交通WWW資訊系統之設計與實例




胡大瀛

廖彩雲

陳麗雯、許靜月

逢甲大學交通工程與管理學系 朝陽科技大學資訊管理系所 逢甲大學交通工程與管理學系
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摘要

  先進旅行者資訊系統 (Advanced Traveller Information Systems, ATIS)已成為智慧型運輸系統(Intelligent Transportation Systems, ITS)的基礎,並納入智慧型運輸系統基礎建設(Intelligent Transportation Infrastructure, ITI)的重要項目,藉由交通資訊的提供,希望協助旅行者作最有效的旅運決策,以期減輕交通擁擠之情況,進而增進運輸系統的整體效能。全球資訊網(World Wide Web)具備傳輸圖形與文字的能力,並可配合CGI(Common Gateway Interface)與Java來進行運算控制,成為交通資訊系統的最佳介面。本文提出建構WWW交通資訊系統之發展程序、架構,並針對相關演算流程進行討論。





一、前言

  由於世界各國主要城市之交通狀況持續惡化,在道路容量無法大規模的增加下,結合電腦、電子、與通訊科技來有效的提昇運輸系統效能已是世界各國的努力目標,此一發展可統稱為智慧型運輸系統 (Intelligent Transportation Systems, ITS)[1]。智慧型運輸系統的主要項目包括先進旅行者資訊系統 (Advanced Traveller Information Systems, ATIS), 先進交通管理系統 (Advanced Traffic Management Systems, ATMS), 先進車輛控制系統 (Advanced Vehicle Control Systems, AVCS), 商業車輛調派與管理 (Commercial Vehicle Operations, CVO),先進大眾運輸系統(Advanced Public Transportation Systems, APTS),以及先進郊外運輸系統(Advanced Rural Transportation Systems, ARTS) [2]。其中,多運具旅運者資訊系統(Regional Multimodal Traveler Information)更被美國運輸部選為構建智慧型運輸系統基礎建設(Intelligent Transportation Infrastructure, ITI)的重要項目,美國運輸部希望透過智慧型運輸系統基礎建設的實施,於中程階段 (3-5年)內落實智慧型運輸系統的理想 [3,4]。

  多運具旅運者資訊系統的目的希望藉由交通資訊的提供,協助旅行者作最有效的旅運決策,以期增進運輸系統的整體效能,進而減輕交通擁擠之情況。

  由於網際網路(Internet) 與全球資訊網(World Wide Web) 的快速成長與應用,使得單位間、電腦間的資源共享也更容易,因此各國目前都以發展WWW 的交通資訊系統為多運具旅運者資訊系統之先驅。

  本研究將討論以WWW為介面的交通資訊系統、其所應具備之條件、相關演算法之配合,希望透過WWW整合不同來源的資料,並將結果提供使用者作旅次相關選擇之重要參考。本文章節安排如下:第二節探討交通資訊的觀念性架構,釐清資訊與不同使用者之間的關係,與相關演算流程之配合。第三節討論以WWW為介面之交通資訊系統。第四節介紹美、英、德、日等國家目前在WWW上提供交通資訊的情形,並構建一實驗性的行前資訊系統 (Pre-trip),最後為結論與建議。





二、交通資訊架構

  本節將根據交通資訊之特質提出一交通資訊系統之架構,藉由此一架構來釐清旅次產生者與交通資訊(含行前與行徑中)的相互關係,作為交通資訊建立研究之參考。

  根據Mobility 2000[5],Mahmassani & Jayakrishnan [6],IVHS AMERICAN[7],Watling and Vuren[8],Van de Mede and Van Berkum[9],Hu & Mahmassani [10]等人的討論,交通資訊可依下列特質區分:

1. 描述性與規範性 (Descriptive vs. Normative)

2. 靜態性與動態性 (Static vs. Dynamic)

3. 行前與路徑中 (Pre-trip vs. En-route)

4. 歷史性與即時性 (Historical vs. Real-time)

5. 實際性與預測性 (Actual vs. Predicted)

  交通資訊系統中包括不同類別的資訊、使用者與彼此之間的相互關係,如圖1所示,其中使用者可區分成下列三類:

- 無自用車之旅行者

- 有自用車輛但無車內資訊系統者

- 自用車輛之旅行者並擁有車內資訊系統

  在圖1中,資訊中心可能供給兩大類的資訊給上述三類的使用者,一是行前資訊,另一是路途中資訊。最主要的資訊包括描述性資訊與規範性資訊。而描述性資訊若根據資料獲得方式,可分為:

(1).歷史性資訊(Historical Information)

  歷史性資料乃指資訊供給前所獲得的資料,此資料可能包括數天、數週或數月的旅行資料,一般可以平均數值提供給旅次產生者作參考。

(2).即時現況資訊(Real-Time Actual Information)

  即時現況資訊可提供交通現況作為旅次產生者的決策參考。例如運具服務之中斷(罷工或故障)與交通事故的發生。

(3).預測性資訊(Predicted Information)

  預測性資訊可藉由歷史性的資訊、現況資訊或兩者,透過一預測未來交通狀況的方法來推估未來(可能以5到30分鐘為推估間距)的可能交通發展狀況。

  這些不同的交通資訊將在旅行者行前或行徑中供給,旅行者也可配合自身的旅行經驗來進行旅運決策。個別旅行者的決策將交互作用,其整體行為 (Aggregate Behavior) 決定了運輸路網內車流之分佈,進而影響運輸系統的績效。

  許多研究者發現行前資訊對旅行者的影響將比行徑中資訊來的重要,假如可在旅次發生前即提供所需之交通資訊,將可影響旅行者之離開時間、運具、使用路線等選擇 [11,12]。Hassounah等 [13]的研究也指出:10%的實驗通勤者會受到有線電視系統提供行前資訊的影響。在伯明罕 (Bermingham) ,有10%-20%的實驗者聲稱在交通狀況不良的狀況下,他們會因行前交通資訊而改變其使用之運具[11,14],因此本研究的實作將已行前資訊系統為主。


圖1. 交通資訊系統




三、交通WWW資訊系統之架構建立

  全球資訊網(World Wide Web)具備傳輸圖形與文字的能力,並可配合CGI (Common Gateway Interface)與Java來進行運算控制,現在已成為交通資訊系統的最佳界面[15]。本節將針對WWW交通資訊系統加以探討,在交通資訊的供r給中,使用者關心的項目主要為:出發時間、旅行時間與到達時間 [11,12]。

  交通WWW資訊系統之項目如圖2所示,其中使用者以WWW的界面可獲得相關運具之資訊,如私人汽(機)車、大眾運輸、航空與鐵路。在每個運具下,資訊的種類可如圖中所示。基本上,WWW交通資訊系統主要是提供旅行者行前決策參考使用,如有多運具的旅程,亦可視為不同行前資訊之應用,資訊提供之地點為家中、辦公室、公共資訊亭 (kiosk) ,甚至個人手機或手提電腦都可以做為資訊的傳遞,未來WWW資訊系統將有可能發展至行駛中資訊。此外,為了能達成不同時間之估算,WWW交通資訊中應包含三類不同的資訊,討論如下:

1. 靜態資訊 (static information)

以地圖顯示靜態資訊,其資訊包含地圖,重要路口,據點。在此一靜態資訊,駕駛者可透過 WWW 查詢交通相關資訊,如加油站,並可利用現有靜態資料,作一靜態最短路徑的計算,提供駕駛者一可行路線。

2. 動態資訊(dynamic information)

  在動態資訊階段希望提供給駕駛者變動性的路況相關資訊,如交通管制措施、事故發生地點、事故嚴重性、或施工路段。這類資訊將由行控中心蒐集或估計,顯示在資訊系統,於事前警告駕駛者,並提供替代性路徑。

3. 即時資訊(real-time information)

  即時資訊可透過偵測器 (detector)、偵測車輛(Probe)、閉路電視(Closed Circuit TV)等蒐集,並可將交通現況透過WWW來傳遞。未來可利用散佈在路網中的車流來推估路網的擁擠程度或狀況,並可配合交通模擬,以路況資料為輔進行修正,則可以克服路徑計算上可能的問題。


圖2. WWW交通資訊系統架構

  針對時間的運算,本研究以私人車輛(如汽、機車)與大眾運輸兩類來討論,茲說明如下:

1. 私人車輛

  私人車輛由起點至終點的時間可由下式表示:

(1)

其中,

:表i使用者的到達時間,

:表i使用者的出發時間,

:表i使用者的使用路徑(其中含路段與路口),

:表k路段的旅行時間,

:表k路口的通過時間,與

:停車時間。

  為了能有效的控制,駕駛者必須審慎的選擇所使用得路徑

2. 大眾運輸

  使用大眾運輸的旅行者其時間計算如下式:

(2)

  其中,分別表示旅行者i到搭車地點所需時間與由下車地點至目的地所需時間;為等待時間;為行駛(或飛行)時間。在這個計算中,使用者可能可以根據所提供的資訊來選擇使用班次、縮短等待時間。

  在交通資訊系統的分析中,最短路徑的計算可以說是最重要的一環,尤其是可提供使旅行者以最快的時間或最短的距離抵達目的地,因此,此一最短路徑的正確性與效率性,將會是WWW 交通資訊系統成功的關鍵。

  傳統的最短路徑演算法中,有許多假設並無法適用於實際交通路網的分析,可能產生的問題,歸納於下:

1. 車流量變化情形:

  在最短路徑計算中,一般是以一綜合成本(generalized cost)作為計算的依據,此項成本乃為靜態的資料,如節線長度等。然在交通運輸路網中,路段或路口的旅行時間應是流量的函數。

2. 路口控制型態

  在最短路徑演算法中,通過路口的時間一般無法加以考慮。然而,在交通路網中,路口的控制型態可能會影響到車輛的通行時間。一般而言,路口的控制型態如下表:

表1 交通控制型態之分類
市區街道公路
無控制入口匝道管制
停讓交通號誌出口匝道管制
號誌控制高承載車輛管制
連鎖號誌控制可變號誌
觸動感應號誌

  不同的交通控制系統,可能產生延滯也不相同,將會是路徑計算上的重要因素。

3. 轉向的考慮

  傳統最短路徑演算法的另一個缺點是無法考慮轉向的成本。一般在交通路網中,左轉、直行、與右轉所需的時間不盡相同,如果為了考慮這些轉向的因素,而改變路網的結構,則需增加路網節點的數目約三倍到四倍,並將增加運算上的負擔。在不增加運算時間的考量下,交通轉向的成本應與最短路徑演算結合,以期提供合理的路徑。

4. 時間性的考慮

  交通車流中有一個很特別的特性--依時性(time-dependent),亦即通過路段所需的時間與車輛到達該路段的時間相關,為了能夠有效的引導車輛至其目的地,現有傳統的最短路徑應增加一個時間的次元(Dimension),以便考慮交通流的依時性,增加駕駛者的信賴度。

  在上述問題的考慮下,WWW交通資訊系統中的路徑產生與演算,必須配合不同的資訊逐步的改變,以求資訊的可靠與完整。根據不同的資料與路徑演算法,發展WWW交通資訊系統的路徑計算架構,如圖3。

圖3. 資訊與路徑演算法之發展




四、WWW交通資訊之實例

  本節將介紹美、英、德與日本等國WWW交通資訊之實例,並簡介我國行前資訊系統之雛型。


4.1 各國實例

1. 美國華盛頓州西雅圖trafficview網站 (http://trafficview.seattle.sidewalk1.com./):

  在這個系統中,使用者可以查看閉路電視 (CCTV)上之即時路況,可看到目前道路擁擠的狀況,影像更新時間約為2.5分鐘。在駕駛者旅行資訊上,本網站提供高速公路旅行時間的計算。使用者必須選取選單中高速公路上匝道的起訖點,經由系統計算結果,可得知最短路徑、替代路徑、起訖點距離,以及大約之旅行時間。

  除了即時資訊的提供,另外還有其他一些交通相關資料,如:氣象資料、地鐵運輸、大眾運輸、華盛頓州美國鐵路公司鐵路網(包含路線地圖、停靠站、以及運輸資訊、計程車與市公車服務電話等相關資訊)等。

2. 英國 (http://Romance.soton.ac.uk/cgi-bin/viewd.b)

  在這個WWW交通資訊系統,使用者可以得到城市中停車資訊、事件資訊、擁擠狀況以及公車班表。在停車資訊上,除了列出城市中各停車場之容量外,並以不同顏色之數字代表目前的停車狀況,紅色數字代表目前停車場之停車狀況正逐漸增加當中,而數字則表示停車車輛數;綠色代表目前的停車場停車數正逐漸減少,其數字表示目前停車車輛數。

  這個系統也利用CCTV將某些特定路口之路況傳送影像給使用者。當然,除了短時間變動的交通資訊以外,本網站還提供公車於各站之班表以供使用者參考。

3. 德國德萊斯登(http://dresden-info.fhg.de/dd-info/start/stdtinfo_e.htm)

  這個資訊系統包括事件資訊、地方運輸資訊,如大眾運輸、道路施工資訊、輪船班表與票價;長距離運輸資訊,如火車到離時間表、飛機班次時刻表等;實際道路交通狀況;都市資訊與地圖,如名勝光觀地簡介、交通旅遊資訊、城市街道圖以及其他相關服務。

4. 日本 (Http://www.nagano.kt.moc.go.jp/common/html/tpfrmset-e.htm)

  此一系統提供下列相關資訊:一般靜態資訊 (General Information) ,基本資料之查詢;交通資訊 (Traffic Information) :分為四部分。第一部份為即時影像資訊;第二部份為關於廣播之資訊;第三部分為道路資訊佈告欄;第四部分是告知使用者因施工建設而實施道路封閉之路段相關資料。此外,還包括氣象資訊、相關資訊如加油站、休息站等。


4.2台中都會行前資訊系統 (http://pluto.ttem.fcu.edu.tw:2000)

  本研究採用WWW瀏覽器做為查詢界面,使用者可利用WWW瀏覽器連接到網際網路上特定的WWW伺服器,伺服器可配合查詢程式(Common Gateway Interface, CGI)的應用,透過資料庫系統的標準ODBC介面,取得所需要的資料,並交由運算模式計算,最後將結果送回WWW伺服器,詳細資料請參閱胡大瀛等[16]。

  此一行前資訊系統包含之運具,係以台中都會區內及其連接至台北、高雄二大都市之運具為考慮範圍,涵蓋私人運具及大眾運輸工具,共計有小汽車、機車、計程車、步行、航空、鐵路、長途客運等。旅程規劃運算程式係在一整合性路網結構(Unified Network Structure)中,進行多種運具之旅程規劃,運算流程如圖5所示。採用之演算法為演算法及YEN k條最短路徑演算法 (YEN's K shortest path algorithm)[17]。其中YEN k條路徑演算法僅用於小汽車之旅程規劃,提供小汽車使用者數條行駛路線。在長途運具的旅程規劃方法上,分為都會區聯外路徑與都會區內路徑兩階段求其最短旅行時間路徑。

  為在整合性路網上展現出不同運具間之轉乘,及考慮大眾運輸工具之上下車時間,在搜尋最短路徑時,可依使用的運具別,利用路段的屬性將不需使用的運具路網關閉(即將其路段成本設為無限大),一方面可減少最短路徑之搜尋時間,再則可確保不使用之運具不會出現在最短路徑之中,詳細資料請參閱胡大瀛等[16]。這個系統中,基本上只以傳統的最短路徑演算法,配合靜態資料庫的使用,未來應針對不同路徑的演算與資訊進行整合。

圖4. 旅程規劃運算程式流程





五、結論與建議

  本研究針對交通資訊的特性,WWW資訊系統之建立、路徑演算法發展策略進行探討,除了釐清不同資訊的關係外,也強調路徑資訊的處理與運算。

  建立WWW交通資訊系統已是各國發展智慧型運輸系統的共識,也唯有完整、可靠的資訊系統方能提高旅行者的使用意願,進而改變旅運決策,以確保運輸效率。在歐、美、日等地,政府視WWW資訊系統為正常工作的一部份,以靜態、動態、即時性資訊做為主要發展的對象,國內雖已有零星的計畫或研究成果,仍屬片斷,旅行者並無法善加利用,因加強整合的工作,並積極的發展相關演算法。

  本研究所提出的初期研擬架構,未來應針對重要元件加以設計、發揮軟硬體的功能,建立一多運具旅運資訊系統;亦期望藉由本研究能吸引更多學者、廠商的興趣與投入發展國內智慧型運輸系統。


參考文獻

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