運輸工程

運輸工程（transportation engineering）是建構優質運輸系統不可或缺的方法與手段。根據美國運輸工程師學會ITE（The Institute of Transportation Engineers, 1987）的定義，「運輸工程」是利用科學原理與技術對各種運輸工具（包括公路、軌道、海運、空運、管道）之相關設施所進行之規劃、功能設計、營運及管理，以期提供一安全、快速、舒適、方便、經濟及環保的人、貨運輸系統。運輸工程與交通工程（traffic engineering）關係密切但並非完全相同。美國運輸工程師學會認為「交通工程」是運輸工程的一個階段，主要是針對道路（市區街道及城際公路）之路網、場站、毗鄰土地，以及與其他運輸系統間相互關係，進行之規劃、幾何設計及交通管理（Roess et al., 2004）。由此可知，交通工程僅是運輸工程之一環，特別著重於道路交通系統之規劃設計與營運管理。
本章節之順序安排如下：第一節介紹運輸系統之基本要素；第二節說明運輸系統之分類；第三節介紹運輸工程之相關知識、基本目標與發展趨勢；第四節說明本書之章節架構；第五節強調運輸工程師之倫理與責任；第六節為結論與建議。
1.1運輸系統之基本要素
運輸系統之建置源自於運輸需求（transportation demand），而運輸需求本身屬於一種衍生需求（derived demand）或間接需求（indirect demand），是人們為了參與就學、就業、購物、遊憩等社會經濟文化活動所產生空間移動之需求。因此，運輸活動或旅次就代表一種克服空間阻抗之行為。高效率的運輸工具能夠將人與貨以最短之時間、最低之支出、且最舒適的方式，克服空間的阻礙，從起點運送至目的地（迄點），而這整個移動的過程中都必須在運輸系統（transportation system）中進行。運輸系統主要是由固定設施（fixed facilities）、流量實體（flow entities）、控制系統（control system）三個主要模組所組成。
1.1.1固定設施
固定設施可劃分為兩種：
1. 節線（links）：包括路段（road segment）、軌道（railway track）、管線（pipes）。
2. 節點（nodes）：包括路口（intersection）、交流道（interchange）、捷運場站（transit terminal）、港埠（harbor）、航站（airport）。
固定設施的設計通常屬於土木工程師之工作範疇，其專業包括土壤與基礎工程、結構設計、下水道設計、幾何設計。其中幾何設計著重固定設施各項元素間的實質比例與配置，這點與其他土木設計著重結構強度是相當不同的。
1.1.2流量實體
流量實體是指在固定設施上移動的單位，包括車輛、火車、貨櫃等。以公路系統為例，固定設施必須服務許多不同的車輛種類，範圍從最簡易的自行車一直到最重型的聯結車（tractor-trailer）都包括在內。由於每一種車輛都有不同之特性，若要全部納入道路設計考慮實在太過複雜，因此基於實務之考量，必須擬定一組通用之設計車輛（design vehicle）標準以為道路幾何設計之依據。一般說來，運輸工程通常不考慮流量實體本身特殊的技術水準，因為那是屬於電機工程師或機械工程師的專業，運輸工程師所著重的是車輛基本屬性，包括大小、重量、加減速度，以及彼此之間的關係，並將這些標準與參數應用到道路設計與交通管理上。
1.1.3控制系統
控制系統可劃分成車輛控制與流量控制兩種。
1. 車輛控制：係指在固定設施上操作或導引個別車輛的技術方法，包括手動或自動控制在內。手動控制是由駕駛人進行車輛的控制，固定設施之設計除了要考慮車輛特性，也必須納入駕駛人特性予以考慮，例如駕駛人對刺激之感知與反應時間。至於自動控制則由儀器進行車輛的控制，與手動控制類似但反應時間必須估計得更為精確。
2. 流量控制：是指減少車輛之間的衝突，並順暢車流之有效方法，這種流量控制系統包括三種重要的工具：標線、標誌與號誌。
1.2運輸系統之分類
運輸系統可根據不同之標準劃分成不同的種類，這些劃分標準包括：技術型式、服務之型式或功能、持有、或負責營運等在內。以下僅按照運輸介質、運輸功能與服務對象三種標準，將運輸系統分類如下。
1.2.1運輸介質之角度
運輸系統可按運輸工具行駛之介質劃分成四個主要的子系統以及其他子系統如下：
1. 陸運：公路、鐵路。
2. 空運：國內與國際航線。
3. 水運：內陸航運、近海或遠洋航運。
4. 管線：油管、天然氣管線。
5. 其他：輸送帶、複合運輸（例如：聯運）、前瞻性運輸（例如：氣墊車），以及準運輸（例如：電話、傳真等）。
1.2.2運輸功能之角度
每一種運具均有其優點與缺點，適用的情境也不同，若能妥善規劃設計，將可達到無縫運輸的目標。一般說來，旅行距離之長短會影響運輸工具之選擇，短距離之旅次會選用速度較低之運具；而反過來說，長距離之旅次會選用速度較高之運具。
圖1-1顯示幹道長度占所有道路長度的8%，但使用之車公里數卻高達73%。至於收集道路之長度與車公里數所占百分比分別為25%與19%，而區域道路則分別為67%與8%。圖1-2則表示旅行距離與運輸工具之間的關聯性，行人之活動範圍小但運輸需求量高，而航空運具為長程運輸工具但運輸需求量相對較低，至於其他運具包括自行車、機車、公車、鐵路等則介於兩個極端頻譜之間。
1.2.3顧客服務之角度
依照對顧客服務之限制條件，運輸服務可以分成三種：
1. 私人運輸：非出租服務（not-for-hire-service），例如私家車。
2. 公共運輸：出租服務（for-hire-service）供社會大眾使用，屬於不需訂定契約的共用運具（common carrier），通常具有固定路線、班表，以及費率的特性，例如公共汽車。
3. 準大眾運輸：屬於需訂定契約的運具（contract carrier），例如出租汽車、計程車等。
以上僅說明車輛運輸服務的對象，與車輛本身之所有權無關。一般來說，大量使用私人運輸工具，對於交通運輸系統本身以及節能減碳之政策均有不利之影響，因此必須適當地加以限制。
1.3運輸工程之相關知識、基本目標與發展趨勢
1.3.1運輸工程之相關專業知識
運輸工程是一門跨領域的學科，如圖1-3所示，主要包括土木工程、交通工程與運輸規劃三大部分。土木工程與交通工程比較偏向硬體部分，而運輸規劃則比較偏向軟體部分。除此之外，運輸工程師尚需具備之知識包括：經濟學、地理學、作業研究、區域計畫、社會學、心理學、機率與統計，以及傳統工程用之分析工具。
1.3.2運輸工程之基本目標
優質的道路交通系統是運輸工程的基本目標（陳惠國、邱裕鈞、朱致遠，2010），其項目包括：快速、方便、舒適、經濟、美觀、安全及環保等在內：
1. 快速：即所謂易行性（mobility），係指快速的將人與貨從起點運送至迄點。
2. 方便：即所謂可及性（accessibility），是指及戶（door to door）運輸的便利性。
3. 舒適：則指用路人能充分享受道路交通設施的使用，諸如寬裕的行車空間、平整的道路鋪面、平順的道路線形，以及合宜的交通管制措施等。
4. 經濟：係指道路交通系統之興建、管理及營運必須在有限資源中達成，不可浪費。
5. 美觀：則指道路交通系統必須相容於周遭環境，不致過於突兀而破壞當地環境之美感。經由妥善設計之交通設施，甚至可成為當地的觀光景點。
6. 安全：安全是回家唯一的道路，是無可取代的考量因素。
7. 環保：交通運輸雖然帶來行動的便利，提高人類的福祉，但相對的也產生噪音、空氣、振動污染等負作用，造成地球暖化現象，嚴重破壞生態環境。基於我們只有一個地球的體認，在節能減碳的趨勢下，符合環保要求的綠色運輸系統，以降低運輸工具使用對生態環境造成之傷害，更是規劃設計時的一項重要的考量。
1.3.3運輸工程之發展趨勢
由於道路交通是一個非常複雜及快速變遷的系統，因此運輸工程理論與技術之發展一日千里。運輸工程師必須能夠與時俱進，因應環境與技術的變化，時時更新自身的專業知識與規劃理念。例如，早期在處理運輸需求不足的問題時，大多以增加運輸供給作為主要對策，包括新闢道路、擴建車道、增建停車設施等。但是，提高運輸供給的同時，也促使民眾多持有使用私人運具。根據我國及世界各國的經驗，私人運具的成長比例通常遠高於運輸供給的增加幅度，致使交通問題反而更形惡化。因此，在不致過度影響民眾社會經濟活動的情況下，應適當限制私人運具的過度發展。
除此之外，由於先進技術的發展與引進，也間接帶動運輸系統的全面性創新與改進，這個系統雛型稱之為智慧型運輸系統，其主要內涵包括下列九大服務領域：
1. 先進交通管理服務（Advanced Traffic Management Services, ATMS）。
2. 先進旅行者資訊服務（Advanced Traveler Information Services, ATIS）。
3. 先進公共運輸服務（Advanced Public Transportation Services, APTS）。
4. 先進車輛控制安全服務（Advanced Vehicle Control and Safety Services, AVCSS）。
5. 商車營運服務（Commercial Vehicle Operations, CVO）。
6. 緊急事故支援服務（Emergency Management Services, EMS）。
7. 電子收付費服務（Electronic Payment System & Electronic Toll Collection, EPS & ETC）。
8. 弱勢使用者保護服務（Vulnerable Individual Protection Services, VIPS）。
9. 資訊管理系統（Information Management System, IMS）。

運輸工程（transportation engineering）是建構優質運輸系統不可或缺的方法與手段。根據美國運輸工程師學會ITE（The Institute of Transportation Engineers, 1987）的定義，「運輸工程」是利用科學原理與技術對各種運輸工具（包括公路、軌道、海運、空運、管道）之相關設施所進行之規劃、功能設計、營運及管理，以期提供一安全、快速、舒適、方便、經濟及環保的人、貨運輸系統。運輸工程與交通工程（traffic engineering）關係密切但並非完全相同。美國運輸工程師學會認為「交通工程」是運輸工程的一個階段，主要是針對道路（市區街道及城...

序言
「運輸工程」是針對各種運輸工具（包括公路、軌道、空運、海運）之工程與相關設施所進行之規劃、功能設計、營運及管理，以期提供一安全、快速、舒適、方便、經濟及環保的人、貨運輸系統。因此，運輸工程是建構優質運輸系統不可或缺的方法與手段，也是交通運輸專業人員所必須具備的專業知識。
運輸工程既是交通運輸科系的核心課程，也是交通工程技師的核心考科，本書根據國內各大專學校授課之需要，含括公路幾何設計、公路工程、公路容量與服務水準分析、交通事故分析與交通安全、運輸規劃與需求預測、工程經濟分析、智慧型運輸系統、軌道運輸、航空運輸，以及水道運輸等內容在內。除此之外，也納入過去相關考題提供讀者練習之用，期望這樣的課程內容安排方式，能夠提供一個兼具基本知識與各類考試需要的大專用書。
本書之編纂過程之中，曾經多方收集資料，包括中英文專書、國家出版品與刊物以及網站等資料來源。本書內容主要是針對「運輸工程」教學之需要而設計，但部分章節內容亦可作為「交通工程」等學科之參考。至於審閱校稿的工作，承蒙許多交通運輸學界教授、實務界專家大力相助，仔細閱讀並提供寶貴的修正意見，他們的寶貴意見絕大部分已遵照辦理，在此特申謝忱。除此之外，舉凡初稿編輯、校稿等事務，均有賴中央大學土木系歷屆研究生之專業協助且細心處理。最後，還要特別感謝我們的家人，沒有他們的鼓勵與支持，本書將無法順利完成。


陳惠國 謹誌2019年7月

序言
「運輸工程」是針對各種運輸工具（包括公路、軌道、空運、海運）之工程與相關設施所進行之規劃、功能設計、營運及管理，以期提供一安全、快速、舒適、方便、經濟及環保的人、貨運輸系統。因此，運輸工程是建構優質運輸系統不可或缺的方法與手段，也是交通運輸專業人員所必須具備的專業知識。
運輸工程既是交通運輸科系的核心課程，也是交通工程技師的核心考科，本書根據國內各大專學校授課之需要，含括公路幾何設計、公路工程、公路容量與服務水準分析、交通事故分析與交通安全、運輸規劃與需求預測、工程經濟分析、智慧型運輸系統...

目　錄
第一章　緒論
1.1　運輸系統之基本要素
1.2　運輸系統之分類
1.3　運輸工程之相關知識、基本目標與發展趨勢
1.4　本書之章節架構
1.5　運輸工程師之倫理與責任
1.6　結論與建議
第二章　公路幾何設計
2.1　公路設計考量因素及路線定線
2.2　線形設計
2.3　交叉路口設計
2.4　交流道設計
2.5　結論與建議
第三章　公路工程
3.1　公路之定義及分類
3.2　公路測量及選線
3.3　公路土方工程
3.4　公路鋪面工程
3.5　公路排水工程設施
3.6　道路管理權責單位
3.7　公路工程建設之議題
3.8　結論與建議
第四章　公路容量與服務水準分析
4.1　公路容量之基本概念
4.2　連續性與阻斷性車流
4.3　高速公路之服務水準分析
4.4　市區道路之服務水準分析
4.5　郊區公路之服務水準分析
4.6　交叉路口之服務水準分析
4.7　結論與建議
第五章　交通事故分析與交通安全
5.1　道路交通事故定義與分類
5.2　交通事故資料
5.3　A1事故次數統計
5.4　易肇事地點判定
5.5　交通安全影響因素
5.6　交通安全風險管理
5.7　交通事故改善策略
5.8　結論與建議
第六章　運輸規劃與需求預測
6.1　運輸規劃之內容
6.2　基本資料收集與調查方法
6.3　循序性運輸需求預測程序
6.4　旅次發生
6.5　旅次分布
6.6　運具選擇
6.7　交通量指派
6.8　結論與建議
第七章　工程經濟與風險評估
7.1　工程經濟的內涵
7.2　現金流量概念
7.3　利率與當量
7.4　計畫評估方法
7.5　風險分析
7.6　結論與建議
第八章　智慧型運輸系統
8.1　智慧型運輸系統定義、範圍與發展趨勢
8.2　智慧型運輸系統特性
8.3　智慧型運輸系統的發展現況
8.4　智慧型運輸系統未來發展與雲端應用
8.5　結論與建議
第九章　軌道運輸
9.1　軌道相關名詞
9.2　軌道運輸系統的分類
9.3　傳統鐵路系統
9.4　捷運系統
9.5　高鐵系統
9.6　行車控制
9.7　鐵路經營效率
9.8　軌道運輸發展的課題
9.9　結論與建議
第十章　航空運輸
10.1　航空相關名詞
10.2　機場航站區域之規劃與佈設
10.3　機場跑道之佈設
10.4　滑行道之佈設
10.5　停機坪之規劃設計
10.6　飛航管制作業
10.7　航線、航權
10.8　國內航空發展課題及營運改善方向
10.9　結論與建議
第十一章　水道運輸
11.1　水道運輸相關名詞
11.2　港口之規劃
11.3　港埠裝卸容量
11.4　貨物裝卸系統
11.5　船舶導航系統
11.6　航線與港埠經營
11.7　結論與建議

目　錄
第一章　緒論
1.1　運輸系統之基本要素
1.2　運輸系統之分類
1.3　運輸工程之相關知識、基本目標與發展趨勢
1.4　本書之章節架構
1.5　運輸工程師之倫理與責任
1.6　結論與建議
第二章　公路幾何設計
2.1　公路設計考量因素及路線定線
2.2　線形設計
2.3　交叉路口設計
2.4　交流道設計
2.5　結論與建議
第三章　公路工程
3.1　公路之定義及分類
3.2　公路測量及選線
3.3　公路土方工程
3.4　公路鋪面工程
3.5　公路排水工程設施
3.6　道路管理權責單位
3.7　公路工程建設之議題
3.8　結論與建議
第四章　公...