107 高普考普通考試 交通技術 交通控制概要 考古題詳解

核心觀念

本題評量考生對智慧型運輸系統（ITS）及交通控制領域中「車輛偵測器（Vehicle Detector, VD）」分類架構與技術特性的掌握程度。核心觀念包含：

1. 分類準則：依美國聯邦公路總署（FHWA）《Traffic Detector Handbook》及交通工程學界通用規範，依「安裝與維修時是否破壞鋪面及中斷車流」，偵測器分為兩大體系：

• 侵入式偵測器（Intrusive Detectors）：安裝於路面內部（In-pavement）或鋪面表層，施作與養護時需封閉車道、切割路面，對車流產生直接干擾。
• 非侵入式偵測器（Non-intrusive Detectors）：架設於路側（Roadside）或車道上方懸臂／門架（Overhead），施作與養護不破壞路面，對道路交通干擾極小或零干擾。

2. 交通參數量測基礎：各偵測器量測交通流基本參數的能力，包含流量（Volume, $q$）、速率（Speed, $v$）、時間佔有率（Time Occupancy, $O_t$）與車型分類（Vehicle Classification）。

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解題方法

本題為標準申論題，答題架構應具備層次性與邏輯一致性：

1. 破題界定分類體系：明確指出依安裝與維護對交通干擾程度，劃分為「侵入式偵測器」與「非侵入式偵測器」兩大類，並具體界定其劃分依據（鋪面破壞、車道封閉時數、工區交通維持需求）。
2. 分類詳述與技術舉例：

• 每一大類嚴格挑選 3 種最具代表性、技術成熟之現有設備。
• 每一種偵測器均依「運作原理」、「量測功能」、「對交通干擾評析」三構面進行說明，確保內容量化且精準。

3. 綜合比較與歸納：以系統化分析歸納兩類技術之優缺點，提供實務選用依據。

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選項分析（申論題各項技術深入解析）

第一大類：侵入式車輛偵測器（Intrusive Detectors）

本類偵測器主體置於行車路面之下或路面表層，安裝與維修均需進行車道封閉管制（Lane Closure）與工區交維，直接佔用道路容量。

1. 環路感應線圈偵測器（Inductive Loop Detector, ILD）

• 運作原理：在路面切割溝槽，埋入多圈絕緣導線形成感應線圈，並通以高頻交流電產生電磁場。當金屬車體通過線圈上方時，金屬渦電流使線圈電感量（Inductance, $L$）降低，引起震盪頻率變化，判斷車輛存在。
• 量測功能：單線圈可精確量測車輛數（流量）與時間佔有率；布設雙線圈（Trap Configuration，前後距離約 $3\sim 6\text{ m}$）可量測單車速率與車長（進行車種分類）。
• 交通干擾評析：安裝必須切割路面瀝青或混凝土，封路施工時間長；路面重鋪（刨鋪）或路基變形時線圈極易拉斷失效，重複維修頻率高，衍生嚴重的衍生延滯與交通安全衝擊。

2. 磁阻／磁性偵測器（Magnetic / Magnetometer Detector）

• 運作原理：利用地球磁場受車體鐵磁性金屬切割時所引發的局部磁場擾動（Magnetic Field Perturbation）。現代實務多採用微機電（MEMS）三軸磁阻感測器（如無線地磁偵測器），透過路面微創鑽孔嵌入。
• 量測功能：量測車輛停等、通過存在狀態、車輛計數及時間佔有率；若配合雙節點佈設，亦可推算車速。
• 交通干擾評析：較線圈偵測器鑽孔直徑小（直徑約 $5\sim 10\text{ cm}$，深度約 $5\sim 15\text{ cm}$），施工時間顯著縮短；無線傳輸款式無需沿路面切割導線管槽。但安裝與電池更換時仍需短暫封閉單一車道，對車流產生局部、短時間之干擾。

3. 壓電式偵測器（Piezoelectric Detector）

• 運作原理：採用具壓電效應的材料（如壓電陶瓷或壓電聚合物 PVDF）封裝成感測條，橫向嵌入車道鋪面溝槽中。當車輪輾壓其上方時，機械應力轉換為與軸重成正比的電荷／電壓訊號。
• 量測功能：專門用於動態地磅系統（Weigh-in-Motion, WIM），可精準偵測輪軸數、軸距、動態軸重與總重，並配合線圈計算車速與精準車型分類。
• 交通干擾評析：要求感測條與路面平整度高度密合，槽縫開挖與環氧樹脂固化期長，需長時間封閉車道；且容易因重車長期反覆碾壓而損壞，翻修對幹線交通衝擊顯著。

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第二大類：非侵入式車輛偵測器（Non-intrusive Detectors）

本類偵測器架設於路面上方（如懸臂、門架）或路側支柱（如標誌桿、路燈桿），設備不接觸行車路面。

核心觀念

本題旨在測驗考生對於「交通號誌控制策略」基礎分類、運作機制及實務應用的掌握程度。核心觀念涵蓋：

1. 號誌控制策略分類：號誌控制依對車流反應能力主要分為「定時／固定時制（Pre-timed / Time-of-Day, TOD）」、「車輛感應（Actuated）」與「即時適應／動態反應（Adaptive / Traffic Responsive）」。
2. 固定時制（TOD）運作本質：屬於「開迴路控制（Open-loop Control）」，利用歷史調查之交通量數據，透過離線軟體（如 TRANSYT-7F、Synchro 等）預先最佳化設定多組時制計畫（包含週期長度 $C$、綠燈分割 $g/C$、時差 $\theta$ 與時相順序），並依據每日不同時段之時鐘排程自動切換執行。
3. 系統工程取捨（Trade-off）：交通控制實務必須在「硬體建置與維護成本」、「系統可靠度」與「車流適應彈性」之間取得平衡。

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解題方法

本題為標準的三段式申論問答題，配分通常為 20～25 分。作答時切入架構應嚴謹呼應題意：

1. 第一部分（定義）：界定 TOD 的核心意涵，強調「以歷史資料為基礎」、「多時段離線設計」及「依時間排程切換」，明確區分其與「單一時制（Single-dial Pretimed）」的差異。
2. 第二部分（普及原因）：從市區車流特性、工程經濟、系統維護及幹道連鎖四個客觀維度，深入剖析為何高科技動態控制盛行的今日，TOD 依然是世界各國市區路網的基石。
3. 第三部分（優缺點比較）：採結構化對稱條列，以「交通效率、運作維護、系統穩定度、非預期事件因應能力」為指標進行客觀對比。

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解題技巧

1. 閱卷得分關鍵字：作答務必出現「離線最佳化（Offline Optimization）」、「歷史交通量」、「時鐘排程」、「時差連鎖（綠波帶）」、「偵測器維護成本」、「經常性 vs. 非經常性壅塞」。
2. 常見陷阱與盲點：

• 陷阱一：誤把 TOD 寫成全天 24 小時綠燈秒數完全不變的單一時制。TOD 是「時段變換時制」（如晨峰、昏峰、離峰、深夜各有專屬時制計畫）。
• 陷阱二：申論優缺點時流於空泛的「比較好／比較差」，缺少對照基準。應以「車輛感應／動態號誌」為對照組來凸顯 TOD 的優劣。

3. 版面編排技巧：標號分明（一、(一)、1.），善用粗體字標示重點，優缺點若能對稱陳述，能給閱卷委員極佳的邏輯印象。

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【答案】

一、固定時制（Time of Day, TOD）之定義

固定時制控制（Time-of-Day Control, 簡稱 TOD），又稱時段變換定時控制，係指交控單位預先蒐集路口各方向的歷史交通量資料（如轉向流量、飽和流量率、車速等），經由離線分析與軟體最佳化模式，針對一日內交通特性相近之典型時段（如晨峰、昏峰、日間離峰、夜間離峰、假日時段等），分別設計專屬的號誌時制計畫（包含週期長度 $C$、時相數與相序、綠燈分割比 $g/C$ 及路網幹道時差 $\theta$）。

在運作時，控制器依靠內部即時時鐘（RTC）或衛星對時（GPS），依設定之時間排程自動載入對應時段的固定時制計畫運作。

核心觀念

本題旨在考驗考生對「感應與適應性號誌控制（Actuated and Adaptive Signal Control）」中「綠燈延展（Green Extension）」機制的掌握程度。其核心在於：當某時相綠燈即將結束時，號誌控制器如何依據即時偵測到的車流特性，動態決策是否延後截斷綠燈，以減少車輛停等延滯並提升路口容量，同時避免造成相交方向過長之延滯。

本題涉及的交通控制理論、法規與參數定義如下：

1. 法規依據：以命題當年（民國 107 年）之《道路交通標誌標線號誌設置規則》第 225 條（感應式號誌定義與運作原則）及第 230 條（時制設計要素）為準。
2. 關鍵參數與定義：

• 初始綠燈（Initial Green / Minimum Green, $G_{\min}$）：確保綠燈啟動後停等車隊能安全起步，並滿足行人之最短通行需求。
• 單位延展時間（Unit Extension, $U_E$ / Passage Time, $P_T$）：每輛車通過偵測器後所賦予的綠燈延長秒數，通常取決於偵測器至停止線之行駛時間。
• 車頭時距門檻（Vehicle Time Headway / Allowable Gap, $G$）：判定車流是否連續密集的臨界時間間隔。
• 斷流（Gap-out）：連續兩車間隔大於設定門檻，綠燈隨即終止並切換至黃燈。
• 超時（Max-out / Force-off）：為防止相交方向車輛無限期停等，系統設定之「最大綠燈時間（Maximum Green, $G_{\max}$）」；一旦累計綠燈達到上限，即強制切換時相。
• 占有率（Occupancy, $Occ$）：車輛涵蓋偵測器感應區的時間百分比，用以估算車流密度與飽和度。

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解題方法

判定綠燈是否延長，可從「判定標準（決策門檻指標）」與「判定方法（演算法與控制邏輯）」兩大層面切入，並佐以具體實例說明：

一、判定綠燈時間是否延長的標準（Criteria / Thresholds）

判定綠燈是否延展，控制系統採用的即時監測標準主要包含以下四類：

1. 車頭時距門檻（Time Headway / Vehicle Gap Standard）：

• 當上游偵測器量測到連續通過兩車的時間間隔（Time Gap, $h_t$）小於設定的臨界門檻時（即 $h_t \le G$），認定車流處於密集飽和放行狀態，符合延長標準。

2. 車道占有率／飽和度門檻（Occupancy / Degree of Saturation Standard）：

• 藉由環道或影像偵測器計算取樣週期（如 5 秒或 10 秒）內的占有率 $Occ$。當 $Occ$ 大於設定臨界值（例如 $Occ > 20\%$）或飽和度 $DS > 0.85$ 時，判定車隊仍未消解完畢，符合延長標準。

3. 邊際效益與延滯代價門檻（Marginal Delay / Cost Benefit Standard）：

• 評估「延長 $\Delta t$ 秒綠燈使本時相車流獲益之延滯減少量 $\Delta D_{\text{current}}$」是否大於「相交衝突時相因多等 $\Delta t$ 秒所增加之延滯總量 $\Delta D_{\text{cross}}$」。當淨效益大於零（$\Delta D_{\text{current}} > \Delta D_{\text{cross}}$），始符合延長標準。

4. 極大綠燈限制標準（Maximum Green Constraint）：

• 無論上述條件是否滿足，總綠燈時間 $G_{\text{total}}$ 必須滿足 $G_{\text{total}} \le G_{\max}$。若達到 $G_{\max}$，延長機制立即失效並強制斷流（Max-out）。

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二、判定綠燈時間是否延長的方法（Methods / Algorithms）

依據偵測架構與運算層次，實務上有以下四種方法：

1. 固定時距延長法（Fixed Gap / Unit Extension Method）：

• 原理：採用重置計時器（Resetting Timer）。初始綠燈 $G_{\min}$ 結束後，若在預設之單位延展時間 $U_E$ 內有下一輛車觸發偵測器，計時器立即歸零並重新倒數 $U_E$ 秒；若在倒數歸零前無車到達（發生 Gap-out），或達到 $G_{\max}$（發生 Max-out），則終止綠燈。

2. 時隔遞減法（Gap Reduction / Volume-Density Method）：

• 原理：避免在綠燈後期因單一慢車或稀疏車流浪費綠燈容量。設定容許時距門檻隨時間動態遞減： $G(t) = G_{\text{initial}} - r \cdot (t - t_{\text{reduce}})$ 其中 $G_{\text{initial}}$ 為初始容許時隔，$r$ 為遞減率，$t_{\text{reduce}}$ 為開始遞減時間點。當相交方向有車停等時間越長，容許車距門檻降至最低極限 $G_{\text{min\_gap}}$，大幅提高切換機率，兼顧次要方向之權益。

3. 步階式占有率回授微調法（Step-by-Step Occupancy Feedback Method）：

• 原理：為都市區域適應性控制系統（如 SCATS、SCOOT）常見之微調機制。在既定綠燈即將結束前（例如綠燈倒數 4 秒），檢視該進口道過去數秒之平均占有率。若超過門檻，則給予一個微幅步階延長量（如延長 2 至 4 秒），延展後再次評估，直至占有率跌破門檻或達到微調配額上限。

4. 滾動時程即時優化法（Rolling Horizon Optimization Method）：

• 原理：如 OPAC、RHODES 等高階自適應控制演算法。利用上游偵測器預測未來 10 至 30 秒之車輛抵達分布，以固定時間步階（如 1 秒或 2 秒）模擬「延長」與「切換」在整個路口各進口道所造成的總停等延滯（Total Delay）與停等次數，取目標函數最佳化（延滯最小）者作為決策。

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三、實例說明

• 實例一：半感應／全感應號誌之固定車距延展（Gap-out 機制）

• 參數設定：某幹道路口車速 $v = 50\text{ km/h}$（約 $13.89\text{ m/s}$），車輛偵測器設於停止線上游 $d = 42\text{ m}$ 處。

核心觀念

本題旨在測驗考生對於智慧型運輸系統（ITS）跨機關整合與**走廊帶整合交通管理（Integrated Corridor Management, ICM）**之核心架構與實務運作課題的掌握度。

1. 路網階層與管轄劃分：

• 高快速公路：由交通部高速公路局管轄，以封閉式路網為核心，控制手段包括主線控制、匝道儀控（Ramp Metering）、路肩開放、高乘載管制等，目標為維持主線服務水準與容量最大化。
• 省道系統：由交通部公路局管轄，涵蓋一般省道與快速公路，兼具城際聯絡與區域集散功能，控制重點在於幹線號誌續進與防救災應變。
• 都市路網：由各直轄市、縣（市）政府交通局處管轄，多屬高密度號誌化路網，控制重點為路口轉向衝突化解、幹道連鎖、行人通行安全及大眾運輸優先號誌。

2. 走廊帶協同控制與介面瓶頸： 三大路網系統的實體銜接介面（交流道周邊匝道聯絡道、城際入城交界處）經常發生外溢與回堵現象，控制目標若僅著眼於個別機關績效（本位主義），極易引發「個別最佳化、整體劣質化」的系統失衡。

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解題方法

本題屬於標準的「問題剖析與對策研擬」申論題型。解題應採取**「系統工程與全面管理架構」，自組織體制**、控制策略、資訊與通訊技術、用路人導引四大維度切入。答題時務必遵守「問題與對策一一精準對應」原則，使評閱委員一目了然：

1. 組織機制面：權責劃分與跨機關協商機制不足 $\rightarrow$ 建立區域聯合協控中心與常態機制。
2. 控制策略面：匝道儀控與平面號誌時制缺乏聯動 $\rightarrow$ 導入走廊帶整合交通管理（ICM）與防回堵協控邏輯。
3. 資訊技術面：資料交換格式與通信協定未標準化 $\rightarrow$ 落實交通部標準通訊協定與雲端大數據整合平台。
4. 管理導引面：資訊發布不一致且導引策略衝突 $\rightarrow$ 跨機關動態路徑導引（DRG）與統一用路人即時資訊。

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選項分析

本題為申論題，非選擇題，故無選項分析。

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解題技巧

1. 架構對稱化：分析「主要問題」提出四個構面，在「改善對策」就必須嚴格呼應這四個構面作答。切忌問題寫一堆，對策卻另起爐灶。
2. 專業術語化：善用閱卷老師重視的關鍵專有名詞，例如「走廊帶整合交通管理（ICM）」、「匝道排隊防回堵邏輯（Queue Override）」、「動態路徑導引（DRG）」、「交通部標準通訊協定（Traffic Control Protocol）」。
3. 避免純理論空談：答題時適度帶入臺灣本土實務場景（例如：國道匝道排隊回堵至地方平面聯絡道、CMS替代道路資訊不同步），能顯著提高答案的實務深度與說服力。

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【答案】

臺灣地區交通控制系統依地理與管轄權責分為都市、高快速公路及省道三大系統，其介面存在之主要問題與具體改善對策詳述如下：

一、各權責交控系統之間存在之主要問題