Chapter 3 移動式車輛偵測模式
5.1 車流模擬系統
本研究撰寫二維座標車流模擬模式，依據第一章的假設前提，車輛間距依照 指 數 分 配(Exponential Distribution) 產 生 ( 即 車 輛 產 生 為 波 瓦 松 分 配 Poisson Distribution)，並加入機率函數模擬現實中近場通訊利用無線技術連線及資料傳輸 情形；輸入不同車流量情境，並依據車流行為模式設定每輛車輛屬性，其車輛屬 性包括車輛剎車反應時間、車輛行駛速度、期望行駛速度、停等延滯時間、車輛 二維座標、駕駛軸、車輛環境、車輛車長及車寬、最小安全間距及煞車減速率等 模擬車輛屬性。並模擬各種號誌控制邏輯所需之車輛偵測器運作方式，藉由模擬 車流與模擬車輛偵測器運作，輸入各種號誌控制邏輯所需之車流資料。為使各種 號誌控制邏輯績效有共同基礎，因此各種號誌控制邏輯於同一車流量情境比較 時，其輸入之車輛數、車輛屬性及車輛車間距皆相同。
在旅客消費金額部分，為了避免單一車輛出現極大金額造成與實際狀況差距 甚大之情形(如觀光風景區有旅客購買價值昂貴的紀念品，他在消費額部分有可能 抵銷其他方向的所有旅客，在實務上給單一車輛極長的綠燈時間是不合理的情
形)，因此本研究將消費金額分為高、低以及高、中、低兩種模式，並配合車道數 的改變進行不同情境模擬。
或
其中N 代表所有經過此道路並被車輛偵測器成功接收到資料的車，H 和 L 分 別代表高消費及低消費，為了讓消費額所造成的效果更為顯著，同時考慮現實生 活中的大眾運輸及私人運具，因此本研究採用一比十此種較大的比例關係；即私 人運距乘載人數少且消費總額也低，大眾運距乘載人數多其總消費額相較下高出 許多；在另一種情況中H 和 L 同樣代表高消費及低消費，並加入 M 代表中等消費，
比例部分採用非極端值的一比二比三做為消費額比例設定。
此系統可分為四部分，一為車輛產生模擬，二為車輛行為模擬，三為號誌路 口模擬，四為結算績效。圖4.1 為系統資料流程圖，車輛產生模擬依據設定輸入之 車流量產生車輛車間距(Headway)，倒數車輛車間距，當車輛車間距倒數至零時，
產生車輛輸入至車流模擬模式及初始化車輛屬性。初始化屬性包括車輛剎車反應 時間、車輛行駛速度、期望行駛速度、最小安全間距及煞車減速率等屬性 (May, 1990)，並產生下一台車輛之車輛車間距；進入車輛行為模擬，更新車輛二維座標、
車輛環境、車輛速度、停等延滯及最小安全間距等車輛行為屬性；再進入號誌路 口模擬，更新號誌控制邏輯執行時間，並更新號誌對車輛行進路權之影響；最後 確認是否滿足模擬時間，當模擬時間結束時，結算所有車輛所產生之停等延滯。
Δ t Δ t
圖5-1 車流模擬系統資料流程圖
1
Pn Pn2
1
Pn Pn2
Δ t Δ t
圖5-2 改良 OPAC 邏輯之運作流程
在二維座標車流模擬模式中之模擬背景為獨立號誌四叉路口，各方向之車輛 產生初始位置為路口上游500 公尺處。為減少模式運算記憶體負擔，通過路口 10 公尺後之車輛將於模擬模式中移除，而移除車輛之停等延滯及通過路口車輛數將 暫時累計於模式中。在車輛產生模擬中，主要有三項參數輸入：平均流量、平均 速率及速率標準差，以產生下一台車輛到達時間間距。而下一台車輛到達時間間 距產生模式，由於設定之研究範圍為獨立路口，因此假設車輛到達間距符合指數 分配，計算式為
h
i =−1λ×ln(r
i)，i=1,2,...,n，0<r
i <1，當i
=1時，即表示第一 台車輛與第二台車輛之到達時間間距。當車輛輸入至車流模擬模式中，即初始化 車輛屬性，其中車輛初始行駛速度及期望行駛速度係依常態分配產生，本研究設定平均期望行駛速度μ為45km hr，標準差σ為5km hr，限速為50km hr。車輛 (AASHTO, 2005)常態分配；
V ：自身車輛行駛車速；
sASL ：絕對安全間距，本研究設定值為 1 公尺。
車輛行為模擬中的車輛二維座標為記錄車輛左前方座標點，如圖5-3 所示，圖 中標示駕駛軸(Drive Axle)即車輛行進方向，以極座標角度表示，圖中四台車輛駕
駛軸角度分別為0、90、180及270，而車輛環境即是更新自身車輛前方偵測區。
車輛前方偵測區係用於取得車輛在二維座標上前方最鄰近之車輛，其車輛前方偵 測區、車輛車長及車寬表示如圖5-4 所示。
圖5-3 車輛二維座標點及駕駛軸示意圖 車輛二維座標點
駕駛軸角度0o
駕駛軸角度 90o
駕駛軸角度 180o 駕駛軸角度 270o
X Y
二維座標
圖5-4 車輛前方偵測區、車輛車長及車寬示意圖
減前車車身長。
在號誌路口模擬中，當號誌燈由綠燈轉為黃燈時，未通過路口之臨近車輛會 假設黃燈時間尚餘1.5 秒，以供車輛判斷是否煞停或通過路口。若車輛計算其自身 車速在1.5 秒後仍無法完全通過路口，則會開始減速停止於停止線前。而當號誌燈 由黃燈轉為紅燈時，即會產生一虛擬停駛車輛於停止線上，使該方向之行駛車輛 路權變化。而該虛擬停駛車輛之二維座標即為停止線之二維座標，但該虛擬停駛 車輛之車長及速度皆為零，即停止線為虛擬停駛車輛。當虛擬停駛車輛產生時，
所有未通過停止線之車輛，若搜尋到前方最鄰近之車輛為虛擬停駛車輛時，亦需 遵守最小安全間距，因此可達成號誌紅燈停等之車流模擬狀況，同時，當任何車 輛停駛，即速度為零時，亦會開始累計停等延滯秒數於自身車輛屬性中。最後確 認設定之模擬時間是否完成，由於實驗設計每一情境模擬 2 小時，而考量所有號 誌控制邏輯及模擬模式運作需求，模擬最大暖機時間為動態計算需累計15 分鐘車 流量資料，因此總模擬時間為2 小時 15 分，在結算績效中，將於模擬後 15 分鐘 後，暫存於模式中總停等延滯及通過路口總車輛數做處理，計算出每車平均停等 延滯值，做為各號誌控制邏輯比較績效之基礎，其中每車停等延滯值計算方式是 當每車模擬速度為零時，累計每車停等延滯值秒數。