應用模擬於高速公路電子收費站之績效評估

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亞東技術學院

應用模擬於高速公路電子收費站之績效評估

沈育樹

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劉家駒

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楊菁倩

***

摘要

本研究針對高速公路收費亭導入電子收費(Electronic Toll Collection, ETC)的使用後，對整體系統服務、環保與能源消耗三方面探討，分析實施績效。在系統服務方面，本研究利用模擬工具模擬收費亭收費作業，分析收費亭在導入ETC後各種車種在收費亭前的等待時間，判斷導入ETC是否有改善交通流量。在環保方面，在高速公路收費站，因導入ETC後，分析排放污染物，包括CO、HC與NOx三種污染物，因導入ETC後，ETC車道以一定速行駛通過收費亭，而其他車道仍以減速-停止(收費)-加速方式通過收費亭，在排放污染物上可能將有差別。在能源消耗方面，分析油耗型態，針對導入ETC後之油耗分析，此亦作為模擬模式的輸入參數。進而建立模擬模式，並分析未來可能情況下之各種輸出數據。關鍵詞：高速公路、ETC、模擬

壹、緒論

近年來由於高速公路的車流量明顯增大。過去對行駛高速公路用路人，收費站利用服務人員收取現金並找零及回數票等方式收取費用，傳統的收費站收費模式採用「減速(停車)繳費，加速離去」，造成收費亭前等待車輛的等待時間過長，甚至影響未接近收費站的車輛而造成交通事故，再者車輛加速、減速的過程亦非常消耗油料，並且收費站空氣污染現象會造成服務人員暴露在高污染環境中。所以本研究利用模擬工具建立收費亭收費作業，分析收費亭在導入ETC前後各種車種在收費亭前等待時間，判斷導入ETC是否有改善交通流量。在環保方面，在高速公路收費站，因導入ETC後，分析排放污染物，包括CO、HC與NOx三種污染物，因導入ETC後， ETC車道以一定速行駛通過收費亭，而其他車道仍以減速-停止(收費)-加速方式通過收費亭，在排放污染物上可能將有差別。在能源消耗方面，分析油耗型態，針對導入ETC後之油耗分析，此亦作為模擬模式的輸入參數。進而建立模擬模式，並分析未來可能情況下之各種輸出數據。高祥和張曉升[1]說明現在日本已經在全國範圍內的所有高速公路收費站開通 ETC 系統，收費站點總數超過 2000 個，用戶數量達至 4000 萬輛。ETC 車道的利用率已經達到 86％。預計到 2015 年日本國內 ETC 產業貿易額將累計達數億日元，並能創造超過一百萬的就業機會。隨著智慧運輸系統為解決車輛通行速度緩慢，道路擁堵問題，降低公路對資源的使用、減少碳的排放、降低運營成本的道路收費方式--電子收費 ETC 系統，正全面普及到世界各地的道路交通行業。Al-Deek 等人[3]說明奧蘭多橘郡(Orlando-Orange County)快速道路之電子收費系統，模擬實際狀況提出在電子收費系統實施後的效益，此文考慮空氣污染和社會成本，收集資訊包括服務

* _{作者為中州科技大學行銷與流通管理系助理教授。} ** _{作者為亞東技術學院行銷與流通管理副教授。} ***_{作者為中州科技大學行銷與流通管理系助理教授。}

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時間(service time)、兩輛車離開間隔時間(inter-vehicle time)、車道的容納車量(capacity)、車道的容納車流量 (throughput)及等候延遲等資訊。Al-Deek 等人[4]和 Al-Deek[2]以 ETC 收費站為對象，利用模擬判斷在車輛種類 (E-Pass (ETC users only))、人工收費(manual)，自動硬幣收費(automatic coin machine)，分別佔一定百分比，例如 ETC 車輛比例在 20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％等之下，在車輛種類(vehicle types)所佔百分比不同下，各項績效指標的變化，績效指標包括收費亭延遲的尖峰時間(peak hour plaza delay)、每車種平均等待時間 (average queuing delay per vehicle)、每小時車流量(throughput during peak hour)等之變化情形。

Worrall[12]描述佛羅里達州橘郡高速公路電子收費系統，研究發現等候長度小於 ETC 發展之前存在的系統，時間延遲降低到非常小的水準，在奧蘭多區域的空氣污染品質改善，平均等待延遲降低超過每輛車 1 分鐘，最大等待延遲降低至每輛車 2.5 至 3 分鐘，總延遲量為每輛車在尖峰時間降低 8.5 至 9.5 車輛小時，CO(一氧化碳)降低 7.29 百分點(整個)，每輛車降低 28.8 百分點，HC 增加 2.65 百分點(由於增加了百分之 30％的交通流量) 及每輛車 HC 有 21.1 個百分點降低。 Lay 和 Daley [6] 說明在澳洲莫爾本城市於 1996 年至 2000 年建造連接其他公路和附近機場、海港和州之間鐵公路的高速公路，此高速公路使用電子收費系統。文中將車輛分類，分別為大卡車、聯結車、巴士、小型車等。Mohamed 等人[9] 說明佛羅里達州橘郡的收費道路的電子收費系統，此電子收費系統稱為 E-Pass 系統，文中提及收費站之雙向可用車道(reversible lanes)劃分，與台灣目前收費站相同，分別在離峰或尖峰時間(peak or off peak)來規劃車道的劃分。

其他相關文章包括，Ogden [10] 描述高速公路電子收費系統的隱私權議題。Kim 和 Hwang [5] 針對韓國首爾(Seoul)的快速道路收費系統，分析尖峰與離峰時間。McDonald Jr.和 Stammer Jr. [8] 描述高速公路收費站(Toll Plaza)的設計指南。Saka 等人[11]對 ETC 實施的空氣污染，例如 HC、CO、NOx 等不良氣體估計影響。Levinson 和 Chang [7] 站在使用人角度來看 ETC 應有的折扣選擇，說明 ETC 的存活率(survival rate)及時間價值（對不同使用人）等。

本研究利用模擬軟體Arena建立模擬模式，Arena是一套離散事件模擬軟體 (discrete event simulation)，離散事件模擬就是依據程序流程及其限制來建構系統，可依時間運算執行，並檢核改變系統狀態的事件。模擬高速公路收費亭收費作業，特別針對ETC導入後分析，發展關於三方面的整合，首先是服務系統方面，分析ETC系統在現況與未來服務導致的影響。在環保方面，分析污染物排放，是否影響環境狀況。並在能源消耗方面，由於目前油價高漲，且趨向減少油類能源的使用，分析油耗程度的影響。本研究將分整體與各別車種分析，以期求得實際資訊。如圖1所示。服務系統等待時間(waiting time) 模擬(simulation) 能源消耗油耗(fuel consumption) 環保擴散物(emissions) 高速公路

ETC (Electronic Toll Collection)

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貳、收費站模擬模式

首先說明確定關鍵收費站。第二小節描述所收集之資料。第三小節建立模擬模式。第四小節說明模擬模式驗證。 一、確定收費站 本研究以台灣國道 1 號高速公路作為實際的測量與研究分析對象。因為國道 1 號高速公路的泰山收費站平均每日流動量為其他所有收費站之冠，所以本研究以泰山收費站為探討對象。 二、資料收集 本研究以泰山收費站作為研究對象，因為泰山收費站是車流量最大的收費站，以泰山收費站之資料做為統計標的，較能顯現出 ETC 與普通回數票和找零的收費方式的差距。因收費站辦公室坐落於南下方向，為顧及方便與安全性，僅收集由北至南方向之資料。目前泰山收費站收費方式，劃分為：ETC 小型車車道 2 道、小型車回數票車道 4 道、小型車現金與回數票車道 2 道、ETC 大型車車道 1 道與大型車現金與回數票車道 1 道。實際至泰山收費站收集一小時之車流量，將車輛種類分為：ETC 小型車、ETC 小貨卡、回數票小型車、回數票小貨卡、現金回數票小型車、現金回數票小貨卡、ETC 大貨卡、ETC 連結車、ETC 巴士、現金回數票大貨卡、現金回數票連結車與現金回數票巴士，共分 12 種車種。分別統計此一小時中個別車種通過泰山收費站之數量。本研究並測量服務人員服務時間，服務時間分別測量小型車回數票車道服務時間 50 筆、小型車現金與回數票車道服務時間 50 筆與大型車現金與回數票車道服務時間 50 筆。統計其平均值與標準差，作為模擬模式之輸入值。如 表 1 所示。 表 1. 服務時間之平均值與標準差(秒) 平均值標準差小型車回數票車道服務時間 2.64 0.50 小型車現金與回數票車道服務時間 5.33 1.25 大型車現金與回數票車道服務時間 5.99 1.02 在環保方面，分析排放污染物，包括 CO、HC 與 NOx 三種污染物，在資料收集上，一是以交通部公佈之「交通工具空氣污染物排放標準」，分為惰轉狀態與行車狀態之測定數據。另一方面則以 Saka 等人[11]文獻所列示排放 CO、HC 與 NOx 比例數據代入模擬模式，進而得到分析結果。本研究在此部分僅針對小型車(小客車) 分析。在能源消耗方面，分析油耗型態，在資料收集上，以車輛耗能研究網站所示之「國產小客車合格車型油耗測試資料表」及交通部公佈之「車輛容許耗用能源標準及檢查管理辦法」，選擇一小型車為分析對象，其中資料顯示高速耗油及低速耗油之統計分析，透過此資料作為導入 ETC 後之油耗分析，此亦作為模擬模式的輸入參數。進而建立模擬模式，並分析未來可能情況下之各種輸出數據。 三、建立模擬模式 本研究從高速公路局(高公局)獲得數據顯示，泰山收費站北端至收費亭長度為 266 公尺，收費亭至南端長度為 491 公尺。為模擬實際狀況，特於收費站頂端照相，使模擬模式與實際一致，如照片 1 與照片 2。由照片中可知北端主線道有 4 條，南端主線道有 5 條。

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照片 1. 收費站北端照片 2. 收費站南端

本研究將泰山收費站北端與南端按實際距離分為四段。其中 ETC 車道速限為 50 公里/小時，而交通法規規定，進入收費站速限為 70 公里/小時。在進入收費站前第二段，車輛駕駛將選擇收費亭車道，由北端 4 條主線道出來之車輛，經由轉換車道，確定要駛入何收費亭車道，交通法規規定不可行駛錯誤車道。本研究假設若屬於 ETC 車種則進入 ETC 車道，若屬於回數票車種則進入回數票車道，若屬於現金回數票車種則進入現金回數票車道，小型車與大型車皆同。收費站北端模擬動畫畫面如圖 2 所示，收費站南端模擬動畫畫面如圖 3 所示。觀察泰山收費站發現，由北端至南端流向，收費亭有 11 道，其中第 10 車道為小型車現金回數票車道，在兩大型車車道中間，此為便利收費站辦公人員及警局車輛行駛，故在模擬模式中忽略不計。

圖 2. 收費站北端模擬動畫畫面圖 3. 收費站南端模擬動畫畫面 四、模擬模式驗證 在現狀之模擬模式輸出結果顯示，進入系統之車輛(例如回數票小型車)在系統中平均移動時間約為 45 秒，經由人工計算並在相當速度下，行駛北端至南端共 266+491=757 公尺距離，在系統中移動時間與模擬模式輸出結果一致。本研究收集一小時車流量約 5500 多輛，模擬系統中離開系統車輛與其一致。因本研究假設車輛產出為指數分佈，服務人員服務時間為常態分佈。

參、模擬輸出數據分析

一、車輛數遞增的影響 (一)目前現況（兩個 ETC 收費亭車道）車輛數遞增的影響 在目前現況為兩個 ETC 收費亭車道下，車輛數以 2％的遞增速度遞增，從遞增 2％至遞增 10％止，各車種

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等待時間變化圖如圖 4 所示。從另一個角度來看，本研究從各種收費亭的角度來看，在增加車輛數從 2％遞增至 10％止，各收費亭前等待車輛等待時間大部分皆因數量增加，等待時間因而增加只有回數票小型車第 3 車道在遞增 6％時，等待時間減少，與回數票小型車第 4 車道在遞增 2％時，等待時間減少，其餘皆因車輛數遞增，而等待時間皆增加。總油耗平均成長 6.4％、ETC 車道油耗平均成長 4.46％、回數票車道油耗平均成長 7.56％、現金回數票車道油耗平均成長 5.62％。依據交通部交通工具空氣汙染物排放標準為模擬輸入參數，顯示車輛排放 CO、HC 與 NOx 的最高排放標準，超過此排放標準則車輛不合格，依此數據作為模擬輸入參數，透過模擬結果顯示，在總車數數量遞增 2﹪下的排放 CO、HC 及 HOx 呈現 1.53﹪的負成長而從 4﹪至 10﹪分別是 5.12 ﹪、5.66﹪、5.46﹪及 7.58﹪的正成長，正成長與負成長百分比分別為與上一組數據增加或減少百分比。本研究認為針對 ETC 車種車輛而言，在總車數增量 2﹪下，而在 ETC 車數比例的同等增量下呈現負成長。等待時間 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 現況 2% 4% 6% 8% 10% 秒 ETC小型車現金回數票大貨卡現金回數票連結車現金回數票巴士 ETC小貨卡回數票小型車回數票小貨卡現金回數票小型車現金回數票小貨卡 ETC大貨卡 ETC連結車 ETC巴士 圖 4. 兩個 ETC 收費亭車道在車輛數遞增的影響圖 (二)三個 ETC 收費亭車道下車輛數遞增的影響 在狀況為三個 ETC 收費亭車道，車輛數以 2﹪的遞增速度遞增，從遞增 2﹪至遞增 10﹪止，各車種等待時間變化圖如圖 5 所示。而當 ETC 車道擴增為 3 車道時，又車輛數遞增至 10%時，最臨近的回數票車道等待時間約為 25 秒，此原因為回數票車種需變換車道至回數票車道。而最臨近的車道為最臨近 ETC 車道的回數票車道，所以導致此回數票車道大塞車，因此若擴充 ETC 車道至三個車道時需注意此問題。等待時間 0 5 10 15 20 25 30 現況 2% 4% 6% 8% 10% 秒 ETC小型車現金回數票大貨卡現金回數票連結車現金回數票巴士 ETC小貨卡回數票小型車回數票小貨卡現金回數票小型車現金回數票小貨卡 ETC大貨卡 ETC連結車 ETC巴士 圖 5. 三個 ETC 車道下車輛數遞增的影響圖

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(三)四個 ETC 收費亭車道下車輛數遞增的影響 如圖 6 顯示等待時間趨勢圖，大部分等待時間皆因總車輛數增加而增加，其中對於回數票小型車與回數票小貨卡的等待時間至 10﹪的遞增下大約為 40 秒，此為需要注意之處。除 ETC 小型車在 2﹪遞增下等待時間呈現負成長，其餘皆呈現正成長，其中第三車種﹙回數票小型車﹚與第四車種﹙回數票小貨卡﹚等待時間成長幅度最大。等待時間 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 現況 2% 4% 6% 8% 10% 秒 ETC小型車現金回數票大貨卡現金回數票連結車現金回數票巴士 ETC小貨卡回數票小型車回數票小貨卡現金回數票小型車現金回數票小貨卡 ETC大貨卡 ETC連結車 ETC巴士 圖 6. 四個 ETC 車道下車輛數遞增的影響圖 二、ETC 車數比例遞增下的影響 (一)兩個 ETC 車道下 ETC 車數比例遞增的影響 本研究將 ETC 車數比例調整為佔總車數 10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％與 90％，利用模擬分析結果，僅針對 ETC 小型車、ETC 小貨卡、回數票小型車、回數票小貨卡、現金回數票小型車與現金回數票小貨卡分析，模擬各車種等待時間，其中 ETC 車種等待時間會因 ETC 車數比例增加而增加，ETC 車數比例為 90％時，ETC 車種等待時間為 3 秒多。ETC 車種因 ETC 車數比例增加而等待時間呈現正成長，而其餘車種因 ETC 比例增加而等待時間呈現負成長。圖 7 為 ETC 比例增加，而各車種等待時間的改變百分比圖。從站在收費亭角度分析，本研究僅分析 ETC、回數票與現金回數票收費亭。除 ETC 收費亭外的其餘收費亭﹙回數票收費亭與現金回數票收費亭﹚皆呈現負成長，也就是等待時間因 ETC 比例遞增而呈現大幅減少。如圖 8 所示。關於消耗油料部分，如圖 9 所示為各車道油耗消長圖，總油耗因 ETC 車數比例增加而減少，而 ETC 車道油耗增加，回數票車道油耗遞減，現金回數票車道油耗遞減，ETC 車道油耗佔總油耗比例遞增。而依據交通部交通工具空氣汙染物排放標準法規所訂的排放標準值來看，如圖 10 所示，在 ETC 車數比例遞增下，CO 排放量遞增、 HC 排放量遞增與 NOx 排放量遞增，此為僅針對 ETC 車種分析，所以 ETC 車種比例增加，而此排放物也因此增加。依據各車道油耗而計算出 CO2 的排放量，圖形與油耗統計圖一致，在此不再贅述。

本研究利用 Saka 等人[11]文獻所列示之排放 CO、HC 與 NOx 比例代入，利用模擬產出結果分析，僅針對 ETC 車種與小型車的比較分析，排放量消長圖如圖 11 所示。由於排放污染物會因車輛種類及消耗油品種類與車齡的區別而有所不同，所以本研究採用過去的研究文獻來作為模擬模式的輸入參數。

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-80% -70% -60% -50% -40% -30% -20% -10% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% ETC車數比例增量成長與減少百分比 ETC小型車 ETC小貨卡回數票小型車回數票小貨卡現金回數票小型車現金回數票小貨卡 圖 7. 兩個 ETC 車道下 ETC 比例增加各車種等待時間的改變百分比圖 -90% -80% -70% -60% -50% -40% -30% -20% -10% 0% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% ETC車數比例增加增加與減少百分比現金回數票小型車車道 7 現金回數票小型車車道 8 ETC 小型車車道 1 ETC 小型車車道 2 回數票小型車車道 3 回數票小型車車道 4 回數票小型車車道 5 回數票小型車車道 6 圖 8. 兩個 ETC 車道下 ETC 比例增加各車道前等待時間圖 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% ETC車數比例遞增消耗油(公斤) ETC 車道油耗回數票車道油耗現金回數票車道油耗總油耗 ETC車道油耗佔總油耗 圖 9. 兩個 ETC 車道下各車道油耗消長圖

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0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% ETC車數比例遞增百分比排放污染物數值(公克) ETC最高CO ETC最高HC ETC最高Nox 圖 10. 兩個 ETC 車道下依據法規的最高 CO 排放量、HC 排放量與 NOx 排放量 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% ETC車數比例遞增排放污染物(公克) ETC排放CO(文獻) 小型車排放CO(文獻) ETC排放HC(文獻) 小型車排放HC(文獻) ETC排放NOx(文獻) 小型車排放NOx(文獻) 圖 11. 兩個 ETC 車道下排放污染物數值消長圖 (二)三個 ETC 車道下 ETC 車數比例遞增的影響 圖 12 顯示各車種等待時間依 ETC 車數比例遞增下的改變百分比變化圖。而站在收費亭角度來看，ETC 車道等待時間為零，其餘各車道等待時間皆呈現大幅減少。圖 13 為各車道在 ETC 車數比例增加下的等待時間改變百分比圖。關於油耗部份，在三個 ETC 車道下，當 ETC 比例為 60％時，總油耗到達最高點。 60％前呈現遞增，60％後呈現遞減，所以要達到 60％的 ETC 比例後，才呈現總油耗的遞減趨勢。其中回數票車道油耗亦為 60％的 ETC 比例下達到油耗最高。ETC 車道油耗遞減，現金回數票車道油耗遞增，如圖 14 所示。

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等待時間 -100% -80% -60% -40% -20% 0% 20% 40% 60% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% ETC車數比例遞增變化百分比 ETC小型車 ETC小貨卡回數票小型車回數票小貨卡現金回數票小型車現金回數票小貨卡 圖 12. 三個 ETC 車道下 ETC 車數比例遞增的等待時間變化圖 等待時間 -100% -90% -80% -70% -60% -50% -40% -30% -20% -10% 0% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% ETC車數比例遞增改變百分比現金回數票小型車車道 7 現金回數票小型車車道 8 ETC 小型車車道 1 ETC 小型車車道 2 ETC 小型車車道 3 回數票小型車車道 4 回數票小型車車道 5 回數票小型車車道 6 圖 13. 三個 ETC 車道下各車道在 ETC 車數比例增加的等待時間變化圖 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% ETC車數比例遞增消耗油( 公斤) ETC 車道油耗回數票車道油耗現金回數票車道油耗總油耗 ETC車道油耗佔總油耗 圖 14. 三個 ETC 車道下各車道油耗消長圖 (三)四個 ETC 車道下 ETC 車數比例遞增的影響

在四個 ETC 車道下 ETC 車數比例遞增，圖 15 顯示 ETC 車數比例改變下的等待時間改變百分比。圖 17 呈現油耗消長圖，在四個 ETC 車道下發現總油耗在 ETC 車數比例 30％下，總油耗達到最高點，30％前遞增而 30 ％後遞減，所以由此可知，ETC 車數比例要超過 30％而總油耗遞減。回數票車道油耗也呈現同樣的圖型走勢。而 ETC 車道油耗遞增，現金回數票車道油耗遞減。

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-100% -80% -60% -40% -20% 0% 20% 40% 60% 80% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% ETC車數比例遞增變化百分比 ETC小型車 ETC小貨卡回數票小型車回數票小貨卡現金回數票小型車現金回數票小貨卡 圖 15. 四個 ETC 車道下 ETC 車數比例改變的等待時間變化圖 -100% -90% -80% -70% -60% -50% -40% -30% -20% -10% 0% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% ETC車數比例遞增變化百分比現金回數票小型車車道 7 現金回數票小型車車道 8 ETC 小型車車道 1 ETC 小型車車道 2 ETC 小型車車道 3 ETC 小型車車道 4 回數票小型車車道 5 回數票小型車車道 6 圖 16. 四個 ETC 車道下各車道在 ETC 車數比例改變的等待時間變化圖 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% ETC車數比例遞增消耗油( 公斤) ETC 車道油耗現金回數票車道油耗回數票車道油耗總油耗 ETC車道油耗佔總油耗 圖 17. 四個 ETC 車道下各車道油耗消長圖 三、ETC 二車道三車道四車道的比較分析 現在站在收費亭車道角度觀察，如圖 18 所示，為 ETC 車數佔 30﹪時，當 ETC 車道數由二個改變為三個 ETC 車道時，因壓縮到回數票小型車車道，所以回數票小型車車道等待時間增為 32 秒，此點應於增加 ETC 車

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道時注意，並協助改善。而當 ETC 車道改為四道時，此現象反而消除。當 ETC 車數比例佔 70﹪時，所有收費亭前車輛等待時間不超過 4 秒，如圖 19 所示。

關於 ETC 二、三、四車道油耗比較，在 ETC 車數比例佔 30﹪時，總油耗在 ETC 車道數三個時最低，回數票車道油耗亦同總油耗曲線，而 ETC 車道油耗在 ETC 車道數三個時最高，而在 ETC 車道數四個時最低，現金回數票車道油耗在 ETC 車道數三個時最低，如圖 20 所示。

在 ETC 車數比例佔 70﹪時，如圖 21 所示，總油耗逐漸上升，ETC 車道油耗在三個 ETC 車道時最低。回數票車道油耗亦逐漸上升，現金回數票車道油耗在 ETC 三道時最高。而圖 22 及圖 23 分別顯示 ETC 車數比例佔 30﹪及 70﹪時的圖示，其中排放物 HC 與 NOx 的數值皆相當低，但排放物 CO 在 30﹪比例時，ETC 車道數為三道時最高，而在 70﹪比例時，排放物 CO 在 ETC 車道數為三道時最低。 0 5 10 15 20 25 30 35

ETC 2 道 ETC 3 道 ETC 4 道

ETC車道數等待時間(秒) 現金回數票大型車10 現金回數票小型車8 現金回數票小型車9 ETC 大型車1 ETC 小型車2 ETC 小型車3 回數票小型車4 回數票小型車5 回數票小型車6 回數票小型車7 圖 18. ETC 2,3,4 個車道等待時間比較(ETC 車數比例 30%) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

ETC車道數等待時間(秒) 現金回數票大型車10 現金回數票小型車8 現金回數票小型車9 ETC 大型車1 ETC 小型車2 ETC 小型車3 回數票小型車4 回數票小型車5 回數票小型車6 回數票小型車7 圖 19. ETC 2,3,4 個車道等待時間比較(ETC 車數比例 70%)

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0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

ETC車道數消耗油(公斤) ETC 車道油耗回數票車道油耗現金回數票車道油耗總油耗 ETC車道油耗佔總油耗 圖 20. ETC 2,3,4 個車道油耗比較(ETC 車數比例 30%) 0 0.5 1 1.5 2 2.5

ETC車道數油耗(公斤) ETC 車道油耗回數票車道油耗現金回數票車道油耗總油耗 ETC車道油耗佔總油耗 圖 21. ETC 2,3,4 個車道油耗比較(ETC 車數比例 70%) 0 5 10 15 20 25 30

ETC車道數污染排放物(公克) ETC最高CO(法規) ETC最高HC(法規) ETC最高NOx(法規) 圖 22. ETC 2,3,4 個車道污染排放物比較(ETC 車數比例 30%)

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0 5 10 15 20 25 30 35 40

ETC車道數排放污染物(公克) ETC最高CO(法規) ETC最高HC(法規) ETC最高NOx(法規) 圖 23. ETC 2,3,4 個車道污染排放物比較(ETC 車數比例 70%) 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

ETC車道數排放污染物(公克) ETC排放CO(文獻) 小型車排放CO(文獻) ETC排放HC(文獻) 小型車排放HC(文獻) ETC排放NOx(文獻) 小型車排放NOx(文獻) 圖 24. ETC 2,3,4 個車道污染排放物比較(ETC 車數比例 30%)(依據文獻數據) 0 50 100 150 200 250 300 350 400

ETC車道數排放污染物(公克) ETC排放CO(文獻) 小型車排放CO(文獻) ETC排放HC(文獻) 小型車排放HC(文獻) ETC排放NOx(文獻) 小型車排放NOx(文獻) 圖 25. ETC 2,3,4 個車道污染排放物比較(ETC 車數比例 70%)(依據文獻數據)

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肆、結論

本研究利用模擬工具模擬高速公路收費站收費作業，特別針對ETC導入後分析，發展關於三方面的績效，首先是服務系統方面，分析ETC系統在現況與未來服務導致的影響。在環保方面，分析污染物排放，是否影響環境狀況。並在能源消耗方面，由於目前油價高漲，且趨向減少油類能源的使用，分析油耗程度的影響。傳統的收費站收費模式採用「減速(停車)繳費，加速離去」，造成收費亭前等待車輛的等待時間過長，再者車輛加速、減速的過程亦非常消耗油料，並且收費站空氣污染現象會造成服務人員暴露在高污染環境中。所以本研究利用模擬工具建立收費亭收費作業，分析收費亭在導入ETC後各種車種在收費亭前等待時間，判斷導入ETC是否有改善交通流量。在環保方面，在高速公路收費站，因導入ETC後，分析排放污染物，包括CO、HC與NOx三種污染物，因導入ETC後，ETC車道以一定速行駛通過收費亭，而其他車道仍以減速-停止(收費)-加速方式通過收費亭，在排放污染物上將有差別。在能源消耗方面，針對導入ETC後之油耗分析，此亦作為模擬模式的輸入參數。進而建立模擬模式，並分析未來可能情況下(三道ETC車道及四道ETC車道)之各種輸出數據。依據目前現況（兩個 ETC 收費亭車道）車輛數遞增的影響發現，各收費亭前等待車輛等待時間大部分皆因數量增加，等待時間因而增加。總油耗平均成長 6.4％、ETC 車道油耗平均成長 4.46％、回數票車道油耗平均成長 7.56％、現金回數票車道油耗平均成長 5.62％。在總車數數量遞增 2﹪下的排放 CO、HC 及 HOx 呈現 1.53 ﹪的負成長而從 4﹪至 10﹪分別是 5.12﹪、5.66﹪、5.46﹪及 7.58﹪的正成長，本研究認為針對 ETC 車種車輛而言，在總車數增量 2﹪下，在 ETC 車數比例的同等增量下呈現負成長。三個 ETC 收費亭車道下車輛數遞增的影響，回數票小型車與回數票小貨卡的等待時間至 10﹪的遞增下，最臨近的回數票車道等待時間約為 25 秒，此原因為回數票車種需變換車道至回數票車道。而最臨近的車道為最臨近 ETC 車道的回數票車道，所以導致此回數票車道大塞車，因此若擴充 ETC 車道至三個車道時需注意此問題。四個 ETC 收費亭車道下車輛數遞增的影響，其中對於回數票小型車與回數票小貨卡的等待時間至 10﹪的遞增下大約為 40 秒，此為需要注意之處。除 ETC 小型車在 2﹪遞增下等待時間呈現負成長，其餘皆呈現正成長，其中第三車種﹙回數票小型車﹚與第四車種﹙回數票小貨卡﹚等待時間成長幅度最大。

兩個 ETC 車道下 ETC 車數比例遞增的影響，從站在收費亭角度分析，本研究僅分析 ETC、回數票與現金回數票收費亭。除 ETC 收費亭外的其餘收費亭﹙回數票收費亭與現金回數票收費亭﹚皆呈現負成長，也就是等待時間因 ETC 比例遞增而呈現大幅減少。三個 ETC 車道下 ETC 車數比例遞增的影響，關於油耗部份，當 ETC 比例為 60％時，總油耗到達最高點。 60％前呈現遞增，60％後呈現遞減，所以要達到 60％的 ETC 比例後，才呈現總油耗的遞減趨勢。四個 ETC 車道下 ETC 車數比例遞增的影響，發現總油耗在 ETC 車數比例 30％下，總油耗達到最高點，30％前遞增而 30％後遞減，所以由此可知，ETC 車數比例要超過 30％而總油耗遞減。 ETC 二車道三車道四車道的比較分析，現在站在收費亭車道角度觀察，為 ETC 車數佔 30﹪時，當 ETC 車道數由二個改變為三個 ETC 車道時，因壓縮到回數票小型車車道，所以回數票小型車車道等待時間增為 32 秒，此點應於增加 ETC 車道時注意，並協助改善。而當 ETC 車道改為四道時，此現象反而消除。當 ETC 車數比例佔 70﹪時，所有收費亭前車輛等待時間不超過 4 秒。關於 ETC 二、三、四車道油耗比較，在 ETC 車數比例佔 30﹪時，總油耗在 ETC 車道數三個時最低。在 ETC 車數比例佔 70﹪時，總油耗逐漸上升，ETC 車道油耗在三個 ETC 車道時最低。回數票車道油耗亦逐漸上升，現金回數票車道油耗在 ETC 三道時最高。其中排放物 HC 與 NOx 的數值皆相當低，但排放物 CO 在 30﹪比例時，ETC 車道數為三道時最高，而在 70﹪比例時，排放物 CO 在 ETC 車道數為三道時最低。以上是本研究重要結論與發現。

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誌謝

本研究源自於中州科技大學專題研究計畫，計畫題目：應用模擬於高速公路收費站導入 ETC 之績效評估， 計畫編號：CCUT－98－ML03。感謝中州科技大學專題研究計畫經費補助。

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