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研究生:鄭光漢
研究生(外文):Kuang-Han Cheng
論文名稱:里程計費高速公路電子收費系統前端系統最適數量之研究
論文名稱(外文):The Optimal Deployment of Front-End System in Distance-Based ETC System on Freeway
指導教授:張學孔張學孔引用關係
指導教授(外文):S. K. Jason Chang
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:土木工程學研究所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:130
中文關鍵詞:車輛定位系統電子收費系統GPRS-GSM
外文關鍵詞:Vehicle Positioning SystemETCGPRS-GSM
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高速公路實施新一代結合衛星定位與無線通訊之電子收費系統(Electronic Toll Collection, ETC)可降低收費及管理成本、提高運輸能量、減少收費站延誤、提昇行車效率,同時降低車輛減速停等所帶來之油耗與空氣污染。此外,透過ETC及車載機所獲得行車資訊配合旅行時間預估技術,可以提供用路人更可靠、準確動態及時路況以及行車路線導引功能。再者,早期規劃設計構想,高速公路在都會區仍扮演地區快速道路功能,因而目前高速公路使用車輛中,有將近50%~55%的車輛並未付費,形成極不公平的現象。電子收費建置後可逐步達到依里程收費、落實公平付費之目標,同時可提供路網動態資訊並運用依時間與擁擠度調配之擁擠定價策略,使整體路網發揮最大功能。由此觀之,ETC結合無線通訊與衛星定位新一代VPS之系統建置,絕不僅是收付費的自動化,而是結合通訊、資訊與控制技術,達到先進交通管理的整合方法。
本研究係在民間BOT型式建構國道VPS-ETC收費系統之假設下,該VPS-ETC針對未來ETC系統依里程收費之前端系統進行探討。系統包涵VPS車機系統、GPS衛星定位、GPRS網路通訊平台及VPS-ETC扣款伺服器等系統單元。研究中在考量各區平均旅次長度,基於使用者付費的原則,考量不同車種及不同旅次繳交通行費符合道路收費之公平原則下,將無線通訊技術的服務範圍及通訊成本予以納入營運成本進行分析,同時在營運者成本最小的目標下,來求解電子收費依里程收費之蜂巢式通訊區和無線通訊基地台佈設數量。研究中並依系統建置、佈設之進程,探討如何以電子收費之推行逐步達到里程收費之目標。
Implementation of advanced ETC system which combines wireless communication and VPS(Vehicle Positioning System)can not only be tolling automatically but also integrate the communication, information and control technologies to achieve the goal of Advanced Traffic Management System(ATMS). After operation of the ETC, freeway users can pay tolls without stopping their vehicles and without using cash in an excellent toll collection environment. This will raise the overall quality of service, save energy, and reduce emission. Moreover, in cooperation with future IT and Telematics development, the electronic toll collection system will be integrated into the ETTM system(Electronic Toll & Transportation Management)for electronic payment of tolls and the Intelligent Transportation System.
This research aims to explore the optimal configuration of front-end system of ETC, in which a private company has been running the system based on a BOT approach. It is also assumed that the distance-based VPS-ETC has been implemented and it combines the VPS-OBU, GPS, GPRS-GSM network and the VPS-ETC server, etc. Base on the principle of the “User Pay”, the study considers the different vehicle type and trip length, this research includes the wireless communication technology and communication cost into the operation cost. Minimum operation cost is the objective to solve the optimization of deployment for front-end communication zones for distance-based VPS-ETC system.
目錄
論文審定書 Ⅰ
致謝 Ⅱ
摘要 Ⅲ
中文摘要 Ⅲ
英文摘要 Ⅳ
目錄 Ⅴ
表目錄 Ⅷ
圖目錄 Ⅸ
第一章 緒論 1
1.1研究動機 1
1.2研究目的 2
1.3研究範圍 2
1.4研究方法 2
1.5研究工作項目與流程 3
第二章 文獻回顧 6
2.1國內外車輛定位系統技術之探討 6
2.1.1國外車輛定位技術發展現況 6
2.1.2國內車輛定位技術發展進程 8
2.1.3綜合評析 9
2.2國外車輛定位電子收費系統之應用經驗 10
2.2.1德國Toll Collect系統 10
2.2.2瑞士HVF計畫 11
2.2.3荷蘭Kilometerheffing計畫 12
2.2.4新加坡VPS測試計劃 12
2.2.5綜合評析 13
2.3國內外現行電子收費系統 13
2.3.1國內現行電子收費系統之應用 13
2.3.2國外現行電子收費系統之運作 14
2.4無線通訊技術之探討 19
2.4.1無線通訊技術之型式 19
2.4.2無線通訊技術之組成 21
2.4.3蜂巢式無線通訊原理 22
2.4.4頻率再使用因子 23
2.5國內外民間參與電子收費系統之探討 24
2.5.1美國紐約地區E-Z pass系統 24
2.5.2加拿大407高速公路(Canadian Highway 407) 25
2.5.3以色列Cross Israel Highway 25
2.5.4澳洲墨爾本MCL計畫 26
2.5.5德國Toll Collection系統 26
2.5.6法國電子收費系統(Esterel-Cote Azur Motorway) 26
2.5.7新加坡ERP系統 27
2.5.8日本ETC計畫 27
2.5.9綜合比較 27
第三章 系統描述及假設 31
3.1現況描述 31
3.1.1現行電子收費系統 31
3.1.2車輛定位電子收費系統 32
3.2系統比較 33
3.2.1紅外線收費技術的優缺點 33
3.2.2車輛定位電子收費系統的優缺點 34
3.3系統描述 36
3.4模式假設 40
3.5電子收費系統公私部門合作方式 42
3.5.1電子收費系統的商業模式 42
3.5.2經營團隊之組成方式 49
第四章 模式架構 53
4.1民間參與電子收費系統建置及營運之目的 53
4.2民間參與電子收費系統之商業模式 54
4.3民間參與電子收費系統之成本模式 55
4.3.1車輛定位電子收費系統之成本項目 55
4.4民間參與電子收費系統之收益 62
第五章 模式求解及實例分析 64
5.1團隊組成方式分析 64
5.1.1經營團隊整合通訊業者 64
5.1.2經營團隊租用通訊服務 66
5.1.3經營團隊自組通訊團隊 69
5.2電子收費系統特性 71
5.2.1需求面 72
5.2.2供給面 72
5.3成本分析 72
5.3.1興建成本 72
5.3.2營運成本 73
5.3.3成本彙整 75
5.4最佳化結果分析 75
5.4.1基地台最佳間距與數量 75
5.4.2各方案最佳興建成本 77
5.4.3各方案最佳營運成本 78
5.5各方案總本及各成本項目之權衡分析 78
5.5.1總成本 78
5.5.2成本組成比例 80
5.5.3國道車流量對經營成本變動之影響 82
5.5.4車機使用百分比對成本變動之影響 86
5.5.5無線通訊距離(R)變動對系統成本之影響 89
5.5.6頻率再使用距離(FRF)變動對系統成本之影響 92
5.5.7資訊處理速度對成本變動之影響 95
5.5.8小結 99
5.6敏感度分析 100
5.6.1基地台建置成本變動對經營成本之影響 100
5.6.2基地台控制器建置費用變動對經營成本之影響 104
5.6.3無線傳輸設備設置費用變動對經營成本之影響 108
5.6.4能源成本變動對經營成本之影響 112
5.6.5維運成本變動對經營成本之影響 116
5.6.6討論 120
第六章 結論與建議 121
6.1結論 121
6.2建議 122
6.2.1系統建置及營運規劃建議 122
6.2.2後續研究建議 123
參考文獻 124
一、中文文獻 124
二、英文文獻 127
附件一 129
表目錄
表2-1歐盟VPS-ETC建置規劃重點與時程 7
表2-2各國電子收費技術架構 18
表2-3各國電子收費系統營運規模 29
表2-3各國電子收費系統營運規模(續) 30
表3-1 不同經營團隊組成之比較 52
表5-1路側設施建置成本 73
表5-2網路傳輸成本及郵寄費用 74
表5-3各方案成本分析彙整 75
表5-4各方案最佳化結果 76
表5-5各方案之最佳興建成本 77
表5-6各方案之最佳營運成本 78
表5-7各方案總成本及相關成本項目之權衡分析表 79
圖目錄
圖1-1 研究流程圖 5
圖3-1基本型電子收費服務系統之運作示意圖 36
圖3-2整合型電子收費服務系統之運作示意圖 37
圖3-3基本型電子收費系統金錢流示意圖 39
圖3-4複合式電子收費系統金錢流示意圖 44
圖3-5 ETC經營團隊包含通訊業者 46
圖3-6 ETC經營團隊不含通訊業者 48
圖3-7 ETC經營團隊建置通訊平台 49
圖4-1 VPS/ETC系統組成示意圖 50
圖4-2車輛定位電子收費系統運作示意圖 50
圖4-3 GPRS系統架構圖 51
圖5-1各方案總成本組成百分比 80
圖5-2各方案興建成本組成百分比 81
圖5-3各方案營運成本組成百分比 82
圖5-4 車流量變動對系統興建成本之影響 84
圖5-5 車流量變動對系統營運成本之影響 85
圖5-6 車流量變動對系統總成本之影響 86
圖5-7 車機使用率對系統興建成本之影響 87
圖5-8 車機使用率對系統營運成本之影響 88
圖5-9 車機使用率對系統總成本之影響 89
圖5-10 無線通訊距離對系統興建成本之影響 90
圖5-11 無線通訊距離對系統營運成本之影響 91
圖5-12 無線通訊距離對系統總成本之影響 92
圖5-13頻率再使用距離對系統興建成本之影響 93
圖5-14頻率再使用距離對系統營建成本之影響 94
圖5-15頻率再使用距離對系統總成本之影響 95
圖5-16 資訊傳輸速度對方案一成本之影響 96
圖5-17 資訊傳輸速度對方案二成本之影響 97
圖5-18 資訊傳輸速度對方案三成本之影響 99
圖5-19 基地台建置費用變動對方案一之影響 101
圖5-20 基地台建置費用變動對方案二之影響 102
圖5-21 基地台建置費用變動對方案三之影響 103
圖5-22 基地台建置費用變動對各方案總成本之影響 104
圖5-23 基地台控制器建置費用變動對方案一之影響 105
圖5-24 基地台控制器建置費用變動對方案二之影響 106
圖5-25 基地台控制器建置費用變動對方案三之影響 107
圖5-26 基地台控制器建置費用變動對各方案總成本之影響 108
圖5-27 無線傳輸設備設置費用變動對方案一之影響 109
圖5-28 無線傳輸設備設置費用變動對方案二之影響 110
圖5-29 無線傳輸設備設置費用變動對方案三之影響 111
圖5-30無線傳輸設備設置費用變動對經營成本之影響 112
圖5-31 能源成本變動對方案一之影響 113
圖5-32 能源成本變動對方案二之影響 114
圖5-33 能源成本變動對方案三之影響 115
圖5-34 能源成本變動對經營成本之影響 116
圖5-35維運費用變動對方案一之影響 117
圖5-36維運費用變動對方案二之影響 118
圖5-37維運費用變動對方案三之影響 119
圖5-38 維運費用變動對經營成本之影響 120
參考文獻
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