公路行車時間資訊管理系統之規劃研究 (3/4)

1. 交通部運輸研究所 亞聯工程顧問股份有限公司 公路行車時間資訊管理系統之規劃研究(3/4) 期末簡報 簡報人﹕蔡瑞鉉 中華民國九十四年十一月二十三日

2. 簡報大綱 壹、計畫背景分析 貳、靜態旅行時間推估模式整合修訂 參、高速公路旅行時間資料特性分析 肆、省道偵測器佈設建議 伍、動態旅行時間推估模式構建 陸、旅行時間資訊模擬顯示系統規劃與建置 柒、結論與建議

3. 壹、計畫背景分析 1.1 計 畫 目 的 1.2 計 畫 範 圍 內 容 1.3 工 作 流 程

4. 1.1 計畫目的 • 透過路況資料蒐集，並以適當的方法預估旅行資訊再提供給用路者，使其旅運決策能符合管理者的預期，進而讓整體運輸系統的效能提升。 • 對用路者而言，期能明確的掌握所經道路的路線資訊，提昇整體行車效率及節省個人行駛的時間。

5. 1.2 計畫範圍內容 • 前期工作 • 第一期計畫： • 高速公路靜態旅行時間推估模式之建立與校估 • 高速公路動態旅行時間推估方法之研究 • 第二期計畫： • 一般道路靜態旅行時間推估模式之建立與校估 • 動態旅行時間推估模式之建立 • 資訊顯示模擬系統之雛形

6. 本期工作範圍 • 靜態旅行時間推估模式之整合修訂 • 擴充前期研究建置之資料結構與資料庫內容 • 適度修正與整合交通流量與旅行時間轉換曲線 • 高速公路歷史旅行時間特性分析 • 高快速公路動態旅行時間推估模式之檢討與建置 • 持續探討動態旅行時間推估模式 • 加強高速公路動態資料庫與推估模式之完整性 • 建議省道偵測器之佈設密度與位置 • 資訊顯示系統之整合修訂 • 納入本(94)年度擴充之靜態資料庫、旅行時間推估模式、及動態資料庫 • 建置一親和性之路況回報資訊系統，整合即時路況回報資料與旅行時間資料，並持續維護該系統之運作

7. 1.3 工作流程

8. 貳、靜態旅行時間推估模式整合修訂 2.1 模式型態 2.2 模式校估流程 2.3 模式校估結果

9. 2.1 模式型態 • 模式型態：美國聯邦公路局(BPR)模式 • 單一車道容量以台灣地區公路容量手冊中高快速道路及市區、郊區道路標準車道基本容量設定值為基礎。 • 考量道路鄰近地區特性不同，高度干擾調整因子為0.85，而低度干擾調整因子為1.15 。 • 考量車道數多寡設置車道調整因子。 • 考量實質車道寬度佈設設定為較高或較低容量。 ti：路段i旅行時間 t(i,f)：路段i自由車流旅行時間 Vi：路段i流量 α、β：欲校估之參數 • 各道路類型容量推估

10. 2.2 模式校估流程 各路段之 調查速率樣本 各路段道路 容量推估結果 各路段 交通流量資料 各道路類型之 速率Si與Vi/Ci 輸入非線性統計軟體 求解曲線 初步曲線配適 樣本點篩選 曲線基本校估 精確校估曲線型態與 簡化曲線種類 整併校估 考量V/C＞1.0 之假設車流 整併校估調整 資料調查與蒐集 曲線校估

11. V/C=1.4 Smin=5km/hr 最低速率校估 樣本點篩選 • 建立模式配適說明-以山區2車道為例 • 刪除極端之速率值(調整與曲線差距±10km以上之樣本點) • 設定擁擠最低速率(V/C值＝1.4)

12. 2.3 模式校估結果(一般道路) 本期結果 • 校估後速率流量曲線圖(低干擾) 前期結果 整併結果

13. 2.3 模式校估結果(一般道路) 本期結果 • 校估後速率流量曲線圖(高干擾) 前期結果 整併結果

14. 2.3 模式校估結果(快速道路) • 校估後速率流量曲線圖(快速道路) 快速道路校估

15. 2.3 模式校估結果(橋樑、隧道) • 校估後速率流量曲線圖(橋樑、隧道) 本期結果 本期結果

16. 2.3 模式校估結果 • 曲線校估合併後參數值

17. 參、高速公路旅行時間資料特性分析 3.1 車輛偵測器型態與內容 3.2 偵測器資料除錯方式 3.3 公路旅行時間資料分析應用 3.4 小結

18. 3.1 車輛偵測器型態與內容 北區格式 • 偵測器佈設位置 • 北區(國道1號、國道3號新竹系統交流道以北，汐止高架，國道2號機場系統內環線) • 中南區(國道1號新竹系統交流道以南) • 偵測器格式(北區) • 報表格式 • 偵測器格式(中南區) • 純文字檔，非報表格式 • 「異常標示」偵測器於20秒內傳回數值→「N」值 南區格式

19. 3.2 偵測器資料除錯方式 • 常見問題說明 1.速率、流量異常 2.週期性缺資料 • 除錯原則 1.僅選取狀態正常「N」之資料。 2.剔除流量與速率異常之資料。 3.以平均值取代周期性缺漏值。

20. 3.3 公路旅行時間資料分析應用 • 選取偵測器位置 • 中山高(北、中、南) • 北二高 • 機場系統內環線 • 選取資料時間 • 民國93年 • 選取資料格式 • 每5分鐘1筆

21. 3.3 公路旅行時間資料分析應用 • 中和~土城南下流量 • 北二高(中和~土城)民國93年平均流量比較。 • 一般日曲線有明顯尖離峰特性。 • 尖峰時段約出現在上午7時~9時間，尖峰流量約為800~1000pcu/5分鐘。

22. 3.3 公路旅行時間資料分析應用 • 中和~土城南下速率 • 北二高(中和~土城)民國93年平均速率比較。 • 相對於流量較高的時段，速率會有顯著的改變。

23. 3.3 公路旅行時間資料分析應用 • 各季平均流量 • 中山高南下(圓山~三重)93年各季流量曲線。 • 第一季上午7時~傍晚18時流量較其他季小。 • 各季流量均有明顯間離峰特性。

24. 3.3 公路旅行時間資料分析應用 • 各季平均速率 • 中山高南下(圓山~三重)93年各季速率曲線。 • 各季平均速率約維持80公里小時以上。

25. 3.3 公路旅行時間資料分析應用 速率差-雨量圖 • 晴雨天速率差比較(1) • VD40中山高南下(岡山段)93年7月雨量速率差圖。 • 雨量越大，晴雨天速率差越大。

26. 3.3 公路旅行時間資料分析應用 • 晴雨天速率比較(2) • 區分不同行車速率下，雨量與速率差關係。 • 可細分雨量與速率區隔表。 速率區隔下速率差-雨量圖 雨量-速率區隔

27. 3.3 公路旅行時間資料分析應用 • 白天夜間速率比較 • 針對同一路段流量相近情況下，白天與夜晚速率比較。 夜晚流量-速率圖 白天流量-速率圖

28. 3.4 小結 • 補齊即時資料不足部分 • 當即時動態資訊有所缺漏時，可利用歷史VD資料來補齊不足。 • 11種區隔詳細區分不同日期的影響 • 各星期流量與速率曲線大致成穩定狀態，查詢時可以實際需要針對每一種區隔來做查詢。 • 加入晴雨天因素，更符合實際需求 • 雨天與晴天速率確實有差異，因此在推估旅行速率時考慮晴雨天因素，能夠減小推估的誤差。

29. 肆、省道偵測器佈設建議 4.1 模式理論基礎 4.2 實例測試 4.3 小結

30. 4.1 模式理論基礎 • X6＝（X1－X4L4－X8R8）／T6 (1) • X2＝（X5－X4R4－X8L8）／T2 (2) • X3＝(X5－X4R4－X8L8)R2／T2＋X8T8＋(X1－X4L4－X8R8)L6／T6 (3) • X7＝(X1－X4L4－X8R8) R6／T6＋X4T4＋ (X5－X4R4－X8L8)L2／T2 (4) • 於此十字路口中，裝設X1、X4、X5、X8這四個偵測器之後，假若能獲得轉向比變數資料，則X2、X3、X6、X7這四個路段的流量則可透過推算得之。 • 據此建立三組路口佈設模組，作為單一路口偵測器佈設型態之基礎 • 利用上述方式來推算各種不同型態路口之流量推算公式，就能得到每個路口在完全資訊的情形下，所需要的最少數量偵測器以及其擺放位置。

31. 模組二 模組一 模組二 模組一 基礎路網佈設模組說明 • 四個十字路口之小路網僅需設置12個偵測器即可掌握完整資訊

32. 4.1 模式理論基礎 • 路網邊緣 • 假如所測試之路網有「邊緣」，由於地圖邊緣之外無法佈設偵測器，會造成該路口沒辦法透過既有之偵測器來推估其他的流量 • 本預設路網共經過九次運算，「初始」指放置模組後之數量，「微調」指邊緣微調，「往回」指從邊緣回推，「往外」指從起始路口往外推。 • 假設此路網虛線下邊為路網邊緣範圍，且在轉向比已知，透過佈設模組之應用與微調後，二個十字路口、二個丁字路口，總共需9個偵測器。

33. 分析路網，將路網中的路口依照類型分組 選定起始路口，依路口類型安插佈設模組 依照周圍路口類型，佈設路口模組至整個路網 微調路網邊緣之偵測器 根據邊緣佈設分佈，利用路口模組反推起始點 否 佈設數量收斂至某數值 是 達到完全資訊情形之 最佳佈設位置 4.1 模式理論基礎 • 路網佈設偵測器之分析流程

34. 4.2 實例測試 • 測試道路-新竹市一般道路等級 • 421個路口 • 轉向比預設為已知 • 在完全資訊的條件下，需佈設523個偵測器

35. 4.2 實例測試 • 接著開始將偵測器移除，並且計算推估的誤差 • 以模擬方式產生一組正確的路網流量值，並加總每一路段流量值 • 每次移除20個偵測器 • 加總移除推估後所有路段之總流量 • 兩者相除而得估算比率 • 將偵測器數量由523個減少至503個，則推估流量比由100%降至99.87%。 • 若是再減少20個，則推估流量的比率會再降至99.67%，以此類推。 • 可依據佈設偵測器預算多寡及可以接受的推估比率進行偵測器的佈設。 • 假設可接受的推估比率為80％，則只需要佈設523-280=243個偵測器。

36. 伍、動態旅行時間推估模式構建 5.1 氣象因素對於車流之衝擊 5.2 動態旅行時間預測模式

37. 5.1 氣象因素對於車流之衝擊 • 根據美國FHWA的研究指出，氣候會造成道路機動性明顯的改變 • 潮濕的道路鋪面會導致行駛速率降低10％～25％ • 積雪或泥濘的道路鋪面將使行駛速率降低30％～40％ • 當氣候狀況發生於高速公路上時 • 小雨將會造成約略10％的速率損失 • 大雨則會造成16%的速率損失

38. 5.1 氣象因素對於車流之衝擊 • 雨量與車輛偵測器速率之關係 選取與氣象站較接近之車輛偵測器作為資料來源

39. 5.2 動態旅行時間預測模式 • 灰色系統理論於旅行時間估計 • 灰色系統理論主要是針對在模式不明確，資訊不完整的情況下，由現有的系統資訊來尋找出系統內部隱藏之規律性 • 灰色預測模式之優點 • 建立模式所需資料數甚少：降低資料量之需求 • 預測模式之數學運算過程較其他理論來的容易、簡便 • 不同於因果分析方法理論，灰色模式不需考慮其他影響應變數之相關因素 • 建立模式所需之資料不需符合典型統計分配規律，更具實用性 • 動態旅行時間預測 • 以平均速率作為灰色系統之主要行為，並以氣象站所提供之每小時降雨量為影響因子，對於每個車輛偵測器建立個別所屬之GM(1,2)模式 • 部分氣象站距離過遠，使得氣象站所記錄之降雨量和車輛偵測器所在位置之降雨差異大，影響雨量資料與平均速率之關係判定 • 本研究採用7公里／每小時，作為降雨時之行駛速率折減值

40. 5.2 動態旅行時間預測模式 • 預測路段分段方式 • 前期研究，動態旅行時間之路段分段方式為高速公路之交流道分段 • 比較交流道分段與車輛偵測器分段之資訊後，發現兩者之差異性甚為明顯 • 本研究採用車輛偵測器作為旅行時間預測模式之預測分段方式

41. 陸、旅行時間資訊模擬顯示系統規劃與建置 6.1 路網範圍 6.2 地理圖層 6.3 系統需求分析 6.4 系統功能說明

42. 6.1 路網範圍 • 路網範圍 • 使用93年版「新世紀台灣地區交通路網數值地圖」為基礎。 • 本期路網重點為：高速公路所有通車路段、各重要快速道路、省道、重要縣道。 • 因應道路連通性需求，並加入部分縣道，將國道以VD範圍重新切割。

43. 6.2 地理圖層

44. 6.3 系統需求分析 • 增加權限管理 • 查詢界面之開發調整 • 結合運資組路況資訊查詢 • 統計分析功能

45. 6.4 系統功能說明 • 系統功能架構圖

46. 6.4 系統功能說明 群組管理 • 系統管理 • 群組管理:設定使用者群組，並設定各群組之權限，各使用者之權限繼承其群組之基本權限，可再針對各群組下之使用者設定下層權限。 • 使用者管理:管理者可新增、修改、刪除使用者帳號、密碼及其基本資料，各使用者可修改個人基本資料及密碼。 • 特殊假日設定：設定系統所使用之相關代碼參數，非週六、日的放假之紀念日及民俗節日。 帳號申請

47. 6.4 系統功能說明 • 路徑及時間估算 • 出發時間選擇：提供使用者設定出發時間，於計算旅行時間時，可因是否為假日調整參數。 • 駕駛特性設定：將車種分為小客車/小貨車、大客車、大貨車/聯結車等二類。 • 起訖點定位方式： • 交流道查詢：選擇國道名稱後，選擇其方向性(東向、西向、南下、北上)，篩選該國道沿途之交流道名稱，供使用者選擇。 • 重要地標查詢：選擇縣市/鄉鎮後，選擇地標之類別(大類、次類)，再選擇地標名稱。 • 交叉路口查詢：選擇縣市/鄉鎮後，選擇道路名稱，系統自動篩選與該道路交叉之道路名稱，供使用者選擇。 • 路徑路況 顯示各路段之路況

48. 6.4 系統功能說明 • 路況查詢 • 智慧型路況資訊查詢系統連結：透過Web Service方式整合運研所「智慧型路況資訊查詢系統」，提供用路人多元路況資料。 • 道路查詢：以道路之類別(國道、省道)設定欲查詢路況之路段。 • 道路里程查詢：以道路名稱里程查詢該路段路況。 • 排序設定：所查詢結果可依使用者需要，依時間序列、路況類別、路況地點進行排序。

49. 6.4 系統功能說明 智慧型路況查詢系統 路況查詢

50. 6.4 系統功能說明 • 道路流量分析 • VD資料查詢：以國道編號、方向、VD編號、…等方式查詢VD原始資料。 • 分析條件設定：設定查詢期間、計算方式，以進行分析。 • 流量圖：將所查詢VD資料繪製流量曲線圖。 • 排序設定：將所查詢VD資料列印或轉出成Excel。