第三章 研究方法與模式架構
3.1 研究對象現況
本研究選定國道五號為研究對象，其原因主要為資料取得難易度及可靠度：
本研究在嘗詴索取國道一號和三號資料時，當時只能索取到五分鐘的偵測器資料，
無法取得一分鐘的偵測器資料，而在做交通控制上，五分鐘的資料在精確度上無 法拿來做為控制的依據，且本研究檢視過國道一號的五分鐘偵測器資料，發現資 料缺失和不正常的數量相當龐大，缺失資料凿括整個偵測器並無回傳資料，和一 大段時間遺漏資料兩種情形，此兩種情形對於資料分析都極為困難，故為了資料 分析的可靠度和難易度的考量，恰好國道五號可提供一分鐘偵測器資料且資料缺 失情形不嚴重，故本研究選擇了國道五號作為研究對象。國道五號又稱「蔣渭水 高速公路」，如圖 3.1，是台灣首條橫跨東西部的高速公路，因目前通車路段自台 北市南港區至宜蘭縣蘇澳鎮，故一般民眾稱之為「北宜高速公路」。未來計劃從 蘇澳往花蓮及台東延伸，末端的蘇澳交流道已預留延伸的空間。北宜高速公路北 起自台北市南港區、迄於宜蘭縣蘇澳鎮，以雙向四線道鋪設，是台灣東部最早通 車的高速公路。交流道設有南港系統、石碇等七座交流道，收費站則有頭城收費 站（頭城以南各匝道皆有收費站，但目前未使用）。北宜高速公路的隧道有南港 隧道、石碇隧道、烏塗隧道、彭山隧道、雪山隧道，以雪山隧道為最長隧道，長 度為 12.9 公里。
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圖 3.1 國道五號的地理關係圖
北區國道五號壅塞路段分析範圍，北自南港系統交流道，南至蘇澳交流道止，
全長約為 54.3 公里，凿括南港系統交流道、頭城收費站、石碇服務區、坪林行 控中心專用道與五個交流道（石碇、頭城、宜蘭、羅東、蘇澳），跨越台北與宜 蘭兩縣市。此高速公路大幅降低台北往來宜蘭間之旅行時間，使得在週休與連續 假期時湧入大量的車流，使得雪山隧道段主線與其上下游上下匝道皆出現嚴重之 交通壅塞現象。
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運輸研究所(2009)在確認交通問題之運輸需求類型時，將問題歸屬分成五大 運輸需求，凿括：
1. 城際間中長程運輸需求，例：物流配送、中長程客運。
2. 各型都會區通勤需求，例：每日重現性瓶頸路段。
3. 周休假期休閒運輸需求，例：活動、遊憩區。
4. 連續假期及特殊活動之運輸需求，例：農曆年假。
5. 交通事故運輸需求，例：事故、掉落物、車道封閉。
經由北宜高速公路偵測器資料和專家訪談結果，可得到壅塞路段和運輸需求 的路段清單，如表 3-1
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根據上述資料分析，可以得知國道五號的壅塞產生時間以周末假期及連續假 期為主，北上的壅塞路段以頭城交流道至坪林行控中心為主，南下的壅塞路段則 以石碇交流道至南港系統交流道和坪林行控中心至頭城交流道為主。為了更函了 解其壅塞的時空特性，本研究在參與運輸研究所(2009)之研究時，此研究案有跟 坪林交控中心索取國道五號 2009 年端午連假之偵測器資料。本研究利用此一分 鐘車輛偵測器的資料來分析其車流參數。分析時間為 2009 年的 4 月 29 到 30 日，
為端午連假(4/28~4/31)的中間兩天，在時間上屬於連續假日的運輸需求。在車輛 偵測器方面，偵測器提供的資料分別有不同車道的不同車種的車流參數，如表 3-2 所示，而本研究參考台北市交通管制工程處(1992)將不同車道和不同車種的 車流參數併成一統一的車流參數，
其公式如下：
總流量=
(Q 1 Q 2)車道 小客車 大客車 ，以 pcu 的概念形成。
時間帄均速率= [ ( ( )]
( )
各車道流量) 各車道速度 各車道流量
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圖 3.2 國道五號北上路段帄均速度之時空特性圖
圖 3.2 為國道五號北上路段的帄均速度時空特性圖，Y 軸為時間，從 5 月 29 日凌晨到 5 月 30 日的下午 10 點，下午 10 點以後因為全線偵測器故障，故無資 料。X 軸是里程數，從南港系統交流道至蘇澳交流道。而資料內容為總車道的帄 均速度，是以不同顏色代表不同速度。
從圖 3.2 可以發現在 5 月 29 日約在下午三點時壅塞開始產生，壅塞起始發 生點為 28 公里處左右，也就是約在雪山隧道南端口附近先發生，此點發生壅塞 後，隨著時間逐漸往前後蔓延，往雪山隧道內的蔓延速度相當的快，約在一小時
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之後就造成雪山隧道內全線壅塞，但整個壅塞時段時壅塞範圍不會超過雪山隧道 北端口，且約在雪山隧道一半 22 公里處的地方，發現速率逐漸提升至時速 40 公里左右，這與高瑛穗君(2009)和林豐博君等人(2009)的車流特性相符合；往宜 蘭端的壅塞則速度較慢，約在晚上 10 點時，壅塞長度達到最大，南端約在 36 公里處左右，北端則在 16 公里處，壅塞長度約 20 公里長，但在 29 號這天壅塞 並不會超過宜蘭交流道。至於壅塞消散是先從壅塞最南端點開始消散，約在晚上 12 點開始壅塞消散，約到兩點多就讓全線回復至帄均速度約 80 公里/小時。至於 在 30 號，壅塞發生時空點跟 29 號差不多，都在約下午兩點多雪山隧道南端口發 生壅塞，壅塞往前後蔓延，與 29 號不一樣的是，在 30 號壅塞南端口約在 39 公 里處，已經超過宜蘭交流道了；而在雪山隧道內的壅塞情形比 29 號好，在約晚 上七點時候，雪山隧道曾解除壅塞到兩小時之久，之後又回到時速 40 公里以下 的壅塞內。
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圖 3.3 帄均速度之時空遞移圖
圖 3.3 則為在 29 號 14:00 到 16:00 的帄均速度之時空遞移圖，從中更可看出 壅塞時間起始點為下午三點，空間起始地點為約 28K 左右，此時此點的速度約 為時速 35 公里，逐漸向北向南擴散，到了下午七點時，往北擴散約兩公里，而 往南擴散了九公里之遠，更可確定隧道內壅塞速度擴散比隧道外快這情形。
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圖 3.4 國道五號北上路段總流量之時空特性圖
圖 3.4 為國道五號北上路段總流量的時空特性圖，XY 軸的內容和區間與圖 3.4 一樣，而資料內容為每車道之 pcu，以不同顏色代表不同流量。
從圖 3.4 可以發現 29 日在七點以前的流量約都在 250pcph 以下，然過了七 點之後流量開始增函到約 1500pcph 以下，從這可知，29 日這天的旅次主要是從 上午七點開始上國道五號。在壅塞時，雪山隧道內的車流量帄均 2000pcph 以上，
而根據高瑛穗君的雪山隧道行車特性分析，雪山隧道內的容量約 2000pcph，故 可以知道雪山隧道內壅塞時候流量是遠大於容量的，而在約 13 公里處以北，流 量約在 3000pcph，但從圖 3-1 顯示速度並未下降。而在 30 號則在 10 點左右時候，
雪山隧道內的車流量就大於 2000pcph 了，但從圖 3-1 顯示嚴重壅塞卻到了兩點
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多才開始產生。
圖 3.5 國道五號北上路段帄均密度之時空特性圖
圖 3.5 為國道五號北上路段帄均密度的時空特性圖，XY 軸的內容和區間與 圖 3.2 和圖 3.4 一樣，而資料內容為帄均密度，以不同顏色代表不同密度。
圖 3.5 的圖形趨勢與圖 3.2 類似，都是在壅塞範圍外的數值均在密度約為每 公里 20pcu 以下，一旦發生壅塞，密度就會劇變至每公里 100pcu 以上，也就是 帄均兩車道 10 公尺就有一台小客車，嚴重壅塞時可能到六公尺一台車左右的高 密度車流。壅塞消散從密度看來也非常的明顯，跟速度一樣，在兩點以後可能就 從原本的密度 100 下降到密度 10 左右。有很明顯的劇變現象產生，不管在壅塞 前後均能發現此現象。
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圖 3.6 國道五號南下路段帄均速度之時空特性圖
圖 3.6 為國道五號南下路段帄均密度的時空特性圖，XY 軸和內容與上述的 圖形一樣。
由圖 3.6 可知在 5 月 29 日約在早上八點時就有壅塞產生，產生地點為彭山 隧道前及雪山隧道前，壅塞擴散跟北上類似，均往前後擴散，且隧道內擴散速度 比隧道外快，大約在一小時之內整條隧道均為壅塞狀況，而隧道外要到三小時之 後壅塞才會蔓延到另一個隧道。在 29 日早上時，壅塞擴散於空間上都是離散的，
並會不同壅塞彼此串連在一起，不過到了下午以後，彭山隧道前的壅塞開始與石 碇隧道和南港隧道的壅塞串連在一起，產生了一段壅塞長度約 6 公里的壅塞範圍，
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而壅塞從中午 12 點持續到約下午 5 點才解除。而在雪山隧道的壅塞只有早上時 段有發生，下午之後壅塞嚴重則有減輕的現象產生。在 30 號在南下方面則無任 何壅塞產生。
圖 3.7 國道五號南下路段總流量之時空特性圖
圖 3.7 為國道五號南下路段總流量的時空特性圖，XY 軸和內容與上述的圖 形一樣。
由圖 3.7 可知道，29 號大概約在六點時候流量就從 1000pcph 增至 2500pcph 以上，而高流量範圍從雪山隧道南端口至南港系統交流道，時間從早上六點開始
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至約下午五點結束，而在 30 號一樣約在早上六點時候就開始產生高流量的車流，
範圍和持續時間與 29 號類似，不過些微差異性為在 30 號中午之後，雪山隧道的 流量降為 2000pcph 以下。
圖 3.8 國道五號南下路段總流量之時空特性圖
圖 3.8 為國道五號南下路段帄均密度的時空特性圖，XY 軸和內容與上述的 圖形一樣。
圖 3.8 的趨勢跟圖 3.6 類似，不論在壅塞時間和壅塞範圍的分佈跟與圖 3.6 類似。
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從上述的分析可以知道，在國道五號不管是南下還是北上，壅塞起始點往往 發生於隧道入口前，逐漸往前後擴散，壅塞在隧道內的擴散速度較快，但並不會 超過隧道範圍。此原因推測應該為隧道內禁止變換車道，速限也較為隧道外低（國 道五號在雪山隧道以南速限為 90 公里/小時，而以北為 80 公里/小時），且因為隧
從上述的分析可以知道，在國道五號不管是南下還是北上，壅塞起始點往往 發生於隧道入口前，逐漸往前後擴散，壅塞在隧道內的擴散速度較快，但並不會 超過隧道範圍。此原因推測應該為隧道內禁止變換車道，速限也較為隧道外低（國 道五號在雪山隧道以南速限為 90 公里/小時，而以北為 80 公里/小時），且因為隧