模擬微觀車流下雙十字型鐵路平交道路口 號誌時制計畫整合設計之研究
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(3) 誌謝與感想 自民國 78 年畢業於中正理工學院之後，輾轉進入陸軍後勤部隊服務 10 年、鐵路局 5 年、監理所 1 年、交通局 5 年及環保局 1 年（持續中），可說歲月蹉跎、人面老矣！ 屈指細數離開書本、不當學生也已 19 年有餘了。97 年 9 月進入高雄大學都市發展與建 築研究所就讀，心中誠為惶恐，惶恐對學校生活的陌生亦惶恐對學生身分的無助。 二年了！二年的業餘學生生活，讓我在生命的某段歲月裡，又重新注入了「書」、 加入了「學問」，而不是過往職場上，因工作、因職務而必須去學、去看、去瞭解的學 問，那些學問、知識，充其量只是工具，謀生的工具，雖然是必需，但也缺乏自我。在 高雄大學都市發展與建築研究所的這二年裡，讓我真正將書本、學問與興趣、理想結合 在一起，我學到了我喜歡的古蹟、風土、綠建築及我深感興趣的交通工程、交通規劃課 程，使自己這二年來總是滿滿的，也相信這滿滿的感覺、滿滿的小成就，會帶給往後人 生旅途上滿滿的自己，更希望大夥們都會有一個滿滿的「我」。 這篇論文為「模擬微觀車流下雙十字型鐵路平交道路口號誌時制計畫整合設計之研 究」，正好也是自己興趣之所在，在高雄市政府交通局任內，一直是從事著交通工程與 交通規劃的工作，舉凡民族陸橋、大中地下道的交通門架工程、高速公路九如路迴轉道 的交通動線改善工程及民族路、中華路的分隔島削切、增設工程、、、、等等，皆有著 自身篳路藍縷的身影，但也著實改善了民眾的交通問題。依據本研究模擬驗證之結果及 所提出之號誌時制整合設計模式，是可以有效提升平交道路口的行車效率及行車安全， 也很希望全國各地的交通主管機關，能有朝一日，酌參本研究，改善其轄管之平交道路 口交通，則可謂百姓之福祉也。 最後容我像奧斯卡金像獎得獎人般，感謝一堆子人，那就是我的指導教授王瑞民博 士、陳志鶴主任、吳愛華分隊長、王昭雄技士、張嘉芬小姐以及去年（98 年）仙逝的 母親陳月女士，並將此論文呈獻給來不及參加我畢業典禮的媽媽，如果天上有平交道路 口的話，可以用我的論著改善一下，真的！媽媽！. 學生. 許啟明. I. 謹筆 99 年 6 月 6 日午後.
(4) II.
(5) 模擬微觀車流下雙十字型鐵路平交道路口號誌時制計畫 整合設計之研究. 指導教授：王瑞民博士 國立高雄大學都市發展與建築研究所 學生：許啟明 國立高雄大學都市發展與建築研究所 摘要 台灣環島鐵路系統與鄰接之公路系統，時常有著交錯佈設之情形，即產生鐵路平交 道路口，由於鐵路列車之機械、物理特性及其專用路權等因素，使得鐵路系統相較於公 路系統，有著絕對優先之路權，再加上鐵路列車通過平交道路口之時間無法確切，使得 各地區平交道路口之號誌經常無法配合鐵路列車通過之時間分配通行路權、紓解車流， 造成交通壅塞，此一情形尤以都會區道路為甚。本研究以高雄市翠華路段之雙十字型鐵 路平交道路口為標的進行探討，考量路口幾何特性及交通特性資料因素，輔以鐵路觸動 號誌專用時相之設計，建立平交道號誌路口號誌時制計畫最佳整合設計模式，以解決鐵 路列車通過路口時，相交路口號誌時制運作問題，降低路口延滯，提升路口車流紓解效 率，進而解決交通瓶頸問題，達成路口延滯最小化及車流衝突最少化之目標。 本研究以雙十字型鐵路平交道路口之路型為主，擇高雄市翠華/西藏/馬卡道/美術 館路口為實例模擬驗證路口，希望藉由參考車流理論及定時號誌時制計畫之方法、原理 及時制績效評估等文獻，了解、分析時制計畫的變數及參數相互關係，以追求延滯最小 化、交通衝突最少化之目標，推演設計一套雙十字型鐵路平交道路口號誌時制計畫整合 設計最佳化之模式。並收集現行路口幾何條件及交通特性等資料，以 VISSIM 微觀車流 模擬軟體，執行實例模擬驗證。 雙十字型鐵路平交道路口因有鐵路列車通過阻斷原有車流續進及號誌之運行，且有 平交道兩側路口轉向車流通過平交道後之續行問題，皆造成雙十字型鐵路平交道路口行 車動線複雜，衍生號誌時制計畫整合設計之困難，本研究將以（1）路口幾何特性及交 通特性資料收集與分析；（2）號誌時相選擇模組；（3）號誌時制設計模組；（4）系 統條件假設；（5）實例模擬驗證；（6）績效評估模組；（7）產生最佳時制計畫整合 設計方案，等步驟來架構整個整合設計之流程，再輔以路口之實例模擬驗證後，以建構 此一類型路口號誌時制計畫整合設計之最佳化，達成路口延滯最小化及車流衝突最少化 之目標，茲以解決鐵路列車通過路口時，相交路口號誌時制運作問題，降低路口延滯， 提升路口車流紓解效率，進而解決交通瓶頸問題，更可提供交通工程師設計鐵路平交道. I.
(6) 路口號誌時制計畫之參考。 關鍵字：鐵路觸動號誌、雙十字型鐵路平交道路口、最佳整合設計模式、號誌時相選擇 模組、號誌時制設計模組、績效評估模組、延滯最小化、車流衝突最少化. II.
(7) Integrated Signal Timing Design at Double-cruciform Railroad Crossing by Microscopic Traffic Simulator. Advisor：Dr. WANG,RUEY-MIN Graduate Institute of Urban Development and Architecture, National University of Kaohsiung Student：SHU,CHI-MING Graduate Institute of Urban Development and Architecture, National University of Kaohsiung. ABSTRACT The railroad system in Taiwan is often interlaced with its neighboring highway system where the railroad crossing takes shape. The train system has the absolute priority in right of way relative to general highway system based on its mechanical, physical properties and exclusive right of way, etc. Due to the uncertainty when the trains pass through, the signals at the railroad crossing couldn’t act in concert with the trains to assign the right of way and relieve the traffic congestion, which is a much more serious problem in the metropolis. This research targets the double-cruciform railroad crossing at Tsuihua Rd. in Kaohsiung City, takes the geometric properties and traffic characteristics into consideration, and then with the design of exclusive phase for railroad pushing button signal, this research sets up an optimal integration design model for signal timing plan of railroad crossing in order to solve the problem of signal operation at intersection while the trains pass through, reduce the intersection delay, improve the performance of relieving traffic at intersection, and further solve the traffic bottleneck, carry out the goal of intersection delay minimization and traffic conflict minimization. This research puts focus on double-cruciform railroad crossings, selects the intersections of Tsuihua Rd., Shitzang Rd., Makatto Rd. and Meishuguan Rd. in Kaohsiung City as studying sites for simulation and verification, with the references of literature on traffic flow theory, method, principle and performance evaluation of signal timing plan, to understand and analyze the correlation of variables and parameters for timing plan, and further to realize the goal of intersection delay minimization, traffic conflict minimization, and to design one optimal integration model for signal timing at double-cruciform railroad crossings. Also, this research collects the geometric properties and traffic characteristics to implement the. III.
(8) simulation and verification with VISSIM, a microscopic traffic simulation software. While the trains pass through the double-cruciform railroad crossings, the original traffic and signal operation will be stopped, and also the traffic turning from the crossings couldn’t keep on going, which results in complicated traffic streamline at double-cruciform railroad crossings and the difficulty in designing integrated signal timing. Through the steps of (1) collecting and analyzing geometric properties and traffic characteristics, (2) signal phase selection module, (3) signal timing design module, (4) assumption of system condition, (5) simulation and verification, (6) performance evaluation module, (7) bringing out the optimal integrated signal timing project, this research sets up the procedure of whole integrated design, also after the simulation and verification, establishes the optimal integrated signal timing design at double-cruciform railroad crossing to carry out the goal of intersection delay minimization, traffic conflict minimization, solve the problem of signal operation at intersection while the trains pass through, reduce the intersection delay, improve the performance of relieving traffic at intersection, and further solve the traffic bottleneck, serve as a reference for the traffic engineers to plan signal timing at railroad crossings.. Key word : Railway pushing button signal, double-cruciform railroad crossing, optimal integration design model, signal phase selection module, signal timing design module, performance evaluation module, delay minimization, traffic conflict minimization. IV.
(9) 目錄. 目錄. 第一章. 緒論……………………………………………………………………………1. 第一節 研究背景與動機……………………………………………………………1 第二節 研究目的與範圍……………………………………………………………2 第三節 研究方法與流程……………………………………………………………4 第二章 文獻回顧 ………………………………………………………………………7 第一節 微觀車流理論………………………………………………………………7 第二節 車輛紓解特性及理論方法…………………………………………………12 第三節 車輛飽和流率………………………………………………………………21 第四節 號誌化交叉路口車輛延滯…………………………………………………25 第五節 鐵路平交道設置標準與運作原理…………………………………………29 第六節 綜合評析……………………………………………………………………31 第三章 號誌時制設計理論探討 ………………………………………………………33 第一節 獨立路口號誌時制設計方法………………………………………………33 第二節 幹道號誌時制設計方法……………………………………………………39 第三節 鐵路觸動號誌專用時制設計………………………………………………41 第四節 號誌時制績效指標…………………………………………………………43 第五節 號誌時制設計軟體…………………………………………………………48 第六節 綜合評析……………………………………………………………………50 第四章 雙十字型鐵路平交道路口號誌時制計畫整合設計最佳規劃模式之建構 …51 第一節 系統條件假設………………………………………………………………51 第二節 整合設計最佳規劃模式建構理念…………………………………………53 第三節 號誌時相設計………………………………………………………………59 第四節 號誌時制設計………………………………………………………………74 第五節 模擬驗證……………………………………………………………………77 第六節 績效評估……………………………………………………………………80. I.
(10) 目錄. 第五章 實例模擬驗證與分析 …………………………………………………………85 第一節 VISSIM 微觀車流模擬架構…………………………………………………85 第二節 路口幾何特性及交通特性資料收集與分析………………………………87 第三節 高雄市 翠華/西藏/馬卡道/美術館路口實例模擬驗證與結果分析……94 第六章 結論與建議……………………………………………………………………103 第一節 結論 ………………………………………………………………………103 第二節 建議 ………………………………………………………………………105 參考文獻………………………………………………………………………………107 附錄一 雙十字型鐵路平交道路口模擬驗證路段編號示意圖 ……………………111 附錄二 現行號誌時制計畫模擬結果彙總表 ………………………………………113 附錄三 最佳週期號誌時制計畫模擬結果彙總表 …………………………………115 附錄四 鐵路列車通過平交道路口模擬結果彙總表 ………………………………125 附錄五 鐵路觸動號誌專用時相模擬結果彙總表 …………………………………129. II.
(11) 表目錄. 表目錄. 表 2-2-1 穩定車輛紓解間距 …………………………………………………………16 表 2-2-2 國內車流紓解文獻比較………………………………………………………17 表 2-2-3 車流疏解分析方法比較………………………………………………………19 表 2-3-1 各國飽和流量推估基礎與單位比較…………………………………………24 表 3-4-1 均勻延滯調整因素，PF………………………………………………………44 表3-4-2 號誌化路口衝突量計算模式應用表…………………………………………46 表3-4-3 號誌化交叉路口之績效水準分級應用表……………………………………47 表3-5-1 功能與適用性之比較…………………………………………………………49 表4-2-1 交叉路口延滯計算結果對比表………………………………………………57 表 4-2-2 本研究有關號誌時制設計理論參考文獻一覽表……………………………58 表4-3-1 雙十字型鐵路平交道路口常用時相之使用時機與特色－簡單二時相……62 表4-3-2 雙十字型鐵路平交道路口常用時相之使用時機與特色－輪放三時相……63 表4-3-3 雙十字型鐵路平交道路口常用時相之使用時機與特色－綠燈早開輪放三時 相………………………………………………………………………………64 表4-3-4 雙十字型鐵路平交道路口常用時相之使用時機與特色－綠燈遲閉輪放三時 相………………………………………………………………………………65 表4-3-5 雙十字型鐵路平交道路口常用時相之使用時機與特色－左轉保護四時相66 表4-3-6 雙十字型鐵路平交道路口常用時相之使用時機與特色－綠燈早開左轉保護四 時相…………………………………………………………………………67 表4-3-7 雙十字型鐵路平交道路口常用時相之使用時機與特色－綠燈遲閉左轉保護四 時相…………………………………………………………………………68 表4-3-8 雙十字型鐵路平交道路口常用時相之使用時機與特色－輪放四時相……69 表4-3-9 雙十字型鐵路平交道路口常用時相之使用時機與特色－綠燈早開輪放四時 相………………………………………………………………………………70 表4-3-10 雙十字型鐵路平交道路口常用時相之使用時機與特色－綠燈遲閉輪放四時 相………………………………………………………………………………71. III.
(12) 表目錄. 表4-3-11 雙十字型鐵路平交道路口常用時相之使用時機與特色－左轉保護五時 相………………………………………………………………………………72 表4-3-12 雙十字型鐵路平交道路口常用時相之使用時機與特色－鐵路觸動號誌專用時 相……………………………………………………………………………73 表4-6-1 雙十字型鐵路平交道路口各時相之衝突數計算表 …………………………82 表5-2-1 高雄市翠華/西藏/馬卡道/美術館路口－路口幾何特性調查表……………88 表 5-2-2 翠華/西藏街口平日小時交通流量表…………………………………………91 表 5-2-3 馬卡道/美術館路口平日小時交通流量表……………………………………92 表5-2-4 翠華/西藏街口號誌時制現況計畫表…………………………………………93 表5-2-5 馬卡道/美術館路口號誌時制現況計畫表……………………………………93 表5-3-1 VISSIM主要輸入參數表－車輛參數……………………………………………95 表5-3-2 VISSIM主要輸入參數表－駕駛行為參數………………………………………96 表5-3-3 VISSIM主要輸入參數表－車流參數……………………………………………97 表5-3-4 VISSIM主要輸入參數表－評價參數……………………………………………98 表 5-3-5 模擬結果與分析 1 ……………………………………………………………100 表 5-3-6 模擬結果與分析 2 ……………………………………………………………101 表 5-3-7 模擬結果與分析 3 ……………………………………………………………102 表 5-3-8 模擬結果與分析 4 ……………………………………………………………102. IV.
(13) 圖目錄. 圖目錄. 圖 1-2-1 高雄市翠華/西藏/馬卡道/美術館路口路型圖………………………………3 圖 1-3-1 研究流程圖 ……………………………………………………………………5 圖 2-1-1 行為門檻關係圖………………………………………………………………10 圖 2-2-1 純汽車疏解示意圖……………………………………………………………12 圖2-2-2 純機車疏解示意圖……………………………………………………………13 圖2-2-3 車輛紓解示意圖………………………………………………………………14 圖 2-3-1 飽和流率示意圖………………………………………………………………21 圖 2-3-2 飽和時相圖……………………………………………………………………22 圖 2-4-1 停等延滯、臨近路段延滯和旅行時間延滯…………………………………26 圖 3-1-1 SOAP84 號誌時制設計程序 …………………………………………………37 圖4-2-1 整合設計最佳規劃模式建構流程……………………………………………54 圖4-3-1 號誌時相選擇模組圖…………………………………………………………61 圖4-4-1 號誌時制設計模組圖…………………………………………………………74 圖 4-6-1 績效評估模組圖………………………………………………………………84 圖 5-1-1 VISSIM 微觀車流模擬架構圖 ………………………………………………86 圖 5-2-1 翠華/西藏街口平日尖峰小時轉向圖 ………………………………………90 圖 5-2-2 馬卡道/美術館路口平日尖峰小時轉向圖 …………………………………90. V.
(14) VI.
(15) 第一章 緒論. 第一章. 緒論. 第一節 研究背景與動機 台灣是一個鐵路環島的國家，計有縱貫線鐵路、北迴鐵路、南迴鐵路、花東鐵路 等串聯之環島鐵路系統，在鐵路系統旁交錯佈設有台 1、台 3、台 2、台 9、台 11、、、、 及國道高速公路、快速道路、台灣高鐵等道路運輸幹線，共同肩負著全島的交通運輸， 期間可以發現台灣環島鐵路系統與鄰接之公路系統，時常有著交錯佈設之情形，即產生 鐵路平交道路口，由於鐵路列車之機械、物理特性及其專用路權等因素，使得鐵路系統 相較於公路系統，有著絕對優先之路權，再加上鐵路列車通過平交道路口之時間無法確 切，使得各地區平交道路口之號誌經常無法配合鐵路列車通過之時間分配通行路權、紓 解車流，造成交通壅塞，此一情形尤以都會區道路為甚。本研究以高雄市翠華路段為標 的進行探討，其歸納之研究背景與動機如下： 一、高雄市翠華路段共有翠華/崇德路口；翠華/華榮路口；翠華/逢甲/馬卡道/明誠四 路口；翠華/西藏/馬卡道/美術館路口及翠華/華安/馬卡道路口等五處鐵路平交道 號誌化路口，在號誌時制未改善前，常為高雄市北區嚴重之交通瓶頸路口，尤以 翠華/崇德路口及翠華/西藏/馬卡道/美術館路口等銜接重要幹道及車流量龐大之 路口為甚，所以鐵路平交道號誌化路口之時制設計顯得格外重要。 二、平交道號誌化路口常為台灣各地區之交通壅塞及易肇事路口。 三、台灣地區鐵路系統常與省道等重要交通輸運幹道接鄰，其相交處所號誌系統之車流 紓解效率，成為各地區解決交通瓶頸之關鍵。 四、平交道路口之號誌，無法與鐵路列車通過路口時，保持同步運作，影響車流續進。 五、雙十字型鐵路平交道路口，因有鐵路列車通過阻斷原有車流續進及號誌之運行，更 有平交道兩側路口轉向車流通過平交道後之續行問題，此皆造成雙十字型鐵路平 交道路口行車動線的複雜，因此成為各類型平交道路口中行車安全及行車效率最 差的路型。. 1.
(16) 第一章 緒論. 第二節 研究目的與範圍 壹、研究目的 一、建立平交道號誌化路口號誌時制計畫整合設計之最佳規劃模式，以解決鐵路列車通 過路口時，相交路口號誌時制運作問題，降低路口延滯，提升路口車流紓解效率， 進而解決交通瓶頸問題。 二、建立雙十字型鐵路平交道路口號誌時制計畫最佳化之整合設計規劃模式，以達成路 口延滯最小化及車流衝突最少化之目標。 三、整合雙十字型鐵路平交道路口號誌時制計畫，俾供交通工程師設計參考。 四、依號誌時相設計規範檢核模擬，以探討各號誌時相設計下，雙十字型鐵路平交道路 口總體績效水準。. 貳、研究範圍： 一、以雙十字型鐵路平交道路口之路型為主，擇高雄市翠華/西藏/馬卡道/美術館路口 為實例模擬驗證路口，其路型圖如圖 1-2-1 所示。 二、在車流定義方面採微觀混合車流之模式，以符合研究目的及交通現狀，其混合車流 定義上區分為大車、小車及機車等三類，運用上均轉化為 pcu 計算。. 2.
(17) 第一章 緒論. 北 馬卡道路. 翠華路. 美術館路. 西藏街 馬卡道路. 翠華路 鐵路 40m. 註：1.翠華路、馬卡道路路幅 25 公尺，為 4 快 2 慢車道佈設。 2.西藏街、美術館路路幅 17 公尺，為 2 快 2 慢車道佈設。. 圖 1-2-1 高雄市翠華/西藏/馬卡道/美術館路口路型圖. 3.
(18) 第一章 緒論. 第三節 研究方法與流程 壹、研究方法 本研究希望藉由參考車流理論及定時號誌時制計畫之方法、原理及時制績效評估等 文獻，了解、分析時制計畫的變數及參數相互關係，以追求延滯最小化、交通衝突最少 化之目標，推演設計一套雙十字型鐵路平交道路口號誌時制計畫整合設計之最佳規劃模 式。並收集現行路口幾何條件及交通特性等資料，以 VISSIM 微觀車流模擬軟體，執行 實例模擬驗證。. 貳、研究流程 研究流程方面，首先由研究之背景與動機來界定問題，進而確定研究之目的、內容 與範圍，再根據研究之目的、內容與範圍，針對微觀車流理論、車輛紓解特性及理論方 法、車輛飽和流率、號誌化交叉口車輛延滯及鐵路平交道設置標準與運作原理作一相關 文獻之回顧，從文獻回顧內找尋本研究相關之理論基礎進而納入本研究號誌時制計畫整 合設計最佳規劃模式之建構，其次就號誌時制設計理論來進行探討，以建立本研究號誌 時制設計之基礎。再來便是構建號誌時制計畫整合設計最佳規劃模式，本研究將以（1） 路口幾何特性及交通特性資料收集與分析；（2）號誌時相選擇模組；（3）號誌時制設 計模組；（4）系統條件假設；（5）實例模擬驗證；（6）績效評估模組；（7）產生最 佳號誌時制計畫整合設計規劃方案，等步驟來架構整個整合設計最佳規劃之流程，建構 流程圖，如圖4-2-1。建構完成後，將進入實例模擬驗證之階段，在進入實例模擬驗證 階段前，將針對本研究之模擬驗證路口（高雄市翠華/西藏/馬卡道/美術館路口）實施 路口幾何特性及交通特性資料之收集與分析，最後依模擬結果驗證本研究號誌時制計畫 整合設計之規劃，是否可達成本研究之目的並據以產生結論與建議。研究流程如圖1-3-1 所示。. 4.
(19) 第一章 緒論. 問題界定. 確定研究目的. 確認研究內容與範圍. 文獻回顧. 號誌時制設計理論 探討. 號誌時制計畫整合設計 最佳規劃模式之建構. 路口幾何特性及交通 特性資料收集與分析. 實例模擬驗證與分析. 結論與建議 圖 1-3-1 研究流程圖. 5.
(20) 第一章 緒論. 6.
(21) 第二章 文獻回顧. 第二章 文獻回顧 第一節 微觀車流理論 車流理論通常可區分為巨觀車流理論（Macroscopic Traffic Flow）及微觀車流理 論（Microscopic Traffic Flow），巨觀車流理論係指將道路上多部車輛視為一體，主 要在描述整體的車流行為，通常以整體車流之參數為分析重點，如密度、速率與流量， 主要應用在道路容量、路網規劃或流向分佈之規劃、預測及分析評估等方面；微觀車流 理論則係以單一車輛之個別行為及其與其他車輛之互動行為為分析重點，常以個別速 率、相對速率、相對距離、車間距、駕駛者反應時間等參數進行駕駛行為分析，主要應 用在駕駛行為決策或交通控制等方面。 依據本研究之研究目的，係在分析鐵路平交道路口車輛延滯、停等、紓解之情形， 並據以規劃設計路口號誌時制的最佳化以有效改善交通，此一車流之分析及研究之目的 皆建立在微觀車流的跟車理論上，亦即藉由跟車行為發生時，後車與前車間的速度、距 離等的互動關係，用以找出駕駛者在跟車時具有的共同反應，並將這些變數以方程式來 加以描述，故本研究係以微觀車流理論為研究之對象。 所謂跟車理論，係假設車輛在行駛過程中，會與前車保持一定之安全距離，最早發 展於 1950 年代，由 Reuschel（1950）和 Pipes（1953）提出。一般常用的跟車模式有 「四大限制方程式」、「刺激-反應方程式」及「行為門檻模式」等三種，將由下列各小 節分別說明之。. 壹、四大限制方程式(Russel & Harold,1963 ) 此種推進方式主要是考慮四項限制：(1)間隔限制(Spacing Restriction)，(2) 加速限制(Acceleration Restriction)，(3)停止限制，(4)轉彎限制，然後再由此四項 限制下所得之最小距離，作為車輛所能推進之距離。以下乃就此四項限制簡述如下： 一、間隔限制(Spacing Restriction) 所謂間隔限制係考慮流量大時，車輛加速將受前車影響的現象，而使跟隨車能在前 車因某種突發事件而緊急煞車時，亦能同時煞車，且得以在前車之車尾後方煞住，而不 致發生兩車車頭尾相撞，所需保持之安全間距下，跟隨車所能前進之最大距離。其安全 間距可以下式來表示：. S＝P＋K1V1＋K2. Vt2－Vt＇2. ×C. （1）. 2D. 7.
(22) 第二章 文獻回顧. 其中， S：安全間距 P：前車有效車長 K1：後車駕駛者之反應時間 K2：常數，當採MKS 制時洽為1 公尺/秒 Vt2：後車車速 Vt＇2：前車車速 D：後車之平均減速率 當Vt－1 > V＇t－1 (即後車車速>前車)時，C=1 Vt－1 ≦ V＇t－1 (即後車車速≦前車)時，C=0 二、加速限制(Acceleration Restriction) 所謂加速限制係指車輛由於本身之加速能力限制，於單位時間內，該車所能前進之 最大距離，以Za 表示為： Za＝1/2﹝Vt－1＋（V1＋A）﹞. （2）. 其中： A：在Vt－1速率下，所能獲致之正常加速率值。 V1：車輛在t-1 秒之速率 三、停止限制 當公車欲停靠車站或車輛於路口遇到紅燈或其他措施而必須減速時，此單位時間內 所能行進之距離將受到限制，稱之停車限制。 四、轉彎限制 車輛於路口轉彎時，常分二階段進行操作，第一階段先行減速行駛，其原因乃為了 避免離心力所造成的不舒適及翻覆的危險，第二階段則為通過轉彎點再加速行駛。. 貳、刺激—反應方程式(May,1990 ) 此為一九五零年代末期、六零年代初期，由車流學者Gazis Herman、Rothery等人，. 8.
(23) 第二章 文獻回顧. 加上General Motor 進行許多現場實驗工作所逐漸累積的成果。其方程式如下： 跟車加速度= (駕駛操作特性×跟車車速/前後車相對間距)×前後車相對速度 (反應). (敏銳度). (刺激). 以GM 第五模式為主，其定量關係為： αl,m［X1n＋1（t＋△t）］m X2n＋1（t＋△t）＝. l. ×［X1n（t）－X1n＋1（t）］. （3）. ［Xn（t）－Xn＋1（t）］. 其中，X2n＋1（t＋△t）為後車的加速度，αl,m為敏感度，表示駕駛者的特性，X1n＋1（t＋ △t）為後車的車速，Xn（t）－Xn＋1（t）為前後車距離，X1n（t）－X1n＋1（t）為前後車 相對速度。l 與m 為跟車間距與速度的指數項，當l＝0且m＝0時，αl,m為一常數，又稱 為GM 第一模式與第二模式；當l＝1且m＝0 時，表示後車受兩車間距影響，又稱為GM 第 三模式；當l＝1且m＝1時，表示後車受到車間距與跟車速度的影響，又稱為GM 第四模 式。. 参、行為門檻模式（Leutzbach, 1988. ）：. 該理論是由Hoefs 與Wiedemann 提出，研究認為刺激－反應方程式只用一組參數組 合，無法充分反映駕駛者行為的複雜性，為改善傳統刺激反應模式，行為門檻模式同時 考慮速率差與車間距作為行為變化的決策條件，駕駛者會根據路況中的時空間距變化， 對應其決策門檻而進行行為調整。依據Hoefs 之「心理—物理間距模式」 （Psycho-Physical Spacing Model）之觀念引入微觀車流模擬模式中，構建數學化模 式（INTAC Model），即為「行為門檻模式」(Behavioural Threshold Model) ，亦可 說是一種跟車決策模式(Car-Following Decision Model)。因此，需要將心理與物理間 距的觀念導入車流模型。模式認為車流狀況可分成三個反應區：第一為無反應區，指駕 駛者不受前車影響；第二為感知反應區，在後車接近前車並感知到距離前車太遠時，通 常會加速貼進前車；第三為無意識反應區，指當前後車十分接近時，後車為維護安全距 離，通常有速度震盪的現象。行為門檻之關係圖圖2-1-1 所示。模式基本假設在跟車行 為下，將車流狀況分成三個反應區： （1）感知反應區 (Perceived Reaction)； （2）無意識反應區 (Unconscious Reaction)； （3）無反應區 (No Reaction)。 經過各感知門檻界限之區隔後，可再細分為各決策行為分區，如圖2-1-1 所示。. 9.
(24) 第二章 文獻回顧. DX 與前車總間隔 MAXDX 按期望自由行駛區. SDV 追近前車之反應門檻. SDX 跟車間隔上限. 跟車行駛區. CLDV. 追近前車區 BX. OPDV 跟車間隔下限 前車車長. 避禍煞車區. AX. 撞車危險區. －DV. ＋DV 變大. 變小 兩車間隔. 圖 2-1-1. 行為門檻關係圖. 各行為門檻的涵義如下： (1) 靜態間距(AX) 觀測車在靜止時希望與前車所保持之車間距離。 (2) 最小安全間距(BX) 觀測車與前車車速相近時，欲維持之最小跟車間隔。 (3) 感知速差門檻(SDV) 在一較大間距下，跟車駕駛者對於速度差異(後車車速減前車車速)之感知門檻； SDV 愈大，觀測車安全需求愈高。由觀測車目前間距DX 與兩個隨機因子(安全因 子z1 及估計因子z2)計算而來。 (4) 跟車間距上限(SDX) 為顧及駕駛者判斷間距能力之差異，SDX 約在1.5~2.5 倍最小安全間距範圍內振 盪。. 10.
(25) 第二章 文獻回顧. (5) 間距漸減速差門檻(CLDV) 在一較小間距、間距漸減且速差為正之情況下，速度差異之門檻值，由SDV與隨機 因子計算而得。 (6) 間距漸增速差門檻(OPDV) 在一較小間距、間距漸增且速差為負之情況下，速度差異之門檻值，其值約為1~3 倍CLDV 值，此因為駕駛者通常對正在遠離物比正在接近物反應較遲緩的緣故。. 11.
(26) 第二章 文獻回顧. 第二節 車輛紓解特性及理論方法 疏解行為意指為綠燈期間內車輛離開交叉路口之過程，稱為車輛疏解。而疏解率則 定義為單位綠燈時間內之車輛疏解數。穩定疏解率(飽和流率)：為在車輛疏解過程中， 車輛疏解率呈現一穩定狀態，直至黃燈亮後，車流疏解漸趨停止，則此車流疏解率定義 為一〝穩定疏解率〞，通稱〝飽和流率〞，若換算為每綠燈小時則稱為〝飽和流量〞。. 壹、車輛疏解特性（鄭鼎煜，2005） 一、純小客車車流 由於無其它車種干擾，純小客車疏解過程為一平順狀態，其車輛疏解率由小變大， 然後又逐漸下降，趨於停止。. 紓解率. 綠燈時間. 圖 2-2-1 純汽車疏解示意圖. 二、純機車車流 由於機車體積、操作靈活，紅燈時段在路口形成等候線時，通常有向前集中，往橫 發展之趨勢，而在綠燈始亮前就已有若干機車起動穿越停止線。通常機車的疏解與汽車 不同，機車停等在路口亦不如汽車規律，就疏解特性而言，其疏解過程與汽車類似，疏 解率由小變大，然後又逐漸下降，趨於停止，然而機車前段疏解之變化率顯然較汽車之 疏解為大，之後疏解率逐漸下降，不像汽車呈現一穩定狀態。. 12.
(27) 第二章 文獻回顧. 紓解率. 綠燈時間 圖2-2-2 純機車疏解示意圖. 三、混合車流 台灣中央分隔、無分隔的車道及快慢分隔的車道，都屬於混合的車流，然而其車輛 間疏解的變化率，若以輛為單位，則介於純汽車與純機車之間，混合車流的疏解與汽機 車在交叉口混合停等特性，機車疏解對汽車影響有關，就停等特性而言，若機車在停等 時，是靠於汽車的兩側，則疏解時機車一般會靠汽車兩旁疏解，較為穩定，若機車在停 等時是交雜汽車隊前後，則疏解時，機車易傾向於側向行駛，汽車間存有空間，促使其 它機車鑽入造成汽機車間的摩擦，降低疏解率，此外機車斜停時，常表示要轉彎或變換 車道或靠邊行，此種情況亦增加汽機車之甘擾，而降低疏解率，另機車在停等時越線停 車，造成違規提早起動，減少起動延滯，增加路口違規的流量。. 貳、車輛穩定紓解間距 由於汽車在路口等候紓解時有依序停等與紓解的特性，使得停等之汽車車隊於路口 等候紓解時，若車道上只有小客車且紓解不受其它車流或行人干擾時，第一部停等車輛 之平均紓解間距大約在2.5 秒到3.5 秒之間，第二部停等車輛之平均紓解間距較第一部 停等車輛短，第三部停等車輛之平均紓解間距更短，到第四部或第五部車輛之後，平均 紓解間距趨向一穩定值(如圖2-2-3 所示)，此穩定之平均紓解間距稱為飽和間距。. 13.
(28) 第二章 文獻回顧. 等候車隊紓解間距︵秒︶. 飽和間距，H 秒 1. 2. 3. 4. 5. 7. 6. 8. 9. 10 11. 12. 停等車輛位置 圖2-2-3 車輛紓解示意圖 資料來源：台灣地區公路容量手冊（2001）. 一、許添本(1980)實地調查在台北市交叉路口發現，車流於綠燈始亮紓解時，自等候線 第五部車輛以後開始漸趨穩定，其平均最小間距為1.7 秒。而左轉專用車道，其 紓解間距相差約0.35 秒。顏上堯（1986）則提出在混合車流中，小客車的紓解形 式與純汽車車流相似，但較小，機車的紓解約於12 秒左右達穩定，而汽車紓解亦 於12 秒時達穩定。 二、蔡輝昇、羅彬榮(1986)則提出車隊於第四部車輛後，亦或約在綠燈亮後第12 秒後， 其平均紓解間距開始接近平穩。另外，並試圖推導國內車隊紓解間距與紓解時間 之預測函數，以車隊最前面第一輛車停車位置正下方為參考線，利用「時間－平 均通過車輛數圖」與「時間－紓解時間圖」兩種分析方法，分別求算車流紓解穩 定間距與損失時間。而在其所研究的國內交叉路口車隊紓解時間與車隊間距之特 性分析中得出D=2.07n+4.42 的預測方程式，其中：D 為第n 輛車紓解所需之時 間；n：車輛等候紓解的順序，而由該方程式可得知，預測的車隊起動損失時間為 4.42 秒，平均每輛車之紓解間距為2.07 秒。 三、美國公路容量手冊(HCM，1995)認為在綠燈開始之後，停等車大約在第四部車輛紓 解之後就會達到一穩定之最高值，其穩定紓解間距約為2.0~2.2 秒。 Greenshields(1947) 探討交叉路口之車輛紓解間距，其發現車輛停等位置會影響 平均紓解間距，且以第一部車輛之紓解間距為最大，而隨停車輛停等位置後移逐 漸遞減，於第五部車輛後呈一穩定紓解間距，其穩定紓解間距為2.15 秒。. 14.
(29) 第二章 文獻回顧. 四、王慶瑞(1982)利用實地攝影調查直行與左轉車輛進入交叉口之飽和流量情形，並將 車輛分為小客車、大客車、小貨車與大貨車，其分別於第九輛以後、第四輛以後、 第六輛以後以及第七輛以後達飽和流狀態，而平均紓解間距則分別為1.81 秒、 2.54 秒、1.97 秒與2.57 秒，均較歐美澳等國家小。 五、李承德(1997)指出公車在路口停等紓解的過程中，若前一輛車為小客車，則公車停 等位置在第五輛車後趨於穩定，紓解間距約為3.25 秒；若前一輛車亦為公車，則 公車停等位置在第四輛車後趨於穩定，紓解間距約為3.68 秒。 六、鄭鼎煜(2005)則是利用微觀分類跟車觀念，來描述交叉路口之車隊紓解行為，採取 觀察混合車流之方式，將車隊中車輛之間組合分為大車-大車、大車-小車、小車大車與小車-小車四種跟車紓解間距型態，了解不同組合之跟車紓解特性，並進行 觀察不同跟車車種間紓解間距之差異性與分析車隊結構之穩定位置。其結果發現 不同車種組合之跟車紓解型態，對於車隊後續之紓解有顯著之影響關係，而大小 車組合車隊之穩定紓解位置介於車隊第六輛至第十輛之間，且一車隊剛開始不穩 定之車輛紓解間距，不管其車種為何，皆會隨其位置後移而慢慢的遞減達到穩定 狀況，呈現一倒數關係模式。 七、Tong et al.(2002)利用類神經網路模式來模擬車輛紓解間距，並將車輛分為四種 型式，第一種型式包含為小客車與計程車，第二種型式為小貨車，第三種為中貨 車與大貨車，第四種則為公車，其可得平均紓解間距分別為1.96 秒、2.24 秒、 2.74 秒與3.79 秒。. 15.
(30) 第二章 文獻回顧. 表2-2-1 穩定車輛紓解間距 作者. 車種. 穩定紓解間距（秒）. 許添本（1980）. 小客車. 1.7. 蔡輝昇、羅彬榮（1986）. 小客車. 2.07. 美國公路容量手冊HCM. 小客車. 2.0～2.2. Greenshields（1947）. 小客車. 2.15. 小客車. 1.81. 大客車. 2.54. 小貨車. 1.97. 大貨車. 2.57. 左轉小客車. 1.92. 小車-公車. 3.25. 公車–公車. 3.68. 小客車、計程車. 1.96. 小貨車. 2.24. 中貨車、大貨車. 2.74. 公車. 3.79. 王慶瑞（1982）. 李承德（1997）. Tong et al.（2002）. 16.
(31) 第二章 文獻回顧. 表2-2-2 國內車流紓解文獻比較 作者. 目的. 車流紓解分析方式. 車種. 許添本（1980）. 在某一混合狀況下之飽和 流率模式. 間距法. 大小車、機車. 王慶瑞（1982）. 估計飽和流量及各種小客 車當量. 間距法、三時段調 查法. 大小客車、大 小貨車. 蔡輝昇、羅彬榮 （1986）. 建立車隊紓解間距與紓解 時間之預測函數. 間距法. 大小車. 李承德（1997）. 探討公車停靠對定時號誌 化路口容量之影響. 間距法. 大小車. 蔣靜宜（2002）. 機車飽和流量模式. 固定時段法. 機車. 劉力銘（2004）. 機車在混合車流下之紓解 模式. 三時段調查法. 機車. 鄭鼎煜（2005）. 大小車組合車隊紓解模式. 間距法. 大小車. 17.
(32) 第二章 文獻回顧. 参、車流紓解分析方式 從文獻回顧看來，針對交叉路口車流疏解過程分析的方法，主要可以分成四類來探 討，以下為各方法之理論定義： 一、間距法 屬於微觀法，此方法為測量飽和流率的基本方法，主要是於路口設定一基準線，於 綠燈時間計算車輛通過基準線的車間距，通常用於調查單一車道小汽車的疏解間距。 二、固定時段法 一般由綠燈亮起，取固定時段5 秒或6 秒，記錄車輛疏解數目。主要以一車道或路 口為衡量對象。在國外部份，英國以6 秒為準，而澳洲認為10 秒為準。至於機車分析， 一般取3秒則可。 三、三時段調查法 此方法為第二種方法的延伸，主要是將綠燈時間分為三階段。第一階段為起動階 段，此一時段內，包括了起動延滯；第二階段為飽和時段，此長度一直到車隊疏解時為 止；第三階段為其餘綠燈時段，亦為未飽和時段。 四、佔用道路面積比例法 由綠燈亮起取適當秒數為間隔，計算汽車佔用路面比例為疏解時間及距停止線距離 的關係。汽車主要是依跟車原理前進，而不同於機車有向前集中，向橫發展，所以車道 使用率一直保持穩定，而機車則急速驟減至路段水準。. 18.
(33) 第二章 文獻回顧. 表2-2-3 車流疏解分析方法比較 車種 機車. 汽車. 混合車流. 間距法. ※. ○. ※. 固定時段法. ○. ○. ○. 三時段調查法. ○. ○. ○. 佔用道路面積比例法. ※. ○. ※. 方法. ※不適當. ○可行. 資料來源：鄭鼎煜（2005）. 肆、影響疏解之因素 影響飽和流率車輛紓解數量的原因可分為號誌控制、交通組成、道路條件及其他因 素等四大類。 一、號誌控制 號誌控制方面可分時制及時相兩方面來探討，所謂時制是號誌中有關時相、週期及 時段長短之設計規定，當週期長度相同時，綠燈時間越長，最大之紓解車輛數越多。而 所謂時相是指在同一週期中所分成之時段，用以指導各方向交通之行止，當在一個週期 中所分成之時相越多，則雖車輛之行進較有規律，但若實際之轉向車流不足，則可能會 浪費該時相之設計而降低該路口之紓解車輛數。 二、交通組成 主要分成車種及轉向比例來探討，當該路段之車種越複雜，尤其當大型車越多時， 其飽和紓解率越低。當路段中車輛轉向比例大，而無專用車道或專用時相時，則車輛間 所造成之干擾會增加，致降低紓解車輛數，此外當對向車道之轉向交通量極多且又無相 關措施加以配合時，則其對路口之飽和紓解車輛數亦有極大之影響。 三、道路因素 在道路條件方面可分車道數、車道寬及是否有專用車道來探討。當該研究路段之車 道數越多則該路段所能紓解之總車輛數越多。而車道寬越寬時，車輛間彼此之干擾會減 少，駕駛人之心理壓力也會降低，而使紓解率增加。當有一定之轉向交通量需求時，專 用車道配合專用時相之設置可減少干擾之產生而使車流能順利行進，以增加紓解車輛. 19.
(34) 第二章 文獻回顧. 數。 四、其它因素 在其他因素方面可分駕駛人行為及環境（如氣候）等。由於駕駛人之行為各有差異， 對於紓解率之影響也各有不同。在環境方面，一般而言當雨天或視線不良時，會降低該 路段之紓解車輛數。. 20.
(35) 第二章 文獻回顧. 第三節 車輛飽和流率 在紓解特性的研究上，飽和流率的探討通常都是最終的目的，因此本研究針對過去 有關飽和流率之相關研究做一簡單之回顧。. 壹、飽和流率定義 飽和流率(Saturation Flow Rate)一般定義為在綠燈期間，等候之車隊通過停止線 之最大穩定的離去率，其衡量對象依不同需求可以分為車道、流動或路口等。以小時為 單位，則稱為飽和流量(Saturation Volume)。而根據美國公路容量手冊(HCM，1995) 的定義：「飽和流率是號誌化路口的臨近路段或車道群，在正常的交通與道路狀況下， 所能通過之最大車流量。同時此臨近路段或車道群的可利用時間為一小時有效綠燈時 間，故其計算單位為每小時有效綠燈的最大可通過車輛數」，圖2-3-1 即為飽和流率之 示意圖。圖中顯示，在一個有效綠燈時間內，由於起動延滯與時制轉換等情況的影響， 使得飽和紓解的穩定狀態，僅出現於中間的某一個時段。因此在推估飽和流率時，以此 穩定時段為基礎。. 等候車隊紓解率. 飽和流率（3600/H 輛/小時）. 綠燈. YR. YR＝燈號轉換時段. 圖2-3-1 飽和流率示意圖 在進行路口容量分析或擬定時制計畫時，飽和流率經常被用來預測在一給定的綠燈 時間內，可以通過多少車流量，若估計之飽和流率較實際飽和流率大，會使得可以在綠 燈時間內通過的車輛數被高估，連帶影響對於車流延滯與道路服務水準的判斷。 以小汽車而言，在車隊開始紓解時，因駕駛人反應時間與加速會有起動延滯，無法 以最大穩定的紓解率通過路口，所損失的時間稱為起動損失時間(StartingLost Time)。在紓解4、5 輛車後，車間距會逐漸趨於一致，當號誌由綠燈轉為黃燈，部份車. 21.
(36) 第二章 文獻回顧. 輛會選擇停等，因此無法達到最大穩定的紓解率，而有停止損失時間(Ending Lost Ttime) 的產生。Webster(1958)以圖2-3-2說明有效綠燈(Effect GreenTime, g)、飽和流率與 損失時間之關係，Webster 認為在一飽和時相中，於綠燈開始前幾秒或即將轉為紅燈 時，車輛紓解率會較低，而有損失時間(Lost Time)，車輛可以一穩定最大的紓解率離 去的時間，則稱為有效綠燈時間。在圖中最大的紓解率為飽和流率，紓解曲線下的面積 即為在此時相可以紓解的車輛數，假設以一相同面積的長方形來取代此紓解曲線，其中 高度等於飽和流率，寬度即為有效綠燈時間，綠燈時段加上黃燈時段扣除有效綠燈時間 即為損失時間，關係式如式（4）所示： g=G+Y-L （4） 其中，g 為有效綠燈時間 G 為綠燈時間 Y 為黃燈時間 L 為損失時間. 綠燈時間車輛紓解率. 飽和流率. 時間. 損失時間. 有效綠燈時間 圖2-3-2 飽和時相圖. 22. 損失時間.
(37) 第二章 文獻回顧. 貳、影響飽和流率之因素 飽和流率會因不同情境而改變，因此應視不同道路幾何特性與車流狀況調整理想的 飽和流量，以符合實際情形。一般所考慮影響飽和流量的因素包括(交通部運輸研究所， 2001)： 1. 車道數 2. 車種組成 3. 轉向分配 4. 坡度 5. 道路分隔型態 6. 交叉路口地點 7. 公車站影響 8. 路邊停車. 参、飽和流量相關研究 飽和流量乃指現有狀況下之最大穩定車流量。各國因應不同交通特性及作業方式， 而採用兩種不同的推估方法。其一是以路口寬為基礎，另一則以車道寬為基礎。比較各 國號誌化交叉路口容量分析方法，則其推估方式、飽和流量基本值及單位如表2-3-1。 各國容量手冊或相關研究報告所採用調查方法雖有不同，但均以穩定飽和紓解率為分析 基礎。. 23.
(38) 第二章 文獻回顧. 表 2-3-1 各國飽和流量推估基礎與單位比較 國家. 推估基礎. 計算單位. 基本飽和流量. 美國. 車道群. 車輛數/綠燈小時/車道群. 1800. 英國. 路口. 小客車/綠燈小時. 1850. 澳洲. 車道. 車輛數/綠燈小時. 1850. 瑞典. 車道. 車輛數/綠燈小時. 1700. 加拿大. 車道. 小客車/綠燈小時. 1800. 南非. 車道. 車輛數/綠燈小時. 1900. 資料來源：鄭鼎煜（2005） 而國內對混合車流狀況下飽和流量之研究是以調查法、模擬法分別求得。 一、張學孔(1982)經由實地分析快車道飽和流量為2,080 直行小汽車/小時，右轉專用 道為1,945 小汽車/小時，並推估直行機車飽和流量約在6,000~7,500Mcu/小時之 間。 二、王慶瑞(1986 )以平均車間距法計算快車道飽和流量，得1,989 小客車/小時；1,417 大客車/小時；1,827 小貨車/小時；1,406 大貨車/小時。 三、蔡輝昇等(1986)以車隊紓解特性分析行車間距，並經由迴歸分析計算，結果指出， 在7%的大型車混合比下，飽和流量為1,740 車輛/小時。 四、顏上堯(1986)以『二時段』及固定時段調查法推估飽和流量，並經由大樣本調查方 式，進行迴歸分析，計算各種路型下飽和流量，以3.5m 車道寬為標準，中央分隔 路型為1998 小客車/小時，快慢分隔及中央加快慢分隔路型是1966 小客車/小 時，無分隔路型之快車道為1896 小客車/小時。 五、劉力銘(2004)以間距法得8.0 公尺寬的混合車道中，機車之實際紓解率最大 介於8616 輛/小時與8695 輛/小時之間。. 值應. 從上述各研究中，可以知道對於飽和流量的求法，主要可分為電腦模擬法與調查分 析法兩大類。而調查分析法中，又可分為間距法與固定時段法，前者以平均相鄰兩車之 間距推估飽和流量；後者則以固定時段內通過之車輛數推估之。. 24.
(39) 第二章 文獻回顧. 第四節 號誌化交叉路口車輛延滯 號誌化交叉路口車輛延滯理論模式的推演與發展主要目的在衡量車輛在路口之延 滯量，由於歷來對於延滯的定義與分類不同，因此所發展的解析模式也各不同。交叉路 口車輛延滯研究以固定週期時制（Fixed Cycle）之號誌化交叉路口為主要對象，先考 慮未飽和（non-saturated）的車流情況，再擴展到過飽和（over-saturated）的車流 狀況，進而探討依時需求（time dependent demand）與車隊（platoon）到達的情形。 茲將有關交叉路口車輛延滯定義、種類及延滯的相關模式等重要研究之回顧敘述於后。. 壹、延滯之定義 延滯為當車流（車輛）在路段上行駛時，被某種因素（如車流間對向或側向車輛、 混合車流；車輛本身的性能等）的摩擦干擾以及交通管制設施等之影響或阻滯，使車輛 無法以自由速率（free flow speed）行進，致行駛時間發生了阻延和失誤。簡單的說 延滯為「實際行駛時間」與「以自由速率行駛所需的時間」的差（魏健宏，1992）。1985 年HCM對延滯的廣義解釋為「當車輛駕駛者或乘客行經一路口或路段，除合理通行時間 外，所額外增加的行車時間。」（TRB，1985），若應用在號誌化交叉路口，則可定義 為當車輛通過路口時，因受到路口各項交通、幾何與管制條件（如號誌、車流量、路型 等因素）影響所需花費的總時間，減去完全沒受到任何因素影響而通過路口的總時間， 則稱為總延滯值（Total delay）。 一、依照Allsop（1972）之定義為「設在進入臨近路口路段（Approach）前與後皆有一 參考點，車輛到達此區間時，因受號誌時制的影響而減速或停止，因此延滯係指 車輛經過該區間的實際旅行時間與不受交叉路口影響的旅行時間差」因此交叉路 口延滯可，分為以下三種（蔡輝昇，1990）： （一）臨近路段延滯（Approach Delay） 依車輛花費在路口的總時間與其以自由車流速通過的時間差，包括車輛在臨進路 段（Approach section）內的加減速、變換車道、受其他車輛的干擾以及停等所 產生的時間延滯；因此，路口延滯可再細分為減速延滯（到達路口時）、固定延 滯（停等延滯）、起動延滯（離開路口），以及轉向延滯等。 （二）車隊時間延滯（Time in queue Delay） 依車輛花費在車隊內的總時間，即由接在車隊之後起算，直到通過停止線為止。 （三）停等延滯（Stopped Delay）. 25.
(40) 第二章 文獻回顧. 依車輛在交叉路口煞停的時間長度，即車輛輪胎鎖定不動的時間損失。 二、McShane 等人（1994）則將延滯分為四種，如圖2-4-1 所示，有（1）停等延 滯：當路口號誌為紅燈，一車輛所必須停止的總時間，即車輛輪胎鎖定不動的延 時；（2）臨近路段延滯或路口延滯：包括停等延滯和加減速所產生的損失時間； （3）旅行時間延滯：駕駛者行經一路口所期望總時間與實際需要時間的差距和； （4）等候延滯：一車輛加入路口等候車隊到離開停止線的總時間，其只能以追蹤 方式求得。由上述定義和圖2-4-1 可知，一般情形下，旅行時間延滯>臨近路段延 滯>等候延滯>停等延滯。. 距離. 期望速率 實際速率 D2 D1：停等延滯. D3. D2：臨近路段延滯 D3：旅行時間延滯 D1. 時間 圖 2-4-1 停等延滯、臨近路段延滯和旅行時間延滯. 貳、延滯模式 交叉路口延滯是衡量路口服務績效最重要的指標之一，而衡量交叉路口延滯值以實 地觀測所得到數據最為準確；由於各路口的交通、幾何與控制況狀不一，若要依不同的 路口分類對各路口實地調查，則是相當耗時費力的工作。發展號誌化交叉路口延滯模式 的目的，即在考慮路口的資料條件後，以單一數學式來估算個別路口的車輛延滯，進而 評定其服務績效。. 26.
(41) 第二章 文獻回顧. 關於車輛延滯的估計，過去的研究依其影響變數與到達型態不同而提出不少估計方 程式。一般考慮的影響因素，主要有到達率、飽和流率、週期長度、有效綠燈時間、或 I－ratio（即到達車輛的變異數與平均數之比）等。以下則分別敘述各模式之特性及優 點： 一、最早的延滯模式由Clayton（1976）所提出，假設車輛是在同一規律型態到達交叉 路口，即呈現Regular Arrival 所得車輛平均延滯如下式： d＝C（1－λ）/2（1－y） （5） 其中d 為平均每車延滯，C 為週期長度，λ＝g/C，g 為有效綠燈時間，y＝q/s， q 為車輛到達，s 為飽和紓解率。此式成為以後各延滯模式的基礎。但其假設過 份簡單，車輛規則到達與實際情形不符，易低估實際的延滯，也無法估算過飽和 （Overflow）情形之延滯。 二、延滯公式最著名者為1985 年Webster所建立，其假設到達方式為Poissonarrival， 綠燈一亮，車流即以飽和車流率駛離路口的停止線，利用模擬技術與迴歸方法， 獲得平均每車延滯d 如下式： d＝［C（1－λ）/2（1－y）］＋［x2/2q（1－x）］－0.65［C/q］1/3x（2＋5λ）（6） 其中第一項為Uniform delay，係在到達率為q 之假設下，所產生之平均延滯；而 第二項則為到達率為Poisson 分配時之額外的變動量，又稱為Randomdelay；第三 項為模擬而得之修正值。其理論基礎比較完整，故目前仍被廣泛使用。其缺點在 當x 趨近1 時，平均延滯（ d ）急速增加，乃因其假設系統已在穩定狀態下，然 此假設並不合乎實際路口的交通狀況。一般在應用上，因第三項約為總平均延滯 的5-15％，所以多採用下列型式： d＝0.9﹛［C（1－λ）2/2（1－y）］＋［x2/2q（1－x）］﹜（7） 三、1985 年美國公路容量手冊（HCM，1985）中亦提出號誌路口車輛延滯之計算公式： d＝0.38C（1－λ）2/1－y＋173×x2×［（x－1）＋√（x＋1）2＋（16x/Q）］（8） 本公式在估計每車平均之停等延滯，其中第一項為均勻延滯（uniformdelay）， 第二項為考慮因溢流而變動的延滯量，稱為漸增延滯量（uniformdelay）。其中Q 為容量，此式在是估計每車的停等延滯，在0 < x <1.0 時合理，但當x >1.2 時 便不適用。上述HCM 延滯公式為假設車輛以隨機方式（random arrival）到達路 口，但大部分都市幹道的路口號誌皆有連鎖，亦即將路口車輛到達狀態會受到上 游路口號誌影響。而呈現車隊（platoon）到達狀態，所以HCM 依照各種不同的因 素，如號誌種類、車道群種類、v c 值以及五種車輛到達路口狀態，分別制定其 調整因子（platoon factor, PF），在實際操作時將路口停等延滯算出後，選定. 27.
(42) 第二章 文獻回顧. 適合路口狀態之調整因子，以作為調整此路口實際停等延滯之「乘數」，相乘後 得到更適合此路口的停等延滯值。. 28.
(43) 第二章 文獻回顧. 第五節 鐵路平交道設置標準與運作原理 鐵路車輛與公路車輛因為車輪構造與運作原理的不同，各自在不同型式的運輸路網 上運行。但因為經費或是地理環境的限制，使得兩種不同運輸網路需要共用同一空間， 這時便需要一管制方式來區隔鐵路車流跟公路車流，此一管制地帶即為平交道。考量鐵 路車輛的動量大而車輪摩擦力小，由高速制軔到完全停止時要比公路車輛行走更長的煞 車距離，因此在管制方式上都是以鐵路車輛具有優先通行權，當無列車通過需求時才把 通行權轉移到公路車流。 依據交通部頒定之「鐵路立體交叉及平交道防護設施設置標準與費用分攤規則」第 14 條（1996）之規定，鐵路平交道分為四種，分別為第一種平交道、第二種平交道、 第三種平交道與第四種平交道，以瞭望距離、列車班次跟公路交通量作為平交道等級的 防護依據。杜怡和（2003）指出，台鐵平交道現行種類，有第一種平交道、第三種甲平 交道、半封閉平交道、人工控制式平交道與專用平交道。除了人工控制式平交道以外， 其他型式平交道的警報啟動方式都是透過軌道電路原理，由設在平交道外方約1100 公 尺處的繼電器感應列車經過而發送啟動訊號。在台鐵現行列車最高時速130 公里的運行 條件下，警報時間可滿足「道路交通標誌標線號誌設置規則」（2003）之要求。鐵路平 交道除依規定設置標誌外，台鐵現行各種平交道的設置標準跟運作原理說明如下： 一、第一種平交道 設遮斷器、警報裝置與雙閃紅燈，晝夜派看柵工駐守。當列車接近平交道前 一至二分鐘，接近電鈴鳴響並自動啟動警報裝置與雙閃紅燈，看柵工視人車離開 平交道區域後放下柵欄。列車通過後自動啟動警報裝置與雙閃紅燈自動停止，看 柵工手動操作將柵欄升起開放人車通行。 二、第三種甲平交道 設自動遮斷器、警報裝置與雙閃紅燈，不派看柵工駐守。平交道運作採用軌 道電路方式自動控制。當設置在平交道外方約1100 公尺處的繼電器感應列車接近 而發送啟動訊號後，雙閃紅燈與警報器自動啟動，待六至八秒後遮斷器自動下降， 大約再十五秒後列車就會通過，該時間間隔視該平交道設置地點距離車站遠近而 有差異。列車通過完畢後警報裝置與雙閃紅燈自動停止作用，遮斷器也自動升起 開放人車通行。若道路設有分隔島之平交道，遮斷器放下的順序會從車道入口處 先行放下，出口處遮斷器會延後數秒才放下以使進入平交道的人車能順利離開此 一區域。 三、半封閉平交道 設警報裝置與雙閃紅燈，不派看柵工駐守。道路口以鐵條或水泥柱縮小成1.6 公尺以下來限制只允許機慢車跟行人通行。自動警報器與紅閃光燈的運作如同第. 29.
(44) 第二章 文獻回顧. 三種甲平交道。然為提升安全性，部分本類型平交道加裝遮斷器，即安全防護措 施完全比照第三種甲平交道。 四、人工控制式平交道 設警報裝置與雙閃紅燈，不一定有遮斷器設施。欲經過的列車需在平交道前 一度停車，由車長或是看柵工啟動警報器後，再行通過平交道，最後同樣由車長 或看柵工解除警報器裝置以放行公路車輛通過。本類型平交道多用於列車稀少的 貨運支線。 五、專用平交道 屬於個別公司行號的專用平交道，並由使用單位負責管理，平交道防護措施 依各公司需要而有不同的設置。 鐵路帶來的人潮貨流繁榮所經之處，但鐵路同時也阻隔左右兩側市鎮的社經交流。 平交道設置不僅無法滿足公路往來需求，在鐵公路車流均密集的情況下每個平交道都是 瓶頸點與隱藏的衝突點。因此政府於70 年代開始規劃都會區鐵路地下化工程，期望鐵 公路以立體交叉的方式達到各自運行順暢的目的。然鐵公路立體交叉工程所費不貲，搭 配封閉小型平交道措施，平交道數目從89 年底的736 處降低到93 年底的652處，五年 來減少84 處，平均每年減少3%，但花費可用百億新台幣作計算。在經費有限與工程經 濟效益考量下，大部分的平交道仍將保持原本型式以繼續肩負區隔鐵公路車流的職責。. 30.
(45) 第二章 文獻回顧. 第六節 綜合評析 本研究針對微觀車流理論、車輛紓解特性及理論方法、車輛飽和流率、號誌化交叉 口車輛延滯及鐵路平交道設置標準與運作原理作一相關文獻之回顧，俾從文獻回顧內找 尋本研究相關之理論基礎進而納入本研究號誌時制計畫整合設計模式之建構。相關文獻 回顧評析如下： 一、微觀車流理論 係假設車輛在行駛過程中，會與前車保持一定之安全距離，最早發展於 1950 年代， 由 Reuschel（1950）和 Pipes（1953）提出。一般常用的跟車模式有「四大限制方程式」 、 「刺激-反應方程式」及「行為門檻模式」等三種，本研究係採用行為門檻模式來建構 跟車行為，以同時考慮速率差與車間距作為行為變化的決策條件，駕駛者會根據路況中 的時空間距變化，對應其決策門檻而進行行為調整。 二、車輛紓解特性及理論方法 疏解行為意指為綠燈期間內車輛離開交叉路口之過程，稱為車輛疏解。而疏解率則 定義為單位綠燈時間內之車輛疏解數。穩定疏解率(飽和流率)：為在車輛疏解過程中， 車輛疏解率呈現一穩定狀態，直至黃燈亮後，車流疏解漸趨停止，則此車流疏解率定義 為一〝穩定疏解率〞，依本研究相關文獻回顧一般車輛之穩定紓解間距約為 1.7 至 2.54 秒。而影響車流紓解之因素可分為號誌控制、交通組成、道路條件及其他因素等四大類。 三、車輛飽和流率 飽和流率(Saturation Flow Rate)一般定義為在綠燈期間，等候之車隊通過停止線 之最大穩定的離去率，其衡量對象依不同需求可以分為車道、流動或路口等。以小時為 單位，則稱為飽和流量(Saturation Volume)，本研究根據美國公路容量手冊(HCM，1995) 之定義為1800車輛數/小時。而影響飽和流率之因素可分為車道數、車種組成、轉向分 配、坡度、道路分隔型態、交叉路口地點、公車站影響、及路邊停車等八大項。 四、號誌化交叉口車輛延滯 號誌化交叉路口車輛延滯理論模式的推演與發展主要目的在衡量車輛在路口之延 滯量，由於歷來對於延滯的定義與分類不同，因此所發展的解析模式也各不同。交叉路 口車輛延滯研究以固定週期時制（Fixed Cycle）之號誌化交叉路口為主要對象，先考 慮未飽和（non-saturated）的車流情況，再擴展到過飽和（over-saturated）的車流 狀況，進而探討依時需求（time dependent demand）與車隊（platoon）到達的情形。 五、鐵路平交道設置標準與運作原理作 依據交通部頒定之「鐵路立體交叉及平交道防護設施設置標準與費用分攤規則」第 14 條（1996）之規定，鐵路平交道分為四種，分別為第一種平交道、第二種平交道、 第三種平交道與第四種平交道，以瞭望距離、列車班次跟公路交通量作為平交道等級的. 31.
(46) 第二章 文獻回顧. 防護依據。杜怡和（2003）指出，台鐵平交道現行種類，有第一種平交道、第三種甲平 交道、半封閉平交道、人工控制式平交道與專用平交道。除了人工控制式平交道以外， 其他型式平交道的警報啟動方式都是透過軌道電路原理，由設在平交道外方約 1100 公 尺處的繼電器感應列車經過而發送啟動訊號。在台鐵現行列車最高時速 130 公里的運 行條件下，警報時間可滿足「道路交通標誌標線號誌設置規則」（2003）之要求。. 32.
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