111 年 國立中央大學土木工程學系碩士班己：運輸工程組一般生《運輸工程》

本題主要在考察學生對於公路橫斷面設計中「超高」（Superelevation）的理解，包含其發展演變、關鍵設計點的幾何意義，以及不同設計點下的路拱（Camber）形式。

公路超高發展過程與關鍵樁點幾何意義

公路超高是為了使車輛在彎道上行駛時，能有效抵抗離心力，提高行車安全與舒適性。其發展過程可視為從平坦路面到全超高路面的漸進調整。關鍵樁點的幾何意義如下：

• A (切線段 - Tangent Section): 在直線路段，路面通常是平坦的或帶有排水用的路拱。此處無離心力問題，設計較為簡單。
• B (外伸段 - Widening Section/Transition Entry): 當車輛準備進入彎道時，路寬會逐漸增加，以適應彎道所需。此段開始準備引入超高。
• C (超高起點 - Beginning of Superelevation / Point of Tangency): 這是正式開始增加超高之處。路拱開始被移除，並逐漸引入外側車道抬高，內側車道降低。
• D (超高終點 - End of Superelevation / Point of Curvature): 在此點，超高達到設計值（最大超高），車輛進入完全超高設計的圓曲線段。
• E (外伸段終點 - End of Widening Section/Transition Exit): 在離開彎道進入直線路段時，路寬逐漸恢復至標準寬度，同時超高也逐漸減至零。

各樁點之路拱圖

路拱（Camber）是指路面橫斷面呈現微小的凸起，主要目的是幫助排水，防止路面積水。在超高設計過程中，路拱的變化與超高引入、移除的過程息息相關。

本題主要在考察學生對交通流基本理論中，流量（Flow, $q$）、密度（Density, $k$）與平均車速（Speed, $v$）三大基本參數之間關係的理解。

交通流三大參數關係圖

連續性車流的三大參數：流率（流量）、密度與平均車速，之間存在著密切的數學關係。這種關係通常可以透過一個稱為「交通流三參數關係圖」或「交通流理論圖」來表示。

基本關係式:

三大參數的關係可以用以下基本公式表示：
$q = k \times v$
其中：

• $q$：流率（Flow），單位通常為 車/小時 (veh/hr)。代表在單位時間內通過某一點的車輛數。
• $k$：密度（Density），單位通常為 車/公里 (veh/km) 或 車/車道公里 (veh/lane-km)。代表在單位長度道路上某一時點的車輛數。
• $v$：平均車速（Speed），單位通常為 公里/小時 (km/hr)。代表車流中車輛的平均行駛速率。

圖形說明：

交通流三參數的關係通常可以用圖形來表示，最常見的是繪製 $q$、$k$、$v$ 三者之間的曲線圖。

1. 流率 ($q$) 與密度 ($k$) 的關係圖 (q-k Curve):

   • 圖形: 這是一個拋物線（或稱為 L-k curve）。
   • 說明:
     • 當密度 $k=0$ 時，流率 $q=0$（無車）。
     • 隨著密度增加，流率也增加。
     • 當密度達到某個值（稱為最大流率對應的密度）時，流率達到最大值 ($q_{max}$)。
     • 超過這個密度點後，儘管密度持續增加，但由於車距縮小、車速下降、車輛相互干擾加劇，流率反而開始下降。
     • 當密度達到最大密度 ($k_{max}$)，即道路上車輛達到飽和狀態，車距非常小，車輛幾乎無法移動時，流率 $q=0$（雖然車多，但幾乎不流動）。
   • 圖示: 縱軸為 $q$，橫軸為 $k$，呈現一個倒 U 形或拋物線狀。

2. 平均車速 ($v$) 與密度 ($k$) 的關係圖 (v-k Curve):

   • 圖形: 這是一條大致呈線性的遞減曲線（或稱為 V-k curve）。
   • 說明:

本題旨在考察學生對交通安全影響因素的全面認知，以及針對這些因素提出的相應改善策略。

交通安全的影響因素

交通安全是一個複雜的系統性問題，受到多方面因素的影響。這些因素可以大致歸納為以下幾類：

1. 人為因素 (Human Factors):

   • 駕駛行為: 疲勞駕駛、酒駕、毒駕、超速、魯莽駕駛、分心駕駛（如使用手機）、違反交通規則、缺乏駕駛經驗、情緒不穩等。
   • 用路人行為: 行人、自行車騎士、機車騎士等不遵守交通規則、穿越馬路不慎、未注意來車等。
   • 生理與心理狀態: 駕駛員的視力、聽力、反應時間、判斷力、注意力、健康狀況（如突發疾病）等。
   • 知識與技能: 對交通規則的了解程度、駕駛技能熟練度。

2. 車輛因素 (Vehicle Factors):

   • 車輛機械性能: 煞車系統失靈、輪胎磨損或爆胎、燈光設備故障、轉向系統問題、車輛結構強度不足。
   • 車輛安全設備: 安全氣囊、安全帶、ABS（防鎖死煞車系統）、ESP（電子穩定程式）等輔助安全系統的有無及效能。
   • 車輛載重與維護: 超載、車輛長期未保養導致機械故障。

3. 環境因素 (Environmental Factors):

   • 道路幾何設計: 彎道設計不良、坡度過大、路面標線不清或缺失、視距不足、路肩寬度不足、交叉口設計不當。
   • 道路路況: 路面破損（坑洞、龜裂）、濕滑路面（雨、雪、結冰）、結冰或積水、砂石散落。
   • 交通流量與密度: 過高的交通流量導致擁擠、車距縮小，增加碰撞機率。
   • 天氣狀況: 大霧、強風、大雨、大雪、日照過強（眩光）。
   • 照明: 夜間或隧道內照明不足。
   • 周邊環境: 視線遮蔽（建築物、植被）、行人與車輛動線衝突點。

4. 管理與執法因素 (Management and Enforcement Factors):

   • 交通法規與政策: 法規是否完善、執法力度是否足夠。
   • 交通執法: 員警巡邏密度、執法效率、違規取締的嚴謹度。
   • 交通號誌與標誌: 號誌設置是否合理、標誌是否清晰易懂、維護是否及時。
   • 事故處理與分析: 事故現場處理效率、事故原因分析的準確性、後續預防措施的制定。
   • 交通工程改善: 道路設計、號誌時制、標線劃設的適時更新與優化。

交通事故的改善策略

針對上述影響因素，可以採取一系列綜合性的改善策略，通常可分為三大面向，即「人」、「車」、「路」的改善，以及管理與執法。

本題主要在考察學生對交通工程中「使用者行為」理論的理解，特別是 Wardrop 原則，這是分析交通使用者（駕駛人）在面對多種路徑選擇時決策行為的基礎。

用路人行為原則 (Wardrop 原則)

Wardrop 原則由英國交通工程師 J.G. Wardrop 在 1952 年提出，是描述使用者在交通網絡中選擇路徑時的行為模式。該原則有兩個主要的表述，分別稱為 Wardrop 第一原理和 Wardrop 第二原理。

Wardrop 第一原理 (Principle of User Equilibrium - UE):
此原理描述的是一種「使用者均等」的狀態，也稱為「使用者均等原則」或「個人均等原則」。

• 具體內容: 在一個交通網絡中，當所有用路人各自選擇能使自己行程時間（或其他成本，如費用、距離）最小化的路徑後，達到一種穩定狀態。在這個狀態下，任何一位用路人，如果他選擇了當前所走的這條路徑，那麼他不會有動機去選擇任何其他可替代的路徑，因為所有可達的、被使用的路徑，其行程時間（或成本）都是相等的。 也就是說，在所有被使用的路徑上，用路人的感知行程時間（或成本）都達到最小值且相等。

• 數學表達:
  $t_i = t_j \quad \forall i, j \in U$
  其中 $t_i$ 和 $t_j$ 分別是路徑 $i$ 和路徑 $j$ 的行程時間（或成本），且 $i$ 和 $j$ 都是被使用的路徑（$i, j \in U$）。
  $t_i \le t_k \quad \forall i \in U, k \notin U$
  其中 $t_k$ 是未被使用的路徑 $k$ 的行程時間（或成本）。

• 應用: Wardrop 第一原理是交通指派（Traffic Assignment）模型中最常用的一個。它假設用路人是理性且自私的，會根據自己的利益最大化來做決策，最終導致網絡中交通負荷的均衡分佈。

Wardrop 第二原理 (Principle of System Optimum - SO):
此原理描述的是一種「系統均等」的狀態，也稱為「系統最適原則」或「社會均等原則」。

• 具體內容: 在一個交通網絡中，為了使整個交通系統的總行程時間（或總成本）達到最小化，交通管理者或決策者會對交通流量進行分配。在這個狀態下，**所有使用的路徑，其邊際總成本（Marginal Total Cost, MTC）都是相等的。

本題主要考察學生對國際航空運輸中「航權」（Air Rights）的理解，包括其定義、重要性，以及主要的幾種航權型態及其具體內容。

航空的航權 (Air Rights)

定義:
航空航權（Air Rights），又稱飛越權（Right of Overflight），是指一國政府允許外國航空公司在其領土上空飛越的權利。這項權利是國際航空運輸的基礎，沒有航權，外國飛機就無法在其領土上空飛行，也就無法開闢跨國航線。

航權的授予通常是基於國際協定，例如雙邊航空運輸協定（Bilateral Air Service Agreements, BASA）或多邊協定。這些協定詳細規定了各國之間航空運輸的條件、限制與權利。

重要性:
航權是國際航空運輸的基石。它決定了哪些國家的航空公司可以在哪些國家的領土上空飛行，以及可以進行哪些種類的商業活動（如載客、載貨、技術經停等）。航權的談判與分配是影響國際航線網絡、航空公司市場准入和國家航空利益的重要因素。

主要航權型態

根據國際民航組織（ICAO）在 1944 年芝加哥公約（Convention on International Civil Aviation）附件中提出的「五種自由權」（Freedoms of the Air），航權主要可以劃分為以下幾種基本型態：

1. 第一種自由權 (First Freedom of the Air):

   • 內容: 允許一國航空公司飛越另一國領土上空，而無需降落。
   • 意義: 這是最基本的飛越權，允許飛機在不發生技術經停的情況下，從 A 國飛往 C 國，途中飛越 B 國領空。例如，台灣的飛機從台北飛往東京，飛越日本領空。

2. 第二種自由權 (Second Freedom of the Air):

   • 內容: 允許一國航空公司飛越另一國領土上空，並在該國境內進行非商業性的技術經停（Technical Stop）。技術經停通常指加油、維修、排除機械故障等，而不允許裝卸旅客或貨物。
   • 意義: 允許飛機在飛往第三國的途中，在某國境內進行必要的技術保障。例如，台灣的飛機從台北飛往美國，途中在加拿大進行加油。

3. 第三種自由權 (Third Freedom of the Air):

   • 內容: 允許一國航空公司將其本國的旅客、郵件和貨物，從另一國的領土上空，載運至第三國。
   • 意義: 這是將本國出發的客貨運往第三國的權利。例如，台灣的航空公司從台北將旅客載運到日本，然後飛往美國。這裡的「飛越」是包含了「降落」並進行商業活動（載客/貨）的權利。

4. 第四種自由權 (Fourth Freedom of the Air):

   • 內容: 允許一國航空公司將另一國的旅客、郵件和貨物，從該國的領土上空，載運至其本國。
   • 意義: 這是將外國的客貨運回本國的權利。例如，台灣的航空公司從日本將旅客載運回台北。

本題旨在考察學生對新冠疫情（Covid-19）對全球供應鏈，特別是海運與港口物流環節所產生影響的理解。

新冠疫情對海運與港口貨物裝卸的影響

新冠疫情（Covid-19）的爆發與全球範圍的防控措施，極大地改變了人們的生活方式和消費模式，其中最顯著的變化之一就是「宅經濟」（Stay-at-home Economy）的蓬勃發展。這對全球海運和港口貨物裝卸產生了深遠且複雜的影響。

1. 宅經濟發展的表現：

• 電子商務激增: 由於人們居家隔離、減少外出，線上購物、外賣服務、線上娛樂等需求爆炸式增長。
• 消費品結構改變: 對消費電子產品、居家辦公用品、家庭健身器材、服裝、家居用品等的需求大幅增加。
• 服務業受創，商品貿易增加: 餐飲、旅遊、娛樂等服務業受到嚴重衝擊，但對實體商品的消費需求卻相對增長。

2. 對海運的影響：

• 貨櫃運輸需求激增與失衡:

  • 需求增加: 由於電子商務和商品消費的增加，對海運貨櫃的需求出現了前所未有的增長，特別是從亞洲（尤其是中國）向北美和歐洲的進口貨櫃量大幅上升。
  • 船期延誤與擁擠: 港口擁堵、船員換班困難（因疫情限制）、檢疫隔離措施等，導致船舶週轉效率下降，船期延誤嚴重。
  • 運價飆升: 供不應求，加上港口擁堵造成的船舶閒置，導致貨櫃海運價格（尤其是亞洲至北美、歐洲航線）飆升至歷史高位。
  • 貨櫃短缺與錯配: 由於貨櫃大量滯留在進口港（如北美、歐洲），而返程貨量相對較少，導致亞洲地區出現嚴重的貨櫃短缺，進一步加劇了運輸困難和成本上升。

• 散雜貨運輸的影響相對較小或結構性改變:

  • 雖然商品運輸需求增加，但對原物料（如礦石、煤炭）和農產品的運輸需求受全球經濟活動放緩的影響，增長較為平穩或有所波動。部分散貨船可能被用於臨時儲存貨物。

3. 對港口貨物裝卸的影響：