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國道五號北上瓶頸路段最佳通過量分析

黃友恆 2017-09-11

國道五號北起南港系統交流道,南至蘇澳交流道,全長54.3公里,包含7處交流道與5座隧道。其中又以位於坪林交流道與頭城交流道間,長度約13公里的雪山隧道為最長,也常是國道五號瓶頸發生的地點,尤其針對北上路段,當周末出遊人數眾多時,塞車時間不但可從上午10:00持續至晚間22:00,地方平面道路也會因上匝道車隊回堵遭受影響。 為了使國道五號能更有效率的疏散車流,我們希望找到上述瓶頸路段最佳的通過量。當路段維持在最佳通過量時,便可以讓最多車輛數在一定順暢的速度狀態下通過瓶頸路段。為了達成此目的,我們透過ETC的流量及旅行時間資料進行分析,所用到的ETC門架相對位置及路徑標示如圖。 

ETC門架相對位置及路徑標示

在流量部分,主要是看位於北上28.7公里的ETC2門架每小時通過量,其架設位置就位於雪山隧道北上入口上游處,可代表每小時實際進入雪山隧道的車流量。在旅行時間部分,主要觀察兩條路徑,路徑1從頭城下匝道出口上游里程30.9公里處的ETC1門架開始,終點為坪林交流道下游里程5.5公里處的ETC3門架,其旅行時間包含了進入雪隧前在頭城交流道路段的旅行時間,與實際通過雪隧到達坪林交流道下游的時間兩部分。而路徑2只有單純考慮通過雪隧到達坪林交流道下游的時間。 首先看到一般平常日(105年6月14日)的流量與旅行時間資料如下圖,長條圖代表ETC2門架每小時通過量,對應到左側座標軸;折線圖代表路徑1及2的旅行時間,對應到右側座標軸。圖中可看出當日每小時流量皆小於2,000輛,且兩條路徑的旅行時間皆呈現一致的走勢。路徑2資料數值可看出通過雪隧路段的旅行時間皆在23分鐘以內,而路徑1與路徑2中間差值則代表在頭城交流道路段的旅行時間也相當穩定,並沒有太多壅塞發生。 

ETC2門架每小時通過量

但若以105年端午連續假期第三天(105年6月11日)資料為例,其通過雪隧之小時交通量及旅次推估需求量分布如下圖所示。圖中可發現在上午9:00之前,因尚未有壅塞狀況,故路徑1與路徑2之間的旅行時間維持在較低的數值。但當進入9:00之後,欲通過路段的需求量大於供給量時,可看出兩路徑的旅行時間便開始逐步增加,並在12:00~13:00時到達最高值,之後便維持在相對高的數值,即代表此時國五雪隧路段已進入壅塞狀態,不但兩路徑之旅行時間較順暢時增加近一倍,通過頭城交流道之時間也由原先順暢狀態的2~3分鐘增至10分鐘左右,也代表在該約2公里長的路段便遭受到近8分鐘的旅行延滯,換算時速只有16公里左右。此外,在壅塞狀態下,該路段通過量已無法達到容量值,只能維持在每小時通過1,800輛次左右。此壅塞狀況一直持續到隔天凌晨1:00~2:00時,當需求量大幅減少後,才讓車潮得以紓解,使該路段回復到原本未壅塞的狀態。 

雪隧之小時交通量及旅次推估需求量分布

而為了找到通過該路段的最佳通過量,我們從ETC資料庫中找了105年10月8日的流量及旅行時間資料如下圖。以該日資料為例,其在下午15:00至18:00這4個小時的小時交通量可以穩定介於2,000~2,100輛之間,且路徑1及2的旅行時間皆未有觀察到壅塞狀況。此一現象代表當我們控制進入該路段流量介於每小時2,000~2,100輛時,此瓶頸路段不但可以長時間維持在順暢狀態,且通過量也不會降到壅塞狀態的每小時1,800輛,如此便可達到我們所設定的最適通過量的要求。 

105年10月8日的流量及旅行時間

後續可針對長時間的ETC資料進行搜尋分析,找到各路段的最適通過量為何,提供管理國道五號各匝道進入車輛數的一個參考值,使其能在保持一定順暢的流速度下,通過最多的車輛數,發揮道路最大運作效率並減少塞車時間。


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