第六章、 實例應用
6.1 實例資料蒐集
實例應用上，希望能將此模式應用於台北都會區，觀察最佳化擁塞收費與台 北都會區尖峰流量之間的關係。實例資料欲蒐集台北都會區的 OD 需求以及路網 資料，透過相關參數的設定後，進行最佳化擁塞費的結果分析與建議。
6.1 實例資料蒐集
台北路網實例測詴的輸入資料主要有兩項，分別為台北都會區的旅次需求量 與台北市路網的資料。故收集台北都會區的旅次需求量以及台北市主要幹道的自 由車流旅行時間以及容量，將其資料輸入至路網進行測詴。
大台北都會區的旅次需求量蒐集，根據 81 年交通運輸研究所的大台北都會 區旅次調查的文獻中所獲得，其中，將台北都會區共分為 172 個交通小分區，15 個交通大分區。而本研究，主要針對台北市的主要幹道進行分析，根據台北市交 通局所選定台北市的主要幹道，分別篩選八個南北向道路，以及五個東西向道 路，進行台北市主要幹道的交通旅次分析。選定出來的路網分布在 4 個交通大分 區，故將交通旅次的起迄流量進行整理後，找到路網間的起迄需求量。
將調查中的旅次起迄點需求量輸入至路網中，透過羅吉特模式進行運具選擇以 及使用者均衡進行路線選擇，則可計算出使用者的旅行時間以及不同運具選擇的 機率。
政府則透過這些資料，去計算該在哪些路段上進行收費，可以讓整體路網的 旅行時間下降，增進整體社會福利。使用者透過路線收費的資訊，也可知道哪些 路段較為擁塞，那些路段較不擁塞，透過資訊的傳遞，即可找到旅行成本最小的 路線來進行選擇。如此以來整體路網的旅行時間會變更小，擁塞的情況也會消 失，擁塞收費可增加政府收益，拿來進行其他運具的補貼，也可使其他運具的效 用增加。如此良性循環下，即可使大眾運具以及私人運具的效用都增加，故透過 交通管理策略，便可降低交通擁塞程度，增加大眾運具的服務水準，使整體社會 福利最大化。
故根據輸入的旅次需求量以及旅行時間和流量的關係，即可找出各個路段的 擁塞收費，來最大化社會福利，使用者也可最小化旅行時間。旅行時間和流量的 關係，主要根據 BPR function 求得，輸入的資料主要為路線的自由車流時間以及
容量，根據台北市地圖可計算出各個路口的距離，再根據速限，以及各個路口的 距離，來計算出路口間自由車流的旅行時間，容量則假設一個車道 1100(pcu/hr)，
蒐集各個主要幹道的車道數，透過計算則可得到不同路線的容量。
台北市總共有 10 條南北向以及 14 條東西向的主要幹道，如圖 6.1 所示，從 中選取八條南北向以及六條東西向的道路當作此研究的主要路網進行分析。選定 的路網主要有 48 個路口，82 個路段，8 個南北向道路以及 6 個東西向道路，南 北向道路分別為，重慶南北路、金山南北路、新生南北路、中山南北路、建國南 北路、復興南北路、敦化南北路、光復南北路。東西向道路主要有民權東西路、
民生東西路、南京東西路、市民大道、忠孝東西路、仁愛路(信義路)如圖 6.2 所 示。
台北市主要幹道的速限主要為 50(km/hr)，在此路網中，只有市民大道的速 限為 40 (km/hr)，假設每條車道的容量為 1100(pcu/hr/lane)，根據各個路口的距離 以及速限則可計算出自由車流時間，將自由車流旅行時間與流量帶入 BPR function 即可求得旅行時間。
圖 6.1 台北市主要幹道
6.2 參數設定
參數設定上，基因演算法的交配率與突變率根據相關文獻中，績效較好的設 定值來做為本研究的參數設定，設定值如下。
表 6.1 參數設定 parameter setting (GA)
Population size 100 Chromosome size link-based 656 cordon-based 10 Crossover rate 0.8 Mutation rate 0.01 Stop condition 500 trial Toll level range 0-100
從表 6.1 中可發現，不同的收費方案會有不同的編碼方式，故染色體的大小 也不同，Link-based 的收費方案要決定每條路段的收費費率，故如圖 6.2 所示，
本研究共有 164 條路段，每條路段都有其方向性，故即使是鄰近相同路口的兩個 路段，如線段 1 與線段 83，也可根據不同的方向之擁塞程度收取不同的費用，
而汽車使用者與機車使用者的收費費率可獨立收取不同的費用，由於機車對價錢 較為敏感，故假設機車之收費費率設定為與汽車不同，故共有 328 個收費費率為 決策變數，又將 0-100 之收費費率切割為兩位數的整數進行編碼，故染色體的基 因共有 656 個。而 Cordon-based 的收費方案只需決定收費周界的中心點，包含 X 與 Y 值，以及收費周界的半徑，還有汽、機車使用者的收費費率，再切割為兩 位數的整數，做為染色體的基因值，故染色體的基因共有 10 個。
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圖 6.3 台北市主要幹道路網起迄點示意圖
布的區域。將 15 個交通分區分為東南西北四個方向之後，將會經過本研究路網 的交通旅次做整理後，可得到表 6.2 的起迄需求量矩陣。
本研究的路網，如圖 6.2 所示，共有 48 個節點，164 個線段，故將起迄點的 流量整理後，可得到表 6.2。從表 6.2 可觀察到，起點 6 的旅次需求較其他四個 端點來得高，故可從此發現，於上午尖峰時刻，台北都會區的旅次需求量之中，
會進入市區道路的需求，以重慶南路與仁愛路口(凱達格蘭大道)進入的旅次需求 量為最高。
表 6.2 路網交通區旅次起迄表(單位:人旅次/日) node 1 43 6 48 1 409373 130070 277052 64675 43 135219 254545 185728 94628 6 260412 173311 1118210 199341 48 59992 96238 201350 218255 6.3 結果分析與建議
表 6.3 最佳化台北路網社會福利改善比例 效用值(Utility)
(Social Welfare)
SWnon-toll 1.4130
SWtoll_link-based 5.2045
Increased SW toll_link-based (%) 268.34%
SWtoll_cordon-based 4.7240
Increased SWtoll_cordon-based (%) 234.33%
進行最佳化擁塞收費周界與費率模式時，分為兩個方案進行最佳化的求解，
以線段為基礎(link-based)的收費方案，以及以周界為基礎(cordon-based)的收費方 案。從表 6.3 可發現，尚未收費時的社會福利為 1.4130，當採用以線段為基礎的 方案進行收費時，其社會福利會從 1.4130 上升至 5.2045，其社會福利上升 268.34%；當採用以周界為基礎的方案進行收費時，其社會福利會從 1.4130 上升 至 4.7241，其社會福利上升 234.33%。可從表 6.3 中發現，以線段為基礎的方案 其績效會比以周界為基礎的方案來得好，其求解出來的收費費率如下所示，
1. 以線段為基礎的收費方案(Link-based congestion charge scheme)33
圖 6.5 最佳化台北市主要道路汽車之收費費率(link-based)
圖 6.6 最佳化台北市主要道路機車之收費費率(link-based)
從圖 6.5 及圖 6.6 可發現，上午尖峰時間的台北主要幹道路網的擁塞狀況十 分嚴重，故每條路段都會進行收費，且每條路段可收取不同的擁塞費，汽車與機 車也可獨立收取不同的費用。求解出來的收費費率大致上為 15 元，只有某些路 段的收費費用有些許的不同。
汽機車獨立收費是由於汽車與機車對於收費費率的敏感度不同，故本研究考 慮將汽機車分開收取不同的擁塞費。如果汽機車的收費費率相同，機車的移轉比 率會變得相當的高，當收取一樣的費用時，機車使用者對於收費的感受會比汽車 使用者的感受來得敏感，故效用值也就是社會福利會快速的下降。所以分開針對 不同的運具，進行不同收費費率的求解，如此才能考慮不同的族群對於收費費率 的影響，進而調整到最佳的收費費率以最大化社會福利。
雖然是獨立求解不同運具的擁塞費，但路網卻是同時進行使用，故於下層進 行路徑選擇時，是同時進行汽機車的路徑指派，分別考慮不同的時間價值(Value of time, VOT)後，汽車的時間價值為 3.05($/分鐘)，機車的時間價值為 0.91($/分 鐘)，進行一般化旅行成本的運算，一般化旅行成本為旅行時間加上擁塞費，將 擁塞費經過時間價值的轉換後，計算出一般化旅行成本(TTa=ta+1/ *ua)，也就是 把每條路段(link a)的收費費率(ua)，透過時間價值( )的倒數的計算後，將金錢轉 換成旅行時間，使用者會同時考慮每條路徑的一般化旅行成本後，在進行路徑的 選擇。
路徑指派上，採用增量指派法(incremental assignment)的方法，由於進行全 或無指派法(all-or-nothing assignment)，會造成所有的需求量皆集中在同幾個路徑 上，並且無法同時將各個起訖點間的旅次進行指派，故考慮真實的車流情形，將 需求量採用比例的方式進行分配，每個起迄點的需求量皆分為十等份，進行最短 路徑的指派。由於汽機車的指派也需同時進行，故將汽機車的需求量分為十等份 後，將汽車的每等份進行指派後，也同時將機車的需求量進行分配，如此以來，
即可同時考慮汽機車的旅次指派。
故將東、西、南、北向的汽機車收費費率，分別如下表所示。
(1) 最佳化汽機車擁塞收費費率-南向
表 6.4 台北市主要幹道最佳化汽車收費費率(南向) 汽車收費
費率(元)
民權-民生 民生-南京 南京-市民 市民-忠孝 忠孝-仁愛
重慶 15 15 15 15 15
中山 15 15 15 15 15
金山 15 15 15 15 15
新生 15 15 15 15 15
建國 15 15 15 15 15
復興 15 15 15 15 15
敦化 15 15 15 15 15
光復 25 15 15 15 15
表 6.5 台北市主要幹道最佳化機車收費費率(南向) 機車收費
費率(元)
民權-民生 民生-南京 南京-市民 市民-忠孝 忠孝-仁愛
重慶 15 15 15 15 15
中山 15 15 15 15 15
金山 15 15 15 15 15
新生 15 15 15 15 15
建國 15 15 15 15 15
復興 15 15 15 15 15
敦化 12 15 15 15 15
光復 15 15 15 15 15
如表 6.4 與表 6.5 所示，最佳化汽機車擁塞收費中，南向的路段皆要進行收 費，可從此發現上午尖峰時間的台北路網擁塞程度十分嚴重，每條路段進行 15 元的收費。唯一不同的是汽車於光復民權路口南向光復民生路口進行 25 元的收 費；以及機車於民權敦化路口南向民生敦化路口進行 12 元的收費。
若是從重慶民權路口直行到重慶凱達格蘭大道(仁愛)路口，則需繳交每條路 段 15 元，有 5 個路段，共需繳交 75 元的擁塞費用，對於汽車使用者相當於增加
25 分鐘的旅行時間於一般化旅行成本上，對於機車使用者相當於增加 82 分鐘的 旅行時間於一般化旅行成本上。透過收取擁塞費用，可將原本擁塞所造成的外部 化成本內部化。透過增加一般化旅行成本降低需求，即可舒緩尖峰時段路網的擁
25 分鐘的旅行時間於一般化旅行成本上，對於機車使用者相當於增加 82 分鐘的 旅行時間於一般化旅行成本上。透過收取擁塞費用，可將原本擁塞所造成的外部 化成本內部化。透過增加一般化旅行成本降低需求，即可舒緩尖峰時段路網的擁