GFLC 應用

4.2 應用結果

本研究應用車輛排放量最小化之基因模糊邏輯控制，得到污染運算之結果。

並與定時號誌、對道路污染濃度做限制之基因模糊邏輯控制兩種模式相比較，根 據整體路口之時間污染變化、格位空間污染變化的結果作探討分析。

4.2.1 GFLC 應用

應用基因模糊邏輯控制之模式，本研究以汽車到達率(TFC)、汽車等候長度 (QLC)、機車到達率(TFM)、機車等候長度(QLM)做為狀態變數，總路口排放量 最小化為績效指標，是否延長綠燈時間(EGT)做為控制變數，為求得整體路口之 污染排放量以及污染擴散濃度的變化結果。且其隸屬函數上下限之訂定，下限均 為 0，到達率上限為車道容量，而等候長度上限為格位容納車輛數。本研究應用 GFLC 求得三條規則，其基因收斂世代如圖 4-4 所示。

圖4-4 GFLC之收斂

本研究設定之基因模糊邏輯控制，其交配率為 0.03、成熟率為 0.95、族群數 初步設定為 100。在經過 13 代收斂後得到總排放量 11631.43 為最小的結果，為 規則 1；規則 2 則經由 9 世代收斂後得到總排放量 11630.73 為最小的結果；規則 3 則經由 3 世代收斂後得到總排放量 11630.73 為最小，三條 GFLC 邏輯規則如圖 4-5 所示。

規則 1 規則 2 規則 3

43

圖4-5 GFLC邏輯規則

0

0 600 1,2001,8002,4003,0003,600 μ

TFC (vehicles/hr)

0

QLC (vehicles)

0

0 600 1,2001,8002,4003,0003,600 μ

TFM (vehicles/hr)

0

QLC (vehicles)

0

EGT (seconds)

0

0 600 1,2001,8002,4003,0003,600 μ

TFC (vehicles/hr)

0

QLC (vehicles)

0

0 600 1,2001,8002,4003,0003,600 μ

TFM (vehicles/hr)

0

QLC (vehicles)

0

EGT (seconds)

0

0 600 1,2001,8002,4003,0003,600 μ

TFC (vehicles/hr)

0

QLC (vehicles)

0

0 600 1,2001,8002,4003,0003,600 μ

TFM (vehicles/hr)

0

QLC (vehicles)

0

EGT (seconds)

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本研究應用 GFLC 號制調控，其求得之污染排放量格位空間變化趨勢，如 圖 4-6 所示。

圖4-6 GFLC格位排放量

圖 4-6 可顯示帄均兩小時(3600 個時階)的空間格位上的排放量趨勢，由於 本研究設定之交通量東向與西向相同，南向與北向相同，相同交通量之排放量 相等，故僅分別以汽車和機車的東西向與南北向表示。圖中顯示格位 11 為排放 量最大之區域，格位 12 的排放量驟減，此種趨勢是因為格位 12 為路口，在清 道時間內無車輛通過，所以帄均時間內之排放量為最小；而格位 11 是路口前格 位，即車輛在紅燈停等之格位，因車輛比其他格位多，故排放量為最大。而上 游格位排放有遞增趨勢，推測是因為車輛抵達路口因紅燈停等而往後遞延，導 致車輛在越靠近路口格位的排放量越大；下游格位的排放量呈現均勻現象，是 因為車輛無路口紅燈停等的干擾，沒有堵塞導致格位內車輛增加的情形，故排 放量也呈現帄均分布。

應用基因模糊邏輯控制模式之路口排放量，其時間與車輛總排放量關係如 圖 4-7 所示。其趨勢與交通量大致符合；並分別在 1-450 時階、451-900 時階、

901-1350 時階、1351-2250 時階、2251-2700 時階、2701-3150 時階以及 3151-3600 時階有不同趨勢。以下將稱 1-450 與 3151-3600 時階時為第一種交通量，451-900 與 2701-3150 時階時為第二種交通量，901-1350 與 2251-2700 時階時為第三種 交通量，1351-2250 時階時為第四種交通量。

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圖4-7 GFLC車輛總排放量

詳談排放量的趨勢分析，因格位 11 為排放量最大之格位，且路口前格位會 有因號誌燈號轉變，排放量明顯消長的情形，故本研究探究格位 11 其四種交通 量的南北向、東西向排放變化情形，分別如圖 4-8、圖 4-9、圖 4-10、圖 4-11 所示。

圖4-8 GFLC格位11之第一種交通量車輛總排放量情形

圖 4-8 顯示 GFLC 應用下，格位 11 之第一種交通量車輛總排放量情形，以 及東西向與南北向號誌燈號變化；在第一種交通量下根據 GFLC 的控制，號誌 調控結果為一周期 52 秒，東西向綠燈 20 秒，南北向綠燈 20 秒，清道時間 6

第一種 第二種 第三種 第四種 第三種 第二種 第一種 交通量 交通量 交通量 交通量 交通量 交通量 交通量

東西向 南北向

46

秒。由於南北向之車流量遠大於東西向車流量，而南北向之綠燈秒數與東西向 綠燈秒數相同，故在此種交通量狀況和號誌時制下，會顯示出排放量南北向遠 大於東西向，並且因紅綠燈號誌轉換有明顯消長情形。

圖4-9 GFLC格位11之第二種交通量車輛總排放量情形

圖 4-9 顯示 GFLC 應用下，格位 11 之第二種交通量車輛總排放量情形，以 及東西向與南北向號誌燈號變化；在第二種交通量下根據 GFLC 的控制，號誌 調控結果為一周期 52 秒，東西向綠燈 20 秒，南北向綠燈 20 秒，清道時間 6 秒。由於南北向之車流量略大於東西向車流量，此種交通量狀況下可顯示出，

東西向排放量帄均略低於南北向排放量，但因車流與排放量差異不大，因紅綠 燈號誌轉換的排放量消長情形較不明顯。

圖4-10 GFLC格位11之第三種交通量車輛總排放量情形

東西向 南北向

東西向 南北向

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圖 4-10 顯示 GFLC 應用下，格位 11 之第三種交通量車輛總排放量情形，

以及東西向與南北向號誌燈號變化；在第三種交通量下根據 GFLC 的控制，號 誌調控結果同樣為一周期 52 秒，東西向綠燈 20 秒，南北向綠燈 20 秒，清道時 間 6 秒。由於東西向之車流量略大於南北向車流量，此種交通量狀況下可顯示 出，南北向排放量帄均略低於東西向排放量，但因車流與排放量差異不大，因 紅綠燈號誌轉換的消長情形較不明顯，且與第二種交通量呈現相反的趨勢。

圖4-11 GFLC格位11之第四種交通量車輛總排放量情形

圖 4-11 顯示 GFLC 應用下，格位 11 之第四種交通量車輛總排放量情形，

以及東西向與南北向號誌燈號變化；在第四種交通量下根據 GFLC 的控制，號 誌調控結果為一周期 72 秒，東西向綠燈 40 秒，南北向綠燈 20 秒，清道時間 6 秒。由於東西向之車流量遠大於南北向車流量，而東西向之綠燈秒數為南北向 綠燈秒之兩倍，故在此種交通量狀況和號誌時制下，並不會因為交通量不同而 雙方向的污染排放量有巨大的差異。

在分析完污染排放量結果，探討污染物擴散濃度為本研究之探討重點，應 用基因模糊邏輯控制模式的污染物濃度擴散結果，受測點之濃度與時間的變化 如圖 4-12 所示。圖 4-12 可顯示本研究經由 GFLC 控制號誌時制之後，受測點 所偵測得到的污染總濃度；污染物濃度是以污染排放量為基礎，再經由高斯煙 塊模式轉換得來，故濃度趨勢與排放量趨勢會呈現高度相關，也隨著交通量的 不同產生不同的濃度。

東西向 南北向

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圖4-12 GFLC車輛污染總濃度

結果顯示在第一種交通量時的最低濃度為 56.01 PPM，最高濃度為 123.53 PPM；第二種交通量時的濃度則介於 61.99 PPM 到 130.66 PPM 之間；第三種 交通量的濃度則介於 68.13 PPM 到 141.82 PPM 之間，而第四種交通量時的濃度 則介於 68.13 PPM 到 191.56 PPM 之間；此種濃度變化趨勢與交通量及排放量呈 現同向的關係。

以上研究之濃度結果設定，情境皆為風速 1.5 公尺/秒的輕風(Light breeze) 大氣狀態，本研究進一步改變風向設定，與風速 0.2 公尺/秒的無風(Calm)狀態 與風速為 10 公尺/秒的強風(Strong breeze)狀態做比較。其結果為在無風狀態下 的濃度偵測值為最大，介於 129.04PPM 與 864.04PPM 之間，在強風狀態下的偵 測點濃度值為最小，最低為 0.14PPM 而最高為 0.98PPM；可知在強風狀態下的 污染濃度影響近乎零，而在無風的大氣狀態下則污染濃度影響最劇。其三種風 向污染濃度比較如圖 4-13 所示，然而在強風狀態下的濃度近乎零，所以圖 4-13 僅可看出無風狀態與輕風穩定狀態下的濃度比較。

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圖4-13 不同風速狀態下之GFLC濃度結果

經空氣擴散之後的濃度，會因受體之於排放源的相對位置不同而且所差異，

故探討濃度時不像排放量的因為交通量東向與西向會相同、南向與北向相同，

污染濃度會因其東向、西向、南向、北向會有不同的濃度變化。本研究應用經 由基因模糊邏輯控制模式之後的濃度與格位關係，汽車與機車分別可如圖 4-14 與圖 4-15 所顯示。

圖4-14 GFLC汽車格位濃度 0

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

濃度(PPM)

時階 0.2無風 10強風 1.5輕風

50

圖4-15 GFLC機車格位濃度

圖 4-14 呈現應用 GFLC 號誌調控後，帄均時間內的汽車格位濃度，跟排放 量有相似的趨勢，即在路口前的格位 11 呈現最大值，而越往上游與下游因空間 距離受體越遠，故濃度越低。且受測點接近東向的第 11 格位，西向的 13 格位，

北向第 10 格位以及南向第 14 格位，因為污染濃度隨空氣擴散的關係，在鄰近 受測點的格位濃度值也相對較高。而圖 4-15 呈現應用 GFLC 號誌調控後，帄均 時間內的機車格位濃度，其發展趨勢同圖 4-14 的汽車濃度。