114 年 國立成功大學交通管理科學系碩士班丙組《運輸工程》

本題考查土積圖 (Mass Diagram) 的定義與用途。

土積圖是一種用於表示土方工程中，挖方與填方累積量變化的圖形。它將路線縱斷面上的各點，以橫坐標表示里程，縱坐標表示該點至起點之間的累積土方量（挖方為正，填方為負，或反之，視圖例定義而定）。

用途：

1. 判斷土方調配： 土積圖的斜率變化可以直觀地顯示挖方與填方的集中或分散情況。當圖形上升時表示累積土方量增加（例如累積挖方量增加）；當圖形下降時表示累積土方量減少（例如累積填方量增加）。
2. 確定借土/棄土地點： 土積圖的最高點（或最低點）代表該點的累積土方量達到最大（或最小）。

本題考查「盆心 (Frog)」在運輸工程中的定義。這個詞彙在運輸工程中較為少見，通常在鐵路工程的道岔 (turnout) 結構中會出現。

在鐵路道岔中，Frog 指的是兩條軌道交叉、形成一個「X」形狀的空間，這個空間是讓列車車輪的輪緣 (flange) 能夠安全通過的地方。更精確地說，Frog 是道岔中，當列車要從一條軌道轉向另一條軌道時，其輪緣需要跨越的空間，以避免與對向來車的輪緣發生碰撞。

本題考查「儀器飛行規則 (Instrument Flight Rule, IFR)」的定義。

儀器飛行規則 (IFR) 是一種飛航規則，允許飛行員在能見度較低的氣象條件下，僅依靠飛機上的儀器（如姿態儀、高度計、空速管、導航儀器等）和地面導航設備來駕駛飛機。這與目視飛行規則 (VFR, Visual Flight Rule) 相對，後者要求飛行員必須能夠依靠目視來判斷飛機姿態、高度、航向以及周圍的交通狀況。

核心概念：

1. 依賴儀器： 飛行員主要依靠儀表板上的儀器來感知飛機的狀態和位置。
2. 低能見度條件： IFR 允許在能見度不足以進行 VFR 飛行的情況下飛行。

本題考查「護岸 (Revetment)」的定義。

護岸是一種用於保護河岸、海岸、堤防或邊坡免受水流侵蝕、波浪衝擊、土壤滑動等自然災害影響的結構物。其主要功能是穩定邊坡，防止水土流失，並保護鄰近的土地或設施。

主要類型與材料：

• 石籠 (Gabions)： 由金屬絲網製成的箱體，內填石塊，具有良好的透水性和柔性。
• 混凝土塊 (Concrete Blocks)： 預製或現澆的混凝土結構，提供較高的穩定性和耐久性。
• 漿砌石 (Rubble Masonry)： 用水泥砂漿砌合的石塊，提供穩固的結構。
• 植生護岸 (Vegetated Revetments)： 利用植物的根系來穩定土壤，通常結合其他材料（如土工織物、石塊）使用。

本題探討在臺灣的長程運輸需求規劃預測階段，應如何考量機車普及的交通環境，以修正過去可能過度模仿美國小汽車為主導的規劃思維。

核心觀念：
運輸需求規劃的傳統步驟（常被稱為 4-Step Model）是：

1. 產生 (Trip Generation)： 預測區域內產生的總旅行次數。
2. 分布 (Trip Distribution)： 預測旅行的起點與終點（Origin-Destination, O-D）。
3. 模式選擇 (Mode Choice)： 預測旅行者選擇的運輸模式（汽車、機車、大眾運輸、步行等）。
4. 路線選擇 (Trip Assignment)： 預測旅行者選擇的具體路線。

臺灣機車普及的特殊性：
臺灣機車的普及率非常高，在短程和中程的通勤、購物、社交等旅行模式中扮演著重要角色。傳統的 4-Step Model，特別是模式選擇步驟，若直接套用美國的數據或模型，可能無法準確反映臺灣的實際情況。

應納入考量的步驟與模型修正：

1. 產生 (Trip Generation)：

   • 步驟： 預測家庭或個人產生的總旅行次數。
   • 考量： 雖然機車普及率高，但總旅行次數的產生機制可能與汽車普及率高的地區相似，主要受家庭結構、人口密度、經濟活動等影響。不過，機車的低持有成本和便利性，可能在某些情況下反而增加短程旅行的次數。
   • 模型： 傳統的回歸模型 (Regression Models) 仍可適用，但需使用臺灣的數據進行校準。

2. 分布 (Trip Distribution)：

   • 步驟： 預測旅行的 O-D 配對。
   • 考量： 機車作為一種靈活的交通工具，其 O-D 模式可能與汽車略有不同，尤其是在都市內部或城鄉之間。例如，機車可能更適合處理「最後一哩路」的問題，連接大眾運輸節點。
   • 模型： 摩擦函數模型 (Gravity Model, Fratar Model) 是常用模型，其參數（如距離、時間、成本）的權重需要根據臺灣的實際旅行行為進行調整。

3. 模式選擇 (Mode Choice) - 關鍵步驟：

   • 步驟： 預測旅行者選擇的運輸模式。
   • 考量： 這是最需要修正的步驟。傳統模型可能過度強調汽車和公共運輸，而低估了機車的選擇機率。
   • 模型修正：
     • 增加機車選項： 在離散選擇模型 (Discrete Choice Models) 中（如 Logit, Probit），必須將「機車」明確作為一個獨立的選項加入。
     • 考慮機車的屬性： 模型中應納入影響機車選擇的因素，例如：
       • 旅行時間： 機車在交通擁擠時可能比汽車更快，尤其是在短程。

本題考查「公路平面線型 (Vertical Alignment)」的定義、影響因素、以及設計速率與道路等級對其設計的影響。

1. 公路平面線型 (Vertical Alignment) 的定義：
公路平面線型，又稱縱斷面線型 (profile)，是指沿著公路中心線，在垂直方向上所呈現的坡度變化。它描述了道路的高度變化，包含直線、圓曲線（垂直曲線）以及其連接的坡度。良好的垂直線型設計，能確保行車安全、舒適，並兼顧排水與景觀。

2. 影響垂直線型設計的可能因素或參數：

• 設計速率 (Design Speed)： 這是影響垂直線型設計最重要的因素之一。較高的設計速率要求較緩和的坡度、較長的垂直曲線，以確保行車安全。
• 坡度 (Gradient)： 道路的縱向坡度。過陡的坡度會影響行車速度（尤其上坡），增加燃料消耗，並可能增加事故風險（尤其下坡）。坡度有最大容許值，通常受設計速率、道路等級、地形影響。
• 垂直曲線 (Vertical Curve)： 連接兩個不同坡度直線的圓弧。其作用是平順坡度變化，提供駕駛員足夠的視距，並有助於排水。
  • 曲線長度 (Length of Vertical Curve)： 影響平順度與視距。
  • 曲線半徑 (Radius of Vertical Curve)： 決定了曲線的彎曲程度。
• 視距 (Sight Distance)： 駕駛員在道路上能夠清楚看到前方障礙物的距離。
  • 停車視距 (Stopping Sight Distance, SSD)： 駕駛員在看到危險時，能夠安全停車所需的距離。
  • 超車視距 (Passing Sight Distance, PSD)： 允許超車的視距。
  • 迎車視距 (Crest Vertical Curve)： 在路頂（凸形曲線）上，確保與迎面來車之間有足夠的視距。
  • 坡道視距 (Sag Vertical Curve)： 在谷底（凹形曲線）上，確保有足夠的視距，避免眩光或看不清前方。
• 排水 (Drainage)： 垂直線型必須有利於地表水和路面排水，避免積水。較大的坡度有助於排水，但需與安全性和舒適性權衡。
• 地形 (Topography)： 設計必須適應現有的地形條件，如山區、平原、丘陵。在複雜地形區，可能需要較大的坡度或較短的垂直曲線，但仍需符合安全標準。
• 土方工程 (Earthwork)： 垂直線型設計會影響挖方與填方的數量和平衡。良好的設計應盡量減少土方工程量，降低施工成本。
• 景觀與環境 (Landscape and Environment)： 垂直線型也應考慮與周遭景觀的和諧，以及對環境的影響。
• 道路等級 (Road Classification)： 不同等級的道路，其設計標準（如最大坡度、最小垂直曲線半徑）不同。

繪圖說明 (請想像以下圖示)：

假設有一段道路，從里程 0k+000 到 1k+000。

• 在 0k+000，高程為 100m，坡度為 +2% (上坡)。
• 在 0k+500，高程為 105m。
• 在 1k+000，高程為 102m，坡度為 -1% (下坡)。

圖示：

高程 (m)
  ^
  |      /-------(凹形垂直曲線)------\
  |     /                               \
105m---|----. (0k+500)                    |
  |   /                                   \
102m-|------------------------------------. (1k+000)
  | /                                     \
100m-| . (0k+000)                           \
  |------------------------------------------> 里程 (km)
  0k+000      0k+500      1k+000

說明：

• 圖中顯示了道路的縱斷面，由里程和高程構成。
• 從 0k+000 到 0k+500，是一個+2%的上升坡度。

本題考查「飛航隔離規定」中的「前後隔離原則 (Longitudinal Separation)」。

核心觀念：
在航空交通管制中，為了確保空中交通安全，必須在航空器之間保持足夠的空間隔離。隔離 (Separation) 主要有三個維度：水平隔離 (Lateral Separation)、垂直隔離 (Vertical Separation) 和前後隔離 (Longitudinal Separation)。前後隔離是指在同一航路徑或同一空域中，相鄰航空器之間沿著飛行方向的最小距離。

前後隔離原則 (Longitudinal Separation)：
前後隔離原則旨在防止航空器在沿著同一飛行路徑或相交路徑飛行時發生碰撞。其核心是要求後方航空器必須與前方航空器保持一個最小的安全距離。這個距離的計算方式會根據航空器的類型、飛行速度、空域類型（如受管制空域、非管制空域）、雷達監視能力、以及航空公司的操作標準等因素而有所不同。

常見的計算方式和標準：

1. 時間間隔 (Time Interval)：

   • 這是最常見且最基礎的前後隔離標準，尤其是在沒有雷達監視的空域或僅依賴程序管制的區域。
   • 在標準狀況下，後方航空器必須在前方航空器通過某個導航點（如 VOR、航路點）後，經過一段規定的最小時間間隔，才能被允許通過該點。
   • 這個時間間隔通常是：
     • 在導航設備（如 VOR）的航路上： 至少 5 分鐘。
     • 在非精確導航（如 ADF）的航路上： 至少 10 分鐘。
     • 在雷達監視下： 可能縮短至 3 分鐘，甚至更短（取決於雷達的精確度和管制員的判斷）。

2. 距離間隔 (Distance Interval)：

   • 當使用雷達監視時，管制員可以根據航空器的實際位置和速度，直接監視和控制航空器之間的距離。
   • 在受雷達監視的空域，前後隔離的距離標準可能為：
     • 標準： 至少 3 海里 (Nautical Miles, NM)。

本題考查氣候變遷下的交通基礎設施調適策略，重點在於區分「調適」與「防災」的差異，並以港埠為例，提出具體的調適策略。

核心觀念：
氣候變遷帶來的不確定性，要求我們對基礎設施進行調適 (Adaptation)，以增強其韌性 (Resilience)。調適與防災 (Disaster Prevention/Mitigation) 雖然相關，但側重點不同。

1. 調適 (Adaptation) 與防災 (Disaster Prevention) 的差異：

• 防災 (Disaster Prevention/Mitigation)：

  • 目標： 主要關注於減少災害發生的可能性，或減輕災害發生時的衝擊程度。
  • 方法： 通常涉及直接的減災措施，例如：
    • 預防性措施： 加固建築結構、改善排水系統以應對極端降雨、設置防洪牆以抵禦洪水、制定緊急應變計畫、進行災害演練。
    • 風險評估與管理： 識別潛在的災害風險，並採取措施降低風險。
    • 早期預警系統： 建立有效的預警機制，以便及時疏散和應對。
  • 時間尺度： 側重於應對已知或可預測的災害事件。

• 調適 (Adaptation)：

  • 目標： 主要關注於調整自然或人類系統的行為、過程或結構，以適應實際或預期的氣候影響（包括氣候變遷的趨勢、極端事件的頻率和強度變化），從而減少氣候變遷造成的危害，或利用其可能帶來的機會。
  • 方法： 是一種更具前瞻性、系統性的調整，包括：
    • 結構性調適： 改變基礎設施的設計標準、材料、位置，使其更能承受未來的氣候條件（如提高海堤高度、使用耐高溫材料、調整道路設計坡度）。
    • 非結構性調適： 改變管理策略、政策、行為，如調整營運時間、更新氣象預報系統、發展氣候韌性農業、建立氣候變遷資訊共享平台。
    • 生態系統調適： 利用生態系統的功能來增強韌性（如保護紅樹林以減緩風浪侵襲）。
  • 時間尺度： 側重於應對未來的不確定性，包括氣候變遷的長期趨勢和未來可能發生的極端事件。調適是為了提高系統的韌性，使其能夠在變化和壓力下持續運作。

簡單來說：

• 防災： 盡量不讓災害發生，或在發生時傷害最小。
• 調適： 預期未來氣候會改變，主動調整自己（或系統），以便在這種改變下還能好好運作。

2. 以港埠管理機關角度研擬港埠設施的調適策略：

港埠設施（如碼頭、倉庫、航道、防波堤、聯外交通設施等）極易受到氣候變遷的影響，包括海平面上升、極端風暴潮、強降雨、高溫等。以下是針對港埠設施的調適策略：

• 結構性調適：
  • 海平面上升與風暴潮：
    • 提高防波堤和碼頭高度： 根據未來海平面上升和風暴潮預測，提高現有設施的高度，或新建更高標準的防波堤。
    • 加固碼頭結構： 增強碼頭結構的抗風浪能力，使用更能抵抗腐蝕和侵蝕的材料。
    • 改善排水系統： 針對極端降雨，擴大和優化港區的排水能力，防止淹水影響營運。
  • 極端高溫：
    • 選擇耐高溫材料： 在鋪面、建築物等方面，選用能承受高溫的材料，避免變形或損壞。