智慧型運輸系統國際發展重點

自1960 年代末期，歐、美、日等先進國家開始發展ITS，目的在於借助科技 的推力使交通運輸成為一個可創造健全及永續之全球經濟體的正向力量，以達到 擴展機動力、增進交通安全、紓緩壅塞、持續經濟成長與環境永續的共同目標。

由於ITS 涉及內容廣泛，且又與運輸基礎設施、運輸工具及客貨運需求之發展水 準有關，因此世界各國對ITS 的研發與應用領域不盡相同，亦各有優先發展順序。

目前各國ITS 發展水準較為先進的國家仍以美國、歐洲與日本為主^[5]，發展現況 整理至表2.1.2。

10

表2.1.1 ITS服務領域及使用者服務項目

服務領域 服務領域子系統

一、先進交通管理服務

(Advanced Traffic Management Services, ATMS)

1.交通控制

(Advanced Traveler Information Services, ATIS)

6.路徑導引

(Advanced Public Transportation Services, APTS)

11.行程中大眾運輸資訊 12.大眾運輸營運管理 13.大眾運輸車輛安全 四、商車營運服務

(Commercial Vehicle Operation Services, CVOS)

14.自動化路邊安檢 15.商用車隊管理

16.商用車輛車上安全監視 17.商用車輛電子憑證管理 18.重車安全管理

五、電子收付費服務(Electronic Payment Services, EPS)

19.電子收(付)費 六、緊急救援管理服務

(Emergency Management Services, EMS)

20.緊急事故通告 21.緊急救援車輛管理 22.自然災害交通管理 七、先進車輛控制及安全服務

(Advanced Vehicle Control and Safety Services, AVCSS)

（Vulnerable Individual Protection Services, VIPS）

30.行人/自行車騎士安全 31.機車騎士安全

九、資訊管理服務

（Information Management Services, IMS）

32.資料蒐集彙整 33.資料歸檔 34.歸檔資料管理 35.歸檔資料應用 資料來源：交通部台灣地區智慧型運輸系統綱要計畫(2004 年版)^[6]

11

 目前進行之主要計畫為車輛路側設施整合(Vehicle Infrastructure Integration, VII)。

12

靜態交通量指派最常採用的方法源自於1952年Wardrop^[52]提出的交通量指派 之使用者均衡(User Equilibrium)與系統均衡(System Equilibrium) 二項原則。

規劃法 內容

(Traffic Assignment)至路網中以完成規劃預測工作^[7]。

總體直接 性規劃法

總體直接性規劃法由Quandt ^[51]於1960年代中期美國東北走廊運輸計 畫所研究提出，模式僅以一步驟程序直接估計各種運具之旅次數量，

又稱直接性需求模式(Direct Demand Model)。

個體直接 性規劃法

個體直接規劃法被廣泛應用在國內外運具選擇之研究中，大多數以多 項羅吉特或巢式羅吉特構建運具選擇行為模式^[8]。

13

Beckmann et al.(1956)提出第一個使用者均衡指派的數學模式，模式所獲得結果，

具存在(Existence)與唯一(uniqueness)等數學特性，並滿足Wardrop所提出的使用者 析方式則由非線性規劃轉變為變分不等式來處理。根據 Ben-Akiva(1985)^[53]、 Boyce(1984)^[54]靜態指派模式的主要缺點為無法描述交通擁擠或尖峰間的交通狀 況，也因此無法考慮在 ATIS/ATMS 的動態系統下，駕駛者可能的個別反應。

14

2.2.2 動態道路旅次分配模式

運輸需求預測的目的為預估交通量於路網上之分佈情形，以便事前規劃妥善 因應策略，而利用智慧型運輸系統先進交通控制與管理技術，且提供使用私人運 具與大眾運輸系統完整旅行資訊，有效將旅次依最小成本分配於路網中，提升整 體運輸系統之效率。由於傳統靜態指派模式不足以用在高度變化的尖峰時段交通 量上，且無法實際描述所有個體行為，為了因應智慧型運輸中道路交通的多變以 及現今通訊、資訊及處理技術進步下的系統的需求，傳統靜態交通指派逐漸發展 為動態交通指派的依時動態模式，而動態交通量分配模式的特性即是改變個體行 為模式來預估道路之交通量，更趨近實際道路上所存在之交通量。表2.2.3為動態 旅次分配模式發展過程。

德州動態交通旅次分配模式在於如何依據指派法則將旅次分配於路網之中。

其中車輛將依據依時性貣迄點資料產生，每輛車依定義指派規則分配路徑，這些 路徑可以透過個體路徑選擇模式來獲得、或根據某些演算方法的利用，如系統最 佳 化 (SO) 與使用 者 均衡 (UE) 。德州 動 態模式被 廣泛的 應 用於相關 研究，而 Mahmassani etal.(1993, 1994) ^[55][56]則成功的應用於路網改善之評估。

15 性方法求解。後續則有Ho(1980)^[59]、Ghali and Smith(1992)^[60]、Carey(1986,1987,1992) [61] [62] [63]

針對動態模式進行探討與研究。 式取代傳統的路段績效函數(Link Performance Function)與路段上離開函數(Exit Function)。

變分不等

以最佳化控制理論(Optimal Control Theory)為 基礎，假設已知連續性、依時性的貣訖點流

16

PTV VISION是一組用於交通規劃和交通工程的軟體，由德國PTV公 司開發。適用於從區域交通需求模型到交叉口的詳細分析和模擬，包 Modeling to Support Advanced Traveler Information Systems)，於1994年開始發展相 關應用動態交通指派(Dynamic Traffic Assignment, DTA)觀念之計畫，以滿足在動 態智慧型運輸系統環境中，旅行資訊提供下的交通控制與管理相關之需求，當中 在 美 國 聯 邦 公 路 總 署 (Traffic Estimation and Prediction Systems, TrEPS) (FHWA,2001)計畫中，發展一可針對智慧型運輸系統下的即時交通推估與控制系 統，並由麻省理工學院(MIT)在Oak Ridge國家實驗室(Oak Ridge National Lab,

17

UTX)、德州大學奧斯汀分校(the University of Texas at Austin, UTX)兩大團隊分別 發展DynaMIT及DYNASMART，並且經過實際的評估與校估驗證後，已成為其他 國家參考的主要經驗與借鏡。

交通部運輸研究所委託逢甲大學交通工程與管理學系胡大瀛等，於92年執行

「區域級智慧型運輸系統示範計畫─核心交通分析與預測系統」計畫，計畫內容 主要為考量本土交通特性，發展建立一評估分析工具DynaTAIWAN( Dynamic Traffic Assignment In Wide Area Network)，以作為未來智慧型運輸系統建置後執 行交控策略的分析與評估。在核心分析與預測系統模型的開發與建置上，是希望 能有一系統軟體工具適於都市及結合高速公路之整合路網，可接受外部資訊(例如 車流等)配合相關設定進行預測，並利用預測結果研擬適當交通控制與管制，本土 化系統的特色為機車以及與小汽車、大型車混合型車流行為之考慮與模擬，行前 決策行為模型決定旅運者運具選擇、出發時間及初始路徑，與途中決策行為模型，

反應即時資訊提供下，駕駛人之反應。

DynaTAIWAN 主 要 參 考 DynaMIT 、 DynaMIT-P 、 DYNASMART-P 、 DYNASMART-X，運用國外經驗與國內用路人旅運決策行為法則通式及駕駛者 旅運行為決策構建本土化之模式，其模擬方法以每輛車為一單位的粒子，追蹤該 粒子的移動方向與所在位置，然並非以微觀車流方式來推進車輛，亦不考慮跟車 及車道變化之行為，係以巨觀粒子之中觀車流方式來模擬交通路網中混合車流的

移動情形^[2][10]。由於此一動態方程式無法以現有數學方法求解，為了能夠將車流

特性與行為描述出來，以模擬方式取代傳統路段績效函數(Link Performance Function) 與路段流出函數(ExitFunction)。此動態模擬指派模式架構如圖2.2.1所示，

架構中車輛會依據依時性貣迄點資料產生，此一架構每輛車會依定義指派規則分 配路徑，而這些路徑則可經由個體路徑選擇模式或演算法求得，如系統最佳化(SO) 與使用者均衡(UE) ^[2]。

18 路徑產生

與指派 模擬：DYNASMART

依時性OD旅次

流 量 型 態 車 輛

圖2.2.1 模擬式動態交通指派觀念架構 資料來源：胡大瀛(2001)^[2]、張乃偉^[11]

2.3 大眾運輸系統旅次分配模式回顧

大眾運輸系統為具有固定行駛之路線、車站、班次、費率、且運量大之公共 運輸交通系統，其中包括不同形式之捷運、輕軌及公車系統等^[12]。發展大眾運輸 的目的除了能提供廉價的旅行方式，亦可舒緩交通擁擠問題，降低社會成本負擔。

而發展大眾運輸並非不斷的興建昂貴的系統設備，而是需謹慎規劃行駛路線、車 站及班次，並不斷提升大眾運輸系統的服務品質，如有效管理整合公車、捷運轉 乘模式，提供班次、班距到站資訊等。

世界先進各國發展大眾運輸的主要策略包括積極推動大眾運輸系統、調整規 劃路線、鼓勵停車轉乘、推行自動化、智慧卡票證與提供更佳的大眾運輸資訊服 務等，其中以建置智慧型運輸系統中的先進大眾運輸服務系統(Advanced Public Transportation Systems, APTS)被視為改善大眾運輸營運效率和改善服務品質的一 個重要方法，而APTS之服務系統分析有賴一適用於ITS運用的動態大眾運輸統指 派模式。

19

2.3.1傳統大眾運輸系統旅次分配

傳統大眾運輸路線選擇與分配方法分為兩種方式，分別為發車頻率與排定班 表時間。發車頻率主要考慮路線(路徑)配置之服務，以多重路線選擇(Shih, 1994 ^[65]； Ceder and Wilson, 1986 ^[66]；Van Nes, Hamerslag, and Immer, 1999 ^[67]；Baaj and Mahmassani, 1990 ^[68]；Israeli and Ceder, 1991 ^[69])為基本觀念，其基本假設包含了 大眾運輸旅客總是在競爭(即為符合旅客期望)路線中第一個到達之車輛上車、旅 客到站機率為均勻分佈。使用確定性和隨機性平衡模式之排定班表，藉由發車時 間調整滿足旅客需求，讓旅客按照大眾運輸營運者的指派完成旅次(Carraresi, 1996 ^[70]；Nguyen, Pallottino, and Malucelli, 2001 ^[71])。傳統旅次分配文獻中作者、

目標值、需求、旅次指派方式、決策變數、及模式解決方式歸納如表 2.3.1 所示。

20

表 2.3.1 傳統旅次分配模式文獻

年份 作者 目標值 需求 旅次指派方式 決策變數 模式解決方式

1986 Ceder and Wilson 一般化時間 固定 多重指派 路線與發車頻率 連續性分析

1988 Van Nes, Hamerslag, and

Immer 直捷旅次數量 變化 多重指派 路線與發車頻率 模擬

1990 Baaj and Mahmassani 最小旅次成本 固定 多重指派 路線與發車頻率 連續性分析

1991 Israeli and Ceder 一般化時間 固定 多重指派 路線與發車頻率 連續性分析

1994 Shih and Mahmassani 最少下游旅行成本 固定 多重指派 路線與發車頻率 連續性分析

1995 Carraresi 最小化等待時間 固定 多重指派 發車時間 連續性分析

2001 Nguyen, Pallottino, and

Malucelli 路段可利用容量 固定 使用者最佳化 發車時間與路線 模擬 資料來源：李憲政(2005) ^[13]

21

2.3.2動態大眾運輸旅次分配

以往傳統旅次分配模式對於先進旅行者資訊系統的效益衡量並無完整研 究報告，在現今交通科技日益發達時代，將先進旅行者資訊系統納入考量後 之大眾運輸系統動態旅次分配模式包括有考慮車輛發車時間、旅行時間、轉 乘資訊、票價、旅行成本及複合運具使用旅行模式等研究。動態旅次分配模 式綜合整理總結於表 2.3.2。

表 2.3.2 動態旅次分配模式整理

作者 年份 目標值 提供資訊內容

Hickman and Wilson 1995 最小旅行時間 車輛旅行時間與發車時間

Hickman and Wilson 1995 最小旅行時間 車輛旅行時間與發車時間