第四章 模式建構
4.3 GFLC 號誌控制模式
賴建華[2003]建議採用多輸入單輸出（multiple input single output, 簡稱 MISO）之系統，針對「綠燈延長時間」來加以控制。傳統雙向街道的號誌連鎖方 式，主要有同亮式系統（simultaneous systems）、互亮式系統（alternate systems）
與遞亮式系統（progressive systems），所以本研究建立 GFLC 同亮、GFLC 遞亮、
GFLC 互亮與兩個 GFLC 系統各自控制兩個路口等四種 GFLC 在連續路口的控制方 式。詳述如下：
（一） GFLC 同亮：兩路口時相完全相同，即東西向同時綠燈、紅燈、全紅，南 北向相對也同時為紅燈、綠燈、全紅。此時輸入狀態變數為整個系統中，
綠燈方向的車流量總和與所有紅燈方向的停等車輛數總和。依照本研究之 雙十字路口，兩個狀態變數皆各有四方向之加總。控制變數則為延長綠燈 時間，因為此控制方式為同亮系統，故當推論之延長綠燈決定後，兩路口 同時延長相等的時間；反之若決定不延長或是綠燈時間以達最大綠燈限 制，則兩路口同時轉換時相。GFLC 目標值為整個系統在模擬時間內的車輛 總延滯最小。
（二） GFLC 遞亮：大致與同亮接近，唯兩路口間相差一段時間（Offset）。輸入 狀態變數一樣為系統中所有綠燈方向流量總和與紅燈方向停等總和。控制 變數也一樣為延長綠燈。與同亮的差異為，當推論結果為一延長綠燈秒數 時，第一路口延長，第二路口則是在經過一段 Offset 後才開始延長；若推 論結果為變換時相或是綠燈時間已達最大綠燈限制，則第一路口轉換時 相，第二路口在經過 Offset 時間後才轉換。GFLC 目標值也是為整個系統 在模擬時間內的車輛總延滯最小。
（三） GFLC 互亮：設定兩路口時相相反，第一個路口開放東西向綠燈時，第二 個路口為南北向綠燈，反之亦然；而全紅時則兩個路口皆為全紅時相。號 誌轉換時機為同時，與同亮相同。狀態變數同樣為綠燈方向車流總和與紅 燈方向停等總和，因為此為互亮控制方式，所以狀態變數應為第一路口東 西向加上第二路口南北向，與第二路口東西向加上第一路口南北向。控制 變數依舊為綠燈延長，當決策為號誌轉換或已達最大綠燈時，兩個路口同 時轉換，但允許行進方向仍為相反。GFLC 目標值也是為整個系統在模擬時 間內的車輛總延滯最小。
（四） 兩組 GFLC：兩路口各自以一組 GFLC 控制，亦即整個系統共有兩組邏輯規 則庫與兩組（共六個）隸屬函數。狀態變數為兩路口各自綠燈方向車流與
紅燈方向停等總和，控制變數也為該路口綠燈延長。推論決策點兩路口也 不一致。GFLC 目標值則仍為整個系統的總延滯最小。
四種控制方式摘要列表如下：
表 4-2 GFLC 連續路口控制方式表
控制方式 狀態變數 控制變數
目標值
（最小化）
GFLC 同亮
Arrival 總和 Queue 總和
延長綠燈
（同時）
總延滯
GFLC 遞亮
Arrival 總和 Queue 總和
延長綠燈
（Offset）
總延滯
GFLC 互亮
（兩路口相反）
Arrival 總和 Queue 總和
延長綠燈
（同時）
總延滯
1
Arrival 總和 Queue 總和
延長綠燈 兩個 GFLC
2
Arrival 總和 Queue 總和
延長綠燈
總延滯
控制變數選擇為延長綠燈時間（extension green time, EGT），也就是經由 GFLC 推論後所得之綠燈延長秒數。，經過一次或多次推論後而得到完整的綠燈時 間。基於本模式設有最大綠燈時間為 100 秒與最小綠燈時間為 20 秒，故推論一次 之最大延長綠燈限制時間為 100 秒。本研究將一次推論最大 EGT 之初始值設為 20 秒。為求模式績效最佳，並設定推論結果若小於五秒，則不予延長。
4.3.1 隸屬函數與邏輯規則
隸屬函數在此皆設定為「五等級之三角形」，其中第一、五等級為分別為左傾 及右傾之直角三角形；而二、三、四等級為等腰三角形。等級數分別為「非常小」、
「小」、「普通」、「大」、「非常大」五個等級，如圖 4-1 示。
大 非常大 普通
非常小 小
（隸屬度）
0 1
（變數值）
圖 4-1 等級之三角形隸屬函數
依據 3.3.2 圖 3-9，每個變數的隸屬函數編碼為 36 個基因，故兩個輸入變數 一個輸出變數染色體總長度為 108。本研究中以兩個 GFLC 控制路口之控制方式，
若以一樣的編碼方式，則隸屬函數染色體長度將長達 216（4*9*3*2）。為求解之穩 定度，本控制方式將每個變數之隸屬函數僅以 18 個基因表示之，總染色體長度仍 為 108（2*9*3*2）。
邏輯規則庫方面因為本研究輸入變數為兩個，而輸出變數為一個，且各具有 五等級之隸屬函數，故規則庫內之「潛在邏輯規則」為 5*5*5＝125 條規則（在第 四種兩組 GFLC 的情況下，為各有 125 條潛在規則）。如下所示：
Rule 1 ：If X1=非常小 and X2=非常小 then Y=非常小 Rule 2 ：If X1=非常小 and X2=非常小 then Y=小 Rule 3 ：If X1=非常小 and X2=非常小 then Y=普通 .
. .
Rule 124：If X1=非常大 and X2=非常大 then Y=大 Rule 125：If X1=非常大 and X2=非常大 then Y=非常大
然而在系統運作時，並不是每條規則都會啟動用來推論，因為每個交叉路口 之流量、停等特性皆不相同，所以最後得到之最佳之啟動規則（fired rule）亦 不同。根據方法論之介紹邏輯規則之挑選有相當多的方法，惟如同隸屬函數參數
大致多為主觀設定，其中以基因演算法來挑選規則是屬於較為客觀之方法，在此
4.3.3 解模糊化
4.3.4 號誌控制綠燈延長與時制轉換決策時機
（一）綠燈時間延長時機 1、最小綠燈結束時 2、每次綠燈延長結束時
（二）時制轉換時機
1、綠燈延長秒數為 0 時 2、超過最大綠燈時間限制時 整個判斷決策流程可參照下圖 4-4：
資料來源：賴建華[2003]
圖 4-4 號誌控制決策流程圖 時制開始
給予最小綠燈時間
繼續延長綠燈時間
進行時制轉換 延長綠燈時間
大於0或等於0
大於0
等於0
是否超過最 大綠燈限制
是
否
延長現有綠燈時間至 最大綠燈時間限制
延長結束 進行推論
4.3.5 模式評估之目標函數與基因演算法適合函數
賴建華[2003]對於獨立路口號誌時制計畫的評估準則，係根據 May [1990]所 定義之號誌化交叉路口總延滯（total delay, TD）：在相同之資料樣本下進行控 制，路口總延滯愈大亦即控制績效愈差，反之則控制效果愈好。
依照 G. F. Newell[1982]提出在週期相同之連續號誌化路口研究，可推估出 每個週期單一方向車輛延誤總和，可參照表 1-4。但本研究為一適應性號誌控制方 式，在某些模式中兩路口週期並非相等，且週期長度為不固定值。如下圖 4-5 所 示：
資料來源：Carlos F. Daganzo [1997]
圖 4-5 兩個連續定時制號誌路口的累積曲線圖
因為在週期不同且不固定的情況下，路口產生的延誤並非固定形狀，亦無法以 簡單式子計算。所以本研究主要採用積分方式，即將兩個路口到達及離開曲線所 夾之面積一積分求得，再將所有方向求得之延誤加總。以加總過後之總延滯為 GFLC 目標值，目的在求其最小化。
適合函數是評定基因演算法族群內之染色體是否進行演化（複製、交配、突 變 ） 之 重 要 依 據 。 取 目 標 函 數 之 倒 數 作 為 適 應 函 數 ， 其 公 式 如 下 ：
適合函數 目標函數1
＝ ，亦即目標函數愈大時則適合函數值愈小，染色體愈不會 入選成為下一世代。