公路行車時間資訊管理系統(tǒng)之規(guī)劃研究(34)

1、期末簡報 亞聯(lián)工程顧問股份有限公司中華民國九十四年十一月二十三日公路行車時間資訊管理系統(tǒng)之規(guī)劃研究(3/4)簡報人蔡瑞鉉交通部運輸研究所1簡報大綱壹、計畫背景分析貳、靜態(tài)旅行時間推估模式整合修訂參、高速公路旅行時間資料特性分析肆、省道偵測器佈設建議伍、動態(tài)旅行時間推估模式構(gòu)建 陸、旅行時間資訊模擬顯示系統(tǒng)規(guī)劃與建置 柒、結(jié)論與建議2壹、計畫背景分析1.1 計 畫 目 的1.2 計 畫 範 圍 內(nèi) 容1.3 工 作 流 程31.1 計畫目的透過路況資料蒐集，並以適當?shù)姆椒A估旅行資訊再提供給用路者，使其旅運決策能符合管理者的預期，進而讓整體運輸系統(tǒng)的效能提升。對用路者而言，期能明確的掌握所經(jīng)道路

2、的路線資訊，提昇整體行車效率及節(jié)省個人行駛的時間。41.2 計畫範圍內(nèi)容前期工作 第一期計畫：高速公路靜態(tài)旅行時間推估模式之建立與校估高速公路動態(tài)旅行時間推估方法之研究第二期計畫：一般道路靜態(tài)旅行時間推估模式之建立與校估動態(tài)旅行時間推估模式之建立資訊顯示模擬系統(tǒng)之雛形5本期工作範圍靜態(tài)旅行時間推估模式之整合修訂擴充前期研究建置之資料結(jié)構(gòu)與資料庫內(nèi)容適度修正與整合交通流量與旅行時間轉(zhuǎn)換曲線高速公路歷史旅行時間特性分析高快速公路動態(tài)旅行時間推估模式之檢討與建置持續(xù)探討動態(tài)旅行時間推估模式加強高速公路動態(tài)資料庫與推估模式之完整性建議省道偵測器之佈設密度與位置資訊顯示系統(tǒng)之整合修訂納入本(94)年度擴

3、充之靜態(tài)資料庫、旅行時間推估模式、及動態(tài)資料庫建置一親和性之路況回報資訊系統(tǒng)，整合即時路況回報資料與旅行時間資料，並持續(xù)維護該系統(tǒng)之運作61.3 工作流程7貳、靜態(tài)旅行時間推估模式整合修訂2.1 模式型態(tài)2.2 模式校估流程 2.3 模式校估結(jié)果82.1 模式型態(tài)ti：路段i旅行時間 t(i,f)：路段i自由車流旅行時間 Vi：路段i流量 、：欲校估之參數(shù) 模式型態(tài)：美國聯(lián)邦公路局(BPR)模式單一車道容量以臺灣地區(qū)公路容量手冊中高快速道路及市區(qū)、郊區(qū)道路標準車道基本容量設定值為基礎。考量道路鄰近地區(qū)特性不同，高度干擾調(diào)整因子為0.85，而低度干擾調(diào)整因子為1.15 。考量車道數(shù)多寡設置車道調(diào)

4、整因子。考量實質(zhì)車道寬度佈設設定為較高或較低容量。各道路類型容量推估92.2 模式校估流程各路段之調(diào)查速率樣本各路段交通流量資料各道路類型之速率Si與Vi/Ci各路段道路容量推估結(jié)果輸入非線性統(tǒng)計軟體求解曲線初步曲線配適樣本點篩選曲線基本校估整併校估整併校估調(diào)整考量V/C1.0之假設車流精確校估曲線型態(tài)與簡化曲線種類資料調(diào)查與蒐集曲線校估10建立模式配適說明-以山區(qū)2車道為例刪除極端之速率值(調(diào)整與曲線差距10km以上之樣本點)設定擁擠最低速率(V/C值1.4)樣本點篩選V/C=1.4Smin=5km/hr最低速率校估11校估後速率流量曲線圖(低干擾)前期結(jié)果本期結(jié)果2.3 模式校估結(jié)果(一般

5、道路)整併結(jié)果12校估後速率流量曲線圖(高干擾)前期結(jié)果本期結(jié)果2.3 模式校估結(jié)果(一般道路)整併結(jié)果132.3 模式校估結(jié)果(快速道路)校估後速率流量曲線圖(快速道路)快速道路校估142.3 模式校估結(jié)果(橋樑、隧道)校估後速率流量曲線圖(橋樑、隧道)本期結(jié)果本期結(jié)果152.3 模式校估結(jié)果曲線校估合併後參數(shù)值16參、高速公路旅行時間資料特性分析3.1 車輛偵測器型態(tài)與內(nèi)容3.2 偵測器資料除錯方式3.3 公路旅行時間資料分析應用3.4 小結(jié)173.1 車輛偵測器型態(tài)與內(nèi)容北區(qū)格式偵測器佈設位置北區(qū)(國道1號、國道3號新竹系統(tǒng)交流道以北，汐止高架，國道2號機場系統(tǒng)內(nèi)環(huán)線)中南區(qū)(國道1號新

6、竹系統(tǒng)交流道以南) 偵測器格式(北區(qū))報表格式偵測器格式(中南區(qū))純文字檔，非報表格式異常標示偵測器於20秒內(nèi)傳回數(shù)值N值南區(qū)格式183.2 偵測器資料除錯方式常見問題說明1.速率、流量異常2.週期性缺資料除錯原則1.僅選取狀態(tài)正常N之資料。2.剔除流量與速率異常之資料。3.以平均值取代周期性缺漏值。193.3 公路旅行時間資料分析應用選取偵測器位置中山高(北、中、南)北二高機場系統(tǒng)內(nèi)環(huán)線選取資料時間民國93年選取資料格式每5分鐘1筆203.3 公路旅行時間資料分析應用中和土城南下流量北二高(中和土城)民國93年平均流量比較。一般日曲線有明顯尖離峰特性。尖峰時段約出現(xiàn)在上午7時9時間，尖峰流量

7、約為8001000pcu/5分鐘。213.3 公路旅行時間資料分析應用中和土城南下速率北二高(中和土城)民國93年平均速率比較。相對於流量較高的時段，速率會有顯著的改變。223.3 公路旅行時間資料分析應用各季平均流量中山高南下(圓山三重)93年各季流量曲線。第一季上午7時傍晚18時流量較其他季小。各季流量均有明顯間離峰特性。233.3 公路旅行時間資料分析應用各季平均速率中山高南下(圓山三重)93年各季速率曲線。各季平均速率約維持80公里小時以上。243.3 公路旅行時間資料分析應用晴雨天速率差比較(1)VD40中山高南下(岡山段)93年7月雨量速率差圖。雨量越大，晴雨天速率差越大。速率差-

8、雨量圖253.3 公路旅行時間資料分析應用晴雨天速率比較(2)區(qū)分不同行車速率下，雨量與速率差關(guān)係?？杉毞钟炅颗c速率區(qū)隔表。雨量-速率區(qū)隔速率區(qū)隔下速率差-雨量圖263.3 公路旅行時間資料分析應用白天夜間速率比較針對同一路段流量相近情況下，白天與夜晚速率比較。白天流量-速率圖夜晚流量-速率圖273.4 小結(jié)補齊即時資料不足部分當即時動態(tài)資訊有所缺漏時，可利用歷史VD資料來補齊不足。11種區(qū)隔詳細區(qū)分不同日期的影響各星期流量與速率曲線大致成穩(wěn)定狀態(tài)，查詢時可以實際需要針對每一種區(qū)隔來做查詢。加入晴雨天因素，更符合實際需求雨天與晴天速率確實有差異，因此在推估旅行速率時考慮晴雨天因素，能夠減小推估

9、的誤差。28肆、省道偵測器佈設建議4.1 模式理論基礎4.2 實例測試4.3 小結(jié)294.1 模式理論基礎X6（X1X4L4X8R8）T6 (1)X2（X5X4R4X8L8）T2 (2)X3(X5X4R4X8L8)R2T2X8T8(X1X4L4X8R8)L6T6 (3)X7(X1X4L4X8R8) R6T6X4T4 (X5X4R4X8L8)L2T2 (4)於此十字路口中，裝設X1、X4、X5、X8這四個偵測器之後，假若能獲得轉(zhuǎn)向比變數(shù)資料，則X2、X3、X6、X7這四個路段的流量則可透過推算得之。據(jù)此建立三組路口佈設模組，作為單一路口偵測器佈設型態(tài)之基礎利用上述方式來推算各種不同型態(tài)路口之流量

10、推算公式，就能得到每個路口在完全資訊的情形下，所需要的最少數(shù)量偵測器以及其擺放位置。30四個十字路口之小路網(wǎng)僅需設置12個偵測器即可掌握完整資訊 基礎路網(wǎng)佈設模組說明 模組一模組二模組二模組一314.1 模式理論基礎路網(wǎng)邊緣假如所測試之路網(wǎng)有邊緣，由於地圖邊緣之外無法佈設偵測器，會造成該路口沒辦法透過既有之偵測器來推估其他的流量本預設路網(wǎng)共經(jīng)過九次運算，初始指放置模組後之數(shù)量，微調(diào)指邊緣微調(diào)，往回指從邊緣回推，往外指從起始路口往外推。 假設此路網(wǎng)虛線下邊為路網(wǎng)邊緣範圍，且在轉(zhuǎn)向比已知，透過佈設模組之應用與微調(diào)後，二個十字路口、二個丁字路口，總共需9個偵測器。初始微調(diào)往回1往外1往回2往外2往回

11、3往外3往回412101210119999324.1 模式理論基礎路網(wǎng)佈設偵測器之分析流程根據(jù)邊緣佈設分佈，利用路口模組反推起始點微調(diào)路網(wǎng)邊緣之偵測器選定起始路口，依路口類型安插佈設模組佈設數(shù)量收斂至某數(shù)值是否達到完全資訊情形之最佳佈設位置分析路網(wǎng)，將路網(wǎng)中的路口依照類型分組依照周圍路口類型，佈設路口模組至整個路網(wǎng)334.2 實例測試測試道路-新竹市一般道路等級421個路口轉(zhuǎn)向比預設為已知在完全資訊的條件下，需佈設523個偵測器344.2 實例測試接著開始將偵測器移除，並且計算推估的誤差以模擬方式產(chǎn)生一組正確的路網(wǎng)流量值，並加總每一路段流量值每次移除20個偵測器加總移除推估後所有路段之總流量兩

12、者相除而得估算比率 將偵測器數(shù)量由523個減少至503個，則推估流量比由100%降至99.87%。若是再減少20個，則推估流量的比率會再降至99.67%，以此類推。可依據(jù)佈設偵測器預算多寡及可以接受的推估比率進行偵測器的佈設。假設可接受的推估比率為80，則只需要佈設523-280=243個偵測器。35伍、動態(tài)旅行時間推估模式構(gòu)建5.1 氣象因素對於車流之衝擊5.2 動態(tài)旅行時間預測模式365.1 氣象因素對於車流之衝擊作者(國家)道路種類速率降低旅行時間增加Gablin (澳洲)郊區(qū)雙車道降低7 Km/h未提及Hogema (荷蘭)高快速道路 降低11Km/h以快車道最為明顯未提及Edward

13、s (英國)高快速道路 降低4.8Km/h車速變異數(shù)亦降低未提及Perrin和Matrin (美國)市區(qū)幹線道路降低10%增加50%Stern (美國)綜合高速公路以及一般市區(qū)道路未提及增加11% (尖峰)增加13%(離峰)FHWA (美國)號誌化幹線道路降低1025%未提及HCM (美國)高速公路降低1016%未提及根據(jù)美國FHWA的研究指出，氣候會造成道路機動性明顯的改變潮濕的道路鋪面會導致行駛速率降低1025積雪或泥濘的道路鋪面將使行駛速率降低3040 當氣候狀況發(fā)生於高速公路上時小雨將會造成約略10的速率損失大雨則會造成16%的速率損失375.1 氣象因素對於車流之衝擊雨量與車輛偵測器

14、速率之關(guān)係選取與氣象站較接近之車輛偵測器作為資料來源38灰色系統(tǒng)理論於旅行時間估計灰色系統(tǒng)理論主要是針對在模式不明確，資訊不完整的情況下，由現(xiàn)有的系統(tǒng)資訊來尋找出系統(tǒng)內(nèi)部隱藏之規(guī)律性灰色預測模式之優(yōu)點建立模式所需資料數(shù)甚少：降低資料量之需求預測模式之數(shù)學運算過程較其他理論來的容易、簡便不同於因果分析方法理論，灰色模式不需考慮其他影響應變數(shù)之相關(guān)因素建立模式所需之資料不需符合典型統(tǒng)計分配規(guī)律，更具實用性動態(tài)旅行時間預測以平均速率作為灰色系統(tǒng)之主要行為，並以氣象站所提供之每小時降雨量為影響因子，對於每個車輛偵測器建立個別所屬之GM(1,2)模式部分氣象站距離過遠，使得氣象站所記錄之降雨量和車輛偵測

15、器所在位置之降雨差異大，影響雨量資料與平均速率之關(guān)係判定本研究採用7公里每小時，作為降雨時之行駛速率折減值 5.2 動態(tài)旅行時間預測模式395.2 動態(tài)旅行時間預測模式預測路段分段方式前期研究，動態(tài)旅行時間之路段分段方式為高速公路之交流道分段比較交流道分段與車輛偵測器分段之資訊後，發(fā)現(xiàn)兩者之差異性甚為明顯本研究採用車輛偵測器作為旅行時間預測模式之預測分段方式時間交流道分段路段長方向交流道分段旅行時間VD分段旅行時間絕對誤差相對誤差09:00臺中 彰化20南下12 mins 34 secs 17 mins 08 secs - 04 mins 33 secs -27%09:00臺中 彰化20北上0

16、6 mins 22 secs 17 mins 08 secs - 10 mins 45 secs -63%12:25臺中 彰化20南下12 mins 53 secs 17 mins 13 secs - 04 mins 20 secs -25%12:25臺中 彰化20北上08 mins 34 secs 18 mins 48 secs - 10 mins 14 secs -54%17:30臺中 彰化20南下12 mins 51 secs 18 mins 31 secs - 05 mins 40 secs -31%17:30臺中 彰化20北上08 mins 32 secs 19 mins 11 se

17、cs - 10 mins 38 secs -55%20:05臺中 彰化20南下12 mins 31 secs 17 mins 17 secs - 04 mins 45 secs -28%20:05臺中 彰化20北上07 mins 58 secs 15 mins 49 secs - 07 mins 51 secs -50%22:50臺中 彰化20南下12 mins 26 secs 18 mins 08 secs - 05 mins 42 secs -31%22:50臺中 彰化20北上08 mins 25 secs 14 mins 40 secs - 06 mins 14 secs -43%40陸

18、、旅行時間資訊模擬顯示系統(tǒng)規(guī)劃與建置 6.1 路網(wǎng)範圍6.2 地理圖層6.3 系統(tǒng)需求分析6.4 系統(tǒng)功能說明416.1 路網(wǎng)範圍路網(wǎng)範圍使用93年版新世紀臺灣地區(qū)交通路網(wǎng)數(shù)值地圖為基礎。本期路網(wǎng)重點為：高速公路所有通車路段、各重要快速道路、省道、重要縣道。因應道路連通性需求，並加入部分縣道，將國道以VD範圍重新切割。426.2 地理圖層436.3 系統(tǒng)需求分析增加權(quán)限管理查詢界面之開發(fā)調(diào)整結(jié)合運資組路況資訊查詢統(tǒng)計分析功能446.4 系統(tǒng)功能說明系統(tǒng)功能架構(gòu)圖456.4 系統(tǒng)功能說明系統(tǒng)管理群組管理:設定使用者群組，並設定各群組之權(quán)限，各使用者之權(quán)限繼承其群組之基本權(quán)限，可再針對各群組下之使

19、用者設定下層權(quán)限。使用者管理:管理者可新增、修改、刪除使用者帳號、密碼及其基本資料，各使用者可修改個人基本資料及密碼。特殊假日設定：設定系統(tǒng)所使用之相關(guān)代碼參數(shù)，非週六、日的放假之紀念日及民俗節(jié)日。群組管理帳號申請466.4 系統(tǒng)功能說明路徑及時間估算出發(fā)時間選擇：提供使用者設定出發(fā)時間，於計算旅行時間時，可因是否為假日調(diào)整參數(shù)。駕駛特性設定：將車種分為小客車/小貨車、大客車、大貨車/聯(lián)結(jié)車等二類。起訖點定位方式：交流道查詢：選擇國道名稱後，選擇其方向性(東向、西向、南下、北上)，篩選該國道沿途之交流道名稱，供使用者選擇。重要地標查詢：選擇縣市/鄉(xiāng)鎮(zhèn)後，選擇地標之類別(大類、次類)，再選擇地標

20、名稱。交叉路口查詢：選擇縣市/鄉(xiāng)鎮(zhèn)後，選擇道路名稱，系統(tǒng)自動篩選與該道路交叉之道路名稱，供使用者選擇。路徑路況顯示各路段之路況476.4 系統(tǒng)功能說明路況查詢智慧型路況資訊查詢系統(tǒng)連結(jié)：透過Web Service方式整合運研所智慧型路況資訊查詢系統(tǒng)，提供用路人多元路況資料。道路查詢：以道路之類別(國道、省道)設定欲查詢路況之路段。道路里程查詢：以道路名稱里程查詢該路段路況。排序設定：所查詢結(jié)果可依使用者需要，依時間序列、路況類別、路況地點進行排序。486.4 系統(tǒng)功能說明智慧型路況查詢系統(tǒng)路況查詢496.4 系統(tǒng)功能說明道路流量分析VD資料查詢：以國道編號、方向、VD編號、等方式查詢VD原始資

21、料。分析條件設定：設定查詢期間、計算方式，以進行分析。流量圖：將所查詢VD資料繪製流量曲線圖。排序設定：將所查詢VD資料列印或轉(zhuǎn)出成Excel 。506.4 系統(tǒng)功能說明VD資料統(tǒng)計分析516.4 系統(tǒng)功能說明電子地圖查詢基本地圖功能：平移、放大、縮小等基本功能。圖層控制功能：使用者自行設定圖層的各項屬性，例如：選擇圖層是顯示或是隱藏。圖元標示：將滑鼠移到圖元物件上方，如道路或地標，可以顯示該圖元的名稱，如中山高速公路、五股交流道、等資訊。道路容量屬性查詢：本功能係提供規(guī)劃者使用。點選國道路段，可開啟視窗顯示該道路容量屬性資料。52柒、結(jié)論與建議7.1 結(jié)論1.靜態(tài)旅行時間推估模式BPR函數(shù)校

22、估結(jié)果，各類型道路MAPE值均較前期為低，MAPE值皆在10以下校估結(jié)果顯示部分道路類型的曲線數(shù)值相近，建議可合併為同一道路類型，以減少過多之路型分類高速公路車輛偵測器資料，分為11種時間區(qū)隔，建置歷史資料庫，提供旅行時間查詢外，亦可提供特定偵測器於特定時間的資料查詢一般日之流量曲線有明顯的尖離峰特性，而假日流量曲線尖離峰特性較不明顯，其曲線變化隨著假期的長短而不同，較不易掌握。天候因素(晴雨天)對於行車速率有著一定的影響，而雨量的多寡對於速率改變的程度也有關(guān)係537.1 結(jié)論加入氣象因素的影響，並藉由灰色理論來探討此兩者相關(guān)性本研究以平均速率作為灰色系統(tǒng)之主要行為，並以每小時降雨量為影響因子，建立個別偵測器所屬之GM(1,2)模式採用車輛偵測器作為旅行時間預測模式之預測分段方式，使旅行時間推估更加細緻3.動態(tài)旅行時間推估模式建立分析結(jié)果顯示當路網(wǎng)中所有路段之轉(zhuǎn)向比