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地特四等申論題 107年 [交通技術] 交通工程概要

第 一 題

📖 題組:
四、假設某高速公路之車流速率-密度關係為線性。若其自由流速率為 90 KPH、壅塞密度為 100 VPK,試回答下列問題:(每小題 5 分,共 25 分)
📝 此題為申論題,共 5 小題

小題 (一)

繪出流量-密度-速率(q-k-u)關係圖。

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本題考查 Greenshields 線性交通流模式。看到速率-密度為線性,應立刻計算出臨界密度、臨界速率及最大流量(容量),再依據這些關鍵參數,精確描述並標示出 u-k(直線)、q-k(拋物線)、u-q(拋物線)三張基本關係圖的形狀、頂點與截距。

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【解題思路】利用 Greenshields 線性模式公式,先計算出臨界點與極值,再據以繪製交通流三大基本關係圖。 【詳解】 一、已知條件與關鍵參數推導:

小題 (二)

寫出速率-密度(u-k)、流量-密度(q-k)方程式。

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看到「速率-密度關係為線性」,應立刻聯想到葛林希德(Greenshields)巨觀交通流基本模式。先代入自由流速率(uf)與壅塞密度(kj)求出 u-k 關係式,接著利用交通流基本方程式(q = u × k)展開,即可輕鬆推導出 q-k 二次拋物線方程式。

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【解題思路】利用交通流線性模式(Greenshields Model)及交通流基本方程式(q = u × k)進行推導。 【詳解】 已知:

小題 (三)

計算最大流量。

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看到「速率-密度關係為線性」,應立即聯想到 Greenshields 模式。利用交通流基本公式 q = u × k,結合最大流量發生在臨界速度與臨界密度(即自由流速率與壅塞密度的各一半)的特性,代入公式求解即可。

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【解題關鍵】應用 Greenshields 線性模式推導,最大流量發生在自由流速率與壅塞密度乘積的四分之一處。 【解答】 已知條件:

小題 (四)

當流量(q)等於 900 VPH 時,試自駕駛者觀點描述當時的車流狀況。

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看到給定線性速率-密度關係與特定流量時,應立即想到巨觀交通流基本方程式(q = u × k)與 Greenshields 模型,將產生一元二次方程式並解出「兩個」密度/速率組合。答題關鍵在於必須「分別針對非壅塞與壅塞兩種狀態」,從車距、車速、超車自由度及心理壓力等主觀感受來論述駕駛者觀點。

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【破題】根據交通流基本理論(Greenshields 線性模型),在同一未達容量的流量下(q = 900 VPH),會存在「非壅塞(自由流)」與「壅塞(強制流)」兩種截然不同的車流狀態,駕駛者的感受亦將完全不同。 【論述】 一、 參數計算與狀態推導

小題 (五)

分別計算在最大流量與壅塞密度時的平均時間間距(Headway)與平均空間間距(Spacing),並說明其合理性。

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看到「線性關係」立刻聯想 Greenshields 巨觀交通流模型,由自由流速率與壅塞密度推導出最大流量狀態的速率與密度。接著代入微觀參數公式:平均空間間距等於密度的倒數(s=1/K),平均時間間距等於流量的倒數(h=1/q),最後依據實際駕駛行為與物理現象解釋數值合理性。

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【解題關鍵】利用 Greenshields 線性模型求出臨界狀態,並運用「平均空間間距為密度的倒數(s=1/K)」及「平均時間間距為流量的倒數(h=1/q)」進行計算。 【解答】 Step 1:確定最大流量狀態(容量)的參數

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