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[數學妙用]不會測速的測速相機

張貼日期:Dec 28, 2016 4:14:30 PM

作者郭君逸 副教授國立臺灣師範大學數學系

速限100 (from pixabay.com)

「十次車禍九次快!」為了避免民眾開快車肇生事故,所以台灣的高速公路上會沿路架設超速相機,開車族為了躲避測速相機,許多民眾車上會裝「反偵測雷達」,只要偵測到測速相機發出的電波,雷達就會發出逼逼聲提醒駕駛減速。(遙想當年,車上裝「反偵測雷達」還是違反法規,被抓到可是要罰錢呢?不過自從2003年遭受許多民眾陳情之後,已經改為合法。)為了充實國庫民眾的安全著想,高速公路局又會再購入新型的測速相機,讓舊型的測速雷達偵測不到;然後,你知道的,駕駛人又會再更新反測速裝置,禮尚往來,上演道高一尺魔高一丈的戲碼。

其實,在高速公路上抓超速,可以不需要這麼諜對諜,只要用上一點數學。

大一必修的微積分都會學到一個著名的數學定理,稱為「均值定理(Mean Value Theorem)」,它是這樣講的,避免引起讀者「數學恐慌症候群」發作,定理經由翻譯年糕翻譯成馬路上的語言是:

「車子由甲地行駛至乙地,必有某一個時間點的車速會等於這段路途的平均速度。」

(註:合理假設車子不會瞬間移動,引擎也無法瞬間變速,相信目前的車子都是如此。)

舉例來說:國道一號從台北到新竹差不多 70 公里,從上國道開始算,到下國道,若只花了 30 分鐘,這段路途的平均時速是「每小時 140 公里」,因此根據均值定理,一定有個時間點的時速達到 140 (公里/小時)。

如果我們可以把這個定理運用到高速公路上,來判斷駕駛有沒有超速,其實有不少好處喔!

第一、幫交通部省下不斷更新測速相機的預算。

所有的測速相機,可以改成一般相機,只要紀錄每輛車經過的時間點,算出每一段路程的平均速度,就可以知道駕駛有沒有超速。超速警示器業者的網站資料顯示,目前全台十條國道,所有測速照相機大約有千餘台,每台價值約 150 萬到 250 萬不等,除此之外,每台每年維修費 7 萬塊 (資料來源:http://goo.gl/GYjyqt ),全部加起來,保守一點,打個五折,可以省下十幾億的設備費,每年還省下三千多萬的維修費。這個還沒把「前方有測速照相」的路標費用算進去呢!

第二、ETC 派上用場。

可能有讀者立刻會想到,即使不放「測速相機」改放「不測速相機」,這些設備也是要一大筆經費。事實上,我們已經有現成的了,那就是 ETC 的相機。在光線不足,且車子高速呼嘯而過時,能夠清楚拍下車牌,或是利用長距離感應晶片直接紀錄車輛通過的時間。目前 ETC 已經在國道全線架設,雖然剛開始時,引發了一些民怨,但不得不說,它現在帶給我們極大的便利。

第三、減少一時貪快的想法。

超速的駕駛,很多都是看到測速相機才減速,然後相機遠離後又馬上加速,貪圖一點時間。由於「不會測速的相機」不是測即時速度,而是算平均速度,因此,開太快其實沒有用,因為到下個相機前,超速駕駛為了不讓平均車速過快,必須減速行駛,甚至是停止才能夠降低平均時速,自然產生遏止效果。另一角度來看,若每一站都要在心裡計算平均時速到底有沒有超過,所帶來的心理壓力不小,還不如一路遵守速限不超速來的輕鬆。

第四、人人輕鬆

一方面,駕駛人不再需要添購高級的反偵速裝置,另一方面,交警也不用再拿著流動測速槍定點舉發。因為所有照相點都可以公開,而且目前全台三百多個 ETC 匣門,有時幾公里就有一個,也就是幾公里就可以計算一次平均速度,不會太遠,因此也沒必要額外隨機拿著流動測速槍進行舉發了。

以上優點只是筆者教完微積分後突然興起的想法,目前似乎還沒有一個國家實施這種政策(註),背後可能還有很多其他的考量。

不過,話說回來,未來如果有一天你收到一張超速罰單,上面不是附上違規照片,而是寫著「根據微積分均值定理,本車車速曾達到 140 (公里/小時),罰金 3000 元」,這樣你會買帳嗎?

註:感謝讀者[黃昭儒]和[交大應數系林得勝教授]分別來信指出,中國和英國都有使用平均速度作為取締超速的例子。

*中國:2013 年 2 月 5 日,江蘇正式啟用了高速公路全程區間測速系统。在沪宁高速南京至常州、寧杭高速南京至溧陽兩個試點路段内,共採集超速違法行為 3.3 萬餘起,超速行駛下降了 30%。(註:東華大學應數系魏澤人教授也回文提醒,超速違法行爲是用取締來統計的,而這裡取締方式本身也改變了,拿兩者比較而得出的 30% 是不是還具有意義呢?)

來源: https://goo.gl/HpI73Y

*英國:自從 1999 年就開始採用均速取締系統 SPECS,小編靠估狗大神發現幾件有趣的事:

1. 在英國最短的一段監測路段就是橫跨泰晤士河的倫敦塔橋 (Bridge Tower)。

2. 因相機外觀是黃色,英國人稱之為「黃色禿鷹 yellow vultures」。

3. SPECS 只監測單一車道,因此理論上變換車道是可以規避取締。

4. 平均每英里的設備花費從十幾年前的百萬英鎊下降到現在剩 10 萬英鎊,還是頗為昂貴阿~

5. 官網 http://www.jenoptik.co.uk/product/specs 提到了幾個好處,包括:

-嚴重死傷 (KSI casualties) 率平均下降超過 70%

-平順的車速讓交通更不易阻塞

-減少油耗和排放更環保

-超速違規件數下降

*其實還有許多國家也用均速取締超速,例如:荷蘭(世界上第一個運用的國家)、波蘭、義大利、比利時、奧地利、澳洲。

來源: https://en.m.wikipedia.org/wiki/SPECS_(speed_camera)

*有些特殊情況也可能會限制平均速度,例如:

在香港港務管理系統中,貨櫃車要將貨櫃送上船之前,會先經過一個通道,這個通道規定平均速度「不能太快」,以確保每個貨櫃通過閘口偵測的時間會超過3秒,才能提供足夠充分的掃描判讀資訊,確認安全性。