111 地方特考四等 交通技術 交通控制概要 考古題詳解

核心觀念

本題考查車流基本圖中**速率 $u$、密度 $k$、流量 $q$**三者的關係。基本關係式為：

其中，$q$ 為單位時間通過道路某一斷面的車輛數，$k$ 為單位道路長度上的車輛數，$u$ 為車流平均速率。圖形是示意圖，題目沒有指定特定數學模式，因此不應直接假設曲線必為線性或拋物線。

解題方法

先看各圖的座標軸，再辨認曲線的端點、轉折點與分支：

• (a) 是速率—密度圖 $u-k$。
• (b) 是速率—流量圖 $u-q$。
• (c) 是流量—密度圖 $q-k$。

依據 $q=ku$，判斷各圖可讀取的車流特性，並說明它們代表的交通狀態。

各圖判讀

(a) 速率—密度圖 $u-k$

圖中速率隨密度增加而下降，可讀取下列特性：

• 自由車流速率 $u_f$：$k=0$ 時曲線在速率軸上的截距，表示道路車輛稀少、彼此干擾很小時的行駛速率。
• 阻塞密度 $k_j$：$u=0$ 時曲線在密度軸上的截距，表示車流壅塞到車輛停止、單位道路長度上車輛數達到極限時的密度。
• 速率與密度的關係：密度增加會加劇車輛間的干擾，使平均速率下降；曲線斜率反映密度變化對速率的影響程度。

本圖呈現速率與密度的變化，但容量流量通常須配合 $q=ku$，或由其他基本圖判定。

(b) 速率—流量圖 $u-q$

本圖以流量為橫軸、速率為縱軸。曲線向右延伸至最右端後折返，反映同一流量可能對應不同車流狀態：

• 容量流量 $q_c$：曲線最右端的流量，為道路可達到的最大流量。
• 容量速率：曲線最右端所對應的速率，亦即流量達容量時的車流速率。

核心觀念

本題考查號誌化「獨立路口」（Isolated Intersection）號誌控制策略之分類架構與運作原理。號誌控制主要依據「對交通需求變異之反應能力」與「車輛偵測器布設型態」劃分控制策略。解題核心在於掌握各策略之運作機制、偵測設備需求，以及在交通量特性（主次幹道比例、車流隨機性、流量高低）下的適用條件。本題涉及之交通工程規範與控制學理以命題當年（民國 111 年）交通部相關規範與工程慣例為準。

解題方法

本題為公職考試「交通技術」類科之經典申論題型，切入點為建立系統化之控制策略分類體系，由靜態到動態、由規則到適應層層剖析：

1. 劃分控制策略類別：依需求反應能力，將獨立路口控制策略分為四大常規類別（定時控制、半感應控制、全感應控制、即時適應控制），並補充低需求或特殊情境下之輔助策略（閃光號誌、手動控制）。
2. 闡述控制原理與適用時機：針對每一類別，精準說明其控制器運作特徵（週期、綠燈時間、時相切換機制）與相對應之道路交通特性（車流波動性、幹支道流量比、偵測器配備條件）。

選項分析（策略類別特性評析）

本題為申論題，評閱標準在於各策略分類之完整性與適用條件之合理性，各策略之特性評析如下：

1. 定時控制（Pre-timed / Fixed-time Control）

• 機制評析：號誌時制（週期長度 $C$、綠燈分割 $g$、時相順序）預先設定，不隨即時車流變動而調整。可細分為「單一時制」（全天固定）與「時段控制」（Time-of-Day, TOD，依早尖峰、離峰、晚尖峰等切換）。
• 優缺點評析：設備與維護成本最低，但無法即時反應隨機波動，車流偏離歷史規律時易產生無效停等延滯。

2. 半感應控制（Semi-actuated Control）

• 機制評析：僅在「次要道路（支道）」或行人穿越道布設偵測器，主要道路（幹道）不設。號誌常態維持幹道綠燈，僅當支道有車輛到臨或行人致動時，才釋放路權給予支道綠燈；支道車流清空或達最大綠燈時間（Max Green）即切回幹道。
• 優缺點評析：有效保護幹道車流連續性，減少幹道不必要的停等；但支道車輛到臨時仍需等待幹道最小綠燈滿足，且無法動態最佳化幹道綠燈。

3. 全感應控制（Fully-actuated Control）

• 機制評析：所有進口道（幹道與支道各方向）均布設車輛偵測器。週期長度、各相位綠燈時間及相序皆動態變化。綠燈依「單元延展時間」（Unit Extension / Passage Time）延長，當車流間距大於設定間隙（Gap Out）或達到最大綠燈（Max Out）時切換時相。
• 優缺點評析：能全面反映路口所有流向之隨機到臨，空間利用效率高；缺點為全路口偵測器設置及維護成本較高。

4. 即時適應控制（Real-time Adaptive Control / 動態最佳化控制）

• 機制評析：透過高精度偵測器（如微波雷達、環型線圈或影像偵測器）即時蒐集車隊抵達與停等隊列長度，並利用微電腦動態模型（如 MOVA、SOS 演算法），以路口「車輛總停等延滯最小」或「容量最大」為目標函數，動態演算最佳綠燈延長量與相序。
• 優缺點評析：能精準應對非循環性壅塞與劇烈車流波動；惟硬體算力、通訊與演算法要求最高。

5. 輔助／特殊控制（閃光號誌與手動控制）

• 機制評析：交通需求極低時降階為閃光運作（幹道閃黃、支道閃紅）；或遇特殊狀況由人工直接介入。

解題技巧

1. 切題嚴謹性：題目明確限定為「獨立路口」，切勿混入連鎖系統的「綠波控制（Green Wave）」、「動態線控制」或「面控制（如 SCATS、SCOOT）」，否則將失焦扣分。
2. 答題結構化：每種策略均採用「定義／運作原理」接「適用時機」之對稱格式，便於閱卷委員逐項給分。
3. 關鍵字精準度：作答時務必寫出關鍵術語，如「時段控制（TOD）」、「最小綠燈／最大綠燈」、「單元延展時間（Unit Extension）」、「車流間隙截斷（Gap Out）」、「幹支道流量比」等。

【答案】

號誌化獨立路口控制策略類別及其適用時機

核心觀念

本題評量幹道號誌連鎖控制（Arterial Signal Coordination）中，**雙向理想續進（Ideal Two-way Progression）**之幾何與物理條件。

1. 基本參數定義：

• 相鄰兩路口間距：$D$（公尺，$\text{m}$）
• 幹道共同號誌週期：$C$（秒，$\text{s}$）
• 雙向續進速度：正向（路口 1 至路口 2）為 $V_1$，反向（路口 2 至路口 1）為 $V_2$（公尺／秒，$\text{m/s}$）
• 單向行車時間（Travel Time）：正向為 $t_1 = \frac{D}{V_1}$，反向為 $t_2 = \frac{D}{V_2}$
• 相對時差（Offset）：$\theta$（秒，$\text{s}$）

2. 核心原理： 欲使雙向車流均能享有最大綠燈續進帶（Bandwidth），最理想狀況為「雙向續進帶中心線均落在兩路口之綠燈中心」。若一車輛由路口 1 出發到達路口 2，隨即折返（或對向車流同時自該綠燈中心出發），其往返總行程時間（Round-trip Travel Time）必須恰為號誌週期的整數倍，兩路口的綠燈時位相位差才能雙向完全閉合且無衝突。

解題方法

一、情況一：雙向續進速度不同（$V_1 \neq V_2$）

1. 時空圖（Time-Space Diagram）幾何關係

以橫軸為時間 $t$、縱軸為空間距離 $x$（路口 1 位於 $x = 0$，路口 2 位於 $x = D$）：

距離 (x)
 ^
路口 2 |----+---[ 綠燈 ]---+-------+---[ 綠燈 ]---+---->
(x = D)| / \ /
 | / (速度 V₁) \ /
 | / \ / (速度 V₂)
路口 1 |+---[ 綠燈 ]---+-------+-V-[ 綠燈 ]---+--------->
(x = 0)|0 t₁ t₁+t₂ t₁+t₂+C 時間 (t)
 |<------- t₁ ---------->|
 |<------------ t₁ + t₂ ------------>|

2. 公式推導

• 車流由路口 1 綠燈中心出發至路口 2，行車時間為： $t_1 = \frac{D}{V_1}$ 此時路口 2 之綠燈中心應落在 $t = t_1$（即相對時差 $\theta = t_1 \pmod C$）。
• 反向車流自路口 2 綠燈中心出發返回路口 1，行車時間為： $t_2 = \frac{D}{V_2}$ 抵達路口 1 的時間點為 $t = t_1 + t_2$。
• 為使該返回車流亦能恰好穿過路口 1 之某一週期綠燈中心，該往返總時間必須等於號誌週期 $C$ 之正整數倍（$n = 1, 2, 3, \dots$）： $t_1 + t_2 = n C$
• 將行車時間代入： $\frac{D}{V_1} + \frac{D}{V_2} = n C \implies D \left( \frac{1}{V_1} + \frac{1}{V_2} \right) = n C$ 整理得路口距離、速度與週期之關係式： $D = \frac{n C}{\frac{1}{V_1} + \frac{1}{V_2}} = \frac{n C V_1 V_2}{V_1 + V_2} \quad (n = 1, 2, 3, \dots)$

二、情況二：雙向續進速度相同（$V_1 = V_2 = V$）

1. 時空圖幾何關係

當雙向續進速度相同皆為 $V$ 時，正向與反向軌跡斜率絕對值相等，形成對稱之「V 字型」往返軌跡：

核心觀念

本題考驗天候環境對行車安全之影響機制以及高速公路交通控制與事件管理系統之因應措施。

1. 行車安全力學與人車路系統原理：

• 視距限制：停車視距公式為 $SSD = 0.278 V t + \frac{V^2}{254 (f \pm G)}$（$V$ 為車速，$t$ 為反應時間，$f$ 為路面摩擦係數，$G$ 為坡度）。濃霧與豪雨使駕駛人可用視距驟減，低於安全所需之停車視距。
• 摩擦力與水漂現象（Hydroplaning）：豪雨降低路面摩擦係數 $f$；當車速超過臨界水漂速度（Horne 公式：$V_p \approx 6.36 \sqrt{P}$，其中 $P$ 為輪胎胎壓），輪胎與路面間將形成水膜，導致抓地力完全喪失。
• 橫向力學與空氣動力學穩定性：強風對高重心車輛、大型車施加橫向氣動力與傾覆力矩，引發橫向位移與翻覆危險。

2. 法規依據（以命題當年民國 111 年法規為準）：

• 《高速公路及快速公路交通管制規則》第 5 條（惡劣天候之低速行車規範）與第 19 條（車燈使用與跟車管制）。

解題方法

本題屬申論題，採**「物理與人因機制分析 $\rightarrow$ 制度與工程控制對策」**的雙層架構作答：

1. 不利影響剖析：分別從「視認性（人）」、「抓地力與受風面（車/物理）」、「行車秩序與連鎖反應（路網）」三個構面，精確切入濃霧、強風、豪雨的個別致災機理。
2. 因應管制措施：依交通控制之「事前預警 $\rightarrow$ 動態速限與路權控制 $\rightarrow$ 現場引導與封閉」層級展開，結合智慧型運輸系統（ITS）設備（如 CMS、VSL、CCTV、氣象偵測站）與現行法定管制作業規範。

選項分析

本題為申論申述題，無選擇題選項。考生作答時應避免籠統帶過，必須以條列化方式分項明確論述「三種天候的不利影響」與「高速公路具體管制措施」。

解題技巧

1. 架構對稱化：第一大項拆為「濃霧」、「強風」、「豪雨」三款，各給予 2～3 個專業技術要點；第二大項依管制強度由弱至強（資訊導引 $\rightarrow$ 速度管理 $\rightarrow$ 車道與車種管制 $\rightarrow$ 主線與匝道封閉）排列。
2. 運用專業交控詞彙：融入「停車視距（SSD）」、「水漂現象（Hydroplaning）」、「可變速限（VSL）」、「資訊可變標誌（CMS）」、「前導車壓速」等術語，大幅提升答題專業度。
3. 法規量化數值呈現：點出《高速公路及快速公路交通管制規則》規定的「時速應低於 40 公里或暫停路肩」，展現對法規的熟悉度。

【答案】

一、濃霧、強風與豪雨對行車安全之不利影響

1. 濃霧

• 可用視距大幅縮減：大氣中懸浮水氣造成光線散射，駕駛人有效能見度急遽下降，使「可用視距」小於行車安全所需的「停車視距（$SSD$）」，導致反應不及。
• 車速與車距感知失真：霧中環境對比度驟降，駕駛人產生視覺錯覺，易低估自身車速或誤判與前車之安全間距。
• 群聚追撞風險升高：個別車輛因視線不清突發驟煞，後方車流在視線受阻下難以提早減速，極易誘發連環追撞（Pile-up）事故。