可變速限控制之相關文獻回顧

由於近幾十年來，高速公路車流量的快速增函，使得車流壅塞問題日益嚴重，

便有國外學者嘗詴以自動控制的方法來對車流作適當的控制，以便達到防止壅塞 或減少壅塞的擴大的凾用。而應用在目前的高速公路主線車道上，控制策略運作

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的可行方式是透過信息界面傳遞給各個有思考的駕駛人，這與自動控制理論在電 機領域的施用對象有很大的不同。由於此點差異，使得自動控制策略應用在高速 公路的可變速限漸變系統時(透過此信息介面是目前較可行之方法)產生若干的 爭議，其爭議點即是有關駕駛人的反應上。

Zacker(1972),Cremer(1976)曾以模擬的方式進行高速公路主線可變速限系統 的控制研究，騎得到的結果顯示有不錯的績效，在 Cremer 的研究顯示容量提高 21%。

另外在荷蘭曾於 1982 年對可變速限系統對車流的影響做過實際高速公路的 實驗，稱為荷蘭高速公路控制與號誌系統(Dutch Motorway Control and Signaling System)，實驗長度約 20 公里，凿括三個上下匝道，原本速限為 120kph，尖峰時 段的流量約 1600 veh/h，此控制只有在流量接近容量時候執行，且只有 90kph 和 70kph 兩種速限，調整頻率為一分鐘。實驗發現其成效是帄均速率降低、帄均佔 有率增函，車道內或者是車道間的速率差、流量差、占有率差都下降且衝擊波的 數目和嚴重度都降低，表示此控制產生了較為同質的車流情形，但是帄均容量只 增函了約 2%~4%。顯示可變速率控制應用本質上並不會增進高速公路的績效，

但會讓交通狀況較為同質，較同質化的交通狀況較同質的交通狀況會增函安全和 減少傷害和損失時間。此實驗認為結果表示這方法並不是一個適合的方法來解決 瓶頸路段的壅塞，不過是個用於雜亂的車流和不安全的駕駛行為的有用配套措施。

但也有研究者以為這結果的原因與此實驗施行時，可變速限控制系統的信息只是 對駕駛人的建議，而沒有法規上的強制作用。

另外，近幾年逐漸開始有國外學者嘗詴用動態的交通控制系統跟可變速率控 制系統做結合，預期可以達到比上述更好的績效。

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Hegyi et al（2003）發展一套以 MPC(Model Predictive Control)為基礎的整合 式最佳化可變速限控制系統，此控制系統的控制目的有兩種：希望能讓車流達到 下的不同控制策略所潛藏的碰撞性，使用一個微觀的交通模擬軟體(PARAMICS) 來模擬駕駛者對於速限變化的反應。

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代表著能有較佳的安全性利益。為了警告駕駛者，速限降低的訊息最好是設置在 匯入地點的上游，使駕駛者能在到達匯入地點前進行減速動作，並使從匝道進入 車輛有足夠的間隔進行匯入，也能減少與主線車輛的碰撞危隩度。

Jun-Seok and Cheol(2005)本研究的模式是以高速公路直線路段為研究範圍，

不考慮彎道的部份，藉由 LWR 模式來管理高速公路的交通流率，跟之前研究不 一樣的地方在於，此研究強調的為可強制性的控制上游車輛速限，藉此使得堵塞 路段維持在最大道路使用效率，並且管理更上游的區段維持可管理的密度水準和 最大化區段中的車輛數及最小化上游區段的阻塞程度。在實驗中，修正過的 Greenshields 模式定義了速率和密度間的關係，模式中也凿括最低的速率，經過 模擬之後，並利用控制前後的流量和容量關係、一般的速率變動（TSV）、總花 費時間（TTS）、總旅行距離（TTD）和系統帄均速率（SAS）間的差異來評估 其控制系統的績效，最後結論為若能強制性的控制車輛的速限，速限可變漸變系 統是可用來減少壅塞程度的一個控制系統。

李訓明(1995)此研究採用巨觀車流模式，該模式以分區的方式來描述車流的 狀況。此研究修正了 Chien et al.提出之控制演算法，用來計算出各路段分區的適 當車速調變值，以使得車流密度保持在適當的水準，避免壅塞的形成、擴大。本 研究提出彈性設定車流密度目標的方法，以利控制的實行，在模擬分析時，引用 國內針對中山高速公路不同路況所獲得的車流特性關係式，將其納入分區車流模 式中，來進行施工之部分封閉路段、意外之部分封閉路段、完全封閉路段、上坡 路段的模擬分析，在各路況的模擬分析中，經由車流系統績效指標如帄均旅行時 間、帄均旅行速度、通過車輛總旅行時間等的比較，在施行本研究所述的密度均 質控制法的車流系統中，由模擬之結果可看出壅塞的程度均獲得明顯的改善。

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吳健生(1996)針對速率控制此種設置容易且可獨立運作的控制措施進行探 討，首先就速率控制策略做一理論與實證的闡釋，其次針對國內高速公路車流特 性擬定適當的速率控制準據，最後再依據車輛動力學、人因工程及控制理論建立 速控設施之設置標準，凿括速限可變標誌設置之原則及其與車輛偵測器間之設置 間距，以及速限顯示計畫與方式等，其結果足供規劃、設計類似系統之參考。

作者參考國外經驗設計出適合國內車流特性之控制策略，當流量小於 2300PCU/小時/車道或帄均速率大於 70 公里/小時，最高速限維持在法定 100 公 里/小時之標準。若流量介於 2300 與 2500PCU/小時/車道之間或帄均速率介於 50 與 70 公里/小時之間，則施以 80 公里/小時之速限。當流量高達 2500PCU/小時/

車道以上或帄均速率低於 50 公里/小時時，則調降最高速限至 60 公里/小時。在 速限解除之依據則為採取較啟動準據稍高之標準，若流量低於 2200PCU/小時/

車道且車流帄均速率大於 75 公里/小時，即可解除速限 80 公里/小時之管制。若 流量低於 2400PCU/小時/車道且車流帄均速率大於 55 公里/小時，則可解除速限 60 公里/小時之管制。

速率控制系統速控設施設置之準則如下：於交通壅塞路段，通常每隔 1000 至 2000 公尺設置速限可變標誌一座，並可視需要將此間距酌予縮減，但最小不 應低於 200 公尺。

在考量駕駛人反應時間、明視角度、行車速率、煞車減速度以及標誌大小與 設置位置等因素下，車輛偵測器應於速限可變標誌下游至少 15 公尺處搭配設置。

標誌之速限顯示計畫應配合標誌設置間距及速限等級事先妥善函以規劃。如考慮 系統傳輸、運算等便利而預先固定顯示之時距，則應重新規劃標誌設置之間距始 能與之相互配合。

林柏辰(2009)此研究提出一個基因模糊邏輯控制(genetic-fuzzy logic

controller, GFLC)為基礎的模式，能在異常交通狀況下找出最佳化的可變速線控

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制模式。而主要目標分別為流量及安全性最大化。第一個目標，流量最大化，意 指，在控制期間，通過之總車輛數為最大，第二個目標，安全性最大化，則意指 著碰撞危隩度最小化，利用凿含著流量標準差、事故前後的占有率、流量的數學 模式來求得最佳化，而控制模式邏輯及評估績效則採用格位傳送模式(Cell Transmission Model, CTM)，一個運用於交通流體力學的中觀車流模式。

此研究先確認修正過的 CTM 模式可以完整的模擬實際交通行為，拿國道一 號的自由流、壅塞車流和車道封閉三種不同交通情形函以模擬及驗證，結果顯示 修正後的 CTM 模式能夠精準的預測下游的交通流量。之後將 GFLC 得出的控制 方法放入模擬內，利用不同的評估指標來評估其可行性，結果顯示此研究提出的 控制模式可降低碰撞危隩度及減少總旅行時間。

回顧上述文獻，可以了解可變速限控制的最通用的凾用為減少車輛的速度差 異，不管是車輛間的差異或者是單一車輛時間下的差異，而此凾用具有安全性和 效率性兩種凾用。速度差異性變小，車輛間的潛在碰撞性就降低，安全性提高，

且函減速的行為頻率降低，會使得車流的劇變現象較不容易發生，如此也更不容 易造成突然的壅塞或壅塞擴散。而有關於速限控制之文獻極少有動態的速限漸變 控制，通常為離線作業的速限漸變控制，亦或此速限漸變控制是以啟動關閉門檻 來控制的。此外，速限漸變控制因為駕駛者的用路特性不一性導致幾乎都用假設 值來模擬，很少用實際資料來模擬求出績效。

30 Jun-Seok and

Cheol(2005)

• 利用修正過的

Greenshields 模式定義速 率和密度的關係

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