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研究生: 吳東祐
Wu, Tung-Yu
論文名稱: 智慧型運輸走廊交通管理策略模式之研究
A Study on Intelligent Traffic Corridor Management Model
指導教授: 胡大瀛
Hu, Ta-Yin
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 管理學院 - 交通管理科學系
Department of Transportation and Communication Management Science
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 99
中文關鍵詞: 運輸走廊整合型交通管理智慧型交通管理智慧型運輸系統
外文關鍵詞: Traffic Corridor, Integrated Traffic Management, Intelligent Traffic Management, Intelligent Transportation Systems
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  • 運輸走廊為一條帶狀的區域,是區域中交通的主要幹道,包括高速公路主線、上下匝道及市區道路,而由於車輛快速的成長,尤其在尖峰時段,運輸走廊上常出現重現性的壅塞情形,且車輛容易回堵至附近市區道路,甚至影響到高速公路主線上的車輛運行,因此車輛壅塞問題不僅是對於單一市區道路,影響的範圍觸及市區道路和高速公路。
    智慧型運輸系統(Intelligent Transportation Systems, ITS)以通信、電子、導航以及控制等先進技術加以整合,其目的是將車輛和道路的即時資訊,透過適當的方式傳遞给用路人,提昇整體運輸系統的效率。在智慧型運輸走廊管理中,利用偵測器及相關資料,藉由匝道管理、路口號誌控制及路徑導引等交通控制策略可管理運輸走廊中的車流情形,以達到導引路網中車流行駛最佳路徑,並紓緩道路擁擠情形,以提升運輸效率及安全。
    本研究主要藉由智慧型交通管理(Intelligent Traffic Management, ITM)紓解運輸走廊中產生的車輛擁擠情形,根據Store-and-Forward概念,並整合本土車流特性,建構線性最佳化控制模式,其控制變數包括綠燈時間、匝道儀控率及各路段車輛停等長度。最佳化使用數學規劃軟體CPLEX求取最佳解,進行不同交通管理策略之分析,並求取運輸走廊中目標函數總延滯時間(Total Delay)最小化。因此該最佳化控制模型優點為可做離線型運輸走廊控制策略的評估,且可為線上型交通控制策略的擬定參考。
    首先將針對虛擬走廊進行多種需求量之實驗,求解其總延滯時間以及車輛等候長度大小及分配情形。此外,將最佳化控制模型套用至實際桃園路網進行實驗求解,以觀察最佳化控制模型於實際路網的應用。最後將最佳化控制模型最佳解輸入至DynaTAIWAN進行實證分析和驗證。最後根據上述智慧型交通管理模式的整體分析結果討論結論與建議。

    Traffic congestion arises in metropolis are common problems due to insufficient traffic facilities and major bottlenecks including main arterials roads, freeways and traffic corridor. A traffic corridor basically includes freeway segments, on-ramps, off-ramps and arterial streets. Possible traffic control strategies include ramp metering, traffic signal, and route guidance.
    Intelligent Transportation Systems (ITS) integrate advanced techniques, such as telecommunication, navigation and control, with transportation systems, thus enhance transportation efficiency. The major purpose of ITS is to provide appropriate traffic information and/or route guidance to travelers, and travelers can respond to traffic conditions quickly.
    This research focuses on Intelligent Traffic Management (ITM) to relieve possible congestion on traffic corridors through traffic control strategies. Based on Papageorgiou(1995) and the concept of the store-and-forward method (Gazis, 2002), the problem is formulated as linear optimal control models, and the objective function is to minimize total queue length for considered traffic corridors. Objective values for different control strategies are solved by CPLEX, and the optimal control settings are obtained based on these calculations. The advantage of optimal linear control model can be used to evaluate the offline control strategy and online control.
    Numerical experiments are conducted to illustrate the proposed models. Total delay and queue length distribution are used as performance indexes. Numerical results are explored and discussed to study the advantages and disadvantages of the model. In order to verify the results, traffic control strategies are used in DynaTAIWAN to simulate traffic flow distributions.

    第一章 緒論 1 1.1研究背景與動機 1 1.2研究目的 2 1.3研究方法與流程 3 第二章 文獻回顧 6 2.1運輸走廊交通管理 6 2.1.1運輸走廊定義與管理策略 6 2.1.2運輸走廊管理應用實例 8 2.1.3匝道管理 10 2.1.4路徑導引 13 2.1.5最佳化控制運輸走廊管理 13 2.2整合型運輸走廊管理模式 14 2.2.1高速公路主線之數學模式 14 2.2.2匝道區域之數學模式 17 2.2.3一般市區道路之數學模式 20 2.3 Store-and-Forward 22 2.4交通模擬指派軟體-DynaTAIWAN 24 第三章 研究方法 26 3.1問題描述 26 3.2研究架構 27 3.3智慧型運輸走廊管理模式 29 3.3.1路徑分配之數學模式 29 3.3.2智慧型運輸走廊管理之數學模式 32 3.4模式應用 35 3.5小結 38 第四章 模式建置與虛擬路網實驗 39 4.1模式建置與求解過程 39 4.2虛擬路網介紹與實驗設計 42 4.2.1虛擬路網介紹與參數設定 43 4.2.2虛擬路網實驗設計 46 4.3虛擬路網實驗與數值分析 47 4.3.1虛擬路網總延滯時間變化情形 48 4.3.2虛擬路網低需求量下之實驗 49 4.3.3虛擬路網中需求量下之實驗 51 4.3.4虛擬路網高需求量下之實驗 53 4.3.5虛擬路網不同需求量實驗之比較 56 4.4時段長度之敏感度分析 57 4.4.1時段長度的影響 57 4.4.2時段長度之敏感度分析與結果比較 59 4.5小結 61 第五章 桃園路網實驗與數值分析 62 5.1桃園路網介紹與實驗設計 62 5.1.1桃園路網介紹與參數設定 62 5.1.2桃園路網實驗設計 67 5.2桃園路網 68 5.2.1桃園路網總延滯時間變化情形 69 5.2.2桃園路網低需求量下之實驗 70 5.2.3桃園路網中需求量下之實驗 72 5.2.4桃園路網高需求量下之實驗 75 5.2.5桃園路網不同需求量實驗之比較 77 5.3小結 79 第六章 情境分析與DynaTAIWAN模擬 80 6.1交通情境分析設定 80 6.1.1高速公路主線事故之影響 80 6.1.2引入VMS對於運輸走廊之影響 83 6.1.3不同儀控目標佔有率之影響 86 6.2最佳化控制模型最佳解與DynaTAIWAN模擬比較與分析 88 6.2.1 DynaTAIWAN相關模擬參數之設定 89 6.2.2最佳化控制模型最佳解與DynaTAIWAN模擬結果與分析 90 6.3小結 91 第七章 結論與建議 92 7.1結論 92 7.2建議 93 參考文獻 95 附錄一 變數彙整表 97 自述 99

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