111 地方特考三等 交通技術 交通控制 考古題詳解

核心觀念

本題評量號誌化交叉口中「行人安全」與「行車效率」之時制平衡技術，涵蓋四項交通工程核心觀念：

1. 行人最小綠燈時間（Minimum Pedestrian Green Time）之構成：以命題當年（民國 111 年）法規為準，依據《道路交通標誌標線號誌設置規則》第 233 條與交通工程設計慣例，行人綠燈包含「起步通行時間」（Walk，常亮綠燈）與「行人清道時間」（Pedestrian Clearance，閃爍綠燈），其長度受穿越距離與步行速率決定。（現行法規於近年推動《行人交通安全設施條例》與人本交通原則，但行人時制計算力學原理一致）。
2. 弱勢用路人（Vulnerable Road Users, VRU）之人因參數調整：高齡化社會對步行速率、感知反應時間及介面可讀性之特殊需求。
3. 時相隔離與路權保障（Phase Separation & Priority）：透過時間隔離消除或降低轉向車輛與行人穿越之幾何衝突點（如 LPI、專用時相、早閉時相）。
4. 大路口號誌績效最佳化（Large Intersection Optimization）：利用設施分段、感應作動或幾何改善，阻斷「行人最小綠燈決定系統最小週期」之瓶頸現象。

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解題方法

1. 行人最小綠燈時間之計算方法

行人最小綠燈時間 $G_{p,\min}$ 係指確保行人自路側起步並能完全通過穿越道所需的總時間，由「行人起步通行時間」（行走時段）與「行人清道時間」（閃爍綠燈時段）兩部分組成：

$G_{p,\min} = P_w + P_c$

• 行人起步通行時間（$P_w$）： 供行人感知綠燈並邁步進入穿越道之時間。一般情況下通常取 $4 \sim 7$ 秒；在行人量較大或反應較慢之路口，建議至少取 $7$ 秒。
• 行人清道時間（$P_c$）： 供已踏入穿越道之行人安全抵達對向路側（或庇護島）之步行時間，對應號誌上之「行人閃爍綠燈」或「綠色行人穿越倒數時間」： $P_c = \frac{W}{V_p}$ 其中：
• $W$：行人穿越道長度（公尺, $\text{m}$），量測自路緣至對向路緣（或安全島緣）。
• $V_p$：設計行人步行速率（公尺/秒, $\text{m/s}$）。一般成年人標準設計值通常採用 $1.0 \sim 1.2\text{ m/s}$；依我國《道路交通標誌標線號誌設置規則》第 233 條規定，計算步行時間以平均步行速度 $1.0\text{ m/s}$ 為原則。

綜合上述，行人最小綠燈時間通用計算公式為： $G_{p,\min} = (4 \sim 7) + \frac{W}{V_p}$

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2. 考慮高齡化社會之行人號誌設計

針對高齡者生理機能退化（視力減退、行動遲緩、認知判斷時間延長），號誌設計應從「時制參數調整」與「軟硬體輔助設備」兩面向著手：

1. 下修設計步行速率（$V_p$）： 一般行人速率以 $1.0 \sim 1.2\text{ m/s}$ 計算，但高齡者步伐較小、步頻較慢。於高齡人口活動頻繁區域（如醫院、安養機構、傳統市場、公園及高齡社區周邊），設計步行速率應調降至 $0.8\text{ m/s}$（極限可考量 $0.7\text{ m/s}$），以延長清道時間 $P_c$。
2. 調增行人起步時間（$P_w$）： 考量高齡者綠燈亮起後之反應時間與起步猶豫時間較長，起步通行時間建議由一般路口的 $4 \sim 7$ 秒調增至 $7 \sim 10$ 秒。
3. 設置行人觸動延長綠燈機制： 裝設智慧型行人觸動按鈕或感應設備（如長者專用感應卡、連續按壓延長功能），使行動不便或高齡行人可視需要延長該週期之行人綠燈時間，避免常態性拉長週期。
4. 強化資訊辨識輔助設備：

• 加大號誌鏡面與倒數計時顯示器：設置放大版行人專用號誌（如 30 公分鏡面）及大字體剩餘秒數倒數器，減少因視力減退產生的判斷猶豫。
• 視障與高齡有聲號誌：輔以南北向（布穀鳥聲）、東西向（蟋蟀聲）之聲響導引，提供雙重感知資訊。

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3. 減輕人車衝突之號誌時制設計方法

傳統同向直行車與穿越行人共用綠燈時，右轉及左轉車輛極易與行人產生空間交織。可透過下列時制策略達成「時間分離」或「路權預先建立」：

1. 行人早開時相（Leading Pedestrian Interval, LPI）： 行人綠燈比同向車行綠燈提前 $3 \sim 7$ 秒亮起。

• 機制：使行人先起步進入穿越道中央，顯著提升行人在駕駛人視線中的可辨識度，建立行人通行路權，抑制轉向車輛搶先切入，有效降低轉向人車衝突。

2. 行人專用時相（Exclusive Pedestrian Phase / Pedestrian Scramble）： 在時制週期內獨立分派一個專供所有方向行人穿越之時相，此時所有行車方向均為紅燈。

• 機制：達成行人與車流在「時間上百分之百完全分離」，徹底消除轉向人車衝突；若空間允許，亦可開放行人對角線穿越。適用於行人量特大且轉向車輛高度衝突之商業區路口。

3. 行人早閉時相（Lagging Pedestrian Phase）： 行人綠燈（或閃爍綠燈）提早於同向車行綠燈結束前數秒變為紅燈。

• 機制：提供清道淨空緩衝，讓積壓之後續轉向車流（特別是右轉車）在該週期後段擁有淨空的轉向時段，減輕下個週期之車流壅塞與爭道危險。

4. 轉向車輛保護時相與專用時相分離： 配合幾何車道配置，將左轉或右轉車流獨立以箭頭綠燈（轉向保護時相）放行，而在行人放行時段全面禁止該轉向動作（顯示轉向紅燈），實現人車分流。

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核心觀念

本題的核心在於高速公路與平面道路路廊整合控制（Integrated Freeway-Arterial Corridor Control）。在交通控制理論中，交流道並非單一的瓶頸點，而是高速公路主線與地方平面路網的關鍵介面。

1. 上匝道課題（On-Ramp Interaction）：高速公路主線為維持自由流，常啟動「入口匝道儀控」（Ramp Metering）。若儀控放行率小於到達流量，匝道排隊車輛將回堵（Spillback）至主要幹道交岔路口，導致幹道橫向車流鎖死（Gridlock）。
2. 下匝道課題（Off-Ramp Interaction）：當地方主要幹道容量不足或交岔路口號誌配時不良，出口車流無法順暢排空，導致下匝道車隊回堵至高速公路主線外側車道，造成嚴重的行車速差與追撞追尾安全危害。
3. 系統整合控制本質：突破各行政主管機關（如高速公路局與地方政府交通局）各自為政的界線，利用通訊連線與資料整合，將「匝道儀控」與「幹道連鎖號誌」視為聯立系統（Coordinated System），動態平衡主線與幹道的延滯與容量。

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解題方法

本題為典型的申論規劃與系統設計題，作答切入點必須依序涵蓋：整合架構界定 $\to$ 可行控制策略 $\to$ 路側與中心設備配置（繪圖） $\to$ 控制邏輯演算法設計。

一、 上、下匝道與主要幹道號誌整合之整合架構

整合控制必須建立跨系統協調機制，依車流狀態進行分級整合：

1. 空間協調範圍：包含交流道出入口匝道、菱形（Diamond）交流道引道交岔路口，以及交流道兩側各至少 1 至 2 個平面主要幹道號誌化交岔路口。
2. 時間整合基準：在非過飽和狀態下，以地方主要幹道之共同週期（Common Cycle Length）為基準，匝道儀控之放行脈衝或排空綠燈與幹道綠燈時差進行相容性設計。

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二、 可用之控制策略

1. 下匝道防回堵優先控制策略（Off-Ramp Anti-Spillback / Priority Control）

• 綠燈提早切換／延長（Green Extension / Early Green）：出口匝道排隊超過臨界長度時，幹道交岔路口號誌提早截斷幹道綠燈，或延長匝道匯入時相之綠燈時間。
• 下游號誌連鎖排空（Flushing Coordination）：動態調配幹道相鄰下游路口時差（Offset），形成由匝道通往平面幹道的「綠燈續進帶（Green Wave）」，確保下匝道車輛下坡後不被第一座平面號誌阻擋。
• 禁止轉向或動態車道分配：於特定時段封閉或禁止幹道轉向衝突，或調整下匝道幾何車道配置（如雙左轉、雙右轉保護時相）。

2. 上匝道防溢流與協調計量策略（On-Ramp Metering & Arterial Coordination）

• 排隊覆載覆歸控制（Queue Override Control）：主線儀控運作中，當入口匝道排隊長度逼近平面幹道路口時，強制放寬計量率（Meter Rate），優先保護幹道不被截斷。
• 幹道轉向流入計量（Arterial Inflow Metering）：當匝道排隊已滿且主線已近飽和，由幹道交岔路口縮短左、右轉進入匝道之保護時相綠燈時間，將等候車隊蓄積於平面幹道，避免匝道停等溢出阻礙直行車流。
• 車隊放行連鎖計量（Platoon Metering）：匝道儀控與幹道號誌時差連鎖，預測幹道轉向車隊抵達匝道之瞬間，適度調高儀控綠燈放行脈衝，減少車流二次停等。

3. 系統層級路廊資訊導引策略（Corridor Route Diversion）

• 結合動態資訊可變標誌（CMS）與車載系統，於上游發布出口壅塞或入口儀控嚴格管制資訊，導引車流改道至相鄰交流道或平行替代幹道。

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三、 設備配置圖與說明

下圖說明系統所須之硬體設備與空間布設關係：

 高速公路主線 (Freeway Mainline)
 ==================== [主線 VD1] ====================
 \ ^
 出口匝道 \ [匝道排隊 VD3] [儀控燈面 S1] / 入口匝道
 \ [排隊 VD2] / 
 \ / [溢流 VD4]
 ------------+---------------------------------+------------
 | |
 幹道路口 A | 主要幹道 (Arterial Corridor) | 幹道路口 B
 [號誌 S2] | | [號誌 S3]
 [幹道 VD5] | [路側 CMS] | [幹道 VD6]
 ------------+---------------------------------+------------
 | |
 +------------- [路側 TCU/RCU] ----+
 |
 [專用光纖/4G/5G 網路]
 |
 +-------------------+-------------------+
 | |
 [高公局交控中心 TMC] [地方交控中心 TMC]
 (監控主線容量與計量率) (監控幹道路網時制計畫)
 +<======== [跨系統資料交換協定] =======>+

必要設備清單：

1. 車流偵測設備（Vehicle Detectors, VD）：

• 主線偵測器（VD1）：偵測高速公路主線流量 $V$、速率 $S$、佔有率 $O$。
• 匝道停等與溢流偵測器（VD2、VD3、VD4）：VD3 與 VD4 設於匝道終端與起點，即時量測排隊長度與回堵狀況；VD2 設於儀控停止線前偵測通行需求。
• 幹道偵測器（VD5、VD6）：偵測主要幹道上下游路口各車道飽和度。

2. 號誌控制設備（Traffic Signal Equipment）：

• 匝道儀控號誌機（S1）：雙色（紅、綠）專用匝道號誌燈面。
• 平面路口號誌控制器（S2、S3）：支援多時相、觸動控制（Actuated）與全路網電腦連鎖時制之多時相號誌機。

3. 資訊傳遞與導引設備：

• 資訊可變標誌（CMS）：布設於幹道通往交流道之上游處與高速公路減速車道前，發布旅行時間與管制資訊。

4. 控制核心與通訊介面：

• 路側控制單元（TCU / RCU）：現場運算回饋邏輯。
• 跨機關連線通訊協定：串聯高公局交控中心與地方政府交控中心，實踐控制權責切換與資料共享。

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四、 控制邏輯設計

控制邏輯採用雙層階層式閉迴路控制架構（Two-Level Hierarchical Closed-Loop Control）：

核心觀念

本題評量交通控制策略在「供給面（容量，Capacity）」之核心控制學理，以及管制成效之「績效評估準則（Measures of Effectiveness, MOEs）」。相關理論依據命題當年（民國 111 年）《公路容量手冊》（Highway Capacity Manual, HCM）與交通控制學界通說，主要涵蓋以下核心原理：

1. 車流基本關係與容量定義：車流三要素滿足 $q = k \cdot v$（$q$ 為流率、$k$ 為密度、$v$ 為速率）。容量（$C$）係指道路設施在特定幾何、交通與管制條件下，單位時間所能通過之最大合理車流率。當交通需求（$D$）超越容量時，服務水準驟降並產生壅塞回堵。
2. 容量崩跌現象（Capacity Drop）：當交通密度超過臨界密度 $k_c$ 時，流率隨密度增加而遞減，瓶頸點之下游放行容量可能較自由流容量折減 5% 至 20%。
3. 損失時間（Lost Time）理論：號誌化交叉口因黃燈清道、紅燈全紅及綠燈起步反應延遲，各時相均存在損失時間（$t_L = \ell_1 + \ell_2$），壓縮整體有效綠燈時間與有效通行能量。
4. 多元維度績效評估體系：評估交通控制策略不能僅依單一指標，須從運作效率、安全、能源環境與路網可靠度等構面綜合度量。

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解題方法

本題為申論題，答題架構應分為兩大主軸，採階層化論述：

1. 從容量角度論交通控制措施之目的：

• 由微觀（單一交叉口、瓶頸點）擴展至巨觀（幹道連鎖、高速公路、全路網）。
• 結合交通工程物理特性，依「極大化既有容量」、「防杜容量崩跌」、「時空容量再分配」、「消弭損失時間」及「轉換為人容量」五大層面切入。

2. 評估交通控制措施之績效評估準則：

• 系統化區分為「車流運作效率準則（最核心量化指標）」、「交通安全準則」、「能源與環境衝擊準則」及「系統公平與可靠度準則」。
• 針對各項評估準則列出具體衡量單位或公式概念（如延滯、停等率、隊長、油耗等），展現考生之專業深度。

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解題技巧

1. 破題關鍵詞：論述容量目的時，務必精準提及「防杜容量崩跌（Capacity Drop）」、「減少損失時間（Lost Time）」以及「人容量（Person Capacity）vs. 車輛容量（Vehicle Capacity）」，此為拉開分數級距的關鍵專業用語。
2. 避開空泛條列：列出績效指標時，不可只寫名詞，應標註「衡量單位」或「實務意義」（例如：寫出「95 百分位停等隊長」用於檢核是否造成上游交叉口回堵溢流 Spillback）。
3. 結構記憶口訣：

• 容量目的五字訣：「發（發揮瓶頸容量）、防（防杜容量崩跌）、減（減少損失時間）、移（轉移時空容量）、人（提升人容量）」。
• 評估準則四構面：「效（運作效率）、安（行車安全）、環（環境能源）、信（可靠與公平）」。

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【答案】

一、從容量角度切入，交通控制措施之目的

在交通工程學理中，容量代表設施的供給極限。交通控制在效率導向下的容量目的，係透過主動管理手段使有限的時空容量發揮極致，具體目的如下：

1. 充分發揮並極大化瓶頸設施之通行容量 在道路幾何受限之瓶頸點（如交會路口、匯流匝道），藉由精準之綠燈時數分配（綠信比 $g/C$ 匹配臨界車流比 $v/s$）或匝道儀控，維持瓶頸點持續以飽和流率（Saturation Flow Rate, $s$）穩定放行，確保設施產能極大化。

2. 防止高密度下之「容量崩跌（Capacity Drop）」 依據車流基本圖，當流量逼近容量且密度超越臨界密度 $k_c$ 時，車流進入不穩定之強制流狀態（Forced Flow），瓶頸下游放行率會驟降 5%～20%。主線可變速限管制（VSL）與匝道儀控之目的，即在於將系統密度箝制於臨界密度以內，避免主線過早崩潰癱瘓。

3. 縮減無效損失時間，提升時空有效容量利用率 號誌化交叉口在相鄰時相切換間存在起步延滯與清道損失時間。

核心觀念

本題評量孤立路口號誌控制中「車輛觸動式號誌（Actuated Signal Control）」的分類架構、偵測器配置型態及相位轉換判別邏輯。核心涉及概念如下：

1. 觸動號誌三要素：初期綠燈（Initial Interval, $I$）、單位延伸時間／通過時間（Unit Extension / Passage Time, $U$）、最大綠燈時間（Maximum Green, $G_{max}$）。
2. 終止判別機制：

• 間隔消逝（Gap Out）：後續車輛之車頭時距（Headway / Gap）大於單位延伸時間，綠燈即提早截斷。
• 時限屆滿（Max Out）：車流持續觸動使綠燈連續延長，達設定之最大綠燈時間而強迫切換。

3. 系統演進階層：半觸動式（局部引道偵測）$\rightarrow$ 全觸動式（全面引道偵測）$\rightarrow$ 流量－密度式（長距偵測與動態參數調整）。

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解題方法

本題為典型申論題，切入點應採「結構對稱法」，針對題幹指定的「半觸動式」、「全觸動式」與「流量－密度式」三種控制系統，分別以**「定義與配置」及「基本控制邏輯」**兩大子題並列論述，最後輔以三者之「比較歸納」，使作答架構嚴謹且層次分明。

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選項分析

本題為申論題，無選擇題選項。命題核心考點在於檢驗考生是否具備交通控制系統底層運作邏輯之掌握能力：

1. 半觸動式控制：考點在於「無偵測器之主幹道如何維持綠燈（Recall）」以及「支道獲得綠燈的條件與歸還時機」。
2. 全觸動式控制：考點在於「各相皆由需求驅動」、「時相跳躍（Phase Skip）」及「最小綠燈時間 $G_{min} = I + U$ 與綠燈延伸終止機制（Gap Out / Max Out）」。
3. 流量－密度式控制：考點在於突破傳統固定參數限制，引進「可變初期綠燈（Variable Initial）」與「間隔縮減（Gap Reduction）」，以解決高行車速率路口之困境區（Dilemma Zone）及容量損失問題。

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解題技巧

1. 專有名詞精準化：作答時切忌使用口語「沒車就變紅燈」，務必使用標準交通工程專有名詞，如「間隔消逝（Gap Out）」、「時限屆滿（Max Out）」、「呼叫（Call）」、「時相跳躍（Phase Skip）」。
2. 邏輯三部曲記憶法：論述各控制邏輯時，皆按「平時狀態 $\rightarrow$ 觸動延伸條件 $\rightarrow$ 綠燈終止與轉相」三步驟作答，能確保邏輯完整不漏失。
3. 流量－密度式抓兩大核心技術：只要精確答出「可變初期綠燈」與「間隔縮減」，即可穩拿高分。

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【答案】

一、半觸動式控制（Semi-Actuated Control）

1. 定義：

• 僅於路口之**次要引道（支道）**或行人穿越道布設偵測器（如環線感應器、微波偵測器或行人按鈕），主要引道（幹道）不設偵測器。
• 適用於幹道與支道交通量懸殊、主要車流方向集中之交岔路口。

2. 基本控制邏輯：

• 常態駐留：平時無支道車輛抵達時，號誌權利預設停留在主要幹道，主要幹道持續維持綠燈（主線常態回復，Recall to Main Phase）。
• 需求觸發：當支道偵測器收到車輛到達之通行需求（Call），且主線已滿足「最小綠燈時間」後，號誌啟動黃燈與全紅清道間隔，將通行權切換至支道。
• 綠燈延伸與終止：
• 支道綠燈啟亮後，先運行初期綠燈；若後續偵測到車輛，則以單位延伸時間（Unit Extension）累加綠燈。