地方特考交通技術交通控制(含概要)考試準備方法重點總複習

2020/04/08
地方特考交通技術交通控制(含概要)考試準備方法重點總複習
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交通控制(含概要)(108地方特考考前重點整理)

名師私房話

壹、巨觀車流模式─Greenshield’s macroscopic stream model

二、參數說明
容量:指在一已知之交通、控制、幾何及其他狀況下,單位時間內經常可通過一定點之最大流率。容量並非最高的觀察值,而是經常可通過之最大流率。
自由車流速率:車流量很低的狀況下,駕駛人可隨其意願自由行駛的速率。
臨界速率:流率達到容量時的速率。
臨界密度:流率達到容量時的密度。
擁擠密度:壅塞最嚴重時,單位長度內的車輛數。
強迫性車流:當道路上車流密度超過臨界密度時的車流。
穩定車流:道路上車流密度超未過臨界密度時的車流。

貳、May延滯公式推導

參、猶豫區間

不當之轉換時間可能導致用路人既不能安全通過路口,亦無法安全煞停於停止線前,而落入所謂的猶豫區間,其完整概念與推估方式最早是由Gazis, Herman及Maradudin所提出,以車輛運動學為理論基礎推算車輛剎車距離與清道距離,並配合各項假設,定義出鄰近路口之猶豫區間,如圖所示,其定義分別說明如下。當x_C>x_0即產生猶豫區間。
x_C為駕駛者從黃燈始亮決定開始剎車,而安全且舒適地煞停於停止線前所需之最短距離,稱為煞停距離(Stopping Distance)

肆、車輛偵測器

一、固定式(侵入式)車輛偵測器 
環路線圈式車輛偵測器(常用):
環路線圈式車輛偵測器以金屬環路線圈埋設於路面下,利用路面材質為磁蕊,當車輛通過時,由於車輛之鐵材高導磁特性改變了線圈之電感量,使我們由電感量之變化便可測得車輛之存在。單一線圈可測出車道之流量及佔有率,而車輛通過兩組環路線圈之時間差則可求得車速及車長,再利用車長便可做車種之判別。
優點
偵測技術受肯定
穩定性高,不受氣候影響
可以衡量多種的交通參數
缺點
安裝與維修時需要封閉道路
容易由於溫度的上升而影響設備的準確度
降低鋪面的壽命
量測資料:車輛數、車輛出現、車輛佔有率、車輛速率、等候線長度
磁感應式車輛偵測器:
主動磁力式:因感測用之磁場由線圈產生故稱為主動磁力式。其主要原理為利用車輛通過感應器時,不論動態或靜態均會改變磁力線之密度,進而改變電流大小,偵測器便可據此偵知車輛的通過或出現。
被動磁力式:被動磁力式車輛偵測器利用線圈埋設於路面下,線圈本身並不產生磁場,而是利用地球所產生的磁場作為感測車輛之因子,當車輛通過感應區域時,因車輛之導磁性而增加線圈之磁通,藉磁通變化產生感應電壓訊號以偵測車輛通過,惟車輛極低速或靜止時因磁通變化太慢,而無法偵測車輛之存在。
二、固定式(非侵入式)車輛偵測器 
超音波式車輛偵測器(常用):
超音波式車輛偵測器,主要利用一對超音波發射接收器為感測元件,以固定週期發射超音波脈衝,利用音波反射之時間差(頻率為20~65KHz),計算車輛與偵測器之距離以偵知車輛之存在,進而取得車流量、車高及佔有率等資料。偵測車速及車長的原理同環路式線圈,利用車輛通過兩只感測器之時間差求得,車種判別則利用車高及車長推得。
優點
不受光線影響
在既有結構物上安裝迅速
安裝及維修較不會組礙交通
波束聚焦良好
體積小
都卜勒超音波偵測器可直接量測速率
缺點
空氣溫度、水的密度及空氣的干擾會影響精確度
每一車道均需偵測器
對景觀有影響
以射程量測方式量測速率時,因脈衝往返時間較長,致其精確度不若環路線圈偵測器
量測資料:車輛數、車輛出現、佔有率、速率
微波式車輛偵測器:
微波式車輛偵測器可分為兩種形式,一種利用都卜勒效應感應車輛通過,此種技術相當成熟,惟都卜勒效應無法偵測靜止之車輛。另一種方式稱為量測射程法,主要原理係發射一微波脈衝,藉由車輛反射微波計算發射至接收之時間差,求得車輛與偵測器之距離,此種方法因微波以光速前進使其時間差非常短,技術上比較困難。
優點
安裝及維修不會阻礙交通
適用於所有天候及日夜間
適用於多車道
體積小
以FM微波測速率時,精確度較環路線圈偵測器高
不利天候下,量測能力較紅外線偵測器為佳
具擴充性及再使用性
缺點
應用於多車道時,可能有車輛被誤判
傳輸頻率受管制
對景觀有影響
多車道應用時需大量資料計算能力且無法以單一偵測器於同時間內量測速率資料
量測資料:車輛數、車輛出現、佔有率、速率
主動式紅外線式車輛偵測器:
利用LED或雷射二極體發射紅外線至路面上一特定感測區域,紅外線由路面或車輛反射回偵測器。
優點
安裝及維修影響交通程度較小
日夜均可使用
成像可供視訊監控用
體積小
缺點
大氣因素會對偵測器的發收能量產生擴散作用
太陽光之閃動會對紅外線訊號產生干擾
受霧及雨中所含的水氣、灰塵、煙等影響
量測資料:車輛數、車輛出現、佔有率、速率、車輛影像
被動式紅外線式車輛偵測器:
偵測器本身不發射任何能源,由紅外光感測陣列接收物體本身發出之遠紅外光。
優點:與主動式相似,但無成像功能
缺點:與主動式相似
量測資料:車輛數、車輛出現、佔有率、速率
影像式車輛偵測器:
影像式車輛偵測器,由閉路電視攝影機、終端控制器和影像處理等設備組成,以攝影機攝入車道之影像訊號,經由影像處理器判別影像變化情形,決定該影像是否有車輛之存在。數位化後可依像素的明暗度變化來演算出各種交通資料。
優點
透過處理,可傳送較少之資料量,以加快處理速度
提供事件管理所需之影像
與環路線圈偵測器相較,可觀測多車道、可依需求隨時改變影像範圍內偵測區之大小、區位及形狀
安裝及維修時不會阻礙交通
可收集多種資料:事件偵測、追蹤車輛等
缺點
日夜間常需使用不同之處理邏輯
轉換時段內可能產生資料誤差
對大氣的模糊物體及對比的天候敏感
夜間或天候不良時需輔助照明設備
量測資料:車輛數、車輛出現、佔有率、速率、等候線長度、車輛轉向流量
聲納式車輛偵測器:
聲納式車輛偵測器,利用安裝於車道上方兩個陣列之聲納,接收路面各式車輛所發出之聲音,再利用所接收到之音波做頻譜分析,因各型車輛之引擎及輪距各有不同,所發出之音波頻譜亦有差異,經由分析頻譜之差異可測得車流量、車種、平均車速及佔有率等資料。因利用音波之頻譜分析測得各類數據,於車速極低時仍有相當好之表現,惟路面須寬整平坦,僅適用於高快速道路。

伍、飽和流量(saturation flow)

飽和流率是假設在連續不斷的車流抵達情況下,且有100%綠燈通行時間,每小時可通過路口的車輛數(輛/小時)。
s=3600/H
s:飽和流量
H:飽和時間車距
【重點】有效綠燈時間(Effective Green Time)
一、定義
綠燈時段加清道時間減損失時間。
二、損失時間
綠燈始亮時,由於車輛啟動運轉的反應時間,造成啟動時的延滯,稱為起動延滯或起動損失時間。
清道損失時間指當黃燈亮起時,部分駕駛人繼續通過路口,但也有一部分駕駛人決定不通過路口而煞停,因此交叉路口空間可能在部分清道時間未被使用,而造成時間損失,此損失稱清道時間損失,由於駕駛人在綠燈時段結束後,通常僅利用黃燈時段通過路口,因此清道損失時間與全紅時間大致相等,在清道時間無法估算時,可用以代替。

陸、美國HCM模式之模組化分析架構圖

柒、入口匝道控制

基本上入口匝道控制可分為匝道封閉、匝道儀控與匯入控制三種。係一般高速公路匝道入口,當上游路段之交通需求大於或等於下游路段之容量時,下游路段已無法再容納從匝道駛入之車輛,故應將匝道予以封閉。若上游需求加入口匝道需求之總和仍低於下游之容量時,則無須管制匝道,即車輛可自由駛入高速公路。而介於上述兩狀況時,則可採用入口匝道儀控之策略,調節由入口匝道之車流,此時容許由匝道進入之流率,即為儀控率(Metering Rate),其值等於下游容量減上游需求之差額。在應用時機上,匝道封閉與匝道儀控適用於消除或減低高速公路主線壅塞之情況,而匯入控制則著重於安全匯入主線之觀念,適用於當上游需求超過某一程度,且進口匝道配置設計不良(如加速車道或視距不足)時,以管制車輛匯入控制方式,保障車輛安全匯入主線。

捌、匝道封閉

當上游路段的交通需求大於或等於下游路段的容量時,下方已無法再容納匝道駛入的車輛,故應將匝道予以封閉。匝道封閉依封閉時間又可分為定期匝道封閉與非定期匝道封閉兩種,定期匝道封閉屬預防性交通控制,適用於疏解重現性交通壅塞,如都會區路段每日重覆發生的尖峰時段壅塞,非定期匝道封閉多用於應付偶然突發狀況,如交通事故所引起的壅塞。在實施條件方面,封閉入口匝道一般應符合下列實施條件時才予考慮:
入口匝道上游路段之交通需求已達飽和,且其他道路有足夠之剩餘容量可資利用。
入口匝道有足夠之貯車空間,為免車輛排隊等候而干擾到鄰近道路之交通。
在實施方式方面,封閉匝道之實施方式除可以交通號誌設施管制外,亦可以手置式屏柵或自動式屏柵以及標誌顯示等方式實施,惟為讓駕駛人及早瞭解因應,事先宜配合廣泛之宣導,讓路人瞭解此項管制措施實行之地點與時間。

玖、匝道儀控

若上游需求加匝道需求之總和仍低於下游之容量時,則無管制匝道的必要,即車輛可自由駛入高速公路,若介於匝道封閉與自由駛入之情況,則表示下游路段雖尚有剩餘的流量,但卻不足以容納入口匝道全數的需求,因此宜採用匝道儀控的方式,以調節由匝道駛入的流量。此種匝道儀控依據其所採取之不同控制方法可分為定時儀控及交通感應控制。

拾、定時儀控

儀控率係指利用匝道號誌調節進入高速公路車輛的流率。定時儀控所使用的號誌週期,參考事前歷史交通資料按不同日期與時間事先予以設定,依固定時制定時開放車輛進入高速公路,屬於疏解重現性交通壅塞所實施之預防性交通控制。 
定時儀控流程
依據高速公路各路段之交通調查資料,判定重現性交通壅塞發生的路段及時段。
由路段與匝道的交通需求,匝道之佈設,以及相關道路的剩餘容量或交通擁擠狀況,選擇適於實施儀控的匝道及時段。
預先計算進口匝道的儀控率,並據以設定匝道號誌的週期。儀控率可依控制點的剩餘容量或交通狀況反應計算而得。當儀控率小於或等於每小時900車時,可採用單車進入儀控,亦即每一號誌週期只容許一輛車進入的方式,當儀控率超過每小時900車時,宜改採車隊進入儀控(Platoon Metering),亦即每一號誌週期容許一車隊(數輛車)進入的方式。依據實際操作經驗顯示,一次進入2輛可獲致滿意的結果,一次3輛則為實用最大值,兩者皆以1,100輛/時為上限。理論上儀控率可以低至零(即封閉匝道),但實際應用時卻應設定在180輛/時或240輛/時(即號誌週期20秒或15秒)以上,否則若週期過長,車輛駕駛人可能會在久候不見綠燈之情況,誤認為匝道號誌發生故障,而不顧紅燈逕行闖入,如此反而無法達到儀控的效果。
判斷是否為壅塞路段。如不是,可採取其他適合交通狀況之控制策略;如是,則進行下列步驟。
宣佈匝道開始儀控。此項訊息可透過資訊可變標誌或廣播電台之路況報導傳達給車輛駕駛人。
依據特定時段所設定的儀控率,以號誌顯示的方式進行儀控。
超過控制時段後,解除匝道管制。
定時儀控系統組件
定時儀控之系統組件有基本組件與依控制目的及策略所增設之組件,有關定時儀控各項組件安裝之系統配置如下圖所示。其中基本組件包括匝道儀控號誌、路口控制器及預警標誌等三項,至於依控目的及策略所增設之組件有駛入、駛出偵測器,等候線偵測器與匯入偵測器。茲將各項系統組件之功能說明如下。
匝道儀控號誌(Ramp Metering Singal)
使用三時段(紅、黃、綠)或二時段(紅、綠)之號誌來控制車的行止。
儀控控制器(Local Controller)
用以控制號誌隨時間而變化之儀控率,及接受由駛入等候偵測器所傳來之資訊。
預警標誌(Ramp Control Warning Sign)
以預警標誌之閃動與否來表示前方匝道是否正在實施匝道儀控。
駛入偵測器(Check-in Detector)
駛入偵測器安裝在匝道儀控號誌停止線之前方,用以偵測是否有車輛駛入,但如有駛入偵測器之設置時,則必需有最小儀控率之限制,以避免車輛因未停在偵測器之上,或因號誌損壞而使號誌一直亮著紅燈。
駛出偵測器(Check-out Detector)
駛出偵測器乃裝置於停止線之後方,此偵測器之目的在於確認有車輛駛入。當車輛啟動離開停止線後,而使駛出偵測器偵測到車輛佔據時,立即傳遞訊號至儀控號誌控制器,使其轉換為紅燈,以避免另一車輛緊隨進入。
等候線偵測器(Queue Detector)
等候線偵測器之設置地點一般位於匝道與平面道路交叉口處,其主要目的在於偵上匝道車輛的等候長度是否超過匝道長度,以避免影響一般道路之交通。
匯入偵測器
用以偵測車輛佔據車流匯入區(位於主線與匝道間)的情形。

拾壹、移動式車輛偵測技術

利用車輛裝置車上單元(on-board unit,OBU)、全球定位系統、(global positioning system, GPS),無線射頻技術(RFID)、無線電話等,進行移動車輛之定位與追蹤,據以取得交通特性資料。這樣的技術通稱為探針車技術(probe vehicle technique),而蒐齊到的資料稱移動車輛資料(floating car data,FCD)。
優點
資料單位成本低
資料蒐集不中斷
資料自動蒐集
資料電子數位化
不干擾交通
缺點
建置成本高
基礎設施建置限制
軟體技術要求高
隱私權問題
不適用小規模資料
常用ITS探針車資料蒐集系統
信號柱車輛自動定位系統
車輛自動辨識系統(AVI)
無線導航定位系統
行動電話定位系統
全球定位系統(GPS)

拾貳、先進交通資料蒐集技術

一、車輛偵測器(Vehicle Detector, VD)
需要定期維護
一般來說,所資料類型較移動式車輛偵測技術少
二、具有GPS之探偵車(GPS-Based Vehicle Probe, GVP),屬於移動式車輛偵測技術。
成本低廉(因為車機以及傳輸費用已被其他目的所吸收)
無法確實保證廣度與精確度
車輛的行為必須加以考量
三、採用 ETC 相關設施(ETC-Based Vehicle Probe, EVP),屬於移動式車輛偵測技術。
資料偵測範圍受限於偵測器布設
eTag讀取率國道其他道路有差異
四、手機基地台(Cellular-Based Vehicle Probe, CVP),屬於移動式車輛偵測技術。
無法確實保證廣度與精確度
樣本數受限於電信商
可以提供不同運具使用的資料

拾參、ETC-Based Vehicle Probe資料說明

一、eTag讀取器(reader)佈設與資料蒐集類型
各類車種通行量統計
讀取器(reader)佈設方式:路側單點
資料欄位:時階、偵測站編號、車種、交通量
站間各車種平均旅行時間
讀取器(reader)佈設方式:路段上下游
資料欄位:時階、上游偵測站、下游偵測站、車種、平均行駛時間
站間各車種平均行駛車速
讀取器(reader)佈設方式:路段上下游
資料欄位:時階、上游偵測站、下游偵測站、車種、平均行駛速率
各旅次路徑原始資料
讀取器(reader)佈設方式:路網
資料欄位:時階、旅次序號、(偵測站、時間)
各類車種旅次平均長度
讀取器(reader)佈設方式:路網
資料欄位:時階、偵測站、車種、平均旅次長度
各類車種旅次數量
讀取器(reader)佈設方式:路網
資料欄位:時階、起點偵測站、終點偵測站、旅次量
二、起訖資料組合邏輯
合理時間出現在上下游門架之量串接
考慮因素
進服務區
通交流道上下
壅塞事件
跨橫向高、快速公路屢次
三、eTag交通資料應用
交通管理
計程前後交通特性比較(容量增加)
旅次起迄分析 
差別費率應用
改進匝道儀控
收費管理
歸戶資料之用路特性分析 
駕駛人欠費行為分析
其他附加價值應用