110 地方特考三等 交通技術 交通控制 考古題詳解

核心觀念

本題考查交通管理中「車流資料蒐集」的基本方法，重點包括：

1. 各種偵測設備的工作原理。
2. 可蒐集的車流資料種類。
3. 設備適用場所、準確度、施工需求、維護成本及環境限制。
4. 不同設備在「固定點偵測」、「路段旅行時間偵測」及「車輛辨識追蹤」上的差異。

基本車流參數如下：

• 流量（Flow, $q$）：單位時間內通過某一觀測點的車輛數，常用單位為 veh/hr。
• 速度（Speed, $v$）：車輛行駛快慢。
• 密度（Density, $k$）：單位道路長度上的車輛數，常用單位為 veh/km。
• 車道占有率（Occupancy, $O$）：在觀測時間內，車輛占用偵測區域的時間比例。
• 車種組成：小客車、機車、公車、貨車及大型車比例。
• 車流特性：轉向流量、排隊長度、車間距、旅行時間、延滯及壅塞程度。

車流基本關係式為：

$$q=kv$$

其中 $q$ 為流量、$k$ 為密度、$v$ 為平均速度。實務上不同設備能直接量測的參數不同，再透過資料處理推估其他參數。

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解題方法

本題適合採用「設備原理—可蒐集資料—優點—缺點—適用情境」的架構作答。可將車流資料蒐集技術分為：

1. 人工觀測法
2. 埋設式偵測器
3. 路面上方非埋設式偵測器
4. 影像辨識技術
5. 車輛協同與探針資料技術

作答時不宜只羅列設備名稱，必須說明設備特性及其限制，才能完整回應題目。

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一、人工觀測法

1. 人工計數

由調查人員在路側、路口或高架觀測點，以紙本、計數器、平板電腦進行車流調查。

可蒐集：

• 各方向流量及轉向流量
• 車種組成
• 機車、汽車及大型車比例
• 行人與自行車流量
• 違規行為
• 排隊長度
• 號誌週期內的通過車數

優點

• 設備簡單，機動性高。
• 可蒐集車種、轉向及違規等自動設備不易辨識的資料。
• 適合短期調查、特殊事件調查及設備校估。
• 不需要破壞路面，布設迅速。

缺點

• 人力成本高。
• 長時間調查容易產生疲勞及漏記。
• 調查品質受人員經驗影響。
• 夜間、雨天及高流量條件下，人工辨識較困難。
• 難以持續進行全天候、長期性的資料蒐集。

適用情境

適合路口轉向流量、車種分類、行人調查及短期交通改善前後比較。

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二、埋設式偵測器

（一）感應線圈偵測器

感應線圈通常埋設於車道下方，由線圈與控制器形成電磁迴路。車輛金屬物體進入線圈上方時，會造成電感量及振盪頻率改變，設備據此判斷車輛通過或占用。

可蒐集：

• 車輛數
• 流量
• 占有率
• 車速
• 車間距
• 車道使用情形
• 透過多組線圈估算車長及車種

優點

• 技術成熟，應用最廣。
• 偵測準確度高，適合號誌控制及長期監測。
• 可單車道分別偵測。
• 不易受光線影響，夜間仍可運作。
• 可藉由雙線圈估算速度：

$$v=\frac{L}{\Delta t}$$

其中 $L$ 為兩組線圈中心距離，$\Delta t$ 為車輛通過兩組線圈的時間差。

缺點

• 必須切割、挖掘路面，施工期間會影響交通。
• 維修及更換成本高。
• 路面沉陷、裂縫、積水及施工容易造成線圈損壞。
• 埋設位置固定，難以任意改變偵測範圍。
• 機車、小型金屬物體及特殊車輛的偵測效果可能較差。
• 只能量測偵測區域內的車流狀況，無法直接掌握整段道路的旅行時間。

（二）磁力式偵測器

磁力式偵測器以地磁感測元件量測車輛通過時造成的地球磁場變化，可埋設於路面下或設置於路面附近。

優點

• 設備體積小，埋設孔洞較小。
• 施工破壞程度通常低於大型感應線圈。
• 可用於車輛存在、流量及占有率偵測。
• 適合空間有限的路口及停車場出入口。

缺點

• 偵測範圍較小，安裝位置要求較高。
• 車種辨識能力通常不如影像或多感測器系統。
• 受鄰近車輛及金屬設施干擾。
• 電池式設備需定期更換電池。
• 維修時仍須接近道路，具有交通安全風險。

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三、路面上方非埋設式偵測器

（一）微波／雷達偵測器

雷達設備向道路發射微波，接收車輛反射訊號，利用都卜勒效應、回波時間及目標位置判斷車輛速度、位置及通過情形。

可蒐集：

• 流量
• 速度
• 車道占有率
• 車輛位置
• 車流方向
• 排隊長度
• 多車道車流資料

優點

• 不必切割路面，施工及維修對交通影響較小。
• 可同時偵測多車道。
• 夜間仍可運作，不依賴可見光。
• 適合橋梁、隧道、快速道路及不宜破壞路面的場所。
• 可偵測車輛速度及位置，部分設備可辨識停止車輛與排隊範圍。

缺點

• 初期設備成本較高。
• 天線角度、安裝高度及道路幾何條件會影響偵測品質。
• 多車道車輛密集時，可能發生目標誤判。
• 金屬護欄、建築物及大型標誌可能造成反射干擾。
• 難以直接辨識車牌及精細車種。

（二）超音波偵測器

超音波設備向下發射聲波，接收車輛反射波，依反射時間判斷車輛是否位於偵測區域。

優點

• 不需埋設於路面。
• 可偵測車輛存在、流量及占有率。
• 設備安裝簡單，適合短期及臨時性調查。
• 不受路面切割及線圈損壞問題影響。

缺點

• 容易受到風、溫度、濕度及雨雪影響。
• 車輛密集時，反射訊號可能互相干擾。
• 偵測距離及涵蓋範圍通常有限。
• 高架安裝位置及設備離路面高度會影響準確度。
• 速度及車種辨識能力通常有限。

（三）被動紅外線偵測器

被動紅外線設備接收車輛及路面所放射的紅外線能量，根據熱輻射差異偵測車輛通過。

優點

• 不需發射電磁波，設備耗電量低。
• 安裝簡單，無須破壞路面。
• 可用於車輛存在及流量偵測。
• 適合臨時調查及低流量道路。

缺點

• 受到日照、氣溫、雨霧及環境熱源影響。
• 車輛與路面溫差不明顯時，偵測效果下降。
• 車道區分及車種辨識能力有限。
• 速度、占有率及密集車流資料的準確性通常不如感應線圈或雷達。

（四）主動紅外線／雷射偵測器

主動式設備發射紅外線或雷射光束，依光束遮斷、反射時間或掃描結果判斷車輛位置、速度及外形。

優點

• 空間解析度高。
• 可偵測車輛輪廓、位置及速度。
• 不需切割路面。
• 適合車道區分、車輛分類及特殊交通調查。

缺點

• 成本通常較高。
• 受到雨、霧、灰塵及積雪影響。
• 鏡頭或光學元件需要清潔及校正。
• 大型車遮蔽小型車時，可能造成漏測。

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四、影像式車流偵測

影像式系統利用攝影機拍攝道路影像，再透過影像處理或電腦視覺辨識車輛。可採固定式攝影機、旋轉式攝影機及具人工智慧辨識功能的攝影機。

可蒐集：

核心觀念

本題考查「緊急車輛優先號誌」（Emergency Vehicle Signal Priority, EVSP）之規劃與控制。救護車行駛至醫療院所時，號誌策略不只是單一路口延長綠燈，而是須在「縮短救護車旅行時間」與「維持整體交通安全、號誌協調及路網運作」之間取得平衡。

優先號誌可分為：

1. 優先（priority）：在原有號誌計畫中適度調整，例如延長綠燈、縮短紅燈、提前切換相位。
2. 號誌遞送或搶先（preemption）：中止原有號誌計畫，直接提供救護車通行所需之綠燈相位，通過後再恢復正常控制。

其基本目標可表示為：

$$\min Z=w_1T_e+w_2D_o+w_3R$$

其中：

• $T_e$：救護車旅行時間；
• $D_o$：其他車輛及行人所增加之延滯；
• $R$：交通衝突與安全風險；
• $w_1,w_2,w_3$：各項目之重要性權重。

救護車具有高度時間敏感性，但優先控制仍須避免造成其他方向突然變換、行人滯留、路口阻塞及下游回堵。

以命題當年（民國110年）法規為準，本題應依道路交通安全相關規定所揭示之緊急車輛優先通行及交通安全原則作答；本題重點在交通控制策略之申論，並非要求特定法條條號。現行法規如有修正，仍不影響本題依命題年度作答之原則。

解題方法

本題可依「救護需求確認、路線規劃、號誌控制、安全維護、系統評估」五個層次申論。答題時應說明優先號誌所需考量的因素，以及各因素對控制策略的影響。

一、救護任務與優先需求

首先須確認救護車任務的急迫程度，包含：

• 是否屬急重症、重大事故或大量傷患勤務；
• 病患狀況及送醫時效需求；
• 救護車目前位置、行駛方向及預估到達時間；
• 目的醫療院所位置、急診入口及可使用之進院路線；
• 是否有其他救護車、消防車、警車同時執行任務。

不同任務不宜採取完全相同的優先等級。可依急迫程度設定全路線優先、部分路口優先，或僅對特定瓶頸路口進行控制，以避免優先權被過度使用。

二、優先路線與路口選擇

救護車前往醫療院所通常會通過多個號誌化路口，因此須先建立優先路線，考量：

1. 最短旅行時間：不一定等於最短距離，須比較各路線之號誌數量、車流量、轉向需求及常態壅塞程度。
2. 路線連續性：優先路線上的路口應盡量形成連續通行帶，避免前一路口放行後，下一路口仍長時間為紅燈。
3. 道路條件：包括車道數、路幅、中央分隔、轉向空間、路邊停車及施工狀況。
4. 醫療院所進出動線：應確認急診入口、院內道路及最後一個路口的進院動線。
5. 替代路線：若主路線發生事故、施工或嚴重回堵，系統須能提供替代路線。

路線規劃可將救護車旅行時間拆解為：

$$T_e=T_r+T_s+T_q+T_c$$

其中：

• $T_r$：行駛時間；
• $T_s$：路口停等時間；
• $T_q$：排隊及車流阻塞時間；
• $T_c$：轉向、變換車道及進入醫療院所之時間。

優先號誌主要降低的是 $T_s$，但若路線本身嚴重壅塞，$T_q$ 仍可能很大，因此不能只調整號誌而忽略道路壅塞與車流排隊。

三、救護車偵測與到達時間預估

優先控制必須準確知道救護車的位置與行進方向，常用方式包括：

• GPS、行車定位系統；
• 車載無線電或行動通訊；
• 路側車輛偵測器；
• 光學、聲響或專用短程通訊設備；
• 救護車與交通控制中心之間的即時資料交換。

系統應處理下列問題：

• 救護車是否確實進入優先路線；
• 救護車距離路口多遠；
• 預估到達時間是否足以完成相位調整；
• 救護車是否已通過路口；
• 通訊中斷或誤偵測時如何取消優先。

若偵測過早，會使號誌提前改變，造成其他方向不必要的延滯；若偵測過晚，則無法及時提供綠燈。因此應設定合理的偵測距離、啟動門檻及取消條件。

四、號誌優先控制方式

可採用下列控制方式：

（一）綠燈延長

若救護車接近時，該方向已為綠燈，可延長綠燈，使救護車通過。

其優點是對既有號誌計畫干擾較小；缺點是延長時間過長會造成橫向車流等待，且若救護車速度降低，延長效果可能被浪費。

（二）紅燈截短

若救護車接近時，該方向為紅燈，可縮短目前紅燈或提前結束其他方向綠燈，使救護車較早獲得通行權。

但不得直接跳過必要的黃燈、全紅時間及行人清空時間，否則會增加側撞及人車衝突風險。

（三）相位提前或相位插入

依救護車行進方向，提前切換至所需相位，或插入專用優先相位。此方式適用於救護車即將抵達而原號誌相位不利的情況。

（四）幹道連續綠燈

若救護車須連續通過多個路口，可依其速度建立綠波帶，使各路口在預估到達時間附近提供綠燈。

一、核心觀念

本題考的是「號誌時制重整」由單一路口、單一路廊最佳化，擴大至整體路網最佳化時所產生的衝突，核心包括：

1. 局部最佳化與整體最佳化的差異 時制重整若只以部分路口、單一路廊或單一方向為對象，可能降低該範圍內的延滯，卻將車流、排隊長度或停等時間轉移至其他路口，形成「局部改善、整體惡化」。

2. 號誌時制的主要組成

• 週期長度 $C$：號誌完成一次完整顯示所需時間。
• 綠燈分配 $g$：各相位可供車流通行的有效綠燈時間。
• 相位差（offset）：相鄰路口號誌開始顯示特定相位的時間差。
• 黃燈與全紅時間：用於清道及確保路口安全。
• 綠信比： $\frac{g}{C}$
• 飽和流率 $s$：車道在有效綠燈期間所能提供的最大通行能力。

單一車道或進口道的號誌容量可概略表示為：

$c=s\frac{g}{C}$

若到達流率為 $q$，則流量容量比為：

$X=\frac{q}{c}=\frac{qC}{sg}$

當 $X$ 接近或超過 $1.0$ 時，排隊容易持續累積。某一進口道增加綠燈時間，雖可提高其容量，卻會壓縮交叉方向或其他相位的綠燈，造成其他方向容量下降。

3. 協調號誌的基本目標 幹道號誌協調並非只追求單一路口最短延滯，而是透過週期、綠燈分配及相位差，使車流形成連續通行帶，降低停車次數與走走停停現象。

4. 路網績效指標

評估時制重整不能只看單一方向或單一路口，至少應包括：

• 平均控制延滯
• 停車次數
• 旅行時間
• 排隊長度及溢流情形
• 路網總延滯
• 路網總旅行時間
• 事故風險與行人安全
• 公車、救護車等優先車流的服務品質
• 燃料消耗及污染排放

路網總延滯可表示為：

$D_{\text{network}}=\sum_{i=1}^{n}\sum_{m=1}^{k} w_m D_{im}$

其中，$D_{im}$ 為路口 $i$ 之運具或方向 $m$ 的延滯，$w_m$ 為其權重。若只降低某一支線的 $D_{im}$，但其他路口延滯增加更多，則整體 $D_{\text{network}}$ 仍會上升。

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二、現象形成原因

（一）有限預算造成重整範圍過小

都會區路網具有高度連結性，車流會在相鄰路口、平行道路及替代路徑間重新分配。若預算僅能改善部分路口，號誌時制的變動可能與未改善路口的週期、相位或交通需求不相容，導致號誌協調中斷。

特別是只改善一小段幹道時，車流順利進入下游後，可能在未改善路口形成新的瓶頸，排隊甚至回堵至上游路口。

（二）號誌資源重新分配造成負外部性

號誌每一週期可使用的時間有限。某一方向增加綠燈時間，通常必須減少其他方向的綠燈時間，或增加週期長度。

例如：

$C=g_1+g_2+L$

其中，$g_1$、$g_2$ 為兩個主要相位的綠燈時間，$L$ 為損失時間。當 $g_1$ 增加時，$g_2$ 會減少，交叉方向的容量因而降低。此種改善並非創造新的號誌時間，而是重新分配既有資源。

（三）尖峰方向與離峰方向需求不一致

以早尖峰為例，主要車流可能集中由郊區進入市中心；晚尖峰則方向相反。若僅依某一時段或單一方向進行重整，可能在另一尖峰時段產生不利效果。

因此，號誌時制至少應分別考量：

• 早尖峰
• 午間
• 晚尖峰
• 夜間離峰
• 假日
• 特殊活動或突發事件

（四）車流轉移使問題由一處移至另一處

號誌改善後，某一路廊旅行時間縮短，可能吸引更多車流進入該路廊，產生誘發交通。亦可能使原本使用替代道路的車輛回流，造成下游路口負荷增加。

此現象可區分為：

1. 空間轉移：車流由一條道路轉移至另一條道路。
2. 時間轉移：用路人調整出發時間，造成其他時段需求增加。
3. 路徑轉移：號誌改善改變駕駛人對最短路徑的選擇。
4. 瓶頸轉移：上游瓶頸解除後，下游瓶頸成為新的限制點。

（五）忽略相鄰路口間的排隊與回堵

號誌設計若只以停止線前的延滯作為目標，沒有考慮下游路口的儲車空間，容易發生：

• 排隊延伸至上游路口；
• 路口箱形區域被堵塞；
• 交叉方向受阻；
• 號誌週期失去實際通行效果；
• 俗稱「阻塞路口」或 spillback。

因此，路口容量不只取決於綠燈時間，也受到下游儲車長度與路段容量限制。

（六）只重視汽車，忽略其他使用者

若時制重整只追求汽車延滯最小，可能造成：

• 行人穿越時間不足；
• 行人二次穿越或庇護島使用不安全；
• 公車停靠後難以重新併入車流；
• 自行車相位與汽車相位衝突；
• 救護車、消防車等優先通行受到影響。

都會區路網績效應以多運具及交通安全為整體目標，不宜只以汽車平均延滯判斷成敗。

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三、解題方法與申論架構

本題可採「現象說明—原因分析—績效評估—改進建議—結論」的架構。

（一）先界定問題

指出時制重整本質上是有限號誌資源的重新配置。當改善範圍小於實際交通互動範圍時，路網會出現外部性，導致局部績效改善但整體績效下降。

（二）再分析績效變差的傳遞機制

可用以下因果鏈說明：

$$\text{部分路口重整} \rightarrow \text{綠燈與相位重新分配} \rightarrow \text{車流重新選擇路徑} \rightarrow \text{下游瓶頸或排隊回堵} \rightarrow \text{其他路網延滯增加}$$

這樣的分析比單純指出「交通量增加」更完整，因為它同時說明號誌資源、用路人反應及路網瓶頸之間的關係。

（三）最後提出兼顧預算與路網效果的改善方式

改進方案應同時處理「規劃範圍」「資料分析」「控制策略」「分期建設」「成效追蹤」五個層面。

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核心觀念

本題考查「匝道儀控」與「區域交通協同控制」的整合。匝道儀控雖可限制進入高速公路主線的車流，維持主線流量低於壅塞臨界值，卻會將車流延滯轉移至匝道及其周邊平面道路，形成下游路口回堵、幹道壅塞、路網阻塞與社區交通干擾。

因此，匝道儀控不能只以「高速公路主線效率最大化」為唯一目標，而應從區域整體路網出發，在高速公路、匝道、平面道路及替代運輸系統之間進行協同控制，使總旅行時間、排隊外部成本及交通衝擊最小化。

匝道儀控的基本關係可表示為：

$$q_r \leq C_r$$

其中，$q_r$為匝道放行流率，$C_r$為匝道進入主線後可接受的容量。若放行率過低，雖能保護主線，卻會使匝道排隊增加；若放行率過高，則主線容易進入壅塞狀態。因此，區域協控的核心是同時控制：

1. 高速公路主線之流量與壅塞程度。
2. 匝道排隊長度及回堵風險。
3. 匝道下游平面道路與號誌路口之容量。
4. 鄰近替代道路及大眾運輸系統之承載能力。

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解題方法

本題可採「問題分析—協控目標—控制機制—配套措施」四層架構作答。

一、分析匝道儀控造成的區域性問題

匝道儀控實施後，若匝道放行率低於匝道進入需求，則匝道會形成排隊：

$$\frac{dN_r(t)}{dt}=D_r(t)-q_r(t)$$

其中，$N_r(t)$為匝道內車輛數，$D_r(t)$為匝道到達流率，$q_r(t)$為匝道放行流率。

當累積車輛數持續增加，可能產生下列問題：

• 匝道排隊回堵至平面道路。
• 排隊車流占用路口進口道，降低路口通行能力。
• 匝道排隊延伸至鄰近路口，造成連鎖回堵。
• 周邊幹道旅行時間增加，影響公車及緊急車輛。
• 車輛為避開匝道排隊而改走替代道路，造成交通轉移。
• 高速公路主線與平面道路的壅塞互相影響，形成區域性壅塞。

因此，匝道儀控的控制對象應由單一匝道擴大至「高速公路—匝道—平面道路—替代道路」的完整區域。

二、建立區域協控的整體目標

區域協控不應只追求主線流量最大，而應採多目標控制。主要目標包括：

1. 維持高速公路主線流量接近但不超過臨界容量。
2. 將匝道排隊控制在可接受範圍內。
3. 防止匝道排隊回堵至鄰近號誌路口。
4. 避免替代道路及周邊幹道發生過度交通轉移。
5. 降低整個區域的總旅行時間與延滯。
6. 維持公車、救護車、消防車等重要運輸及緊急服務的可靠性。

可用概念性目標函數表示：

$$\min Z = w_1T_{\text{mainline}} +w_2T_{\text{ramp}} +w_3T_{\text{arterial}} +w_4Q_{\text{spillback}} +w_5E$$

其中：

• $T_{\text{mainline}}$：高速公路主線旅行時間。
• $T_{\text{ramp}}$：匝道排隊延滯。
• $T_{\text{arterial}}$：平面道路延滯。
• $Q_{\text{spillback}}$：匝道回堵及溢流程度。
• $E$：排放或其他外部成本。
• $w_i$：各項目標的權重。

實務上可依尖峰時段、事故狀況、重要路口及公共運輸需求調整權重。

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區域協控的機制與做法

一、建立跨機關整合的區域交通控制中心

應由高速公路管理機關、地方政府交通局、警察機關、公路主管機關及公共運輸業者建立聯合控制機制，整合下列資訊：

• 高速公路主線流量、速度、占有率及事故資訊。
• 匝道排隊長度、排隊車輛數及放行率。
• 平面道路流量、路口飽和度及號誌週期。
• 公車運行速度及班次狀況。
• 施工、活動、事故、天候等特殊事件資訊。

控制中心應建立共同交通狀態圖，避免各單位只依自身道路範圍進行局部最佳化。

二、採取主線與匝道的聯合控制

匝道放行率應依主線交通狀態及匝道排隊情形動態調整，而非採固定週期或固定放行率。

常用控制變數包括：

• 主線速度。
• 主線占有率。
• 主線流量。
• 匝道排隊長度。
• 匝道下游路口飽和度。
• 鄰近路段旅行時間。

例如，以主線占有率作為回饋控制量，可採類似 ALINEA 的控制概念：

$$r(k)=r(k-1)+K\left(O^*-O(k)\right)$$

其中：

• $r(k)$：第 $k$個控制週期的匝道放行率。
• $O(k)$：目前主線占有率。
• $O^*$：目標占有率。
• $K$：控制增益。

當主線占有率高於目標值時，降低匝道放行率；當主線占有率低於目標值時，增加匝道放行率。此控制仍須受到匝道排隊上限、主線容量及號誌控制限制。

三、設置匝道排隊上限與回堵保護機制

匝道儀控必須具備「排隊管理」功能。可在匝道及鄰近平面道路設置偵測器，監測排隊長度與回堵位置。

當排隊接近預定上限時，應採取下列措施：

1. 暫時提高匝道放行率。
2. 縮短匝道號誌紅燈時間。
3. 暫停或降低其他匝道的管制強度。
4. 調整下游號誌，增加匝道出口方向通行時間。
5. 啟動匝道回堵警戒及交通疏導措施。
6. 必要時暫停匝道儀控，避免車隊回堵至平面道路。

匝道控制的優先順序應為：

$$\text{防止平面道路癱瘓} > \text{維持區域路網運作} > \text{保護高速公路主線效率}$$

此原則表示主線效率重要，但不能以造成周邊路網失去功能為代價。

四、進行匝道間的協同控制

同一交流道系統內，若各匝道獨立控制，車流可能在某一匝道大量排隊，另一匝道卻仍有剩餘容量。因此，應採取多匝道協同控制：

• 依各匝道需求及排隊狀況分配放行率。
• 避免上游匝道放行過多，造成下游主線瓶頸。
• 使多個匝道共同配合主線瓶頸路段的容量。
• 對距離瓶頸較近的匝道採較嚴格控制。