虛擬偵測器定義與規劃

當進行探測資料蒐集與圖資比對時所面臨兩個主要的錯誤型態來自(1) GPS 衛星誤差，(2) 後端系統與前端 OBU 設備中時序同步問題，此兩項主要型態誤 差將嚴重影響資料蒐集正確性與精度。Choi and Cicci (2003) 以 Noe et al.’s 、 Bancroft’s, 及 Biton et al.’s 等三種定位演算法進行效率與準確性分析，在忽略 星曆誤差、電離層效應、對流層效應及多路徑效應等誤差的前提下，其得到水平 定位誤差為 20 公尺，垂直定位誤差則為 30 公尺的結論，這對採用 GPS 訊號結 合GIS 圖資的定位應用服務提供一個誤差參考依據。Li et al.,(2005) 僅利用單一 GPS 接收器結合 GIS 與高度輔助資訊有效減少定位誤差由 22.5 公尺降至 17.5 公 尺，同時其對應到圖資平面誤差可以由6 公尺降至 5 公尺，而在引進 DTM (digital terrain model)圖資、RRF(Road Reduction Filter)演算模組(Taylor et al., 2000)與 map matching 演算法(Scott，1994；Mallet and Aubry，1995；Taylor et al. 1999) 與結合高度輔助資訊後，其更可以有效減少定位誤差至 4 公尺，圖資誤差由 6 公尺降至3.2 公尺，顯示，輔助資訊與適切補正演算法之使用可以有效降低 GPS 定位應用的誤差。

因此，利用GPS 接收的座標值(誤差約 30 公尺)與 GIS 圖資(誤差約為 5 公尺) 進行定位比對應用必須面對這兩種資料源的誤差所產生的定位偏移問題。圖6-5 顯示真實位置(True Position) 為實際車輛行經的位置，但由於 GPS 接收器誤差 與圖資資料誤差造成系統最後計算車輛的位置可能對應到圖中的估計位置 ( Estimated Position)處，兩者明顯存在一定的誤差距離(此偏移誤差最高可達 35 公尺遠)。因此，設計規劃 VVD 虛擬定位區域時必須考量上述誤差所產生的偏 移量，以確保車機能正確判定圖資上所規劃的 VVD 位置。除了必須考量 GPS 與圖資誤差外，VVD 之長度與寬度必需要適當，始可確保車輛高速通過 VVD 時仍能至少被取樣偵測一次以上，圖6-6 顯示 VVD 的長度與該道路速限及 GPS 誤差有關，同理，其寬度則決定於道路寬度與 GPS 誤差值。因此，為了確保定 位精準與易於操作應用，其資料結構必須包含VVD 之中心座標、道路寬度、路 段限速、道路中心線與水平夾角與GPS 誤差等屬性參數。

第六章 虛擬偵測器研究

True Position

Estimated Position

圖6-5 定位錯誤示意

圖6-6 VVD 之長度與寬度考量

VVD 規劃佈設的方式，乃是交控中心根據所欲蒐集路網交通資訊於路網各 路段對應地點上所規劃佈設的資料結構，如圖6-7 所示，欲蒐集路段旅行時間，

必須於每個路段進出地點至少需設置一組 VVD，以利各路段進出之旅行時間計 算。每組 VVD 資料結構包括 VVD1與VVD2兩個相鄰矩形，其大小應依道路寬 度、速限、與該道路中心線與水平夾角而定，以路寬40 公尺、GPS 誤差 35 公 尺該路段速限 120km/h，水平夾角零度為例，理想 VVD 長度應至少為 103.33 公尺(120*1000/3600+70≒103.33)、寬度至少為 110 公尺(40+70=110)，如此的設 計是確保車輛高速通過該虛擬區位時，在 GPS 誤差範圍內仍能有效產生定位觸 發事件，而每一精準觸發紀錄則作為路段交通資訊蒐集的基礎。另外，後端則將 路網所規劃佈設之VVD 結構儲存於系統資料庫中，並將所有規劃好之 VVD 結

VVD2

VVD1

VVD 長度= 最高速限每秒行車距離+GPS 誤差 VVD 寬度= 道路路寬+GPS 誤差

構預載至每一部車機中。而車機如何偵測車輛是否已進入某VVD 區域，其判定 流程如圖6-8 所示，首先 VVD 之結構乃是由 VVD1與VVD2組合而成，亦即車 輛必須先通過VVD1後再進入VVD2才算是定位觸發成功，此機制乃為了避免平 行路段與交叉路段所造成誤判所作的防呆設計，當車輛在進入 VVD1 時，OBU 將依目前定位座標搜尋候選可能的VVD 編號，其判定的方式乃是採用對該候選 VVD 物件進行邊界(Bound)檢核偵測，OBU 將根據目前所在位置與該物件進行 比對，若目前之地理位置在VVD 該物件中，則回傳 true，反之為 false。故 OBU 每秒讀取 GPS 座標時即利用此觸發事件判定演算法進行資料比對，當比對的回 傳值為 true 時，則產生該定位觸發紀錄，並將此事件資訊傳回後端系統作為有 效偵測取樣記錄。

圖6-7 VVD 佈設於路段上之形式

第六章 虛擬偵測器研究

圖6-8 VVD 事件觸發流程 有關詳細VVD 定位觸發程序(如圖 6-8)步驟說明如下:

Step 1 : Initialize VVD ( identify a set of candidate VVD) Step 2 : Check Whether Vehicle passing VVD1

if occur go to step 3, else go to Step 1 Step 3 : Check Whether Vehicle passing VVD2

if occur go to step 4, else if time out go to Step 1 Step 4 : A position event was detected

Send the detected event(Time、Veh_id、VVD_id、Speed) to server

Date Time Car_id VVD id Speed

2009/1/5 10:10:01 12001 1450 90

2009/1/5 11:10:02 12001 1451 85

2009/1/5 12:10:03 12001 1452 86

2009/1/5 13:10:04 12001 1453 89

2009/1/5 14:10:05 12001 1454 91

2009/1/5 15:10:06 12001 1455 88

Time Car_id Segment_noTravel Time Speed 10:20:22 12001 14556 10:17 90 10:25:30 12001 14557 5:04 85 10:41:31 12001 14688 1:01 86 11:06:06 12001 14678 1:05 89 10:20:28 12002 14556 10:18 91 10:27:00 12002 14557 5:59 88 Time Segment_noTravel Time Speed

10:20:00 14556 10:17 90

10:25:00 14556 10:16 85

10:30:00 14556 10:16 86

10:35:00 14556 10:18 89

10:40:00 14556 11:20 91

10:45:00 14556 11:22 88

圖6-9 Procedure of VVD travel time calculation

於 VVD 設計機制下，路段旅行時間計算將有別於傳統探測車軌跡檔之複 雜計算程序。如圖 6-9 所示，每輛裝設有 OBU 之車輛當其產生定位觸發事件時 會自動傳送VVD 紀錄至後端，後端處理程序則根據該 VVD id 編號，將該筆定 位紀錄分類對應至所屬路段，同時由於VVD 的設計機制，使得後端系統亦可自 動獲取該車進入該路段與離開該路段的時間與平均車速。其次再將相同路段的紀 錄依時窗進行彙整，最後，得到該對應路段各時窗之平均旅行時間、平均速度與 探測流量。如此設計，除了可以達到獲得路段旅行時間之目的外，此機制將使得 前端車機與後端系統間蒐集資料變得非常精簡。

第六章 虛擬偵測器研究