環路線圈偵測器之佈設與應用

在交通控制系統中，車輛偵測器係設置於各交通重要據點，以偵測車 種、車速、佔有率等資料，並傳回控制站或中心加以處理，作為擬定控制 策略之用。車輛偵測器的種類很多，較常用的有(1)環路線圈偵測器；(2)壓 力式偵測器；(3)磁力式偵測器；(4)微波式偵測器；(5)超音波式偵測器；(6) 紅外線式偵測器；(7)影像辨識式偵測器等[1,2,10]，而各種車輛偵測器中，

又以環路線圈偵測器的應用最為普遍，故本研究選用該類偵測器進行點交 通參數推估。

環路線圈式偵測器的線圈組，依其線圈匝數的多寡、線圈尺寸的大小、

幾何形狀的不同、裝設方式的調整等，而有不同的靈敏度與精確度。目前 國內偵測邏輯多仰賴國外引進，裝設時宜考量本土車流特性，並進行相關 參數校估後始能援引適用，故有關環路線圈偵測器之佈設及其交通參數之 推演，是為文獻回顧重點。

2.1.1 環路線圈偵測基本原理

環路線圈偵測器整個系統可分成三大部分[10]：控制箱內的電子單 元、導入線，及埋在鋪面下之一圈或一圈以上的金屬絕緣線路，系統之示 意圖如圖 2.1 所示。

車輛經過 引起電流改變

環路線圈

感應 手孔 導入線

控制箱

電子單元處理

輸出 結果

圖 2.1 環路線圈偵測系統示意圖

偵測器上的電子單位透過頻率在 10kHz 至 200kHz 內的信號供給環路 系統能量[2,10]。當車輛通過或停留在線圈上時，將降低其電感量，使其送 出一脈衝波至控制箱，以示偵得車輛的出現或通過，之後再藉由脈衝波形 的不同來辨識經過車輛的種類，同時可利用車輛通過兩組環路線圈的時間 差，求得車速或車長。線圈部分的設計有幾種選擇，一為將一圈或一圈以 上的金屬線，置入由封膠劑填滿鋪面的切割鋸槽中，另一為在線圈置入鋪

面上的切割鋸槽前，先將線圈置入塑膠筒中。環路線圈埋設於車道下，其 大小、形狀及幾何佈設方式會隨著使用目的的不同而改變，多介於 1.8 m×

1.8 m 至 1.8 m×12-21 m 之間。正因其在設計上富有彈性，故其在偵測車輛 的適用範圍最廣，加上精確度高，是目前應用最廣泛的偵測器，但受道路 鋪面施工，或路基移位等影響，該類偵測器常有維護不及之困擾，導致整 個偵測系統佈局完全喪失功能。

2.1.2 國內常使用之環路線圈形狀

環路線圈之幾何形狀並無一定種類之規定，但在工程應用上各個形狀 皆有其優缺點，茲比較如表 2.1 所示[3]。

表 2.1 國內常用環路線圈形狀之比較

形狀 幾何樣式 特性

三角形 ^{12 ' 12 '}

12 ' 6 ' 6 '

6 ' 施工方便，但要求寬度較大

多邊形 ^{6 '} 切割路面與安裝線圈需要較多的 工作時間

圓形 ^{6 '} 可得最好的偵測角度，唯安裝較 困難。

矩形/菱形 ^{6 '}

安裝與施工容易，較不適用於寬 車道。菱形則於較寬之車道有較 佳之偵測效果。

基於線圈的形狀對偵測績效有不同程度的影響，菱形與方形為目前國 內最常採用的形式，在佈設時皆採直線切割鋪面處理。圓形線圈在偵測時 可得最好的偵測角度，惟安裝較困難，故應用不普遍，雖然目前已有切割 機問市，但仍具大小固定無法配合路幅寬度調整之缺點。實際佈設上，快 速道路因路寬較一致，故常採用圓形線圈，而一般道路則依道路路幅寬度 變化情形，一般較常選擇採用菱形、矩形或方形。其中，雙矩形線圈的佈 設方式，適合在混合車流的台灣地區裝設，其係採增加一條縱鋸縫於車道 中央，如圖 2.2 所示[10]，如此一來中央部分之線圈將與車流方向相同，可 增加對超小型車輛的偵測能力，且兩側線圈的電流方向與中央方向不同，

會產生對消作用，使得兩側線圈的偵測敏感度降低，減少偵測得鄰近車道

車輛的可能性。通常 1-2-1 單組線圈佈設(指一條線圈位於兩側凹槽內，兩 條線圈位於中央凹槽內)用於偵測車輛、卡車或重型機車；若欲偵測機踏車 的數量則建議使用 2-4-2 雙組線圈佈設。

圖 2.2 雙矩形環路線圈佈設

2.1.3 環路線圈偵測器的交通參數一般演算式

交通參數資料蒐集後的運算方式隨環路線圈偵測器數目的不同而有所

差異

[4,10]

車流量，而在計算車輛速度時須假設車輛平均長度；雙線圈則可利用車輛 通過兩線圈間的時間差，推算車輛速度與車輛長度。

1. 流量(flow)

當偵測器成功辨識通過道路上某一點的移動車輛時，會將資料傳送到 交通號誌控制器或其他交通設施，並更新車流資料。依物理變量的量測，

其偵測方式可分為兩種，一為通過(passage)偵測，即利用兩個或兩個以上的 環路線圈，量測車輛通過感測區的時間，可識別車輛行進的方向與通過數。

但當車流可能出現緩慢移動或停等在觸動式號誌化交叉路口的情形時，則 可使用出像(presence)偵測，利用單一環路線圈來量測車輛通過感測區與 否，操作上利用車輛壓過線圈時，因車體引起磁通量變化而輸出不同強度 之波形訊號後，計算車輛出現的次數。

2. 速率(speed)

由偵測器所量測之速率為現點速率(Spot Speed)，係指某一瞬間內某一 特定點之某一車輛的行駛速率，在實務作業上，常以算術平均數來顯現其

於特定時段內所代表之速率水準，但是，在整個交通控制子系統的設計過

3. 佔有率(occupancy)

在交通中之要直接量測密度參數是困難的，故在實務上多透過佔有率

在單線圈偵測器的邏輯推演中，所使用的車輛長度為事前假設之長

（Probe Vehicle）擷取即時交通資料之前端資料蒐集技術，以及資料傳輸至 後端處理的相關應用論述，將藉以下文獻一窺堂奧。