本对被服务人员排队等待时长与其感受的情况进行研究，应用排队理论探究如何进一步缩短顾客的等待时间，增加顾客满意度，并对其研究进行验证[2]。Houston（1999）等人认为等待时间和顾客满意度之间呈极强负相关性，即等待时间越长，顾客满意度单调下降，为了验证这一结论，霍斯顿等人利用排队论建立顾客等待行为关键变量模型，研究顾客排队时长和感知服务质量的关系[3]。排队论( Queuing Theory) ，是研究系统随机聚散现象和随机服务系统工作过程的数学理论和方法。
2 相关理论概述
2.1 排队理论
我国是一个人口大国，个别省市地区的人口与大部分国家人口数相比都是绰绰有余，所以排队与我们的生活密切相关，每个人都应该或多或少经历着排队这一过程，如消费者到大型商场购买物品、生病了到医院排队等待治疗，车辆进入高速公路；离开高速公路服务窗口进行缴费都需要排队。当要求服务的人数超过服务机构的容量，也就是说到达服务窗口的顾客当时得不到相应的服务，因此出现了排队现象。排队不仅仅在我们的生活中出现，服务系统里也有着排队现象。在目前我国的国情下，排队不可避免，只能最大限度的减轻。作为管理者必须考虑如何在服务设备和顾客人员之间取得平衡，以期提高服务质量，改进对策。
2.1.1 排队理论的理论依据
排队论也称随机服务系统理论，也就是为了解决上述问题而发展起来的一门学科。排队理论就是应用数学方式与相关理论研究系统随机聚离现象的。排队论可以统计出服务对象的到达、被服务时长进而得出相对应的数量指标，例如等待队列的长度、停留时长、等待时长等等。进而根据相应的规律对服务系统进行优化，或重新组织被服务对象，或增加服务系统服务窗口数量等等，从而缩短排队时间，降低时间成本，增加被服务对象满意程度等。这就是为何我选择排队理论作为高速公路服务窗口优化的理论支撑。
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2.2 资源优化配置理论
资源优化配置理论是经济学的一个重要组成部分，其范围十分广泛，大体我们可以把资源分成狭义和广义两部分。从狭义上来看资源所指的是自然资源，像是水资源；矿产资源等。广义上来看资源由生产要素和经济资源所组成，自然资源、劳动力、资本等都是其体现。我们可以这样理解，资源指的是社会经济活动中所有的人力、物力和财力，可以称为我们社会发展的基础物质条件。但是人类社会的需求是无限的，可以满足人们所需满足其自身发展的资源是有限的，因此资源具有最重要的特征就是稀缺性。这种稀缺性决定了任何一个社会都要尽最大努力把有限的资源以合理的、可创造最大效益的方法分配。用最小的消耗，换取最大的利益。当前，我国人口基数巨大，资源有限，而我们为了促进社会进一步发展，就更需要对资源进行优化配置，这对于我们国家经济发展的成败有着极其重要的影响。
2.2.1 人力资源及其理论
在学术及相关领域，对人力资源的定义有着一定的不同观点。当前较为主流的观点是指企业人力的结构及生产力；也有人认为人力资源是指认为可为生产经营等活动提供的各式服务的能力、技术支持等；综上所述人力资源是指全部对企业组织等构成直接决策影响及利用人力资源实现相关目标的行为活动。人力资源也是能够推动一定的社会系统进步与发展并达成其目标的这个系统之内人力能力的全部[42]，是集齐组织内人员的工作、组织、激励开发、工作绩效等一系列劳动关系的过程。将人力资源进行社会内合理的调配，将会给国家经济发展带来巨大的良性效益。反之则会造成资源浪费，效率低下。
2.2.2 人力资源作用及其意义
人力资源在经济活动中是最为活跃的因素，在资源当中其重要程度名列前茅，对人力资源进行合理的优化和配置能够为企业长期保持竞争力和效益增长具有重要的意义和作用。人力资源合理规划能够带动经济的增长；提高社会劳动者的平均技术水平和劳动的效率；发现新的可利用的自然资源；增加科学的技术的知识储备。一个国家及其他地区的发展关键就在于对人力资源的管理和调配。另外人力资源对于一个组织或者企业其发展的重要意义也可以从以下几个方面来体现。
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3.1 高速公路车辆流的调研实际................................21
3.1.1 车辆流相关问题............................ 21
3.1.2 车辆流量现状..................... 22
4 基于高速公路车辆流数据分析及预测.................................27
4.1 基实际数据的车辆流到达分析......................................27
4.2 基于历史数据的高速公路网络参数分析...............................27
5 基于排队理论的车辆流模型.......................................37
5.1 车辆流在高速公路到达过程分析.................................37
5.2 高速公路车辆流排队模型建立............................38
5.3 车辆流在高速公路服务窗口排队相关数值及结果分析.................. 40
6 高速公路收费服务窗口的人员优化模型
6.1 高速公路服务窗口业务流程分析
高速公路是我国交通的大动脉，重要程度可见一斑，通常情况下各个省的高速公路都是通过投资贷款而修建的，一句话总结就是“贷款修路，收费还贷”没有千万个收费站及其人员的付出和工作，也就没有了高速事业稳步开展的基础环境，所以高速公路收费站是非常重要的交通资源之一。
而收费员则是其中流动性最强的一个部分。收费人员要严格执行自动化收费操作流程和收费标准，负责按时足额上缴通行费收入；正确处理收费工作中出现的紧急事件，遇重大问题和突发情况要及时请示汇报。此外要严格执行规定发放、回收通行卡，出口收费员要认真核对车辆信息，发现违章、逃费和有肇事痕迹的车辆，要及时滞留和报告。收费人员负责为用路人提供服务，收集、上报用路人的意见和建议。这些日常的工作就是其大概的业务范围。一般收费站都要有领导值班制度。各个收费站必须确保 24 小时有人员服务，并且依据配备的人员数量合理确定开启收费通道的数量，在车辆高峰期的时候就要适当增加上岗人员，多开收费窗口。那么如何多开收费窗口，开到什么数量最合适，如何依据车道和收费站的数量确定最优的服务人员则需要数据加以计算。
.................................7 高速公路服务窗口优化研究相关结论、建议及对策
7.1 结论
参考文献（略）