電腦號誌控制策略

交通控制號誌因應科技發展與社會需求而改變，從早期的定時控制系統演變 至今日的電腦化號誌控制系統，並輔以偵測器以及各式通訊設備加強整體系統的 即時處理功能，使得動態車流資訊與其控制概念得以引進於號誌控制策略當中，

過去十幾年間也發展出多種不同型態之號誌控制邏輯及系統。

號誌控制邏輯國內外較為廣泛應用的包含以下五種(交通部運輸研究所，

1986a；1986b)：

1.定時號誌控制(Pretimed or fixed-time signal)

為最早普遍採用之號誌控制，根據歷史調查資料，將一天分成固定數時 段，以經驗法則或各種既有時制運算公式或藉時空圖繪製，或以離線運作之 套中軟體等方式運算一天中不同時段之最佳時制，由交控中心將時制計劃傳 送至路口號誌控制器，使之依照設定時間進行號誌控制。定時控制之基本要 素包含固定週期、固定時相長度以及時相數。

其不需要設置偵測器，並且容易與街道上或同一地區的號誌配合連鎖，

至今仍為國內最普遍之號誌控制方法，但是定時控制在可預測交通型態或時 常到達飽和之路口狀態較能發揮效果，缺點為無法了解時制實際運作績效，

以及無法應對不可預期之流量變化或事故。

2.觸動號誌控制(Traffic actuated signal)

為以車輛偵測器收集車流狀況，依固定或經簡單程式選擇已預設之時制

管制車流之行止。其依控制臨近路口數之多寡可分為半感應及全感應號誌兩 綠燈時間。1974 年 Walter E. Schwanhausser 提了一個原則，即儘可能 使最大綠燈長些，以及使單位延長時間短些。

3.動態查表控制(Pattern Look-up or Pattern Matching signal)

將各種可能出現之交通狀況，預先利用各種可行方法建立出一套時制計

劃資料庫，設置於主控電腦或控制器中。依照車輛偵測器回傳之交通資訊，

以某一預先設定時間長度為一時段(如 10 至 15 分鐘)，就其時制計劃資料庫 中擇一與該流量型態最為接近之時制計劃，據以施行控制。

4.動態計算控制(On-line Pattern Computation)

將事先校估之時制計劃最佳化套裝軟體設置於控制中心電腦中連線運 作，再將偵測器所傳回之當時交通狀況資訊，經過分析、統計與預測程序產 生預測流量後，再運用前述軟體進行線上運算，儘可能在短時間內(如 5 至 15 分鐘)計算出整套時制計劃。根據相關文獻，動態查表與動態計算皆適用 於路段或路網中之車輛，其流量波動較大、較不穩定的交通狀況，而兩者最 大的差別在於動態查表適用於群組中路口較多的群組，此因路口數多時，若 採動態計算，運算時間甚長。

5.適應性控制(Adaptive Control)

針對每一路口各方向偵測器回傳之交通資訊，考慮各方向之流量高低與 等候車輛長度，經由依綠燈時間分配邏輯之分析計算後，將下個週期之整套 時制計劃制訂出來，而使整體交通流之獲益(Gain)達到最大，同時其損失 (Loss)為最小。

目前為止已有多種適應性控制策略被發展出來，就決策邏輯而言，可分 為兩大類型：二元決策過程以及程序性決策過程，二元決策過程是指將號誌 控制時間，分割成短至二秒之極小連續時段，在每個短暫時段中，只決定目

前綠燈時間是否延長或中止之決定，其依據為根據延長一個短時段綠燈時間

 Miller’s Algorithm 米勒演算法(Miller，1963)

 Traffic Optimization Logic, TOL 交通最佳化邏輯(Lin，1988)

 Modernised Optimised Vehicle Actuation, MOVA 現代化最佳之車輛 觸動邏輯(Vincent et al.，1986)

 Stepwise Adjustment of Signal Timing, SAST 號誌時制逐步調整法

 Computerized Dynamic Traffic Control System-Ⅲ, COMDYCS-Ⅲ 第 三代電腦化全動態交通控制系統

 Dynamic Intersection Signal Control Optimization, DISCO 動態路口 號誌控制最佳化

 A real-time traffic signal control system：architecture, algorithms, and analysis (RHODES)

(2)程序性決策過程

 Optimization Policies for Adaptive Control, OPAC 適應控制之最佳化 策略(Gartner，1983)

 Traffic adaptive control for oversaturated intersections, TACOS 過飽

和路口之交通適應性控制(Hong and Panos，2004)

由於OPAC 模式在電腦系統及運作方式上適合在微處理機中執行，在獨 立路口之應用為分散式控制，不需要交控中心之設置，張智華(2004)結合 OPAC 之計算延滯流程，以及水平推移法，並加入競爭時相之計算，發展新 的兩階段水平推移法以降低先期車輛資訊的誤差為方向，減少偵測器誤差對 系統績效計算之影響。

交通部運研所於民國 90 年進行號誌控制邏輯之標準化研究，其主要應 用於交控中心之控制決策，以系統分析方法加以檢討，研擬標準化之交通控 制流程與交控邏輯，以及相對應的控制參數與門檻水準。其提出各種交控策 略之應用層級架構如圖 2.10 所示，其中門檻之決定是由模擬績效決定，即 時模擬流量計算延滯容易產生較大之誤差，並且也會花費許多時間，此種方 法屬於決策前之工作，不適合在號誌控制器進行。在動態計算產製時制方法 中，分別使用SOAP 模式、PASSER 及 TRANSYT 套裝軟體來輔助。

定時控制策略

MAXBAND 等，而國內使用於獨立路口之交控軟體為修改 SOAP-84 之程式邏輯、

相關交通參數及車流行為，以符合台灣交通特性之軟體，幹道交控軟體則以 PASSER-Ⅱ為主，而網路交控軟體則以 TRANSYT-7F 及 SIGOP 為主，以下僅介紹 可應用在獨立路口之交通控制軟體。

1.SOAP(Signal Operation Analysis Program)：

由美國佛羅里達大學運輸研究中心於1984 年修訂完成，所以稱作 SOAP-84。

主要是針對獨立路口狀況提供最佳週期、時比及時相型態，以及決定執行時制計 劃之許多評估指標，係以搜尋程序法，以延滯值與停等次數組合之績效值最低為

目標。

SOAP-84 自從引入國內後，即有許多相關研究，主要研究改良成果如下：

(1)發現 SOAP-84 會產生小流量大週期之缺點，並研究以限制臨界點的方式來 加以改善。

(2)將 Robertson 延滯推估式中的溢流時間因子納入 SOAP-84 模式內，使延滯 的推估差異，在溢流時由312.41%降至 81.88%及由 172.86%降至 97.62%。

(3)原程式對路口的到達型態係假設為 Poisson 分配，此一假設並不一定符合實 際狀況，應擴增一般到達型態的推估式，以供使用者選擇。

(4)以九種常用的時相設計，利用 SOAP-84 進行模擬實驗，再依據所得結果，

構建最佳時相選擇系統。

2.TRANSYT(Traffic Network Study Tool)：

TRANSYT-7F 號誌時制設計程式，是根據英國 TRRL(Tran-sportand Road Research Laborary)之 TRANSYT-7 版本修改而成，利用時間掃瞄法(Time-Scan Method)、巨觀(Macroscopic)及定性(Determin-istic)設計最佳化模式，具有模擬、最 適時制設計及評估之功能，適用於都市中之獨立路口、幹道及網路時制設計。其 最佳化過程係以最小化負效用(延滯與停等組合而成)為指標，採爬山尋優法尋找使 整體路網系統負效用最小化之時制計劃。

TRANSYT-7F 程式包括兩大基本模式，即交通流模擬模式和號誌時制最佳化 模式。交通流模擬模式主要在模擬車流在網路中之位置與號誌時制間的關係，其 中以 Robertson 的車流擴散理論為 TRANSYT-7F 模式的精華。號誌時制最佳化模 式則是利用爬山尋優法，藉著調整時差和時比，以得到最小系統績效指標與最佳 的號誌時制計劃。其模式本身僅對系統的負效用予以最佳化，因此無法對幹道的

綠燈續進帶加以考慮。

T7F-88(1988)根據 TRANSYT-7F 第五版發展而成，T-88 之 T 代表 Taiwan，

88 則是 1988 年，除保有原有功能外，並增加以下功能：

(1)以三度空間共軛方向尋優法代替原 TRANSYT-7F 爬山尋優程序，加快程式 執行速度，並改善績效指標值

(2)加入溢流的處理模式，防止溢流現象發生。

(3)固定時差功能，可供號誌連鎖續進設計之用。

(4)容忍最大延滯下支道零權數法設計，使支道在容忍某一最大延滯值下，產生 幹道優先通行之機會。

(5)路段延滯控制模式之設計，使某些常呈現特別擁擠與延滯特別高的路段，

獲得局部性改善。

3.PASSERⅡ-84(Progressive Analysis and Signal System Evaluation Routine)

PASSERⅡ-84 為德州交通處與德州農工大學(Texas A&M University)聯合發 展，主要設計適用於一般電腦及個人電腦，根據PASSERⅡ-80 加入最適化時差改 良而成，屬於巨觀、定性之最適化模式，可是用於定時控制下的獨立路口與幹道 系統。PASSERⅡ-84 的理論架構是由 John D.C. Little 的半整數同步相位理論與 Books 的干擾綠燈帶理論所演繹產生，設計準則為雙向續進帶寬和為最大，同時以 微調方式兼顧延滯之極小化，採用之延滯公式有兩個，一為Webster 延滯公式，用 來計算各路口延滯最低之綠燈時間，另一個為修正的1985HCM 延滯公式，用以計 算幹道系統之延滯及服務水準。

目前PASSERⅡ-84 已改良成 PASSERⅡ-87，其適用條件為：

(1)同時要求雙向綠燈續進寬和為最大，與幹道延滯極小化情況(不考慮支道)。

(2)利於分析臨近路段具有左轉專用路權及左轉專用時相情況。

(3)可用以限定幹道雙向綠燈續進帶寬的比例，以利解決尖峰擁擠問題。

(4)適用於路口轉向流動具有 NEMA 轉向(NEMA 路口有 12 個流動，PASSER

Ⅱ減為8 個流動)特性者，故無法處理右轉專用時相與紅燈右轉等情況。

在研究動態交通控制系統時，常以美國都市交通控制系統UTCS(Urban Traffic Control System)為例，UTCS 是由美國聯邦公路署(FHWA)發展，自 1970 年代起至 今，可分為三代系統，及後來發展的1.5 代系統，各代系統由於軟硬體之應用能力 不同，而在觀念上各不相同。

 第一代系統：採離線作業方式，使用 TRANSYT-7F 程式運算歷史資料，

控制軟體可儲存40 個時制計劃，可採定時控制、控制人員控制以及查表 控制，最快15 分鐘更換一次時制。

 第二代系統：保留第一代系統許多軟硬體特性，時制計劃由偵測器收集 資料，由預測程序預測下一時段交通資料，使用 SIGOPⅢ分析，以線上 即時作業方式運算得到新時制，更換時制頻率可達每五分鐘一次，然而 為了避免轉換干擾，新時制計劃每十分鐘不可執行超過一次。其擁有改 良的時制計劃轉換程式將兩時制計劃間轉換時間最小化，與估計未裝設 偵測器路口之交通量預估的程式。

 第三代系統：重點在使時制計劃能隨交通量變化而隨時變動，因此完全

 第三代系統：重點在使時制計劃能隨交通量變化而隨時變動，因此完全