110 高普考高考三級 交通技術 交通控制 考古題詳解

一、核心觀念

本題考查交通號誌「時制計畫」失效後之改善流程，以及改善前後績效評估方法。重點不在單純延長綠燈，而在於：

1. 找出交通需求、路口幾何、號誌控制及外在環境的變化。
2. 依調查資料重新設計號誌時制與控制策略。
3. 以客觀、可量化的績效指標比較改善前後效果。
4. 確認改善效果確實來自號誌計畫，而非交通量、天候、施工等其他因素。

號誌時制計畫通常包括：

• 週期長度 $C$：號誌完成一次完整循環所需時間。
• 相位及相序：各方向車流、左轉、行人等交通流之放行順序。
• 綠燈時間 $g$：某一相位實際提供通行之時間。
• 黃燈及全紅時間：用於清空路口及確保安全。
• 時差 $O$：幹道連鎖控制中，相鄰路口放行時間之時間差。
• 分配率：一週期內各相位取得之綠燈比例。

路口容量可用下式作概念性判斷：

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

其中，$c$ 為車道容量，$s$ 為飽和流率，$g$ 為有效綠燈時間，$C$ 為週期長度。

交通需求與容量之關係可用飽和度表示：

$$X=\frac{v}{c}$$

其中，$v$ 為交通量，$c$ 為容量。當 $X$ 過高時，容易產生排隊溢流、延滯增加及路口阻塞；當 $X$ 過低時，可能表示綠燈分配過多、週期過長或號誌效率不佳。

本題屬交通工程實務題，涉及號誌設置及運作時，應依《道路交通標誌標線號誌設置規則》及命題當年之交通號誌設計、控制相關規範辦理；法規部分以民國 110 年規定為準。

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二、號誌改善計畫之執行流程

（一）界定問題與改善目標

首先確認號誌失效的具體表現，包括：

• 尖峰時段排隊過長。
• 車輛平均延滯增加。
• 幹道行進速度降低、連鎖帶狀通行中斷。
• 左轉車流回堵至直行車道。
• 行人等候時間過長或穿越時間不足。
• 公車停靠造成路口阻塞。
• 下游路口回堵，形成路口箱型阻塞。
• 事故、近失事件及違規情形增加。
• 重大工程、道路拓寬、土地開發導致交通流向改變。

應將問題轉化為可量化的改善目標，例如：

• 降低平均控制延滯。
• 減少最大排隊長度。
• 提高幹道平均旅行速率。
• 降低停等次數。
• 避免排隊超出儲車長度。
• 維持行人安全通行時間。
• 改善尖峰時段路口服務水準。

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（二）確認研究範圍與現況條件

研究範圍不能只限於單一路口。若屬幹道連鎖號誌，至少應納入：

• 上、下游相鄰路口。
• 主要進出口及重要交叉口。
• 可能受到回堵影響的路段。
• 公車站、學校、醫院、商業區及大型開發案出入口。
• 施工區、瓶頸路段及車道縮減處。

現場應確認下列條件：

1. 車道數、車道寬度及車道配置。
2. 左轉、右轉及直行車道配置。
3. 路口渠化、槽化島及停止線位置。
4. 行人穿越線、庇護島及自行車設施。
5. 號誌燈面、號誌桿位置及視距。
6. 停車、臨停、路邊裝卸及公車停靠情形。
7. 偵測器、按鈕、影像辨識設備及控制器運作狀況。
8. 實際號誌相位、相序、週期、綠燈、黃燈、全紅及時差。
9. 平日、假日、尖峰、離峰及特殊時段之差異。

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（三）蒐集改善前基準資料

改善前資料是後續成效評估的基準，應在改善前完成完整調查。主要資料如下：

1. 交通量資料

依方向及車種記錄：

• 直行、左轉、右轉交通量。
• 各進口道及各車道交通量。
• 小客車、機車、公車、貨車等車種組成。
• 每 5 分鐘或每 15 分鐘之流量變化。
• 尖峰小時交通量及尖峰小時因子。
• 行人及自行車流量。

2. 號誌運作資料

記錄：

• 現行週期 $C$。
• 各相位綠燈時間。
• 黃燈及全紅時間。
• 相位相序。
• 幹道連鎖時差 $O$。
• 是否採定時、半觸動或全觸動控制。
• 偵測器是否正常。
• 是否有特殊時段計畫。

3. 運行績效資料

包括：

• 平均控制延滯。
• 平均停等時間。
• 平均旅行時間及旅行速率。
• 每車平均停車次數。
• 最大排隊長度及平均排隊長度。
• 排隊消散時間。
• 路口通過量。
• 回堵及溢流情形。
• 行人等候及穿越時間。

4. 安全及管理資料

包括：

• 事故件數、事故類型及事故位置。
• 闖紅燈、未依號誌行駛及違規轉向情形。
• 近失事件。
• 施工、事故、天候及臨時交通管制紀錄。
• 民眾陳情及公車業者反映。

調查時間應涵蓋主要問題時段，並以多日資料建立穩定基準，避免只依單日異常狀況作成設計。

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三、問題診斷與改善方案研擬

（一）判斷問題來源

依調查資料區分問題類型：

1. 交通需求改變 例如左轉量增加、尖峰方向改變、商業開發造成進出交通增加。

2. 路口容量不足 例如車道配置不適合、左轉車流占用直行車道、路邊停車降低有效車道容量。

3. 號誌分配不合理 例如某一方向綠燈過長，而高需求方向綠燈不足。

4. 週期長度不適當 週期太短會增加清空損失時間；週期太長則會增加行人及車輛等候時間。

5. 幹道連鎖失效 可能是時差不適合、路口間距改變、旅行速度改變，或下游路口回堵。

6. 控制設備或偵測器故障 號誌計畫本身正確，但偵測器、控制器、通訊設備失效。

7. 外部施工或特殊活動影響 交通需求暫時改變，不宜直接以永久性號誌計畫處理。

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（二）研擬改善方案

改善方案可分為下列層次：

1. 號誌時制調整

• 調整週期長度 $C$。
• 重新分配各相位綠燈時間。
• 調整左轉保護相位及左轉綠燈。
• 修正相位相序。
• 調整黃燈、全紅及清空時間。
• 提高行人綠燈及閃光時間至安全需求。
• 針對尖峰、離峰、夜間及假日建立不同時制計畫。

有效綠燈時間可概念性表示為：

$$g_e=g-l$$

其中，$g_e$ 為有效綠燈時間，$g$ 為顯示綠燈時間，$l$ 為啟動損失、清空損失等損失時間。

2. 幹道連鎖控制

針對連續路口調整：

• 共同週期。
• 路口間時差 $O$。
• 幹道雙向綠波。
• 連鎖方向及優先方向。
• 各路口綠燈起始時間。
• 不同時段之連鎖速度。

時差設定須配合車輛實際旅行時間。若路口間距為 $d$、目標行進速度為 $u$，則理想旅行時間約為：

$$t=\frac{d}{u}$$

相鄰路口之綠燈起始時間應依此旅行時間及排隊消散時間調整，而非單純採固定時差。

3. 車道及路口渠化改善

必要時配合：

• 增設左轉專用車道。
• 調整車道用途。
• 增加右轉專用空間。
• 改善停止線及導流線配置。
• 移除影響視距或通行之障礙。
• 管制路邊停車、臨停及裝卸。
• 調整公車站位置。
• 改善行人穿越及自行車通行空間。

4. 控制方式改善

依交通需求變化程度，選擇：

• 定時號誌。
• 半觸動號誌。
• 全觸動號誌。
• 幹道優先控制。
• 公車優先。
• 行人早開或行人專用時相。
• 配合交通偵測器之即時調整控制。

但控制方式的變更必須確認設備、偵測器、通訊及維護能力足以支援。

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四、方案分析與決定

每一個方案均應分析其交通、工程、安全及管理效果，至少包括：

核心觀念

本題考查「跨轄區整合式交通管理」及「走廊整合管理」觀念。高速公路交流道、匝道、平面幹道及地方路口屬於不同機關管轄，但在交通運作上具有連續性；若各機關僅處理自己轄區內的壅塞，容易造成車流回堵、壅塞外溢及「上游改善、下游惡化」的現象。

交通控制的基本關係為：

$$q=kv$$

其中：

• $q$：交通流率，單位通常為輛／小時；
• $k$：交通密度，單位通常為輛／公里；
• $v$：平均速率，單位通常為公里／小時。

當瓶頸處之需求流率大於其通行容量時，會形成排隊：

$$q_d>q_c$$

其中 $q_d$ 為需求流率，$q_c$ 為瓶頸容量。若排隊未受控制，壅塞波會沿車流上游傳播，甚至由交流道回堵至高速公路主線，形成匝道回堵、交織干擾及都市道路網壅塞。

因此，本題不能只採取單一路口號誌調整，而應建立跨機關、跨道路層級及跨區域的整合式交通控制系統。

法規說明：涉及道路主管機關權責、交通管制、號誌設置及高速公路管理事項時，應以命題當年（民國110年）法規為準，主要依據包括《公路法》、《道路交通管理處罰條例》及相關交通工程設施設置規範。現行法已修正之處，不影響本題依民國110年法規與交通控制原理作答。

解題方法

本題可依「問題診斷、組織整合、控制策略、執行評估」四個層次作答。

一、先建立跨轄區交通管理機制

高速公路局與地方政府應成立常態性的跨機關交通管理平台，明確規範：

1. 各機關之權責範圍；
2. 交通資料交換格式及傳輸頻率；
3. 壅塞、事故、災害及大型活動之通報程序；
4. 交通控制策略之啟動條件；
5. 事件處理時的指揮、協調及解除機制；
6. 跨轄區交通計畫與年度演練制度。

管理範圍不應以行政區界線為唯一依據，而應以完整交通走廊、運輸節點及車流來源與去向進行規劃。例如高速公路交流道附近，應將高速公路主線、匝道、平面聯絡道、鄰近幹道及重要路口納入同一管理範圍。

二、建置共同交通資料與控制中心

應整合高速公路局、地方交通控制中心及警察機關的交通資訊，建立跨轄區交通資訊平台，資料來源包括：

• CCTV影像；
• 車輛偵測器；
• ETC及旅行時間資料；
• 浮動車資料；
• 號誌控制器；
• 事故及施工通報；
• 氣象與道路環境資料；
• 停車及大型活動資訊。

透過資料融合，可即時掌握：

• 流量、速度、密度及占有率；
• 旅行時間及延滯；
• 排隊長度與回堵位置；
• 事故位置及道路阻塞程度；
• 交流道進出口流量；
• 匝道與平面道路的相互影響。

控制中心應具備共同監看、即時通報、策略下達及成效評估功能，避免每個機關只看見自身管轄範圍內的局部狀況。

三、依交通狀態採取協調控制策略

（一）匝道儀控

當高速公路主線接近容量，且匝道進入車流過多時，可實施匝道儀控，透過號誌控制進入高速公路的車流，降低主線流量波動及合流干擾。

基本控制概念可表示為：

$$r=\min(r_{\max},\,Q_{\text{主線可容納}}-Q_{\text{主線現有}})$$

其中 $r$ 為匝道放行率，$r_{\max}$ 為匝道最大放行率。實務上須同時監控匝道排隊，避免匝道排隊回堵至地方路口，造成平面道路失效。

若匝道排隊已接近警戒長度，應採取匝道儀控放寬、鄰近路口調整、車道管理或替代路線導引，維持高速公路與地方道路的整體平衡。

（二）高速公路與平面道路號誌協調

交流道周邊平面道路應採取幹道號誌協調及路口群控制，重點包括：

• 依實際車流方向調整週期、綠燈時比及時相差；
• 將交流道出口車流納入下游路口容量分析；
• 對出口匝道採取排隊感應控制；
• 避免下游路口回堵至高速公路出口匝道；
• 對重要幹道建立綠波帶；
• 依尖峰方向實施可變車道或動態車道配置；
• 在事故或大型活動期間切換特殊號誌計畫。

控制的核心不是單純追求某一路口最大綠燈時間，而是避免排隊超過關鍵節點容量。

（三）出口匝道回堵防制

出口匝道回堵至高速公路主線時，應視為高優先級安全事件。可採取：

1. 偵測出口匝道排隊長度；
2. 在匝道接近平面路口時調整號誌；
3. 增加下游路口放行能力；
4. 暫停阻礙匝道出口的轉向流；
5. 以可變資訊標誌提醒駕駛人選擇替代出口；
6. 由警察或交通管理人員進行現場疏導；
7. 必要時實施主線降速及車道管理。

若出口匝道排隊已延伸至主線，應優先清除下游瓶頸，不能僅增加上游主線放行量，否則會使排隊更快累積。

（四）可變速限與主線流量均衡

核心觀念

本題比較兩種號誌控制策略：

1. 定時時制（Time of Day, TOD）：依一天中不同時段預先設定號誌時制，按照時鐘自動切換控制計畫。
2. 動態控制（Dynamic Control）：利用車輛偵測器、影像設備或其他即時交通資料，依目前交通狀況即時調整號誌控制參數。

號誌控制的主要參數包括：

• 週期長度 $C$：完成所有相位一次所需的時間。
• 綠燈時間 $g$：各方向或相位可通行的時間。
• 相位順序：各交通流向的放行先後。
• 時差（Offset）：相鄰路口號誌起始時間的差距。
• 相位延長、跳相位、提前截斷等即時控制功能。

兩者的核心差異在於：

• TOD 的控制依據是「時間」；
• Dynamic Control 的控制依據是「即時交通狀況」。

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一、定時時制（Time of Day）之控制邏輯

1. 基本控制概念

定時時制係依據歷年交通調查資料、交通流量變化、尖峰時段及道路功能，將一天劃分為若干控制時段，例如：

• 深夜離峰時段；
• 上午尖峰時段；
• 上午離峰時段；
• 下午尖峰時段；
• 夜間離峰時段。

每一個時段事先建立一套號誌控制計畫。控制器依據內部時鐘，在預定時間自動切換至對應的時制。

例如：

時段	控制計畫
07:00–09:00	上午尖峰計畫
09:00–16:00	日間離峰計畫
16:00–19:00	下午尖峰計畫
19:00–24:00	夜間離峰計畫

其控制流程可表示為：

$$\text{目前時間} \rightarrow \text{判定所屬時段} \rightarrow \text{呼叫預設時制} \rightarrow \text{執行固定號誌參數}$$

2. 各時制所設定的內容

每一套時制通常包括：

• 週期長度 $C$；
• 各相位綠燈時間 $g_i$；
• 黃燈及全紅時間；
• 相位順序；
• 相鄰路口時差 $O$；
• 幹道協調控制所需的綠波帶位置與寬度。

在同一時制執行期間，控制器通常依固定週期及固定分配時間運作，不會因單一車道當下車流量小幅變化而立即調整。

3. 控制特性

定時時制的優點如下：

• 控制邏輯簡單，容易設計與維護；
• 設備需求較低，不必全面設置即時偵測器；
• 時制穩定，適合交通型態規律的路網；
• 容易進行相鄰路口協調及幹道綠波設計；
• 系統故障時較容易維持基本運作。

其限制如下：

• 無法充分反映非預期交通變化；
• 交通事故、道路施工、大型活動造成的突增車流無法即時處理；
• 週期及綠燈時間依歷史平均資料設定，尖峰內部的波動不易反映；
• 若交通型態已改變，原有時制會逐漸失效；
• 在流量低於預測時，容易造成不必要的等候。

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二、動態控制（Dynamic Control）之控制邏輯

1. 基本控制概念

動態控制係以即時交通資料作為控制輸入，透過偵測器蒐集各方向交通狀況，再由控制器或中央控制系統計算適當的號誌策略，持續修正控制參數。

其基本流程為：

$$\text{交通偵測} \rightarrow \text{資料處理} \rightarrow \text{交通狀況判斷} \rightarrow \text{控制策略計算} \rightarrow \text{號誌參數調整} \rightarrow \text{再次偵測}$$

此流程會反覆進行，形成閉迴路控制（Closed-loop Control）。

2. 動態控制的資料來源

常見資料來源包括：

• 路側感應線圈；
• 微波偵測器；
• 影像式車輛偵測器；
• 雷達或光達設備；
• 公車、計程車及車聯網資料；
• 旅行時間及排隊長度資料；
• 交通管理中心的事件與路況資訊。

重要偵測變數包括：

• 車流量 $q$；
• 交通密度 $k$；
• 車速 $v$；
• 車道占有率；
• 排隊長度 $L_q$；
• 停等車輛數；
• 路口飽和度；
• 公共運輸車輛到達資訊。

3. 動態調整的控制內容

動態控制可依交通狀況調整下列一項或多項參數：

（1）綠燈時間延長或縮短

當某一方向仍有持續車流，且其他方向需求較低時，可延長該方向綠燈；當需求降低時，則縮短綠燈。

（2）相位提前結束或跳相位

當某方向無車或需求很低時，可提前結束該相位。若某一相位暫無需求，也可在符合安全條件下跳過該相位。

（3）週期長度調整

依路口總需求、排隊狀況及飽和度調整週期長度。高需求時可採較長週期，以降低失去時間比例；低需求時可採較短週期，以降低平均等待時間。

（4）時差調整

在幹道協調控制中，依車流行進方向、旅行時間及壅塞位置修正相鄰路口時差，使綠波帶配合實際車流。

（5）相位分配重新調整

依各進口道需求比例調整綠燈分配，使有限綠燈時間優先提供給需求較高的方向。

4. 控制目標

動態控制不只是「看到哪裡車多就給哪裡綠燈」，而是依設定的控制目標進行最佳化。常見目標包括：

• 最小化總延滯；
• 最小化停等次數；
• 最小化排隊長度；
• 最大化路口通行量；
• 防止回堵至上游路口；
• 維持幹道綠波；
• 提升公車或緊急車輛優先程度；
• 兼顧行人、自行車及各交通方向的公平性。

可用目標函數表示為：

$$\min J = w_1 D + w_2 N_s + w_3 L_q + w_4 E$$

其中：

• $D$：總延滯；
• $N_s$：停等次數；
• $L_q$：排隊長度；
• $E$：其他控制成本，例如污染、燃料消耗或事故風險；
• $w_i$：各項目標的權重。

因此，動態控制的本質是根據即時資料，在安全及操作限制下，持續尋找較適合當下路況的號誌控制方案。

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三、導入動態控制策略時應注意之事項

1. 先確認控制需求與適用路網

動態控制並非所有路口均適合導入，應先分析：

• 交通流量是否具有高度時變性；
• 交通需求是否經常受到事故、施工、活動影響；
• 路口是否存在嚴重且不規則的壅塞；
• 路網是否具備足夠的替代路徑；
• 控制範圍是單一路口、幹道，或整個路網；
• 是否需要優先處理公車、行人及緊急車輛。

交通型態穩定且流量規律的路口，完善的 TOD 時制可能已足夠；交通變動大、壅塞傳遞明顯的路網，動態控制較能發揮效益。

2. 偵測器布設與資料品質

動態控制的判斷品質取決於輸入資料品質，應注意：

核心觀念

本題考查人工智慧導入智慧運輸系統（Intelligent Transportation Systems, ITS）後，交通主管機關如何整合「資料、演算法、管理制度與基礎設施」，達成下列四項政策目標：

1. 安全（Safety）：降低事故發生率與事故傷害程度。
2. 效率（Efficiency）：提升道路容量、運輸可靠度與交通管理效能。
3. 無縫（Seamless）：整合不同運具、路網、票證與資訊服務，使旅運者能便利轉乘。
4. 永續（Sustainability）：降低能源消耗、碳排放、空氣污染與土地使用衝擊。

AI 的核心功能可概括為：

• 感知：透過攝影機、雷達、車聯網、GPS、電子票證、氣象與環境感測器蒐集資料。
• 辨識：辨識車流、事故、違規、行人、自行車、車牌及道路異常。
• 預測：預測交通量、壅塞、事故風險、旅運需求及設備故障。
• 決策：提供號誌控制、路徑導引、派遣調度、事件處理及運輸管理建議。
• 控制與回饋：將決策即時傳送至號誌、資訊看板、車隊管理系統及旅運服務平台，形成「感知—分析—決策—控制—回饋」循環。

以命題當年（民國 110 年）法規為準，AI 導入交通管理仍須遵守個人資料保護法、道路交通安全規則、個人資料保護相關規範、資通安全管理法及政府資訊公開等制度要求；涉及道路交通執法及裁罰時，仍須以法律授權及正當程序為依據。現行法已修正部分資通安全、個人資料及智慧運輸相關規範，實務應依現行法辦理。

解題方法

本題適合採「目標導向」作答，先說明 AI 的運作架構，再依安全、效率、無縫、永續四項目標分別提出具體應用，最後補充治理與推動條件。

可用下列架構作答：

$$\text{資料蒐集} \rightarrow \text{AI 分析} \rightarrow \text{交通預測} \rightarrow \text{管理決策} \rightarrow \text{即時控制} \rightarrow \text{績效回饋}$$

交通主管機關不宜只將 AI 視為單一軟體，而應建立跨運具、跨機關、跨層級的智慧交通平台，使 AI 分析結果能實際作用於號誌控制、事故管理、公共運輸調度及旅運資訊服務。

一、以 AI 提升交通安全

1. 即時事故與危險事件辨識

利用路側攝影機、雷達、車聯網及群眾回報資料，透過電腦視覺與異常偵測技術辨識：

• 車輛碰撞、逆向、違規迴轉及違規停車；
• 行人闖入車道或號誌路口；
• 道路壅塞突然形成；
• 掉落物、積水、路面破損及施工障礙；
• 橋梁、隧道及邊坡的異常狀態。

系統辨識後，可自動通知交通控制中心、警察、消防及道路養護單位，縮短事故發現與救援時間。

2. 事故風險預測

將歷史事故資料與下列因素整合：

• 時段、星期與季節；
• 車流量、車速及車種組成；
• 天候、能見度與路面狀況；
• 道路幾何、路口型式及號誌配置；
• 行人與自行車流量。

建立事故風險模型，產生路段或路口的風險熱點，作為改善號誌、增設行人設施、調整速限、加強照明及警力配置的依據。

3. AI 號誌安全控制

在路口導入行人、自行車及車流辨識技術，依實際交通狀況調整綠燈時間、行人早開時相、左轉保護時相與行人穿越警示。

對高齡者、兒童、身心障礙者及大型車等弱勢或高風險交通參與者，應採取較保守的控制策略，例如延長行人綠燈、增加衝突警示及限制高風險轉向。

4. 預防性道路與車輛管理

AI 可依設備感測資料預測號誌、路側設備、隧道機電設備及公共運輸車輛的故障時間，改採預防性維護，避免設備失效導致事故或大範圍交通中斷。

二、以 AI 提升交通效率

1. 交通流量與壅塞預測

以歷史流量、即時速度、事故、天候、活動及施工資料訓練預測模型，推估未來不同時段的交通狀況，提前採取號誌協調、匝道儀控、車道管理及替代路線導引措施。

交通壅塞不應只在發生後處理，而應利用短期預測將管理時點提前。

2. 自適應號誌控制

傳統定時號誌依固定時制運作，無法充分因應流量變化。AI 可依各進口道排隊長度、車流量、平均延滯、行人需求及相鄰路口狀況，動態調整：

• 週期長度；
• 綠燈時比；
• 相位順序；
• 路口間協調時制；
• 特定車流的優先通行。

控制目標可用延滯、停等次數、排隊長度及旅行時間可靠度表示，例如以最小化總延滯為基本目標：

$$\min Z=\sum_{i=1}^{n} q_i d_i$$

其中，$q_i$ 為第 $i$ 類交通流量，$d_i$ 為其平均延滯。實務上仍須加入行人安全、主幹道協調、公共運輸優先及公平性等限制條件。

3. 事件管理與路網最佳化

發生事故、施工或大型活動時，AI 可依路網容量及交通需求推估影響範圍，協助主管機關：

• 規劃分流路線；
• 調整號誌時制；
• 提供替代道路資訊；
• 對公共運輸進行加班車或改道；
• 預估壅塞消散時間；
• 協調警察、消防、養護及運輸業者資源。

4. 公共運輸智慧調度

利用乘客需求、刷卡資料、車輛定位及即時載客量，進行班次與車輛調度，提升公共運輸服務可靠度。AI 可用於：