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研究生:廖怡婷
研究生(外文):Yi-Ting Liao
論文名稱:春節期間匝道儀控策略之研擬與評估
論文名稱(外文):The Proposal and Evaluation of Ramp Metering Strategy for Chinese Lunar New Year Holidays
指導教授:楊宗璟楊宗璟引用關係
指導教授(外文):Chun-zin Yang
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:交通工程與管理所
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:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:99
中文關鍵詞:車流特性匝道儀控車輛偵測器
外文關鍵詞:traffic characteristicsramp meteringvehicle detector
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國內高速公路壅塞問題以春節假期最為嚴重,即使在民國93年第二條南北縱向高速公路通車後春節壅塞情形也未改善,顯然欲改善春節壅塞情形不能僅靠興建道路,而必須積極的調整管理及疏導策略。因此本研究欲針對中山高速公路北上王田至豐原路段,2008年春節期間之匝道儀控策略進行研究,並提出新的儀控策略,以便車輛偵測器測得的車流資料傳回控制中心時,能立即判斷是否需要調整儀控策略與應該如何調整儀控時制,期望藉由此儀控策略達到控制高速公路主線密度、維持主線順暢的效果,並儘可能減少匝道回堵,降低使用者旅行的時間。

但由於本研究範圍內,部份路段無車輛偵測器資料,因此本研究使用流量守衡原理推估王田、南屯、大雅交流道入口欲進入高速公路主線的車流需求量;並使用道路幾何狀況與台中交流道相似的苗栗南下入口交流道車流資料,建立迴歸式,以推估台中交流道入口欲進入高速公路主線的車流需求量;而匝道與主線匯流路段,則是假設此處之車流需求量為自匝道進入的車流需求量與主線最外側流量的平均值,並假設車流需求量變化時密度會等比例變化,且此路段之車流型態與主線最外側車道之車流型態相似,因此若此路段的車流需求量為主線最外側車道的X倍,密度亦為主線最外側車道的X倍,若將此密度代入主線最外側車道的密度與速率關係式即可得到此路段的速率資料。在本研究中改變儀控策略後的主線速率亦以車流需求量變化時密度會等比例變化之假設為前提,將改變後的密度代入主線各車道的密度與速率關係式即得改變儀控策略後的主線速率。

在求得各路段(各交流道匝道、匝道與主線匯流路段及匝道與主線匯流後至下一交流道出口處)車流資料後,本研究訂定三種匝道儀控指標,一為效率指標,即計算各路段的平均旅行時間,並以使平均旅行時間最短之儀控時制為最佳儀控時制;其次是將平均旅行時間轉換為平均旅行速率(即各路段總距離除以平均旅行時間),並將平均旅行速率乘以各時段可進入高速公路的流量,做為運能指標,再尋找運能最大者為最佳時制;而另一指標為公平性指標,即以使各交流道至下一交流道之平均旅行速率標準差最小之儀控時制為最公平之儀控時制。但由於目前高速公路管理單位之管理目標以降低春節壅塞狀況為主,因此本研究以效率指標為主要參考依據,期藉由本研究之儀控策略改善台灣地區春節假期高速公路之擁擠狀況。
Freeway congestion problem in Taiwan is most serious during Chinese Lunar New Year holidays. Even when the second freeway of north-south direction is constructed in 2004, the congestion phenomenon still exists. It is clear that relieving congestion problem can be achieved not only by road construction but also by traffic management and re-distribution strategy. Therefore, the subject of this research is focused on one strategy freeway ramp metering. A study area is defined on Zhongshan freeway from Wangtien north up to Fongyuan during an interested period Chinese Lunar New Year holidays. Whenever the data from vehicle detector are sent to the control centers, it is expected that whether a ramp metering strategy needs to be engaged and how to arrange can be decided. Hopefully, by using this ramp metering strategy, the density of mainline can be controlled in such a way that the traffic of mainline is moving smoother, and the queue length of ramps can be reduced in order to save travel time of road users.

The data from vehicle detector are not complete, this research uses flow conservation principle to estimate the entering flow demands from ramp to mainline at Wangtien, Nantun, Daya junctions. A regression model is formulated at Miaoli junction, where roadway geometry is similar to that of Taichung junction, to estimate the entering flow demand from ramp to mainline at Taichung junction. Furthermore, it is supposed that the merging flow demand just after the entering point is close to the average of flow on the very right lane and the entering flow demand from ramp to mainline. Moreover, based on the hypotheses that when the flow demand decreases, the density will decrease at the same rate and that the traffic density and speed relation at the merging segment is similar to that on the very right lane, the estimated speed can be obtained through a model regressing speed on density. Base on the above mentioned first hypothesis, the speed data of each lane of mainline can also be revised whenever flow demands on mainline are changed.

After getting the traffic data of each section (entering section, merging section and mainline section), three performance indicators of ramp metering strategy are chosen. One is efficiency. Efficiency measures the travel time for each ramp metering plan. A plan is decided as the best if the travel time by this plan is the shortest. The other is transporting capability, which is defined as accumulating figures of average travel speed multiplied by traffic volume. Whenever a plan can guarantee the highest value of transporting capability, it is selected as the best. Another is equity, which is evaluated by the standard deviation of travel speeds among all relevant mainline segments. Once a plan gives a result of smallest standard deviation, it is the most equitable. Since the efficiency of each plan is considered most important from the viewpoint of freeway administrative officiers, this thesis puts most efforts on establishing plans with best efficiency, i.e. shortest travel time for the Chinese Lunar New Year holidays.
摘要i
Abstract ii
圖目錄 vi
表目錄viii
第一章 緒論1
1.1 研究背景與動機1
1.2 研究目的1
1.3 研究範圍與限制2
1.4 研究內容與流程3
第二章 文獻回顧6
2.1 回顧車流特性文獻6
2.2 回顧匝道儀控策略相關文獻11
2.3 文獻回顧對本研究之啟發18
第三章 研究方法20
3.1 流量資料蒐集方法20
3.2 速率資料蒐集方法27
3.3 各儀控時制策略實際引入率31
3.4 績效指標與權重之建立33
3.5 最佳儀控時制策略研擬方法34
3.6 研究架構35
第四章 現況分析37
4.1 春節期間每日交通量比較37
4.2 春節期間車流狀況分析47
4.3 春節期間原儀控時制策略48
4.4 春節期間車流資料缺漏整理50
第五章 實證結果53
5.1 單一路段單日旅行時間及運能計算方式53
5.2 單一路段匝道儀控時制策略研擬57
5.3 區域整合匝道儀控時制策略研擬77
5.4 公平性指標84
第六章 結論與建議85
6.1 結論85
6.2 建議86
參考文獻88
1. 「2001 年台灣地區公路容量手冊」,交通部運輸研究所。
2. 王雲慶,民94 年,「應用基因模糊邏輯建構適應性匝道儀控系統」,逢甲大學交通工與管理學系碩士班碩士論文。
3. 交通部,民84 年,「交通工程手冊」,幼獅出版社。
4. 李維珊,民91 年,「連鎖式即時匝道儀控方法論研究」,國立交通大學交通運輸研究所碩士班碩士論文。
5. 李杏妃,民98 年,「高速公路上下匝道燈號之模糊控制決策」,國立中央大學電機工程研究所碩士論文。
6. 何志宏等,民91 年,「先進式微觀車流模擬器:Paramics 模擬軟體應用於高速公路與市區道路交控系統整合策略硏究」,交通部運輸研究所。
7. 何志宏等,民90 年,「先進式微觀車流模擬器:Paramics 應用於台灣地區發展ITS 模擬網路之模式校估測試硏究」,交通部運輸研究所。
8. 陸勇奇,民92 年,「高速公路車流速率模擬及匝道交通管理-以台中地區為例」,東海大學資訊工程與科學系碩士在職專班碩士論文。
9. 楊子儉,民89 年,「即時應變事故之匝道儀控系統雛型研究」,國立台灣大學土木工程學研究所碩士論文。
10. 楊宗璟等,民98 年,「廣播資訊對於國道用路人改變路徑的影響」,2009海峽兩岸智慧型運輸系統研討會。
11. 鍾敦沛,民89 年,「高速公路匝道流量控制模式之研究」,國立交通大學交通運輸研究所碩士班碩士論文。
12. Habib Haj-Salem,”ALINEA:A Local Traffic Responsive Strategy for Ramp Metering: Field Results on A6 Motorway in Paris”, 2001 IEEE Intelligent Transportation Systems Conference Proceedings, P106∼P111, 1991.
13. M. Van Den Berg, B. De Schutter, and H. Hellendoorn,”Effects of On-ramp and Off-ramp Metering on Queue Forming in Urban Traffic Networks”, Delft University of Technology, P130∼P135, 2006.
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