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研究生:郭建源
研究生(外文):Chien-Yuan Kuo
論文名稱:GPS技術應用於軌道運輸之實測初探與決策探討
論文名稱(外文):A Preliminary Testing and Decision-Making Study on Applying GPS to Rail Transportation
指導教授:黃國平黃國平引用關係
指導教授(外文):Kuo-Ping Huang
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:交通管理學系碩博士班
學門:運輸服務學門
學類:運輸管理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2003
畢業學年度:91
語文別:中文
論文頁數:115
中文關鍵詞:全球衛星定位系統模糊層級分析法專家問卷軌道容量模糊德菲法移動閉塞區間
外文關鍵詞:Analytic Hierarchy Process MethodFuzzy Dephi Methodmoving blockGPS
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本研究是探討GPS應用於軌道運輸上之影響因素,分別透過實測與專家問卷的方式進行研究。將GPS應用在列車營運上可改變行車控制方式為移動閉塞區間(Moving Block),此舉具有增加軌道容量(Rail Capacity)、增加列車班次、減少旅行時間、減少號誌維修及路側設備等優點。
本文實測是以GPS置於列車上從台南到岡山間進行實測,分別以復興號及電搖車進行實測,復興號在半開放式的環境下進行測試,電搖車則是全開放式的情況下進行測試。經過簡單測試後復興號的可接收衛星數為4-5顆之間,但電搖車由於是全開放式的環境則可收到6-7顆之間。也因此,電搖車測得之精度(Accuracy)較復興號為佳。
另一方面,是以兩階段專家問卷的方式,進行決策影響因素的探討,首先是透過文獻蒐集、專家深度訪談的方式建立影響因素集,再以模糊德菲法(Fuzzy Dephi Method)篩選評估準則。其次是將篩選後之準則進行成對比較(Pairwise Comparison),以層級分析法(Analytic Hierarchy Process Method)計算出各準則之影響權重。研究後發現各專家學者一致認為安全構面最應受到重視,各構面之準則最重要者分別為高速運行訊號可接收性、事故率降低的能力、軌道容量的提升及系統維護的費用等。
The research is designed to investigate the influence of GPS on rail transportation by ways of test and questionnaire respectively. The application of GSP to rail operation is able to upgrade the traffic control system to moving block and it also has advantages of adding rail capacity, increasing train services, reducing travel time, as well as decreasing the maintenance of signal and roadside equipments.
The test, in the research, is given in trains with GPS system from Tainan to Gang Shan. The Fu-Shin train and the motorcar are chosen to conduct the test. The Fu-Shin train is tested in a semi-open environment while the motorcar in a full- open environment. After the simple test, the Fu-Shin train can only accept 4 to 5 satellites but the motorcar, because of the full- open environment, enables to obtain 6 to 7 ones. Therefore, the motorcar has a better accuracy than the Fu-Shin train.
The two-stage questionnaire, on the other hand, is tend to investigate the crucial influences involved. The possible factors are initially established by an extensive bibliography along with intensive interviews with professionals. In addition, Fuzzy Dephi Method is used to decide the evaluating criteria, which were made a pairwise comparison then. These criteria aim to set a criteria priority through the Analytic Hierarchy Process Method. After the research, the scholars and professionals concur in supporting the safety is the number-one priority. The acceptability of signal in high speed, the higher accident prevention, the higher rail capacity and the cost of system maintenance are the criteria used in all aspects.
目 錄
1緒論
1.1研究背景與動機………………………………………………………………1
1.2研究目的………………………………………………………………………2
1.3研究流程………………………………………………………………………4
2文獻回顧
2.1國外軌道智慧化的發展現況………………………………………………5
2.1.1德國軌道運輸系統智慧化……………………………………………5
2.1.2北美先進列車控制系統………………………………………………6
2.1.3歐洲鐵路運輸管理系統………………………………………………7
2.1.4日本新幹線列車自動控制系統………………………………………7
2.1.5中國智能鐵路系統……………………………………………………8
2.2台灣軌道智慧化的概況……………………………………………………9
2.2.1系統架構……………………………………………………………………9
2.2.2系統目標……………………………………………………………………10
2.3 GPS應用於軌道運輸之實測技術與安全探討……………………………11
2.3.1輔助列車營運導航……………………………………………………11
2.3.2 GPS應用於軌道運輸之安全準則……………………………………18
2.3 GPS在國內的公路運輸的應用………………………………………………19
2.3.1公車動態資訊與無障礙運輸專車撥召系統………………………………19
2.3.2高速公路替選道路選線即時導引系統……………………………………20
2.3.3最短路徑導引系統…………………………………………………………21
2.4 模擬多準則決策方法……………………………………………………21
2.5小結…………………………………………………………………………23
3全球衛星定位系統及地理資訊系統
3.1 GPS系統架構………………………………………………………………25
3.1.1太空部份………………………………………………………………26
3.1.2控制部分………………………………………………………………28
3.1.3使用者部分……………………………………………………………29
3.2座標系統……………………………………………………………………29
3.2.1台灣地區使用之座標系統……………………………………………30
3.2.2 WGS84座標系統……………………………………………………………31
3.2.3座標轉換……………………………………………………………………31
3.3 GPS的誤差來源……………………………………………………………33
3.3.1軌道誤差……………………………………………………………………33
3.3.2衛星時鐘誤差………………………………………………………………33
3.3.3電離層延遲誤差……………………………………………………………33
3.3.4對流層延遲誤差……………………………………………………………33
3.3.5多路徑效應誤差……………………………………………………………34
3.3.6 SA效應與AS效應…………………………………………………………34
3.4 GPS於軌道上使用的現況……………………………………………………34
3.4.1台鐵行車控制分析………………………………………………………35
3.4.2 GPS應用理論與實測案例探討……………………………………………35
3.4.2.1行車間隔理論…………………………………………………………35
3.4.2.2 GPS的應用模式…………………………………………………………37
3.4.3GPS應用在軌道運輸上的相關問題…………………………………………38
3.5地理資訊系統(Geographic Information System,GIS)簡介…………39
3.6小結……………………………………………………………………………40
4 研究方法
4.1評估準則之篩選-模糊德菲法………………………………………………41
4.1.1德菲法……………………………………………………………………41
4.1.1模糊德菲法………………………………………………………………41
4.2評估準則權重之決定-模糊層級分析法………………………………………44
4.2.1層級分析法………………………………………………………………44
4.2.2模糊層級分析法…………………………………………………………50
5實驗方法與結果分析
5.1實驗流程………………………………………………………………………52
5.2資訊傳遞流程…………………………………………………………………53
5.3實驗目的………………………………………………………………………54
5.4實驗儀器………………………………………………………………………54
5.5實驗限制………………………………………………………………………55
5.6實驗步驟………………………………………………………………………56
5.7實測資料整理…………………………………………………………………58
5.7.1原始路線圖………………………………………………………………59
5.7.2差分修正…………………………………………………………………59
5.7.3 GPS結合GIS…………………………………………………………….61
5.8數據分析……………………………………………………………………….62
5.8.1衛星分佈數量……………………………………………………………62
5.8.2衛星幾何分佈圖…………………………………………………………64
5.9精度分析……………………………………………………………………….66
5.9.1問題說明…………………………………………………………………66
5.9.2分析方法…………………………………………………………………67
5.9.3分析結果…………………………………………………………………68
5.10 GPS精度改善模式…………………………………………………………..73
5.11小結…………………………………………………………………………...75
6構面及準則之研擬
6.1評估準則之挑選……………………………………………………………….77
6.2相關構面及初擬評估準則…………………………………………………….77
6.2.1技術構面…………………………………………………………………78
6.2.2安全構面…………………………………………………………………79
6.2.3效益構面…………………………………………………………………80
6.2.4成本構面…………………………………………………………………81
6.3整體構面準則………………………………………………………………….81
7實證分析
7.1評估準則之篩選……………………………………………………………….84
7.1.1問卷之發放與回收………………………………………………………84
7.1.2篩選準則之方法…………………………………………………………85
7.1.3篩選後評估準則分析架構………………………………………………88
7.2 準則權重之建立……………………………………………………………...89
7.2.1 AHP權重……………...………………………………………………….89
7.2.2決策者權重比較……...………………………………………………….91
7.2.3 模糊權重值……...………………………………………………………93
7.3 小結…………………………………………………………………………...94
8結論與建議
8.1結論……………………………………………………………………………..95
8.2建議……………………………………………………………………………..97
參考文獻……………………………………………………………………………..98
附錄…………………………………………………………………………………100
中文文獻
1、曾清涼、儲慶美,GPS衛星測量原理與應用,成大衛星資訊中心技術叢書,民國八十八年九月。
2、林宏麟,測量學,民國八十四年七月。
3、逢甲大學地理資訊系統研究中心,地理資訊系統剖析,松崗圖書公司,民國八十九年一月。
4、周義華,運輸工程,鼎漢顧問公司,民國八十九年九月。
5、卓訓榮、蔡肇鵬,軌道運輸系統智慧化之架構,海峽兩岸都市軌道運輸學術研討會論文集,P156~P169,2002年1月。
6、陶治中、廖苑伶,軌道運輸系統智慧化技術平台架構之研議─以大眾運輸系統為例,海峽兩岸都市軌道運輸學術研討會論文集,P170~P182,2002年1月。
7、陶治中,移動閉塞行車制下大眾捷運系統之列車行車間隔理論分析,海峽兩岸都市軌道運輸學術研討會論文集,P183~P191,2002年1月。
8、陶治中,智慧型運輸系統在輕軌上之應用,大高雄都會區軌道交通技術研討會論文集,P93~P105,2002年3月。
9、吳至誠、郭基賢,DIY DGPS應用之研究,第十八屆測量學術及應用研討會論文集(一),P29~P34,民國八十八年九月。
10、交通部運輸研究所,整合GPS與GIS-T之應用─公車動態資訊系統與高速公替道路選線即時導引系統之實作,民國八十四年一月。
11、何志宏、張劭卿、許文達,利用DGPS差分式全衛星定位系統建立最短路徑行車導引控制系統之研究,運輸計劃,第二十三卷,第四期,P349~P374,民國八十三年十二月。
12、史習平,全球定位系統、運輸地理資訊系統與無線電通訊整合之研究 :應用於公車動態資訊與撥召系統,交通大學碩士論文,民國八十五年六月。
13、李昭蒂,航空公司飛航安全績效評估之研究,成功大學碩士論文,民國八十八年六月。
14、陳育甄,模糊層級分析法應用於城際運具選擇模式之研究,成功大學碩士論文,民國九十年六月。
15、張學孔、劉育儒、陳信雄,先進公車系統自動車輛定位與通訊技術之評估研究,運輸計劃季刊,第三卷,第一期,P203~P236,民國九十年三月。
16、徐村和,模糊決策理論應用在大眾捷運系統與公車整合營運計劃之研究,成功大學博士論文,民國八十二年六月。
17、徐村和,模糊德菲層級分析法,模糊統計學刊,第四卷,第一期,P59~P72,民國八十七年。
18、鄧振源、曾國雄,層級分析法(AHP)的內涵特性與應用(上),中國統計學報,第27卷,第6期,P5~P22,民國七十八年六月。
19、鄧振源、曾國雄,層級分析法(AHP)的內涵特性與應用(下),中國統計學報,第27卷,第7期,P1~P16,民國七十八年七月。
20、林振國,都市路外停車場設置區位評選之研究,成功大學碩士論文,民國八十九年六月。
21、陳曉玲,航空站區位選擇評估程序之研究,成功大學碩士論文,民國八十三年六月。
22、陳俊魁,鐵路立體化評估準則與方案選擇之研究,成功大學碩士論文,民國八十三年六月。
23、陶治中、趙祖祐,衛星定位系統應用於軌道運輸安全之決定性準則研究,第九屆運輸安全研討會論文,民國2003年4月。
英文文獻
24、Filip-A、Bazant-L、Mocek-H、Cach-J,GPS/GSNN Base Train Position Locator For Railway Signaling,Computer in Railways Ⅶ,P1227~P1242,2000。
25、Cai-B、Wang-X,Train Position Via Integration And Fusion Of GPS And Inertial Sensors,Computer in Railways Ⅶ,P1217~P1226,2000。
26、Schneider-U、Troelsen-J,Introduction Digital Map Information Into Train Positioning Systems:Chance And Risks,Computer in Railways Ⅶ,P1271~P1280,2000。
27、Luck-T、Lohnert-E、Eissfeller-B、Meinke-P,Track Irregularity Measurement Using An INS-GPS Integration Technique,Computer in Railways Ⅶ,P105~P114,2000。
28、Mark Judd、Rod MacLeod,The Integration of Differential GPS and Inertial Sensor for Positioning Australian Railways,ION Meeting Proceedings,P1293~P1301,1993。
29、B.Cai、X.Wang,Train positioning via integration and fusion of GPS and inertial sensors,Computer in Railways Ⅶ,P1217~P1226,2000。
30、U.Schneider and J.Troslen,Introducing digital map information into train positioning systems:chances and risks,Computer in Railways Ⅶ,P1271~P1280,2000。
31、www.colorado.edu/geography/gcraft/notes/gps/gps_f.html
32、www.ertms.com
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