第一章 緒論
1.1 研究背景與動機
隨著西部高速公路路網建設逐步完善，國內消費型態改變，我國小 汽車比率逐年增加。國內高速公路交通量逐年巨幅成長，平常日都會區 路段之上、下班尖峰時段及週末、假日常造成交通壅塞，尤其連續假期 交通量較平常日增加約30%~50%，壅塞情形更為顯著，影響高速公路行 車順暢及安全。有鑑於此，在有限的高速公路容量下提升服務能力實有 其必要性。在高速公路交通管制中匝道儀控管制是最重要的管制策略之 一，其控制目的在不影響高速公路主線服務水準下調節車輛適時適量匯 入，以紓解車流，達到改善交通之目的。
目前匝道儀控策略可分為定時儀控、獨立交通感應儀控、整合性交 通感應儀控等以降低高速公路壅塞為目的之控制策略，以及可接受車距 控制、匯入控制等以強調匝道匯入安全為訴求之控制策略，然因問題複 雜性之需要，上述最佳化模式常需面臨求解非線性或線性方程式之問 題，非線性模式雖能精確描述問題，但求解不易且所需時間相當長。此 外上述匝道儀控策略多以偵測交通參數作為匝道儀控之判斷，未考慮主 線車流型態之轉變。雖然已有相關研究以細胞自動機(Cellular Automata，
CA)觀察實行匝道儀控下主線車流型態之轉變與時空關係，但仍僅止於以 細胞自動機作為車流模擬模式，尚未有以細胞自動機之模擬特性取得車 流型態發展匝道儀控策略之研究，此乃本研究動機之一。
以往傳統的適應性號誌控制，大多數都以數學式來判斷其控制變數 之門檻值，來作為控制邏輯之核心。然而，實務上，交通號誌控制往往 容易受到不確定的干擾，而造成控制判斷上的誤斷，為能克服交通狀況 之不確定性與控制機制之不穩定問題，過去許多研究乃採用模糊邏輯控 制(Fuzzy Logic Controller，FLC)進行號誌控制，此乃本研究動機之二。
1.2 研究目的
基於上述之研究背景與動機，本研究之研究目的如下：
1、 藉由細胞自動機的文獻評析，了解其基本理論、參數設定、模式型態，
俾據以探討其應用於匝道儀控之可行性。
2、 建構車流模擬模式，在細胞自動機模式上確定參數設定、模式型態、
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輸出變數；在車流型判斷模式上確定狀態變數、控制變數、模糊規則、
隸屬函數設定；在匝道儀控模式上確定狀態變數、模糊規則、隸屬函 數設定，以細胞自動機和車流型態判斷模式輸出之變數透過模糊邏輯 控制決定匝道儀控率。
3、 發展獨立型與整合型模糊邏輯匝道儀控策略，並以巨觀車流理論驗證 車流模擬模式，以簡例和實例應用分析匝道儀控策略績效及其實用 性。
1.3 研究範圍與限制
本研究目的在以細胞自動機模擬分析模糊邏輯匝道儀控模式，研究 對象包含獨立型與整合型匝道儀控系統，應用於包含三個上、下匝道之 高速公路二線道路段。模式建構方面分為車流模擬模式、車流型態判斷 模式與模糊邏輯匝道儀控模式三部分進行探討與應用，其中車流模擬模 式乃針對高速公路二車道異質混合車流模式進行探討，分析其模式發展 與控制應用，建立一車流型態模擬真實、判斷正確、控制過程有效率、
控制績效良好之系統。
1.4 研究內容與流程
本研究之研究內容可分述如下：
1. 界定研究目的與範圍
本研究之研究目的在以細胞自動機結合模糊邏輯控制建構一模糊邏 輯匝道儀控策略，應用細胞自動機模擬車流型態時空關係轉變，以高速 公路主線車流型態與匝道等候車輛數透過模糊邏輯控制達到控制目的。
分析對象為獨立型、整合型匝道儀控系統，實例應用擬以國道一號中部 路段包含三組出、入口匝道之路段，評估整體系統控制績效。
2. 回顧相關文獻
(1)細胞自動機之相關文獻
藉由回顧細胞自動機之相關研究，了解其基本理論、應用限制、模 式發展。彙析其模式型態、應用範圍、模式驗證…等，作為本研究車流 模擬模式發展之參考。
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(2)匝道儀控之相關文獻
此部分區分為匝道儀控演算法與模糊邏輯控制於匝道儀控相關文獻 之介紹，彙析其建構方法論、狀態變數、隸屬函數型態與等級數、設定 方式、應用地區…等，參考相關文獻狀態變數選擇與模糊推論過程，發 展本研究之模糊邏輯匝道儀控模式。
3. 模式建構
根據細胞自動機之相關文獻回顧結果發展二車道高速公路異質混合 車流模擬模式，包含跟車規則、變換車道規則與匝道併入規則之研擬。
利用模糊邏輯控制建構車流型態判斷模式，以主線車流型態作為匝道儀 控策略狀態變數之一。結合匝道儀控演算法與模糊邏輯控制確定獨立型 與整合型匝道儀控策略之狀態變數、語意變數選定、隸屬函數參數設定、
解模糊化方法及控制變數。
4. 簡例驗證與比較分析
設計一簡例包含三組上、下匝道高速公路路段，以巨觀車流理論驗 證車流模擬模式與車流型態判斷模式之真實性與正確性；以總旅行時間 作為績效評比指標，比較不實施儀控、定時儀控、ANCONA、獨立型和 整合型 FLRC 儀控之績效，並觀察匝道儀控對瓶頸路段上車流型態之影 響。進行情境分析，比較在低、中、高車流情境下，實施不同匝道儀控 策略之績效。
5. 實例應用
蒐集台灣地區中部路段高速公路主線與匝道之偵測器車流資料，以 實際車流資料進行不同匝道儀控策略之績效評比，了解本研究所提模式 應用於實際道路之實用性。
6. 結論與建議
綜合上述之研究成果提出結論與建議。
本研究之研究流程如圖1.1 所示。
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圖1.1 研究流程圖
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