程式撰寫

在程式方面，將建立一段高速公路三車道之路段，其中內線之兩車道分別用 來當作自動控制車道及其鄰近車道。主要係以主程式main()控制模式整體的運作 流程，在使用者輸入資料完成後，進行產生路段車輛副程式，分為產生AC 車輛 A_gene()跟產生 MC 車輛 M_gene()兩種，而兩個車輛產生的方式做不同的產生控 制，以下將有較詳細的說明。

系統模擬時間採用時階(time step)的方式，由於時間為連續的，若以一秒為 單位容易造成誤差，故以此方式將系統時間改成時階的方式，至於每一時階的長 度已經變數化，本模擬程式訂為 0.1 秒，若需要變更只需在程式最前面之 TIMESLICE 的值進行變動即可。

在模擬時間內進行多個副程式：DrawRoad()副函式為繪製高速公路車道以及 事故位置；DrawVeh()為繪製在自動控制車道上移動的 AC 車輛及在一般車道上 移動的車輛，以及從自動車道變換成功之AC 車輛都會繪製；A_move()為設定在 自 動 控 制 車 道 上 的 車 輛 下 一 秒 的 移 動 ， 其 間 還 會 進 行 變 換 車 道 及 搜 尋 trans_ctrl( )、trans_check( )等等之副函式；M_move()為設定在一般車道上車輛下 一秒的移動，並且會依據安全車間距副函式safe_head()做跟車行為；

在模擬時間結束後，藉由資料輸出副函式 output()來輸出模擬資料。主程式 模擬流程圖如圖4-1 所示。

圖4-1 主程式 main( )流程圖

程式中以建立資料結構 struct 分別代表所有的車輛資料，struct 分別包含了 時間、車輛種類、X 軸距離、Y 軸距離、速率、加速度、與前車車間距、與後車 車間距、三個門檻值，另外還建立有兩個指標變數(pointer)，以鏈串列(link-list) 的方式來實作，分別針對兩個車道內之車輛進行串聯的動作，其優點為每輛車隨 時以指標變數指向其前車及後車，若要進行變換車道，則原本的車輛只要切斷其 前後指標，切換到鄰近車道之後，再建立起指標，車輛便可以重新排列。上述之 X 軸距離為車輛前進行駛的距離，亦可稱為縱向距離；Y 軸距離表示車輛所位於 之車道，亦可稱為橫向距離。資料型態說明如表4-1、4-2：

表4-1 程式變數說明

TOTALTIME 系統總時間(sec)

TIMESLICE 時階單位時間(sec)

TOTALSTEPS 系統總步驟

INCIDENT_X 事故地點(m)

INCIDENT 事故範圍(m)

ROADLEN 道路長度(m)

CAR_TYPE_1 “A” 車輛種類(自動車)

CAR_TYPE_2 “M” 車輛種類(手動車)

MAX_ACC 車輛最大加速度(m/s²)

MAX_DEACC 車輛最大減速度(m/s²)

MAX_SPEED 車輛最大速率(m)

PLATOON_TOTAL_TIME 車隊產生間距時間(sec)

D_MAX 最大車間距(m)

D_MIN 最小車間距(m)

D_EXT 車間距極值(m)

DEC_DX 自動車產生所保持之車時間距(sec)

TRANS_ANGLE 變換車道之轉向角(deg)

TRANS_TIME 變換車道所需時間(sec)

BUFFER_TIME 緩衝時間(sec)

SAFE 縱向安全係數

RETURN_TIME 變換回自動車道所需時間(sec) RETURN_ANGLE 變換回自動車道之轉向角(deg)

REFORM_TIME 車隊重組所需時間(sec)

transflag 變換車道顯示

translock 變換車道鎖定

STEPS 系統步驟

platoon_size 自動車隊規模大小

v0 自動車隊初始速率(m/s)

flow 鄰近車道車流量(veh/plph)

headway 產生下一台車輛間隔時間(sec)

表4-2 程式函式說明

trans_return() 變換回自動車道函式

platoon_reform() 車隊重組函式

safe_head( ) 保持安全車間距函式

collision( ) 系統碰撞偵測函式

normal( ) 常態分配函式

drawroad( ) 繪製道路函式

drawlane( ) 繪製車輛函式

output( ) 輸出結果資料函式

下列將說明各個主要函式之詳細內容：

1. Input()

主要負責資料輸入，其設定主要是放入主程式 main()中，參數修改部分包括 車隊大小設定、車隊初始速率設定、以及鄰近車道車流量。參數修改部分主要是 為了整合模擬使用者與程式可讀性之間的關係，將常用的 kph 單位轉換成 mps 單位，以及將每小時每車道之車流量轉換成程式可讀之每分鐘車流。

本研究設定三個重要參數：車隊大小設定為欲瞭解車隊的大小對變換車道的 影響，模擬的大小範圍在每個車隊2 至 10 輛之間；車隊初始速率設定為欲瞭解 車輛在不同的車速下對變換車道決策的影響，尤其事故影響下車行速率可能不 高，以及車輛在高速行駛下遇到事故的影響，故模擬初始速率的大小範圍在時速 130 km/hr 至 160 km/hr；鄰近車道車流量為欲瞭解鄰近車道車流狀況對變換車道 決策的影響，模擬範圍為每小時每車道800 輛至每小時每車道 1800 輛。

2. A_gene()

AC 車輛的產生以鏈串列(link list)來實作，鏈串列中有數個 node (車輛)，每 一台車輛之間以指標連接，如果車輛需要改變車道，只要將指標指到的地方稍作 修改就可以達到變換車道的目的，而且每兩輛MC 車輛之間可以插入多輛的 AC 台車。在A_gene( )有個 headway 變數，其功能猶如車時間距(headway)，我們藉 由AC 車輛需要保持的初始車隊車間距，除以初始設定的車隊初速，來計算 AC 車輛產生的車時間距，其目的就是要顯示出自動公路系統乃是以車隊的形式接近 事故地點。程式中我們以車輛要保持20 公尺的車間距(不含車長，若計算車長，

則車頭與車尾之車間距約為 16 公尺)，故設定 headway 變數為 AC 車輛產生的 headway。

另外，會有個hittime()的副程式，其功能為搜尋系統時間跟 headway 一樣的 話，就會產生一輛AC 車輛，而 AC 車輛的初始設定都完全一樣。接著會對每台 車作出初始設定：如初速、車輛種類、速率、加速度，並計算這台車的三個門檻 值(d, f, b)。

3. M_gene()

MC 車輛的產生方式與 A_gene()的方式雷同，唯車輛產生的方式不是為一秒 產生一台MC 車輛，而是 headway 令它為 normal()函式所回傳之值，normal()函 式為常態分配，以鄰近車道車流產生率以每分鐘平均產生多少車，轉換成產生車 輛所需之秒數平均值，再經由常態分配來作為車時間距(headway)。假設車輛初 始流量符合卜瓦松分配 (若λ 夠大，一般是以λ≥5，則分配可以用 normal 分配 來近似)，平均每分鐘釋放λ 台車，因此將 60/ λ 作為 normal 分配的平均值(mean)，

變異數為1，即以 Normal(60/λ ,1)來釋放車輛。

4. DrawRoad()、DrawVeh()：

此二函式為繪圖函式，並建立副函式DrawRoad( )繪製出三車道之直線，以 斜線當作已知之事故地點，而繪製車輛的部分則由DrawVeh( )副程式來執行。由 於螢幕只能容納640×480 個像數，以一個像數代表一公尺，故若要能夠在現有之 電腦設備下觀看到整個模擬的效果，則模擬之路段只能有640 公尺。但若想要表 達更長的車道長度，只要經過程式碼將比例縮放(rescale)，將現有長度 640 個像 數來表示，縮放比例之後，車輛所行進的距離等都不會變，只有在螢幕顯示成圖 檔的時候會有視覺上的大小不同而已。

車輛的部分，為了區別自動車輛與手動車輛，故以顏色來區分，亮藍色為 AC 車輛，黃色則為 MC 車輛。特別一提的是，如果程式中判斷 AC 車輛可以變 換車道，則會顯示成紅色，並且執行加速或減速，在TRANS_TIME 時間到之後 就會變換至鄰近車道，但還是會顯示原來AC 車輛之亮藍色。

5. A_move()

此函式最主要為控制及計算在自動車道上行駛的車輛，自動車道上僅有 AC 車輛，故 AC 車輛在產生後便依照自己的三個門檻值(d,f,b)分別做其區域內該有 之行為，在車輛未進入車隊拆解區，則保持等速；進入車隊拆解區後，進行 safe_head()函式保持車距；進入跟車緩衝區之後，進行減速到與鄰近車道平均車 速接近，並且進行變換車道評估trans_check( )函式；最後，若進入了強制煞車區，

車輛以最大減速度煞車至停止。A_move()函式流程圖如圖 4-2 所示。

圖4-2 A_move()函式流程圖

6. M_move()

此函式最主要為控制及計算在一般車道上行駛的車輛，包括了原本行駛在一 般車道的MC 車輛，以及變換車道成功的 AC 車輛。函式中主要是計算車輛在一 般車道的跟車行為，進行 safe_head()函式，另外車輛位置與速度則由 x_car()及 v_car()兩個副函式計算及設定。為了確保跟車行為及變換車道後的安全。

7. trans_check()

此函式為控制欲變換車道之AC 車輛或 MC 車輛之變換車道前的決策。函式 中先考慮本車是否為靜止車輛，來決定本車速率；接著再計算本車最大轉向角，

若最大轉向角≥ 兩車夾角，則計算本車變換車道後位置與速率，以及期望車道後 車下一秒位置與速率；若期望車道後車位置≤ 衝突位置且兩車間距 ≥ 動態安全間 距，則本車允許變換車道。tran_check()函式流程圖如 4-3 所示。

圖4-3 trans_check()函式流程圖

8. trans_ctrl()

此函式為控制欲變換車道之AC 車輛或 MC 車輛之變換車道中的運作。控制 變換車道之車輛轉向角≥ 動態最小轉向角，且調整本車加速度至合理的加減速範 圍，以利車輛順利變換車道。trans_ctrl()函式流程圖如 4-4 所示。

圖4-4 trans_ctrl()函式流程圖 9. trans_return()

此函式控制通過事故點之AC 車輛欲變換回自動車道時之加速度，使之在變 換回自動車道的過程中，能將車速調整為預設之車隊初速。

10. platoon_reform()

此函式控制已回到自動車道之AC 車輛之加速度，使之與前車保持預設之安 全間距，進而完成車隊重組之步驟。

11. Output()

以 fprintf()將所想要之輸出資料鍵入，並於執行程式時將模擬結果輸出，輸 出方式為建立一個 excel 檔，檔案設定為唯寫方式。建立為 excel 檔主要是輸出 結果整理方便，亦可由Microsoft Office Excel 內建之繪圖功能，繪製所需之結果 關係圖。

詳細的資料型態請參照附錄A。