TW201601120A - 動態調整道路收費費率方法、系統與電腦可讀取紀錄媒體 - Google Patents
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Abstract
一種動態調整道路收費費率方法,其步驟如下所述。在儲存裝置所儲存之一資料庫內建立一車流與費率資料表,該車流與費率資料表與複數個時段對應。建立一車流與費率數學模型,該車流與費率數學模型至少包括一路段於一時段之一參數數值。根據該參數數值及一額定車流量計算該路段於該時段之一試算費率。取得前一時段之第一公告費率,計算該試算費率與第一公告費率之差值,基於該試算費率與該差值決定該時段之第二公告費率。
Description
本揭示內容是有關於一種訂定道路收費費率的系統與方法,特別是一種動態調整道路收費費率的系統與方法。
車輛的發明和道路網絡的興建使得兩地通行更加便捷迅速,然而隨著車輛越來越普及,交通擁塞在許多地區都成為重大的問題,不只會造成旅程時間延長,廢氣排放污染,甚至還會造成嚴重影響交通安全的「路怒症」心理問題。
交通擁塞基本上在車輛對道路的需求大於道路容量時即會發生,其本質為一供需問題。從供給面解決此問題的方法為拓寬或增設道路以提升道路容量,但其成本太高,另外,道路之需求有根據尖峰與離峰不同時間而改變之特性,若增設道路以符合尖峰時間之需求,在離峰時將會供過於求,並不經濟。因此,有許多從需求面解決交通擁塞之方法被提出,例如管制進入道路的車流,利用高乘載管制以提升道路使用率,或是限定特定車輛在特定時間
才能上路,然而,這些方法皆以限制所有車輛的方式,來達到降低需求的效果,造成駕駛人不便。
另外,利用市場經濟以價格控制需求的解決方式也有人提出,此方法的好處在於不硬性限制某些類型的車輛不能使用道路,而是定出適當的價格以控制使用道路之車輛數,駕駛人仍可決定是否接受該定價,同時也透過付費意識到使用道路對環境以及他人造成的影響。道路收費行之有年,然而不管是定點或是按里程計費,大部分地區仍使用固定費率,而沒有利用定價能力來解決尖峰時間對道路需求過高的問題。
因此,如何動態調整道路收費費率以控制車流量實為一急待解決之問題。本揭示內容包括一種動態調整道路收費費率方法,於一儲存裝置中一資料庫內建立一車流與費率資料表,該車流與費率資料表對應至複數個時段。接著,建立一車流與費率數學模型,且該車流與費率數學模型至少包括一路段於一時段之一參數數值。根據該參數數值及一額定車流量,計算出該路段於該時段之試算費率。然後計算試算費率與前一時段之第一公告費率之差值,基於試算費率與差值決定該時段之第二公告費率。
另外,本揭示內容之另一態樣為一種動態調整道路收費費率之系統,此系統內含一儲存裝置以及一處理器。該儲存裝置中儲存一資料庫,該處理器電性連接至該儲存裝置,其執行之指令包括於該儲存裝置之該資料庫內建立
一車流與費率資料表,該車流與費率資料表與複數個時段對應,以及建立一車流與費率數學模型,該車流與費率數學模型至少包括一路段於一時段之一參數數值。處理器根據該參數數值以及一額定車流量,計算該路段於該時段之一試算費率,並取得一前一時段之一第一公告費率,計算該試算費率與該第一公告費率之差值,基於該試算費率與該差值決定該時段之一第二公告費率。
本揭示內容之又一態樣為一種電腦可讀取記錄媒體,儲存一電腦程式,用以執行一種動態調整道路收費費率方法,該方法所包含步驟如下述,建立一車流與費率資料表,該車流與費率資料表與複數個時段對應。建立一車流與費率數學模型,該車流與費率數學模型至少包括一路段於一時段之一參數數值,根據該參數數值及一額定車流量計算該路段於該時段之一試算費率。接著,取得一前一時段之一第一公告費率,計算該試算費率與該第一公告費率之差值,基於該試算費率與該差值決定該時段之一第二公告費率。
本揭示內容之技術方案具有下列優點。動態調整道路收費費率可控制對道路的需求量,達到市場經濟法則中以價制量的效果,不只可以緩解道路擁塞的情況,更可以增加收入。另外,本方法利用對應複數個時段的車流與費率資料表,可以利用道路需求因時段不同而呈現類似週期性變化的特性,解決塞車問題。本方法同時限制了相鄰時段的公告費率差值,避免費率驟升或驟降使實際收費與駕
駛人預期應支付費用落差過大。
S102、S104、S106、S108、210、212、214、216‧‧‧步驟
202‧‧‧資料庫
M‧‧‧車流與費率數學模型
s‧‧‧時段
Fr‧‧‧額定車流量
Fc‧‧‧即時車流量
t‧‧‧門檻值
Tr‧‧‧試算費率
Tp‧‧‧第一公告費率
Tc‧‧‧第二公告費率
Tdiff‧‧‧差值
302‧‧‧伺服器
304‧‧‧用戶端裝置
306‧‧‧車流監控裝置
322‧‧‧處理器
324‧‧‧儲存裝置
326‧‧‧網路介面
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂,所附圖式之說明如下:第1圖是根據第一實施例繪示的一種動態調整道路收費費率方法的流程圖;第2圖為根據第二實施例繪示的一種動態調整道路收費費率方法示意圖;以及第3圖為根據第三實施例繪示的一個動態調整道路收費費率系統之方塊示意圖。
以下將以圖式及詳細說明清楚揭露技術內容,其目的並非用以限制本發明,另外,任何所屬技術領域中具有通常知識者在瞭解所列實施例後,當可由本發明所教示之技術,加以改變及修飾,並不脫離本發明之精神與範圍。
請參照第1圖,第1圖是根據第一實施例繪示的一種動態調整道路收費費率方法的流程圖,雖然以下對於動態調整道路收費費率方法100係以特定順序的步驟來做描述,然此並不限制本發明所提及步驟的前後順序,對所屬技術領域具有通常知識者來說,可輕易以序列計算或平行計算實作本方法(例如使用平行處理器或多執行緒環境),又或者在實作中增加或減少所述步驟。
第1圖繪示之動態調整道路收費費率方法100中,步驟S102為在一儲存裝置中一資料庫內建立一車流與費率
資料表,該車流與費率資料表與複數個時段對應。為了簡化說明以便於理解,揭示內容中所指之車流與費率資料表為一路段之車流與費率資料表,然而所屬領域具通常技藝者可輕易將所揭露技術內容應用在多條路段上,而不脫離本發明之精神與範圍。
道路車流會展現一種類似週期性特質,主要商業或工業區附近會在週間的上下班時間出現由通勤者帶來的車潮,景區或購物中心附近則是在週末假日因觀光或購物者出現車潮,為了善用此週期性特質,可根據一週中的星期別(Day of Week)和一天內的時間(Time of Day)建立車流與費率資料表,分割之時段的長短可根據車流變化之速度訂定。在一實施例中,時段之長度為15分鐘,適用於車流變化快速的路段,在另一實施例中,時段之長度為1個小時,較長的時段長度可用於車流變化較緩慢的情況,或是用於儲存空間或運算資源等硬體資源較有限的系統。
第1圖中的步驟S104為建立一車流與費率數學模型,該車流與費率數學模型至少包括一路段於一時段之一參數數值,其中該時段為車流與費率資料表中的一個時段。在一實施例中,該時段為週一八點到九點,則使用車流與費率資料表中所有週一八點到九點之資料來建立該車流與費率數學模型。
迴歸分析(regression analysis)是將研究的變數區分為依變數及自變數,並建立依變數為自變數之函數模型,然後再根據樣本所得的資料來估計函數模型的參數,其主
要目的為1)用來解釋資料過去的現象,以及2)利用自變數來預測依變數未來可能產生之數值。本揭示內容中所欲解決之技術問題之一為利用車流與費率之資料預測費率應該要設為多少才能產生預估車流量,因此樣本為對應到該時段之車流與費率資料表,自變數為費率,依變數為車流,可使用迴歸分析方法來估計車流與費率數學模型的參數數值,並預測費率(自變數)設為某數值時,會有多少車流(依變數)欲進入道路。
可以想像的是,價格之上升必然會造成車流之下降,但此關係為反比或指數關係仍需依靠資料分析來獲得,在經過多次分析與實驗後,本揭示內容所建立之車流與費率數學模型為:F=α.T β 其中,F為車流,T為費率,而α和β為參數數值。易言之,車流和費率呈現指數的關係,其中β可對應到經濟學供需模型中的「需求的價格彈性」概念,用來代表需求的數量隨商品的價格的變動而變動的情況,在一實施例中,β之變動範圍為-0.25至-0.29,於另一實施例中,β之變動範圍為-0.22至-0.24,以上僅為舉例說明,並非用以限制本發明,且α和β的實際數值會隨著不同時段和不同路段而有相應的改變及調整。
上述車流與費率數學模型中,可對方程式等號兩邊同取對數,得到以下方程式:log F=log α+β log T
取對數後之方程式為一線性方程式,亦即,取對數後之車流與費率為線性相關,因此可適用線性回歸分析(Linear regression analysis),線性回歸分析是回歸分析中經過嚴格研究並在實際應用中廣泛使用的類型。取對數後之車流與費率資料中,有一參數數值(α和β)會使logF和logT之線性方程式最符合該時段之車流與費率資料表,亦即,有一參數數值可使所得線性方程式與該時段之車流與費率資料表間誤差為最小。在一實施例中,所使用線性回歸分析方法為線性最小平方回歸法(Linear least squares regression),在另一實施例中,使用線性最小絕對值離差回歸法(Linear least absolute deviation regression)做回歸分析。
在步驟S104中取得該參數數值後,步驟S106為根據該參數數值及一額定車流量,計算該路段於該時段之一試算費率。額定車流量可根據道路之容量設定,道路容量為道路之基本運輸能力,在天候及路面狀況良好時,每單位時間內道路某一斷面所能合理通過之最大車輛數(雙向車道道路指全部兩個方向合併計算,多車道道路指某單向容納最多交通之一車道)即為道路容量。在一實施例中,額定車流量可設定為道路容量與該時段時間長度之乘積,在另一實施例中,額定車流量可再根據目前天候狀況或臨時之交通狀況(如交通事故或施工)修正,以應對實際或突發交通狀況。決定額定車流量後,車流與費率數學模型F=α.T β 中只有費率T為未知數,代入步驟S104中取得之參數數值(α
和β)以及額定車流量後,便可得出一試算費率。
步驟S108中,將步驟S106中所得試算費率與前一時段之第一公告費率相減,求得一差值,根據該差值與試算費率來決定該時段之一第二公告費率。步驟S108之目的為限制第一公告費率與該第二公告費率之差異,因收費驟升可能使即將進入道路之駕駛人無法接受,而收費驟降則會使前一時段進入道路之駕駛人產生抱怨。
第2圖為根據第二實施例繪示的一種動態調整道路收費費率方法之示意圖。一儲存裝置中存有資料庫202,內含所建立之一車流與費率資料表,並且對應到複數個時段。於步驟210中,車流與費率數學模型M與時段s為輸入,並且利用資料庫202中對應到時段s部份的車流與費率資料表,使用線性最小平方差回歸法(Linear least squares regression)取得車流與費率數學模型M中該時段s之一參數數值。於步驟212中,輸入為額定車流量Fr以及步驟210中所得之參數數值,然後套用車流與費率數學模型M,根據該參數數值及額定車流量Fr計算出一試算費率Tr。
步驟214之輸入為門檻值t以及前一時段之一第一公告費率Tp,於此步驟中,計算出第一公告費率Tp與試算費率Tr之差值Tdiff,接著比較該差值Tdiff與門檻值t,若差值Tdiff低於門檻值t,則該時段之一第二公告費率Tc為試算費率Tr,若該差值Tdiff高於門檻值t,則再近一步比較試算費率Tr與第一公告費率Tp何者較高,若試算費率Tr較高,則該第二公告費率Tc為第一公告費率Tp加上門檻
值t,若第一公告費率Tp較高,則該時段公告費率Tc為第一公告費率Tp減去門檻值t。
其中門檻值t可根據一週中的星期別(Day of Week)做調整,因週末假日乘載量通常較高,且駕駛人通常更願意為了順暢通行付費,而通勤時通常乘載量較低,且通勤為週間每天固定車程,道路收費對駕駛人來說相對負擔較大,因此願意支付的金額將低於週末。舉例而言,門檻值t可以任意設定為一實際金額,亦可以設定為可以被駕駛人所接受的公告費率最大差異值,或者是二相鄰時段之公告費率的最大差異值,或者同一時段但不同星期別的最大差異值。
於步驟214中得出該第二公告費率Tc後,步驟216為將該時段所偵測之即時車流量Fc與該第二公告費率Tc寫入資料庫202以加入車流與費率資料表中,如此一來,可學習最新之車流與費率資料。因車流量除了根據一週中的星期別(Day of Week)和一天內的時間(Time of Day)不同外,長期來說,也會受到其他環境因素的影響,例如新建其他替代路線,商業區之遷移等,都會影響車流量隨時間改變的模式,透過不停更新資料庫202內之車流與費率資料表,所求得之車流與費率模型M中之參數數值可使利用費率預測車流更為準確。
本揭示內容所使用技術手段之一為利用車流與費率數學模型M分析車流與費率資料表,以取得車流與費率間的關係,通常車流與費率資料可自政府道路調查單位取
得,然而,道路調查無法涵蓋所有道路,因此可能無法取得欲實施路段之相關資料,又或者相關資料僅為單日車流量等不符合本揭示內容之技術手段所需之資料格式,此時亦可利用步驟216,透過一車流監控裝置蒐集車流與費率之資料。
所揭示之動態調整道路收費費率方法亦可實作為一電腦程式,電腦程式之操作流程如前所述,不再贅述之,所實作電腦程式可儲存於一電腦可讀取記錄媒體中,而使電腦讀取此記錄媒體後執行所揭露之動態調整道路收費費率方法。電腦可讀取記錄媒體可為唯讀記憶體、快閃記憶體、軟碟、硬碟、光碟、隨身碟、磁帶、可由網路存取之資料庫或熟習此技藝者可輕易思及具有相同功能之電腦可讀取紀錄媒體。
第3圖為根據第三實施例繪示動態調整道路收費費率之系統的方塊示意圖。動態調整道路收費費率之系統300中含有一伺服器302,一用戶端裝置304,以及一車流監控裝置306。伺服器302中更包含一處理器322,一儲存裝置324以及一網路介面326。處理器322電性連接至儲存裝置324,以存取儲存裝置324內存之資料,處理器322亦電性連接至網路介面326,透過網路介面326以有線或無線方式連結至網路。用戶端裝置304與車流監控裝置306皆以有線或無線的方式連接至網路。
儲存裝置324內儲存一資料庫,儲存裝置324電性連接至處理器322。處理器322可執行以下指令,包括:1)
於儲存裝置324之資料庫內建立一車流與費率資料表,該車流與費率資料表與複數個時段對應,2)建立一車流與費率數學模型,該車流與費率數學模型至少包括一路段於一時段之一參數數值,3)根據該參數數值及一額定車流量,計算該路段於該時段之一試算費率,4)取得一前一時段之一第一公告費率,計算該試算費率與該第一公告費率之差值,基於該試算費率與該差值決定該時段之一第二公告費率。
處理器322在決定該第二公告費率後,可利用網路公告該第二公告費率。在一實施例中,伺服器302透過網路介面326將該第二公告費率傳送至用戶端裝置304,用戶端裝置304為一控制器,控制設於該路段入口的電子標示路牌,並且於接收到該路段於該時段內之公告費率後,顯示該第二公告費率於電子標示路牌上。在另一實施例中,伺服器302可將該第二公告費率透過網路介面326傳輸至另一網頁伺服器(未顯示於圖中),用戶端裝置304可為安裝瀏覽器之個人電腦或手持裝置,透過訪問網頁伺服器查詢該第二公告費率,在又一實施例中,伺服器302可同時為網頁伺服器。
車流監控裝置306可偵測該路段之車流量,並可透過網路將所偵測之結果傳送至伺服器302,伺服器302在該第二公告費率被得出後,利用處理器322將車流監控裝置306於該時段所偵測之車流量與該第二公告費率儲存至儲
存裝置324內之資料庫,以更新車流與費率資料表。
於一實施例中,車流監控裝置306可為一地埋感應線圈車輛檢測器,於另一實施例中,車流監控裝置306可為壓力測重感應器,在又一實施例中,車流監控裝置306可為一電腦視覺系統,該電腦視覺系統中包含架設於道路旁攝影機,並使用所攝影像之處理結果取得通過道路之車流量。車流監控裝置306除可如上述之另外設置之裝置外,亦可增設於於現有裝置之上,如ETC收費偵測器或超速測速器。
雖然本發明已以實施方式揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何熟習此技藝者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作各種之更動與潤飾,因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
202‧‧‧資料庫
210-216‧‧‧步驟
Claims (19)
- 一種動態調整道路收費費率方法,包含以下步驟:建立一車流與費率資料表,該車流與費率資料表與複數個時段對應;建立一車流與費率數學模型,該車流與費率數學模型至少包括一路段於一時段之一參數數值;根據該參數數值及一額定車流量計算該路段於該時段之一試算費率;以及取得一前一時段之一第一公告費率,計算該試算費率與該第一公告費率之差值,基於該試算費率與該差值決定該時段之一第二公告費率。
- 如請求項1所述之動態調整道路收費費率方法,其中基於該試算費率與該差值以決定該第二公告費率之步驟包含:若該差值低於一門檻值,將該試算費率作為該第二公告費率。
- 如請求項1所述之動態調整道路收費費率方法,其中基於該試算費率與該差值以決定該第二公告費率之步驟包含:若該差值高於一門檻值,且該試算費率高於該第一公告費率,將該第一公告費率加上該門檻值以作為該第二公告費率。
- 如請求項1所述之動態調整道路收費費率方法,其中基於該試算費率與該差值以決定該第二公告費率之步驟包含:若該差值高於該門檻值,且該試算費率低於該第一公告費率,將該第一公告費率減去該門檻值以作為該第二公告費率。
- 如請求項1所述之動態調整道路收費費率方法,更包含:使用該車流與費率資料表中對應到該時段之部分,以及該車流與費率數學模型,以取得對應該路段於該時段內之該參數數值。
- 如請求項1所述之動態調整道路收費費率方法,其中該車流與費率數學模型為:F=α.T β ,其中F為車流,T為費率,α和β為該參數數值。
- 如請求項6所述之動態調整道路收費費率方法,取得該參數數值之流程更包含:將其中該車流與費率數學模型取對數,該車流和該費率為線性相關,將該車流與費率資料表中對應到該時段之部分,代入該車流與費率數學模型並使用線性最小平方回歸法以取得該參數數值。
- 如請求項1所述之動態調整道路收費費率方法,其中該資料庫中之該車流與費率資料表係透過一車流監控裝置蒐集。
- 如請求項8所述之動態調整道路收費費率方法,更包含:在該第二公告費率被得出以後,將該車流監控裝置於該時段所偵測的車流量與該第二公告費率加入至該資料庫中之該車流與費率資料表。
- 一動態調整道路收費費率系統,包含:一儲存裝置,內儲存一資料庫;以及一處理器,電性連接該該儲存裝置,該處理器執行以下指令:於該儲存裝置之該資料庫內建立一車流與費率資料表,該車流與費率資料表與複數個時段對應;建立一車流與費率數學模型,該車流與費率數學模型至少包括一路段於一時段之一參數數值;根據該參數數值及一額定車流量計算該路段於該時段之一試算費率;以及取得一前一時段之一第一公告費率,計算該試算費率與該第一公告費率之差值,基於該試算費率與該差值決定該時段之一第二公告費率。
- 如請求項10所述之動態調整道路收費費率系統,其中計算出該差值後,該處理器比較該差值與一門檻值,若該差值低於該門檻值,該處理器將該試算費率作為該第二公告費率。
- 如請求項10所述之動態調整道路收費費率系統,其中計算出該差值後,該處理器比較該差值與一門檻值,若該差值高於一門檻值,且該試算費率高於該第一公告費率,該處理器將該第一公告費率加上該門檻值以作為該第二公告費率。
- 如請求項10所述之動態調整道路收費費率系統,其中計算出該差值後,該處理器比較該差值與一門檻值,若該差值高於該門檻值,且該試算費率低於該第一公告費率,該處理器將該第一公告費率減去該門檻值以作為該第二公告費率。
- 如請求項10所述之動態調整道路收費費率系統,其中該處理器使用該車流與費率資料表中對應到該時段之部分,以及該車流與費率數學模型,以取得對應該路段於該時段內之該參數數值。
- 如請求項10所述之動態調整道路收費費率系統, 其中該車流與費率數學模型為:F=α.T β ,其中F為車流,T為費率,α和β為該參數數值。
- 如請求項15所述之動態調整道路收費費率系統,該處理器取得該參數數值之步驟包含以下指令:將該車流與費率數學模型取對數,該車流和該費率取對數後為線性相關;將該車流與費率資料表中對應到該時段之部分,代入該車流與費率數學模型;以及使用線性最小平方回歸法以取得該參數數值。
- 如請求項10所述之動態調整道路收費費率系統,更包含:一車流監控裝置,蒐集該車流與費率資料表。
- 如請求項17所述之動態調整道路收費費率系統,其中在該第二公告費率被得出以後,該處理器將該車流監控裝置於該時段所偵測的車流量與該第二公告費率儲存至該儲存裝置中之該資料庫中之該車流與費率資料表。
- 一種電腦可讀取記錄媒體,儲存一電腦程式,用以執行一種動態調整道路收費費率方法,包含以下步驟:建立一車流與費率資料表,該車流與費率資料表與複 數個時段對應;建立一車流與費率數學模型,該車流與費率數學模型至少包括一路段於一時段之一參數數值;根據該參數數值及一額定車流量計算該路段於該時段之一試算費率;以及取得一前一時段之一第一公告費率,計算該試算費率與該第一公告費率之差值,基於該試算費率與該差值決定該時段之一第二公告費率。
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