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紅燈為什麼那麼長?

活躍星系核_96
・2015/08/16 ・1325字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 491 ・五年級

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source:Matthias Ripp

文 / Louis(畢業於台大土木所交通組 高考交通技術及格、交通工程技師及格)

紅燈時間也有長有短

市區道路交通最令人厭煩的莫過於停等紅燈,當你發覺某個路口的紅燈比其他路口還要來的長時,這個路口可能是一個長週期的號誌化路口。

交通號誌由三個燈號組成,分別是綠燈、黃燈、紅燈。三個燈號依序循一週稱之為週期(Cycle),燈號與週期的比值稱為時比(Split),例如以下兩種情況的綠燈時比都是50%:

1.週期100秒,綠燈50秒,黃燈3秒,紅燈47秒

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2.週期200秒,綠燈100秒,黃燈3秒,紅燈97秒

我們可以發現,長週期的綠燈時間長,紅燈時間也長,但是以一個小時來計算,這兩種號誌時制的設計,綠燈時間皆為1800秒。既然綠燈時間的總長都一樣,為何有些路口使用短週期,而有些則使用長週期呢?

不是越短越好,但也不能太長。

事實上一個週期會被切割成幾個部分,分配給不同方向的車流通行,稱之為時相(Phase)

以一個十字路口為例,最常被切分成東-西以及南-北二時相來運作,當東西向綠燈時,南北相為紅燈,南北向綠燈時,東西向則是紅燈。短週期的時相變換比長週期還要頻繁,以上述的例子言,週期100秒的二時相路口,一個小時會進行72次時相轉換,週期200秒則為36次。

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source:Saad Akhtar
source:Saad Akhtar

時相的變換會產生兩個問題,首先紅燈結束,綠燈剛開始時,路口停止線大約是前四輛車的駕駛人,必須要多一點時間來反應,導致車輛通過停止線的時間較長。而當綠燈結束亮起黃燈時,許多能夠通過路口的車輛決定減速,放棄通過路口,導致黃燈時間沒有被利用到(其實還有接在黃燈之後,所有方向都是紅燈的時間也未使用)。這兩段因為時相轉換,使得路口沒有被充分利用的時間,稱之為損失時間(Lost time)

短週期時相變換頻繁,產生較多的損失時間,而長週期則否,所以長週期的號誌化路口可以被更多的車輛通過。

但是長週期路口有一個缺點,就是平均每輛車因為被紅燈影響而產生的延滯(Delay)增加了,而平均延滯卻是評估號誌化路口好壞的重要指標。所謂延滯是指車輛經過號誌化路口時,因減速、停等及加速而增加的旅行時間,依照《公路容量手冊》之劃分,平均延滯小於15秒/車之路口擁有最佳的A級服務水準,而大於80秒/車之路口為最差的F級服務水準。

至於為何以平均延滯作為號誌化路口的績效指標,而不以其他指標如平均旅行時間或是飽和度來評估號誌化路口呢?因為平均延滯比起其他指標更能反應路口使用的真實情形,這又是另外一個主題了。

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總而言之,作為評估路口績效好壞的平均延滯,透過數學證明,在相同時比的前提下,週期越長,平均延滯將會越大。若路口的平均延滯大,代表多數車輛抵達該路口時是處於紅燈時段,必須經過停等才能通過該路口。

除此之外,長週期的紅燈時間長,容易造成駕駛人的不耐。關於這點,近年來許多國家採用紅燈倒數計時(包括台灣),不但可以降低駕駛人停等紅燈的煩躁,亦可以提醒駕駛人紅燈即將結束,以減少紅燈轉換綠燈時的損失時間

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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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從號誌開始還路於民:增設行人專用時相真的能保護行人嗎?
PanSci_96
・2023/09/02 ・3577字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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「好不容易綠燈了,怎麼又有路人擋在斑馬線上?現在汽機車要停讓行人,不是只會讓路口更塞嗎?」

「怎麼一綠燈,腳才剛踏出去,就差點被撞到,台灣真的是行人地獄啊!」

話說道路設計的最高原則,就跟XX製藥一樣,是先研究不傷身體,再講求效果。包括行人、駕駛者等用路人的安全要確保,再來才是讓所有用路人都能在安全的條件下,快速地到達目的地。

那麼駕駛轉彎時須等候行人的規定,你怎麼看呢?身為行人的我覺得,這只是遲來的行人正義,本該如此啊!以前每次過馬路都要急急忙忙,還擔心被司機怒瞪,感覺真的很差。不過握上方向盤的我卻又覺得,哇靠,現在每次汽車轉彎遇到行人就要停下來,結果根本如入行車地獄,一整排車子在路上塞爆,綠燈都結束了,車子還卡在路中間!

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與其讓每個人都陷入行人與駕駛的無間道,也許我們該思考的是最根本的燈號設計問題,調整號誌設置加上增設行人專用時相(Pedestrian Scramble),被認為是擺脫行人地獄惡名的關鍵一招,但這招真的有用嗎?該怎麼用才真的好棒棒呢?

紅綠燈秒數該如何設計?

最近交通改革的呼聲很高,820「還路於民大遊行」也即將登場。台灣交通雖然不會因為一次的遊行,在一夕之間改變,但能讓更多人在乎交通的癥結,願意理性討論,我認為都是很好的發展。

因為多起令人傷心的事故,「道路設計」如今備受重視,然而設計道路不是看心情或靠直覺,不論是車道寬度、人行道寬度或是標線位置,都是集合交通學、數學和心理學分析的綜合結果。其中,紅綠燈的設計相對來說比較簡單,因為那就是解數學題嘛。

喔?這數學題該怎麼解呢?我們先以最簡單的雙時相號誌來舉例。這裡所謂的時相,就是指號誌的狀態。例如一個最一般的十字路口,會由一個南北向綠燈、東西向紅燈的時相,加東西向綠燈、南北向紅燈的另一個時相,組成雙時相系統。如果又加上禁止直行、僅允許轉彎的情況,那就是又多了一個時相。而由三個以上組成的系統,就是我們常聽到的「多時相交通號誌」。

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雙時相號誌例圖。圖/轉動高雄青春夢-高雄市政府交通局

現在我們眼前有一個雙時相號誌路口,我們的目標,是設計一個在固定時間內,能讓更多車通過,駕駛可以花更少時間抵達目的地的路口。唯一的條件,是它的紅燈與綠燈時間必須一樣長,那麼你會希望紅燈長一點還是短一點呢?蛤,短一點比較好?真的是這樣嗎?

當我們在設計號誌週期 (signal timing) 時,通常會將號誌畫成類似於 PM 常用的甘特圖,更加一目了然。現在我們有第一種設計:紅燈、綠燈各一分鐘,一個號誌週期是兩分鐘。以及第二種設計:紅燈、綠燈各 30 秒,一個週期是一分鐘。實際畫成甘特圖,雖然一次的紅燈等待時間變短了。但長時間來看,你遇到綠燈跟等紅燈的時間,是一樣多的,也就是在相同時間內,前進的距離是一樣的。

設計號誌週期不同,實際有效時間也會不同。圖/PanSci YouTube

當然啦,相信你也看出來了,現實情況不是這樣,就算是藤原豆腐店的送貨員,從零加速到一百,喔不對,一般道路速限是 50 公里。從零加速到 50,也是需要起步時間的,如果遇到紅燈也需要煞車時間。再加上黃燈的轉換時間,這些時間加起來會產生不少的時間損耗。如果遇到一次紅燈,就會損失 5 秒。那麼在週期為兩分鐘的道路上行駛兩分鐘,實際上的有效時間,只有 60-5 秒,也就是 55 秒的時間。在週期為一分鐘的路口呢?雖然行駛兩分鐘的綠燈時間總計也是一分鐘,卻因為會多遇到一次紅綠燈。所以有效時間會損失 2 次 5 秒,也就是有效時間只剩下 50 秒,比週期是兩分鐘的道路還少了五秒。

結論就是,雖然綠燈長一點,紅燈也需要等久一點,但比起不斷地走走停停,能將速度維持在速限的時間更久,就能節省更多時間。

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號誌連鎖,幹道更順暢

當然,以上假設是紅燈與綠燈一樣長的情形,大部分的道路規劃都存在幹道、支道的區分。幹道是交通的命脈,也是車流量最大的地方,因此綠燈時間就會設計的比紅燈還要長,在號誌設計上也會有其他的考量。

例如,大家在路上看到一整排綠燈,一路大順暢,心情一定也十分舒暢,這被稱為號誌同步 (Signal Synchronization)。剛才討論的是單一紅綠燈的時間長短,現在我們同時考慮整條路上的紅綠燈,依照經驗也知道,沒有號誌同步的幹道,遇到的紅燈次數自然也會比較多,那麼因為頻繁減速、加速而出現的時間損失又多起來了。

但是,號誌同步真的是最優的作法嗎?其實不見得。當我們將號誌再次畫成圖,把號誌的時間和空間擺在一起,形成時空圖(Time-Space Diagram),並且加入行駛速限的考量。

號誌時空圖(Time-Space Diagram)。圖/Traffic Signal Timing Manual

我們會發現,放入合適的時差,能讓號誌如波浪般傳遞下去,每次你剛好到下一個路口,就會剛好遇到綠燈,達到真正的一路大順暢。這種安排方式被稱為號誌連鎖 (Signal Coordination)。而要讓雙向的道路都能受益於號誌連鎖的好處,就需要透過嚴密的車流量與數學計算。

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在這些基礎之上,還需要加入時間、車流、轉彎道等資訊,才能做出最有效的號誌設計,實在不簡單。在這個基礎之上,若要解決行人屢屢遭遇事故的困境,該怎麼設計紅綠燈呢?

行人專用時相是什麼?

前陣子,關於駕駛轉彎時須等候行人的議題又再度浮上水面,有人提出既然每次汽車轉彎遇到行人就要停下來,不如增設「行人專用時相」(Pedestrian Scramble)來解決問題。在這個時相內,只有行人可以移動,反過來說,在汽車移動的時候,行人是不能移動的。

這有什麼好處呢?首先,因為行人穿越馬路時所有汽車都得靜止,因此行人可以穿越對角線,穿越馬路的次數從兩次變為一次。對於駕駛來說也有好處,因為駕駛行駛時已經沒有行人會穿越斑馬線,因此右轉車輛可以不受影響,降低等待時間。而最重要的是,行人移動時沒有任何交通工具正在移動,直接降低了車禍的風險。倫敦交通局在 2010 年的報告中,便說明行人專用時相可以降低 38% 的行人傷亡。

行人專用時相可以降低 行人傷亡。圖/Giphy

既然這麼立竿見影,那把所有路口都加設「行人專用時相」就解決問題了嗎?其實也不是。增加一個時相,就意味整個週期拉長了。因此不論是行人還是車輛,要等的紅燈時間也會拉長。在少部分城市,就觀察到駕駛更容易因為等得不耐煩而搶跑、闖紅燈,例如加拿大的多倫多,就因此在 2015 年取消了行人專用時相。

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一般認為,適合設置行人專用時相的地方,僅在行人人流量高的路口,例如鬧區、車站前、幹道交叉口等等。在行人數量不多的路口,增加時相可能反而會使塞車問題更加嚴重。

還有什麼方法能讓行人更安全的過馬路?

事實上,台灣交通安全協會理事長陳宏益也表示,行人專用時相只是短期應急作法,更好的做法是搭配不同路口採用不同的措施。例如設置「行人早開時相」(Leading Pedestrian Interval),讓行人比車輛早 3~7 秒綠燈,增加行人被駕駛看到的機會、減少人車爭道。

或是呢,設置行人庇護島或將行穿線退縮,除了庇護島能多一分保障外,重要的是行穿線退縮能增加汽車的等候空間,並且因為車輛在轉入時已經轉直,比較不容易因為 A 柱死角而看不見行人。

行穿線退縮也能保護行人安全。圖/PanSci YouTube

這樣聽起來,只要根據每個路口車流、人流,調整燈號設計,台灣的「行人地獄」應該有解囉?你覺得呢?有可能改變嗎?

  1. 當然有解,那麼多國家都提出了交通零死亡願景,事在人為啊!
  2. 教育才是最佳解,從幼兒園開始重新學習行人路權觀念,保守估計下一代……大概就會成功了。
  3. 我不入地獄,誰入地獄,這個肉身臭皮囊,還是靠自己長眼顧好吧!

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