實證分析與歸類方式

（一）實證分析

本研究提出之實證分析流程，如圖 3.1 中實證分析與歸類中所示。其中行駛環境變數可 分為微觀變數（e.g.前車速度、與前車相對距離、與前車相對速度）及巨觀變數（e.g. 車流量、

車流密度），駕駛者會根據當時的情景及情況而選擇不同的行為策略，如在路段當中，機車會 有選擇車道的行為；當機車前方之公車欲靠站時，機車有會對其有超車或減速之行為；於停 等紅燈時，機車會選擇其停等位置等等。以上的變數，可以定出計算規則，從車流軌跡資料 庫中取得。

（二）變數定義

各研究變數地操作性的定義描述如下：

本車狀態及環境變數

 本車狀態變數：包括

 本車坐標位置 (x, y)

 行車道（快車道、中線道、慢線道）

 車頭角度 [2]

 速度 (m/s)

 車輛種類

 周邊車輛對本車干擾因素：定義周邊車輛為本車的鄰近 6 個方向，包括前車、左前車、

右前車、後車、左後車、右後車 (F/LF/RF/R/LR/RR)

 周邊車輛車種，包括機車、小汽車、貨車、公車、無車

 周邊車輛速度 (km/hr)

 本車與周邊車輛相對速度 (km/hr)

 本車與周邊車輛距離 (m)

 本車前方是否存在車群

 本車與前方車群相對速度 (km/hr)

 前方、前方左側、前方右側可通過間距 (m)

 左側車道、右側車道兩車間間距 (m)

 前方號誌影響：

 與前方路口停止線距離 (m)

 前方號誌燈號 (R/A/G)

 路口啟動紅燈倒數秒數 (s)

控制變數 (Aggressive) 的機車駕駛其速度較高、可接受區間等較低，比較保守(Conservative) 的 駕駛者則不願超車或由兩小汽車之間通過。小汽車的駕駛行為比較一致，而機車的駕 駛行為差異較大(Wong et al., 2013; Wong and Lee, 2015)。因此設定虛擬變數代表具侵略 性、一般性兩種機車駕駛者。

 變換車道(橫向移動)：機車並不行駛於車道(no lane discipline)，因此使用橫向偏移代表 機車變換車道的意圖。本研究所謂之橫向偏移，係指於縱向前進的同時，有意識的改 變了橫向位置的行為。本研究透過分析機車的車流軌跡，改良了 Lee（2008）所採用的 方法，來對機車橫向偏移意圖進行識別。橫向偏移(變換車道)的意圖可定義如下：

 機車於時間 t 和 t+1 秒之間橫向移動距離大於 0.5 公尺，其中 0.5 公尺乃是根 據機車的最小的側向安全距離來設定（參考 Minh et al., 2005; Minh et al., 2006;

Hussain et al., 2005）；

 機車於時間 t 和 t+2 秒之間保持相同的側向移動方向，且橫向移動的距離大於 0.7 公尺，其中 0.7 公尺乃是以一輛機車的約略寬度來設定；

 機車於時間 t 和 t+3 秒之間保持相同的側向移動方向，且橫向移動的距離大於 0.9 公尺，其中 0.9 公尺乃是以機車的虛擬車道寬度來設定（參考 Hussain et al., 2005）；

 機車於時間 t 和 t+3 秒之間保持相同的側向移動方向，且在第一秒和第二秒都 被判定為有意識的橫向偏移時，依其慣性，第二秒亦判定有橫向偏移之意圖。

圖 3.7 機車橫向偏移示意圖

 滲入行為：路口的滲入行為可定義為根據前方停等車輛的排列及空隙大小，而選擇最 終的停等位置，變數為縱向移動速度及橫向偏移的改變，與推進行為及變換車道相同。

 啟動行為：啟動行為是機車於路口停等時綠燈開始的行為，可分為

 啟動延滯 Startup delay (s)

 疏解間距 Discharge headway (s)

 啟動加速度 (m/s²)

 啟動推進速度 (m/s)

（三）分析工作

實證分析的工作內容如下：

1. 對以上變數的資料進行敘述性描述分析；

2. 釐定各個影響機車行為的關鍵變數，並校估出代表影響效力的參數數值。

0.5 m 0.7 m 0.9 m

3.3.1 模擬驗證流程

由於針對本問題所建立之模式的產出為機車之車道選擇行為，因此本研究

3.3.3 驗證工具

本研究係以協同主持人李子璋博士所開發的混合車流模擬軟體 BikeSim (Lee, Polak and Bell, 2008b; Lee, Polak and Bell, 2009)來做為測試模型的工具。BikeSim 為本團隊成員所開發，

具有該軟體之開發經驗，又可取得該軟體之原始碼，故以 BikeSim 之架構為基礎。 BikeSim 之 背景、原理及界面描述如下。

3.3.3.1 BikeSim 背景

目前大多數的車流模擬軟體內之車輛都依循著車道規範行駛(FHWA, 1996; Paramics Microsimulation, 2008; PTV, 2011)，以跟車模型(car-following model)(Gipps, 1981; Leutzbach &

Wiedemann, 1986) 來 規 範 車 輛 在 車 道 內 縱 向 的 移 動 ， 以 變 換 車 道 模 型 (lane-changing model)(FHWA, 1996; Gipps, 1986)來規範車輛在車道間的橫向移動，這些設定無法表現出機車 在車道內穿梭及蛇行等駕駛行為，因此也無法有效的模擬機車為主的混合車流情況。故有必 要發展出一套系統，可以展現出機車併行、斜向跟車、穿梭及依虛擬車道行駛等特有行為，

用來模擬汽機車混合車流。

本研究以混合車流模擬軟體 BikeSim (Lee, Polak and Bell, 2008b; Lee, Polak and Bell, 2009) 為基礎，加入本研究所發展之模型，以及增加輸入調查資料和輸出驗證指標的使用者介面等，

用以驗證及展示本研究之成果。Bikesim 在經過改良之後，應可模擬具有臺灣都市交通特性之 汽機車混合車流。

3.3.3.2 BikeSim 原理

Bikesim 以個體自主式模擬(agent-based modelling) (O'Sullivan and Haklay, 2000)為模擬架 構，以 JAVA 程式語言編寫。個體自主式模擬的架構，乃是賦予模擬軟體中每一個個體有自 己的記憶、偵測環境的能力以及行動規則，依其與周遭環境的關係，根據行動規則決定其下 一個時間點的行動，此種模擬架構，符合 JAVA 語言物件導向的特性，而且適合用來模擬車 流行為。實際進行模擬時的介面，如下圖 3.9 所示。以下將針對 Bikesim 的特點做進一步的說 明。

圖 3.9 Bikesim 的車流模擬畫面

BikeSim 的基本假設為機車行駛於變動的虛擬車道(dynamic virtual lane)上，機車騎士的駕 駛行為取決於其與周遭汽機車的互動；而汽車則必需遵守車道規範(lane discipline)。由於機車 跟汽車相比，其重量體積、性能、操控、視野與反應時間等皆有明顯的不同，這些差異導致 機車有異於汽車的駕駛行為，諸如併行、斜向跟車、較小的跟車間距、穿梭及蛇行等(Lee, 2008)，

這些差異反應在駕駛行為上，就是車道規範的差異。

Bikesim 主要以三個次模型來描述機車的駕駛行為在車道規範上的差異：

 縱向跟車次模型主要在描述機車在跟車時與前車之相對位置會影響到其跟車距離，

當機車跟車時是對著前車的側邊邊緣時，其跟車距離會比較近；但若是對著前車的 中心線來跟車，則跟車距離會較遠(Lee, Polak, & Bell, 2009b)，機車縱向跟車次模型 將此現象整合入 Gipps 的跟車模型(Gipps, 1981)來模擬機車的跟車行為。

 斜(橫)向跟車次模型是用來形容機車的斜向跟車現象，機車常行駛在同一車道內另 一輛車的斜後方或側邊，並保持相似的速度。此次模型以跟車角度、速度及速度差 為自變數，以線性模型來描述此斜(橫)向跟車的距離。

 路徑選擇次模型是以機車與周邊車輛之運動學關係，如速度、速度差、間距、相對 位置等關係，以多向羅吉特模式(multinomial logit)來描述機車下一步側向移動方向的 選擇。

3.3.3.3 BikeSim 介面

Bikesim 的個體自主式模擬架構及物件導向程式結構，非常適合擴充不同的交通模型進入 模擬系統；另 Bikesim 具有視覺化介面，以動畫呈現車流互動過程，並收集模擬過程相關微 觀及巨觀之資料。將所建構的機車的行為模型植入系統中，系統中之個體以所給予的行為模 型做互動與行動的規則，所呈現之模擬結果及資料，可用來觀察及測試行為模型之效果。

Bikesim 非常適合用來做為本研究行為模式驗證、模式敏感度分析之工具。

圖 3.10 為 BikeSim 之主要介面，其中 1 號方框處為模擬動畫的控制列，包含開始、暫停、

停止、重置、清除畫面、離開等功能。2 號方框處為動畫顯示區域，而 3 號方框處則為模擬 參數的控制區，在此處可以進行各項參數之調整，參數調整共分成四種類別，分別為模擬控 制及動畫顯示調整。

圖 3.10 BikeSim 操作介面 1. 模擬控制

模擬控制主要是在模擬開始前，讓使用者選擇如何進行模擬。使用者可選擇使用資料庫 軌跡檔或是手動輸入道路幾何與交通量資訊，其介面分別如圖 3.11 與圖 3.12 所示。當選擇手 動輸入時，可利用如圖 3.13 的介面輸入車種比例、各車種之期望速度等等之參數。而號誌時 相與其他道路幾何參數則可透過文字檔的方式輸入 BikeSim 中，號誌時相的輸入檔中包括紅 燈與綠燈開始的秒數；而道路幾何的輸入檔中，則包含街道寬度、各車道的寬度、機車停等 區寬度以及公車站位置；車輛軌跡檔中包含車輛編號、種類、車長車寬以及每一秒位置等資 訊，輸出的檔案則會和軌跡檔格式一樣。若是選擇使用資料庫軌跡檔時，則可選擇產生車輛 的方式。而無論是選擇手動或是軌跡檔，均可以設定模擬次數、選取檔案以及各項模式的開 關。

1 2

3

圖 3.11 模擬控制介面 (檔案輸入-基本資料及軌跡資料庫讀取)

圖 3.12 模擬控制介面 (手動輸入-基本資料讀取)

圖 3.13 模擬控制介面 (手動輸入-道路交通量資訊界面) 2. 動畫顯示調整

動畫顯示則是顯示當前模擬的資訊以及讓使用者調整模擬動畫顯示的項目與模擬速度。

顯示的資訊包括顯示目前模擬時間、號誌週期、模擬週期。調整是否顯示的項目包括車輛編 號或速度、號誌位置、公車站範圍、路段範圍等。

圖 3.14 動畫顯示調整介面 3.3.3.4 BikeSim 其他模擬功能

於本期計畫之前，BikeSim 即已具備基本之混合車流模擬功能。而為了配合本計畫之資 料與增加使用者之便利性，因此新增了下列功能：

1. 選擇模擬次數的功能，該功能讓使用者進行多次模擬 2. 是否顯示模擬的動畫，以便能夠快速的完成模擬

3. 新增了透過讀取檔案的功能，透過讀取資料來取得號誌以及車輛軌跡的資訊

其中第三項功能為讓使用者選擇是否要透過軌跡檔來生成車輛，或是透過程式亂數自動 產生車輛。當使用者選擇透過軌跡資料庫生成車輛時，又可選擇以下兩種方式，如圖 3.15 的 方框 1，而車流模擬畫面如圖 3.16 所示：

1. 以軌跡檔之實際位置與時間來產生車輛

當使用者選擇此方式時，又可選擇是否要重現某一車種的軌跡資料，如圖 3.15 的方框 2。”

當使用者選擇此方式時，又可選擇是否要重現某一車種的軌跡資料，如圖 3.15 的方框 2。”