TWI669690B

TWI669690B - 利用緩衝區分配車流量達到改善路網壅塞之方法

Info

Publication number: TWI669690B
Application number: TW107128189A
Authority: TW
Inventors: 曾明德
Original assignee: 創新交通科技有限公司; 曾明德
Priority date: 2018-08-13
Filing date: 2018-08-13
Publication date: 2019-08-21
Also published as: TW201842481A

Abstract

本發明係一種利用緩衝區達到改善路網壅塞的方法，此方法將路網劃分為一壅塞區與一緩衝區，於該路網內找出離開該壅塞區至少一條離開壅塞區之車流路徑與該緩衝區到達該壅塞區至少一條進入壅塞區之車流路徑，並得到該離開壅塞區之路徑與該進入壅塞區之車流路徑上之路口流量資料，將該離開壅塞區之路徑上之路口流量帶入車流路徑臨界紓解量計算方程式產生一最大紓解量，接著依優先路徑設定方法與車流路徑流量分配法使該進入壅塞區之車流路徑之車流量總和維持在小於等於該路網最大紓解量。本發明將利用路網劃分為緩衝區與壅塞區概念，以有效改善路網壅塞現象，提升路網的旅行速率與路網紓解率。

Description

利用緩衝區分配車流量達到改善路網壅塞之方法

本發明係為有關一種改善路網壅塞之方法，特別是指一種能有效應用於一路網包括至少一車輛行徑路徑之方法。

目前改善路網壅塞的方式，請參照第三圖，係在路網中找出於特定時段內至少一壅塞路口後，針對該壅塞路口進行車流量調查及道路幾何調查。

接著參照第一圖，透過步驟S50，車流量調查係為在該特定時段中，針對該壅塞路口進行每隔五分鐘(或每十五分鐘，調查前決定)按車流方向與車種分類統計該壅塞路口各方向上所通過各車種(大車、小車、機車)之車輛數；道路幾何調查係為針對該壅塞路口進行實際車道配置、車道寬等幾何參數。

接下來，將該車流量與該道路幾何資料帶入號誌時制設計方法流程，請參考步驟S52、S54、S56，透過步驟S52，使用Webster最適週期公式或其他最佳化軟體，以產出最適號誌週期，接著進入步驟S54，透過該最適號誌週期分配該壅塞路口的各方向的有效綠燈時間，最後進入步驟S56，以產生出可運作於路口中符合該車流量的最適號誌時制計劃，

接續請參照第三圖與第四圖，透過習知技術，旅行時間圖表與流量密度關係圖中，在相同行駛距離下的車流路徑20旅行時間從點40減少至點42，而車流路徑10未改變；從車輛行駛示意圖中觀察到降低車流路徑20的壅塞現象，車流路徑10未改變，故提升該壅塞路口30的車輛紓解率，達到改善該路網壅塞的現象。

但該方法僅就該壅塞路口的現況車流量調整成最適號誌時制計劃，無法全盤考慮該路網的車流路徑，因此改善路網壅塞現象、路網旅行速率及路網紓解率的幅度有限。

有鑑於此，本發明遂針對上述習知技術之缺失，請參考第七圖，提出一種區域概念，劃分該路網的壅塞區與緩衝區，利用緩衝區尚有的儲車空間，將壅塞區的車流量先儲放在緩衝區，對應第七圖的流量密度關係圖，將壅塞區點40的部分車流量先儲放至緩衝區點44，使點40與點44的儲車空間利用皆更趨於道路容量q _m，且於旅行時間圖表中呈現該路網的旅行時間明顯從點40降低至點42，於車輛行駛示意圖中呈現提升該路網整體車輛紓解率，故本發明以有效克服上述之該等問題。

本發明之主要目的係提供一種利用將路網劃分為一緩衝區與一壅塞區後，重新分配車流量以達到改善路網壅塞的方法，能較先前技術更有效提升該路網之旅行速率，亦提高該路網車輛疏解率。

為達到上述之目的，本發明係提供一種利用緩衝區分配車流量達到改善路網壅塞的方法，其先將路網劃分為一緩衝區與一壅塞區，於該路網內找出離開該壅塞區至少一條離開壅塞區之車流路徑與該緩衝區到達該壅塞區至少一條進入壅塞區之車流路徑，並得到該離開壅塞區之車流路徑與該到達壅塞區之車流路徑上之至少一路口車流量資料，將該離開壅塞區之車流路徑上之路口流量資料帶入車流路徑臨界紓解量計算方程式中，從該離開壅塞區之車流路徑上之至少一路口車流量中找到其最小之路口車流量為該離開壅塞區之車流路徑上可通過最大車流量，係為該路網一最大車輛紓解量。

其中，前述之車流路徑臨界紓解量計算方程式(1)如下所示：S _max=min{S ₁,S ₂,,,,,S _n}其中S _max係為最大車輛紓解量；S ₁、S ₂與S _n係為該車流路徑上第1、第2與第n路口之紓解量。

接著再依優先路徑設定方法與車流路徑流量分配法，重新分配該進入壅塞區之車流路徑之每一時間區間車流量總和維持在小於等於該路網的最大車輛紓解量。

底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

10、12、14、16‧‧‧進入壅塞區之車流路徑

20‧‧‧離開壅塞區之車流路徑

30、32‧‧‧壅塞路口

40、42、44、46‧‧‧點

S50、S52、S54、S56、S58‧‧‧步驟

S10、S12、S14、S16、S18‧‧‧步驟

第一圖係為習知號誌時制設計方法流程圖。

第二圖係為習知交通流模式的速率-流量-密度關係圖。

第三圖係為習知路網組成示意圖。

第四圖係為習知改善前後之旅行速率績效示意圖。

第五圖係為本發明改善路網壅塞方法之步驟流程圖。

第六圖係為本發明路網組成之示意圖。

第七圖係為利用本發明改善前後之旅行速率績效示意圖。

請參照第六圖，首先說明本發明之路網組成元件，該路網包括一壅塞區與一緩衝區，該壅塞區包括至少一離開壅塞區之車流路徑，該離開壅塞區之車流路徑包括至少一路口，該緩衝區係為在該壅塞區周圍並包括至少一進入壅塞區之車流路徑，該進入壅塞區之車流路徑包括至少一路口。

請參照第二圖以習知交通車流模式說明道路容量與流量、速率、密度的關係。q _m又稱為道路容量，係為每個小時可以合理通過道路上一路段或一路口之最大交通量；k _m則係為車流量達到道路容量時之密度；u _m係為車流量達到道路容量時之速率。車流量超過道路容量則代表該道路已進入壅塞區；反之則為非壅塞區，在本發明中係稱該非壅塞區為緩衝區。

接著請參照第五圖至第七圖，以說明本發明之方法流程，首先進入步驟S10，請參照第六圖，找出包括至少一壅塞路口與至少一離開壅塞區之車流路徑之區域，該區域稱為壅塞區；在該壅塞區周圍且包括至少一進入壅塞區之車流路徑則稱為緩衝區。接著同參照第六圖，進入步驟S12，找出以進入壅塞區之車流路徑10與離開壅塞區之車流路徑20，且通過路口30、32作為本實施例說明。

之後進入步驟S14，調查蒐集並分析該車流路徑20上路口30、32之車流量資料，產生該離開壅塞區之車流路徑上可通過的最大車流量，係為該車流路徑20之最大車輛紓解量。透過帶入車流路徑臨界紓解量計算方程式(1)如下所示：S _max=min{S ₁,S ₂,,,,,S _n}其中S _max係為最大車輛紓解量；S ₁、S ₂與S _n係為該車流路徑上第1、第2與第n路口之車流量。

在該實施例中，找出最大車輛紓解量的路口為路口32，因此路口32係為該路網之壅塞路口且最大車輛紓解量則係為通過路口32之車流量。

接下來進入步驟S16，請參考第七圖的旅行時間圖表與流量密度關係圖，目前路網狀態係為該車流路徑10之車流量位在點44、尚未超過qm且在緩衝區；該車流路徑20之車流量位在點40、超過q _m且在壅塞區。因本實施例僅有一條進入壅塞區之車流路徑10，運用優先路徑設定方法時，將設定車流路徑數量n等於1，以限制該車流路徑10之路徑調配車流量小於等於該車流路徑20之最大車輛紓解量。

該優先路徑設定方法(2)如下所示：其中，PQ _n係為該車流路徑n所分配到之路徑調配車流量；S _max係為最大紓解量；q ₁,q ₂,...,q _n係為進入壅塞區之車流路徑1,2,...,n之車流量；r ₁,r ₂,...,r _n係為進入壅塞區之車流路徑1,2,...,n之優先路徑權重，若該進入壅塞區之車流路徑1,2,...,n無優先權之分，則該該進入壅塞區之車流路徑1,2,...,n之優先路徑權重r ₁,r ₂,...,r _n皆設定為1即可。

最後進入步驟18，採用車流路徑流量分配法，利用該車流路徑10之至少一路段儲車空間，依該路段儲車空間比例重新分配該車流路徑10之路徑調配車流量到該車流路徑10之至少一路段中，以達到該車流路徑10、20每小時通過的車輛數更接近於q _m。

首先，必須先確認該車流路徑10之路段儲車空間總和是否小於該車流路徑10之路徑調配車流量，若否，則須擴大該車流路徑10範圍以確保路徑調配車流量分配至各路段時不超過各路段儲車空間。

該車流路徑流量分配法(3)如下所示：PQ _n<l ₁+l ₂+…+l _m 其中，PQ _n係為該車流路徑n之路徑調配車流量；RQ _n,m係為該車流路徑n之路段m所分配到之路段調配車流量；l ₁,l ₂,...,l _m係為該車流路徑之路段1,2,...,m之路段儲車輛數；w ₁,w ₂,...,w _m係為該車流路徑之路段1,2,...,m之調配權重且數值須小於1，限制該調配權重w _m不超過該路段之儲車空間。

接下來請參照第七圖的流量密度關係圖，將該車流路徑20之車流量點40的部分車流量先存儲放至車流路徑10之車流量點44，於是點40與點44的儲車空間利用皆更趨於道路容量點42與點46，第七圖的旅行時間圖表中呈現該路網的旅行時間亦從(秒/公尺)降低至(秒/公尺)；第七圖的車輛行駛示意圖中呈現降低車流路徑20的壅塞現象，同時也提高利用車流路徑10的儲車空間。增加該路網的旅行速率，提升該路網的車輛紓解率，也達到改善該路網壅塞的現象。

第五圖與第六圖，以說明本發明另一實施例，本發明除了可實作於一進入壅塞區之車流路徑與一離開壅塞區之車流路徑之路網外，更能在複數個進入壅塞區之車流路徑之路網中實作。

如第六圖所示，做法同第一實施例完成步驟S10、S12後，找到該路網其具有進入壅塞區之車流路徑10、12、14、16與離開壅塞區之車流路徑20，接下來進入步驟S14找出最大車輛紓解量，其中該車流路徑20與第一實施例中的車流路徑20相同，故不重複敘述；接續進入步驟S16，依優先路徑設定方法，以限制該車流路徑10、12、14、16之路徑調配車流量總和小於等於該車流路徑20之最大車輛紓解量。

該優先路徑設定方法會依該進入壅塞區之車流路徑10、12、14、16之車流量比例決定該進入壅塞區之車流路徑10、12、14、16之車流路徑調配車流量。

優先路徑設定方法(2)如下所示：其中，PQ _n係為該車流路徑n所分配到之路徑調配車流量；S _max係為最大紓解量；q ₁,q ₂,...,q _n係為進入壅塞區之車流路徑1,2,...,n之車流量；r ₁,r ₂,...,r _n係為進入壅塞區之車流路徑1,2,...,n之優先路徑權重，若該進入壅塞區之車流路徑1,2,...,n無優先權之分，則該該進入壅塞區之車流路徑1,2,...,n之優先路徑權重r ₁,r ₂,...,r _n皆設定為1即可。

該車流路徑10、12、14、16得到所分配到之路徑調配車流量後，接下來做法同第一實施例進入步驟S18，採用車流路徑流量分配法，利用該車流路徑10之至少一路段儲車空間，依該路段儲車空間比例重新分配該車流路徑10之路徑調配車流量到該車流路徑10至少一路段中。其該車流路徑12、14、16之車流路徑流量分配法與上述實施例相同，故不重複敘述，藉以達到該車流路徑10、12、14、16、20通過的車輛數更接近於其q _m。

接著首先須確認該車流路徑10之各路段儲車空間總和是否小於該車流路徑10之路徑調配車流量，若否，則須擴大該車流路徑10範圍以確保路徑調配車流量分配至各路段不超過各路段儲車空間。其該車流路徑12、14、16之車流路徑範圍確認方法與上述實施例相同，故不重複敘述。

該車流路徑流量分配法(3)如下所示：PQ _n<l ₁+l ₂+…+l _m 其中，PQ _n係為該車流路徑n之車流路徑調配車流量；RQ _n,m係為該車流路徑n之路段m所分配到之路段調配車流量；l ₁,l ₂,...,l _m係為該車流路徑之路段1,2,...,m之路段儲車輛數；w ₁,w ₂,...,w _m係為該車流路徑之路段1,2,...,m之調配權重且數值須小於1，限制該調配權重w _m不超過該路段之儲車空間。

綜上所述，其能將路網劃分為緩衝區與壅塞區概念，利用緩衝區尚未達到q _m的儲車空間，將該離開壅塞區之車流路徑之車流量重新分配給該進入壅塞區之車流路徑，使該進入壅塞區之車流路徑之車流量與該離開壅塞區之車流路徑之車流量維持在該車流路徑之道路容量q _m內。藉以增加該路網的旅行速率，提升該路網的車輛紓解率，以改善路網壅塞現象。

唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍。故即凡依本發明申請範圍所述之特徵及精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

Claims

一種利用緩衝區分配車流量達到改善路網壅塞之方法，其係一路網包括一壅塞區與一緩衝區，該壅塞區包括至少一離開壅塞區之車流路徑，該離開壅塞區之車流路徑包括至少一路口，該緩衝區係為在壅塞區周圍並包括至少一進入壅塞區之車流路徑，該進入壅塞區之車流路徑包括至少一路口，該改善路網壅塞之方法包括下列步驟：劃分出該路網的壅塞區與緩衝區；接續找出進入壅塞區之車流路徑與離開壅塞區之車流路徑；接續透過調查蒐集並分析該離開壅塞區之車流路徑上之至少一路口車流量資料，產生該離開壅塞區之車流路徑上可通過的最大車流量，係為該離開壅塞區之車流路徑之最大車輛紓解量，接續依該進入壅塞區之車流路徑的流量比例分配，以限制該進入壅塞區之車流路徑之路徑調配車流量總和小於等於該離開壅塞區之車流路徑之最大車輛紓解量；接續該進入壅塞區之車流路徑利用路段儲車空間比例分配，以重新分配該進入壅塞區之車流路徑所分配到之路徑調配車流量到該進入壅塞區之車流路徑至少一路段中。
如請求項1所述之利用緩衝區分配車流量達到改善路網壅塞之方法，其中產生該離開壅塞區之車流路徑上可通過的最大車流量之方法，可利用車流路徑臨界紓解量計算方程式(1)以找出最大車輛紓解量，如下所示：S _max=min{S ₁,S ₂,,,,,S _n}其中S _max係為最大車輛紓解量；S ₁、S ₂與S _n係為該車流路徑上第1、第2與第n路口之紓解量。
如請求項1所述之利用緩衝區分配車流量達到改善路網壅塞之方法，其中產生該離開壅塞區之車流路徑上可通過的最大車流量係包括常數、自訂變數。
如請求項2所述之利用緩衝區分配車流量達到改善路網壅塞之方法，其中依該進入壅塞區之車流路徑的流量比例分配，以限制該進入壅塞區之車流路徑之路徑調配車流量總和小於等於該離開壅塞區之車流路徑之最大車輛紓解量之方法，可利用優先路徑設定方法達到上述目的，該優先路徑設定方法(2)如下所示：其中，PQ _n係為該車流路徑n所分配到之路徑調配車流量；S _max係為最大紓解量；q ₁,q ₂,...,q _n係為進入壅塞區之車流路徑1,2,...,n之車流量；r ₁,r ₂,...,r _n係為進入壅塞區之車流路徑1,2,...,n之優先路徑權重，若該進入壅塞區之車流路徑1,2,...,n無優先權之分，則該該進入壅塞區之車流路徑1,2,...,n之優先路徑權重r ₁,r ₂,...,r _n皆設定為1即可。
如請求項1所述之利用緩衝區分配車流量達到改善路網壅塞之方法，其中依該進入壅塞區之車流路徑的流量比例分配，以限制該進入壅塞區之車流路徑之路徑調配車流量總和小於等於該離開壅塞區之車流路徑之最大車輛紓解量之方法，亦包括常數比例、自訂變數比例分配等具有分配車流量至至少一路徑之方法。
如請求項1所述之利用緩衝區分配車流量達到改善路網壅塞之方法，其中該進入壅塞區之車流路徑利用路段儲車空間比例分配，以重新分配該進入壅塞區之車流路徑所分配到之路徑調配車流量到該進入壅塞區之車流路徑至少一路段中之方法，可利用車流路徑流量分配法達到上述目的，該車流路徑流量分配法(3)如下所示：PQ _n<l ₁+l ₂+…+l _m 其中，PQ _n係為該車流路徑n之路徑調配車流量；RQ _n,m係為該車流路徑n之路段m所分配到之路段調配車流量；l ₁,l ₂,...,l _m係為該車流路徑之路段1,2,...,m之路段儲車輛數；w ₁,w ₂,...,w _m係為該車流路徑之路段1,2,...,m之調配權重且數值須小於1，限制該調配權重w _m不超過該路段之儲車空間。
如請求項1所述之利用緩衝區分配車流量達到改善路網壅塞之方法，其中該進入壅塞區之車流路徑利用路段儲車空間比例分配，以重新分配該進入壅塞區之車流路徑所分配到之路徑調配車流量到該進入壅塞區之車流路徑至少一路段中之方法，亦包括係由常數比例、自訂變數比例分配等可分配該車流路徑之車流量至該車流路徑上至少一路段之方法。