㆒種步槍射擊控制系統的設計與實現ir.hust.edu.tw/bitstream/310993100/59/1/14.pdf ·...

修平報　第㈩㆕期　民國㈨㈩㈥年㆔

HSIUPING JOURNAL. VOL.14, pp.1-14 (March 2007) 1

楊基鑫：修平技術學院電機工程系助理教授

投稿日期：950620　接受刊登日期：950828

㆒種步槍射擊控制系統的設計與實現

楊基鑫

摘要

本文討論的主題為一種步槍射擊控制系統的設計與實現，此步槍射擊控制系統的硬

體包括控制箱、裝置槍械的射擊平台及扳機機構系統三個部分。在設計上，此射擊控制

系統不僅能易於攜帶而且可以作快速拆裝，另外人員可在安全的環境藉由控制箱來完成

監控、瞄準及射擊任務。此步槍射擊控制系統的功能為人員在執行任務時，不會暴露在

危險的火力攻擊之下，同時又可以完成步槍精準、快速的射擊。

關鍵詞：步槍射擊控制、控制箱、扳機機構。

2 修平報　第㈩㆕期　民國㈨㈩㈥年㆔

Chi-Ching Yang, Assistant Professor, Department of Electrical Engineering, HIT.

Design and Implementation of a Rifle Fire Control System

Chi-Ching Yang

Abstract

In this paper, the design and implementation of a kind of rifle fire control system is

addressed. The hardware of this system includes a control cabinet, a shooting platform for

placing the rifle, and a trigger mechanism. This rifle fire control system can't only be dismantled

and installed quickly but also be carried easily. In addition, one can finish guarding, aiming, and

shooting tasks by the control cabinet in the safe place. While the task is executed, the function

of the rifle fire control system is to prevent the user from exposing oneself in the environment

where dangerous fire shooting occurs. At the same time, the accurate and fast rifle fire control

can be accomplished.

Keywords: rifle fire control,trigger mechanism.

3㆒種步槍射擊控制系統的設計與實現：楊基鑫

壹、研究動機簡介

現今黑槍走私氾濫，歹徒的火力及

其亡命的程度，已嚴重威脅執法人員的生

命安全。民國九十三年警方發動「獵龍行

動」圍捕槍擊要犯，當時的圍捕行動對社

會造成相當大的震撼。從媒體所提供的畫

面可清楚看到當時警方在噴水車上堆沙包

攻堅的危險畫面，歹徒強大的火力，對執

法的警察人員造成相當大的生命威脅。雖

然執法人員面對火力強大的歹徒，仍然積

極地反擊，但是無法順利成功地瞄準歹徒

等人，只能用大量的子彈作盲目的掃射，

結果歹徒最後並未順利遭到逮捕。

檢討這次行動失敗的原因，主要是

警方人員的處境太危險，警方只能對歹徒

作火力壓制，不能在一個沒有生命危險顧

慮的環境做有效的監控、瞄準與射擊。如

果能設計實現出一種步槍射擊控制系統，

在此系統平台上架設國造T65K2或美製

M16系列，甚至最新的突擊步槍，然後將

整組射擊系統放置在防彈車上或是適當的

制高點，然後執法員警只要身處在安全的

地方，便可安全地控制槍枝並作適當的瞄

準，作無人身安全顧慮的有效射擊。

有關於槍械射擊控制系統以及相關

主題的研討，已經有許多文獻進行討論

[1-10]，這些專利文獻討論的問題主要包

括手槍[1]、來福槍[2]、漆彈槍[3]、玩具

衝鋒槍[4]、雷射瞄準器[5]、槍靶[6-8]…

等，另外還廣義地討論一般武器的射擊控

制系統[9-10]。

前述文獻中[1-10]，對於步槍射擊控

制系統尚無完整的討論，因此本文的研

究動機為討論一種步槍射擊控制系統的設

計與實現。在設計上，此射擊控制系統不

僅能易於攜帶而且可以作快速拆裝，另外

人員可在安全的環境藉由控制箱來完成監

控、瞄準及射擊任務。此步槍射擊控制系

統的功能為人員在執行任務時，不會暴露

在危險的火力攻擊之下，同時又可以完成

步槍精準、快速的射擊，以便能有效地制

止歹徒的攻擊。此射擊控制系統可裝載美

製Ｍ-１６系步槍、國軍Ｔ６５Ｋ２、國

軍Ｔ９１戰鬥步槍或是美製Ｍ４系突擊步

槍，安裝使用時只需一人即可完成安裝。

由於國家法令規定，在實際硬體測試時只

能以相當接近於實體的玩具槍作測試，因

此本文介紹的硬體不考慮有關槍枝後座力

的討論。

本文內容如下：第貳部分介紹步槍

射擊控制系統的主要元件，步槍射擊控制

系統相關機構及控制箱則分別於第參、肆

部分作說明。最後討論實體測試的結果。

貳、步槍射擊控制系統介紹

㆒、射擊平台主機構：

圖1為已經裝設美製M16A3玩具步槍

的多功能控制射擊平台主機構。其功能敘

述如下：


圖1. 架設M16A3步槍的多功能控制射擊平

台主機構

(一)可控制步槍的射擊。

(二) 可控制俯仰與旋轉等動作，

作步槍的瞄準。

(三) 具備有兩台攝影機，一台照攝狙

擊鏡，另一台照攝廣角畫面。

㆓、平台控制箱：

步槍射擊控制系統備有控制箱，控

制箱關閉與開啟的情形如圖2所示。其功

能敘述如下：

(一) 可控制射擊平台中槍枝的功能

及移動。

(二) 可提供監視的畫面，使人員藏

匿在安全的地點進行射擊。

㆔、扳機機構系統：

槍枝的射擊需要扣動扳機，此動作

需藉由人員以手指來完成。步槍射擊控制

系統的設計概念是希望製作出一套適用於

多種類型步槍皆能使用的系統，因此扳機

機構系統的設計與實現是本文討論的一個

重點。本文討論所設計製作的扳機機構系

統如圖3所示，其功能敘述如下：

圖2.多功能可攜式控制箱

圖3. 模組化的扳機機構系統設計可快速安

裝於槍支

(一) 可以取代人員以手指扣板機的

動作。

(二)模組化的設計。

(三) 可作快速安裝，人員可在數

秒內裝扣完畢

(四) 裝扣過程不需要修改槍枝主體


，可適用於多種類型步槍。

有關於步槍射擊控制系統的相關規格資料

如下表一所示：

表一、步槍射擊控制系統的相關規格表

平台高度 57公分最大仰角 55度

平台長度 63公分最大俯角 45度

平台重量 12公斤迴轉角度 360度

最高承重 25公斤

電池 12V電瓶外接電源 110V

主體材料鋼、鐵、鋁、塑膠

影像由兩台監視器提供，分別作狙擊鏡瞄

準與人員監視取景使用

適用槍種

國造T65、T65K2自動步槍、

國造T86、T91突擊步槍、美

製SR25、SR15狙擊槍、美製

M16A1、M16A2、M16A3、

M16A4自動步槍

美製M4A1突擊步槍

口徑系統：5.56mm / 7.62mm

裝彈模式：30發彈夾 / 100發彈夾

扳機系統裝扣在射擊步槍的過程相當簡

單，圖4、5說明裝置的步驟。

圖5.將板機系統扣上並確定穩固牢靠

有關步槍裝置於步槍射擊控制系統

的步驟亦相當簡便，將已經裝扣扳機系統

完畢的步槍裝置於步槍射擊控制系統的方

式如圖6至9所示：

圖4.先將槍身正面朝上

圖6.將射擊平台的左側面朝向人員

圖7.將狙擊鏡視訊系統往上扳起


圖8.將步槍裝置上並確定穩固牢靠

是當步槍架設在平台之後必須保持整體系

統的平衡，如圖10所示。

圖9. 將狙擊鏡視訊系統歸位，並將步槍固

定夾住

參、步槍射擊控制系統相關機構介紹

㆒、射擊平台主機構：

由於國家法令規定，在實際硬體測

試時只能以相當接近於實體的玩具槍作測

試，本文介紹的硬體不考慮有關槍枝後座

力緩衝機構的討論。在考慮製作成本不會

太高的前提之下，本文討論所設計的底座

採用常見的角鋼再配合螺絲來完成。設計

射擊平台主機構第一個需要考慮的重點就

圖10.裝置步槍之射擊平台主機構

因為步槍的重量大，加上角鋼本身

的重量，同時還考慮到步槍彈匣能夠做

快速的拆換，因此經過計算後將平台整體

長度的配置設計成扶槍臂前段與後段配重

的比例為1.5比1，而槍枝的部分則以射擊

模式選擇鈕作為中心點，將配重為比例調

整為為2比1。驅動整個射擊平台系統作旋

轉運動的減速馬達經過計算後需要約有步

槍本體加上平台整體支架總重量的3倍扭

力。考慮驅動時整個系統的平衡問題，射

擊平台俯仰角的驅動控制方向從平台本體

的後段下方，以拉伸鋼繩的方式做射擊平

台俯仰的運動。經過測試調整後，減速齒

輪採用150比1的規格可以抑制步槍的慣性

使俯仰動作能快速停止。射擊平台系統俯

仰驅動與旋轉驅動馬達的裝設則考慮整體

平衡性，以水平對臥的方式裝置在底盤，

如圖11所示。


圖11.對臥型式的馬達裝置設計

射擊平台俯仰角的驅動機構以主馬

達滑輪配合副導向輔助滑輪，作為傳動

的連結機構，整體機構的實體圖如圖12所

示。

圖12. 主馬達滑輪配合副導向輔助滑輪的

機構實體

另外採用小型的滑輪座來做導正鋼索的導

引輪，如圖13所示。

圖13.輔助滑輪

考慮到射擊平台做俯仰動作時，因

為仰角上升過高會卡到機構底部，造成平

台系統故障或是損壞機構，故額外設計了

一個自我保護的反動作開關。當射擊平台

仰角超過極限角度時，會觸動自我保護反

轉開關，讓仰角做自動下降的動作，相關

機構如圖14所示。

圖14. 極限開關與仰角動作過高之保護電路

射擊平台的旋轉傳動機構，採用螺

桿配合齒輪的方式。將齒輪固定在射擊平

台俯仰機構之下(如圖15)，再裝置於旋轉

形滑軌之上，此圓形滑軌利用滾珠的設計

使滑軌上面的載重物可以很順暢地作旋轉

動作。旋轉驅動馬達再外接螺桿與齒輪作

連結傳動，如圖16所示。而旋轉形滑軌則

固定在一塊六角形的木板上。

圖15.旋轉滑軌與射擊平台俯仰主機構


圖16.射擊平台旋轉運動驅動機構

經測試調整後，旋轉動作所適用的減速齒

輪採用90比1的規格，可以使得射擊平台

的俯仰與旋轉動作有相當適當的匹配性。

整組射擊平台的主要機構完成後，在經過

上漆與相關機構的調整測試，完成的整體

如圖17、18所示。

圖17.射擊平台主機構正視圖

圖18.射擊平台主機構後視圖

㆓、步槍射擊扳機機構：

作步槍射擊動作的扳機機構以三片

角鋼片配合螺絲組合而成，驅動用的減速

扭力馬達配合150比1的齒輪組以鋼繩作傳

動，馬達的驅動採用RCA接頭，可以在夾

上步槍後作快速安裝，完成實體如圖19、

20所示。

圖19.扳機機構正視圖

圖20.扳機機構後視圖

角鋼片連結處除了以螺絲連結外，

另外裝置了反作用彈簧，此彈簧的作用

在於扳機系統擊發步槍後，可恢復成原來

的未擊發狀態，以便作下一次的扣板機動

作。上述扳機系統在扣下控制端的電子扳

機之後，經測試後需要約0.5秒才能做扣

板機動作。此缺點可採用電磁閥來克服，


可以讓開槍動作更快速敏捷。

㆔、狙擊鏡與廣角視系統：

步槍射擊控制系統主機構完成後，

需要再架設攝影系統以監視步槍的方向

和動作以及作目標的瞄準。在使用步槍

狙擊鏡的瞄準時，需要有一個距離，不

能像使用望遠鏡一般貼緊狙擊鏡(因為槍

有後座力，貼太緊會打傷人員眼睛)，也

不能太遠瞄準，一定要在一個有效的距

離作瞄準。本文討論的硬體在實體測試時

所使用之玩具槍支裝載的狙擊鏡(TASCO

3-12*50AOE型)，具有3-12倍光學變焦、

50mm口徑接物鏡、AOE快調紅綠雙色米

位表尺，此款狙擊鏡的有效瞄準距離必須

眼睛距離接目鏡於7~8公分的距離才能成

像。

本文討論的狙擊鏡監視系統設計想

法是將攝影機前的障礙物淨空，以便使攝

影機前和狙擊鏡瞄準的目標物的光源是處

於平衡的狀態，以改善攝影機自動曝光補

償的功能。因此狙擊鏡監視系統將攝影機

固定在主支架上(也就是後扶槍手臂上)，

則人員可以在安裝槍支時，快速且方便

的將攝影系統掀起，安裝槍支完畢後再蓋

上，如圖21、22所示。掀蓋式的設計可解

決一般攝影系統常見的光線匹配問題，同

時具有快速安裝的便利性。

圖21.狙擊鏡監視系統機構實體圖

圖22. 掀蓋式攝影系統安裝步槍完畢之實體

圖

前述狙擊鏡監視系統主要功能是用

來瞄準目標，因此只能看遠而無法看近，

所以無法以廣角的方式來完成尋蹤的任

務，故需要再另外架設廣角監視系統。

廣角監視系統是主要另外再架設第

二台攝影機。因為攝影鏡頭需要裝置在槍

口不遠處否則會被槍身前段擋到畫面，因

此將第二台攝影機架設在主扶槍伸展臂的

右方，並以滑軌固定。採用滑軌可使廣角

監視攝影機依造不同長短之步槍做伸縮變

化，如圖23、24所示。而攝影機的外殼以


PVC管來製作，以便能夠有防水效果，如

圖25所示。同時將廣角監視系統設計成可

以在控制箱做切換視角畫面的功能。

圖23. 裝載76公分步槍可將攝影機機構滑

軌縮短

圖24. 裝載99公分步槍可將攝影機機構滑

軌伸長

圖25.廣角監視系統攝影機外觀實體圖

㆕、控制箱系統：

步槍射擊控制系統控制箱在設計上

考慮人員可在隱蔽安全的環境下，對射擊

平台作靈活的操控，因此控制箱面板部分

裝置有控制搖桿與7.5吋小型液晶螢幕，

以及顯示電池電源狀態的儀表，另外設計

可作微調控制的旋鈕及相關動作的開關，

圖26為控制箱實體圖，圖27顯示控制箱面

板上的功能說明。

圖26.步槍射擊控制系統控制箱實體圖

圖27.控制箱面板


控制搖桿是以常見的PC Game搖桿改

裝，可控制步槍的俯仰與旋轉動作；旋鈕

可對步槍的俯仰與旋轉動作做微調；前述

狙擊鏡與廣角監視系統所得信號連結至小

型液晶螢幕，並設計兩個監視系統影像的

切換開關，以便人員可隨時作搜尋與瞄準

的動作。另外設計安全開關，防止人員作

瞄準與搜尋動作時不慎擊發扳機系統。控

制箱與射擊平台間的訊號傳遞以有線的方

式連接，另外需要再外接110V電源。

馬達驅動電路採用直流馬達控制IC

TA7257P配合繼電器作配線設計，以便執

行正逆轉控制，控制箱內部配線實體圖

如圖28所示。馬達轉速控制則採用脈波寬

度調變(PWM)方式。

圖28.控制箱實體線路

步槍射擊控制系統完成實體圖如圖29所示。

圖29.步槍射擊控制系統成品圖

肆、步槍射擊控制系統實體測試與討論

根據台灣地區槍炮彈藥管制條例規

定，遊戲用槍出口動能不得超過20焦耳，

換算成速度單位則是不能超過237m/sec。

玩具槍法定初速度為237m/s以內；真槍

M16A2/A3/A4的初速度為944.88m/s；真槍

國造T65K2的初速度為920m/s。本文硬體

實驗所裝載之槍枝為合法生存遊戲所使用

的槍枝(型號為美製M16A3型步槍)，子彈

出口速度經過儀器測量為98~102m/sec，

換算成出口動能為2.76~3.23焦耳，不具有

殺傷力，因此後座力較真實槍械小，故有

關後座力的測試非本文所討論的主題。

在實體測試的部分，吾人在步槍射

擊控制系統上架設了仿造美製M16A3的玩

具步槍，然後將平台與控制箱分置於兩

處，如圖30所示。圖31顯示從控制箱液晶

螢幕可清楚看到標靶。


圖30.步槍射擊控制系統實體測試

圖31.控制箱液晶螢幕可清楚看到標靶

打靶測試部分，此處採用的方式為

分別由人員及步槍射擊控制系統作射擊實

驗。首先由人員執步槍採蹲姿於10公尺處

射擊十槍，然後再將步槍射擊控制系統架

設同一支步槍於相同距離射擊相同次數。

圖32與33顯示人員射擊得分為82；而步槍

射擊控制系統的射擊得分為100。

圖32. 人員執採蹲姿於十公尺處開十槍的打

靶結果

圖33. 步槍射擊控制系統於十公尺處開十

槍打靶的結果


射擊實測結果發現步槍射擊控制系

統有較佳的命中率，主要原因在於人員

在射擊時是有心跳呼吸或是有其他的思緒

干擾，而這些因素會影響到射擊時的穩定

度，因此就會影響到射擊的精準度。步槍

射擊控制系統可以免除上述人員在射擊時

的人為誤差，因此會有較高的穩定度及準

確度。

伍、結果與討論

本文討論一種步槍射擊控制系統的

設計與實現。在設計上，此射擊控制系統

不僅能易於攜帶而且可以作快速拆裝，另

外人員可藉由遠端的控制箱來完成監控、

瞄準及射擊任務。此步槍射擊控制系統的

功能為人員在執行任務時，不會暴露在危

險的火力攻擊之下，同時又可以完成步槍

精準、快速的射擊。

由硬體測試部分結果可知，步槍射

擊控制系統可克服部分人為因素，提高步

槍射擊的精確性。

測試本系統時須外接110V交流電

源，此點導致本系統在實際應用時會受到

地點的限制，如能夠改採用直流電源，將

使本系統有更佳的實用性。因此本系統的

電源供應問題是未來改進系統性能的一個

重點。

參考文獻

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陳文敬：修平技術學院資訊網路技術系助理教授朱恆德：修平技術學院資訊網路技術系講師黃一泓：修平技術學院資訊網路技術系助理教授投稿日期：950629　接受刊登日期：950904

開放式定簡訊加值服務平台

陳文敬、朱恆德、黃㆒泓

摘要

傳統電信加值服務的開發一直都受限於電信業者的私有協定而徒增開發與維護成

本。本論文提出以開放式協定為基礎的簡訊加值服務平台的架構，以期縮短電信加值服

務系統的開發時程與降低後續的維護成本；此外，我們也希望藉此平台的介接，讓網路

內容提供商(ICP)不再受私有協定之困擾，可以致力於加值服務系統的開發。因此，我們

也開發出兩個常見的簡訊加值應用：網頁式的電子報簡訊傳送系統與雙向簡訊應用的問

卷調查系統，以驗證本系統的實用性和可用性；而這些實際加值應用亦可作為ICP業者與

手機業者爾後開發加值服務系統之參考。

關鍵詞：SMSC, SMPP, Jabber Protocol, XMPP.


Wen-Ching Chen, Assistant Professor, Department of Information Networking Technology, HIT.Heng-Te Chu, Instructor, Department of Information Networking Technology, HIT.Yi-Hung Huang, Assistant Professor, Department of Information Networking Technology, HIT.

An Open Standard-based platform for Value-Added Short Message Services

Wen-Ching Chen, Heng-Te Chu, Yi-Hung Huang

Abstract

The cost of maintaining and developing a traditional telecommunication value-added

service has been getting increased, due to the confinements of proprietary protocols that have

been being imposed by carrier operators. In this paper, we propose a short message value-added

platform, based on open standard protocols, in order to shorten the schedule for developing a

telecommunication value-added service and cut down the cost for maintenance. In addition, by

means of interconnection with our platform, we would like to relieve Internet Content Provider

(ICP) of the confinement of proprietary protocols so that an ICP devote itself to speedup value-

added service developments. Hence, we have also implemented two common short message

value-added applications: the web-based e-paper messaging system, and the bidirectional

questionnaire system, in order to demonstrate the practicability and applicability of our platform.

Moreover, these two practical value-added applications can be also regarded by both ICP

vendors and carrier operators as reference models for future value-added service developments.

Keywords: IM, Jabber protocol, XML, SMPP.

17開放式定簡訊加值服務平台：陳文敬、朱恆德、黃㆒泓

1.前言審視當前的電信加值應用服務，不

論國內或國外的電信市場，簡訊加值應

用是語音服務之外的另一重要競爭市場。

早期，國內簡訊市場因電信業者間無法

互傳而遲遲無法打開簡訊市場商機；雖然

在 2000 年國內電信業者完成彼此簡訊互

聯，簡訊的用量因此而大幅增加。但是，

真正的簡訊加值應用仍尚未起飛！特別

是企業級的加值簡訊的應用。一般的簡訊

加值應用是透過簡訊中心(SMSC)所提供

的介接機制來進行大量簡訊傳送，如:帳

單催收、特惠促銷方案、股市成交回報

等應用；或是雙向的簡訊服務應用，如:

簡訊問卷調查、即時簡訊投票等。一般

而言，SMSC會提供標準化的SMPP(Short

Message Point-to-Point Protocol)來進行內

部的簡訊加值開發，其架構如圖1所示:

圖1　SMSC與SMPP介接架構

但對於一般的加值業者(如:Internet

Content Provider, ICP)而言，基於電信網

路內部安全性和其他種種的考量，均必須

經由特製的方式來進行連線已進行加值簡

訊的開發。而行動通訊業者一般都只提供

自定的客製化介面規格給加值業者進行介

接，如圖二所示；也由於各個行動通訊系

統業者之間沒有統一的界接規格，ICP業

者必須個別為單一的產品或服務撰寫個別

的介面以符合特定電信業者的界接協定的

要求。由圖二可知，若ICP業者欲與三家

電信業者合作，就必須撰寫三種不同的介

面，以連接A、B、C三家業者所提供的

個別服務介面，假設ICP要和N家的電信

業者介接，就得開發出N種介面，這樣的

結果就是：浪費開發的人力與物力資源，

也更不容易進行未來系統的維護與除錯！

圖2　 ICP業者與電信業者的加值簡訊的

連接架構

在先前的研究成果裡，我們運用開

放性的Jabber Protocol為基礎交換架構，

開發出電信業者可以運用的跨業者的開

放式簡訊交換平台[1]，以及植基於Jabber

Protocol Network為基礎的整合式的即時

傳訊服務平台[2]。在跨業者簡訊交換平

台架構裡中，我們運用Jabber-Based網路


來實作出跨業者的簡訊交換(routing)機

制，讓電信業者的簡訊交換不再受傳統

SS7實體線路的限制，運用該開放式的簡

訊交換平台即可以用相當經濟的成本來完

成跨業者間簡訊交換的需求。此外，藉由

整合式的即時傳訊服務平台，手機使用族

群可以隨時利用既有的手機簡訊服務來和

其他手機用戶以及一般電腦使用者進行即

時訊息的交換，將即時訊息和行動化服務

做了完美的結合。

因此，我們希望再次運用 J a b b e r

Protocl 的開放的特點來開發出來一個全

然開放的簡訊加值服務平台，讓ICP業者

透過此開放平台快速進行簡訊加值服務系

統的開發與上線時程，也可以讓ICP業者

不需負擔轉換電信業者所浪費在開發新介

接SMSC的軟體介面成本，只要透過此一

開放式平台所整合好的技術，便可讓ICP

業者擁有開發各式各樣的簡訊加值服務

(例：簡訊問卷調查、簡訊電子報…等)的

功能。

以下是本文的後續的內容安排：首

先，在第二章節我們會先說明植基於開放

式協定的簡訊加值服務平台系統的基本架

構以及主要實作觀念介紹；第三章節將以

UML[5]的使用案例圖（Use Case）和循

序圖（Sequence Diagram）來說明系統的

內部模組與細部設計細節。最後，我們提

出相關於本文的結論，這包含未來可能的

應用與加值方向。

2.系統架構本系統的主要核心就是利用開放式

的Jabber Protocol[3,4]來進行加值簡訊的

封包傳送與交換，因此，我們會先說明

Jabber的相關架構與機制，然後，再介紹

本系統的主要系統架構。

2.1　Jabber的基本觀念

Jabber 最初的設計目的之一就是希

望能和其他廣為流行的即時訊息系統

（AOL、MSN、Yahoo! 和 ICQ 等等）之

間相互溝通以傳遞與交換即時訊息(Instant

Message, IM)。其實，Jabber Protocol就

是一個以XML[1]為基礎並支援SSL加密

技術的即時訊息(Instant Message, IM)通

訊協定。目前Jabber Protocol 也已經成為

一個IETF[9]的標準, 也就是XMPP[6]。就

系統架構而言，Jabber是一種標準典型的

Client/Server架構[3,4] ，如圖3所示。

圖3　Jabber的Client-Server系統架構

整個系統可以由單一Jabber Server構

成來服務多個Jabber Clients，也可以由多


個Jabber Servers 構成一個大型的以Jabber

Protocol為基礎的訊息交換網路，此時就

可以跨越Server 互相交換和傳送訊息了。

而達成此一功能的關鍵機制就是它的帳號

命名規則。基於想要達成跨越單一Jabber

Server的限制，Jabber 的帳號命名方式採

用了類似Email帳號的方式，每個Jabber

帳號的格式就是：[email protected]。當接收端

和傳送端是不同Domain時，Jabber Server

之間會經由Jabber Protocol 彼此交換要給

對方的訊息，而這個交換訊息的機制就是

我們作為簡訊訊息交換的重要關鍵。

2.2　系統架構說明

本文所提出的整合式簡訊加值服

務平台的基本架構如圖4所示，在此架

構中，我們開發一個非常重要的模組，

Short Message Agent Subsystem (SMAS)。

將其稱之為Agent的意義在於它的三個主

要功能都和代理者的功能很接近：(1)接

收由ICP傳入的簡訊封包，並將之拆解並

轉成正常的簡訊封包後傳送給適當的簡訊

中心(手機用戶)；(2)接收由簡訊中心回傳

的傳送回報資訊轉傳給適當的ICP應用程

式；(3)接收由手機回傳的簡訊並轉傳給

適當的ICP應用程式。以下我們簡單描述

簡訊傳送的過程，細節的部份在第三章節

裡有詳細說明。

圖4　整合式的簡訊加值服務平台

當ICP要傳送簡訊到手機用戶時，

簡訊封包會經由Jabber Server傳送到

SMAS，傳送至SMAS的封包可能有兩種

類型：單向簡訊與雙向簡訊(能夠讓手機

用戶有回傳簡訊的功能)，SMAS將會判

斷出是何者類型，再將收到的XML格式

的封包轉換成適當的SMPP[7,8,9]格式的

封包後傳送到簡訊服務中心，SMSC就

會將簡訊傳送至手機用戶。若是雙向簡

訊的應用，當手機用戶回傳回覆簡訊到

SMSC，SMSC會根據內定路由設定，會

將該則訊息傳回至SMAS，SMAS會在經

過適當的轉換機制將該訊息轉成XML格

式傳回Jabber Server，緊接著Jabber Server

會將該訊息轉送到ICP所提供的加值服務

應用系統程式進行處理。

此外，為了讓此開放式的簡訊加值

服務平台得以廣泛的被加以推廣與運用，

我們開發出一個植基於Web based 的簡訊

加值應用系統(Message Service Subsystem,

MSS)，MSS包含有簡訊電子報(驗證大量


單向簡訊傳送)以及問卷調查(驗證雙向簡

訊服務)兩個應用系統。

圖5　單向簡訊傳送流程

簡訊電子報是屬於單向簡訊的應

用，傳送流程如圖5所示，使用者可經由

MSS所提供之Web介面，輸入電子報訊息

和傳送對象之手機門號，訊息可一次傳送

至很多對象，MSS再將此資訊轉成封包傳

送至Jabber Server，Jabber Server再將封包

傳至SMAS，SMAS加以處理過封包後，

轉換成SMPP格式傳送至SMSC，SMSC便

傳送簡訊至手機用戶。

圖6　雙向簡訊傳送流程

問卷調查則是屬於雙向簡訊的應

用，傳送流程如圖6所示，使用者可經由

MSS所提供之Web介面，輸入問卷訊息和

傳送對象之手機門號，訊息可一次傳送至

很多對象，MSS再將此資訊轉成封包傳

送至Jabber Server，Jabber Server再將封包

傳至SMAS，SMAS加以處理封包，轉成

SMPP格式後傳至SMSC， SMSC便會傳

送至手機用戶；手機用戶可以直接回覆問

卷之答案，該簡訊方式會經由SMSC傳送

至SMAS，SMAS則會從SMSC擷取SMPP

格式之目地位址轉成XML傳至Jabber

Server，而Jabber Server 會根據資訊傳送

到MSS，MSS接收傳來之XML封包，就

可根據適當資訊將問卷的答案記錄到資料

庫，以便事後的分析與統計。

2.3　架構之比較

以下我們列出傳統上ICP業者與電信

業者的連接架構與我們實作出來的開放式

平台之間的比較：

表1　系統架構比較

比較項目

目前 I C P 業者與電信業者的連接架構

開放式的簡訊加值服務平台

ICP業者與1家不同電信業

1 1

ICP業者與2家不同電信業

2 1

ICP業者與N家不同電信業

N 1

維護人力高低

所需物力高低

資源共享差佳

成　　本高低


3. 模組與細部設計由先前介紹得知，我們的主要模組

包含了SMAS和MSS兩大模組，如圖7所

示。

圖7　模組關聯圖

SMAS子系統主要是擔任簡訊傳送與

接收的代理者角色，幫助加值應用系統

傳送簡訊到手機用戶，並且接收手機回傳

之回覆簡訊給適當的加值應用系統，作為

爾後的加值業者開發出更多元的簡訊加值

服務。MSS子系統主要是開發出利用傳

送大量電子報模式與填寫問卷調查模式的

Web-based簡訊加值應用系統範例，提供

給加值業者作為開發加值簡訊應用系統的

參考，使其了解介接本系統加值簡訊應用

系統的開發架構。

以下我們說明此一開放交換平台之

加值服務相關模組以及細部設計。我們將

以UML的使用案例來說明模組功能，並

以循序圖來說明各功能的細部設計。

3.1　MSS模組

如前文所提及，MSS最主要的工作

就是傳送大量簡訊與雙向簡訊。利用物件

導向技術分析之後，我們得到如圖8的使

用案例圖，其中包含三個使用案例，分別

為(1)傳送電子報、(2)傳送問卷調查、(3)

查詢回傳結果。外部使用者有：使用者、

Jabber Server和DBS(Database System)。

傳送電子報是大量簡訊的應用服

務；傳送問卷調查是雙向簡訊的應用服

務。而查詢回傳結果，主要提供MSS使用

者查詢簡訊回傳結果。

圖8　MSS之使用案例圖

3.2　MSS之細部設計

以下我們利用循序圖來說明簡訊傳

送與回傳結果的細部流程設計︰

(1)傳送電子報之細部設計，如圖9︰

1. 使用者登入MSS系統後，進入

「使用者選單」。

2.進入「傳送電子報」頁面。

3.輸入欲傳送手機用戶號碼。


4.輸入電子報內容。

5.將電子報內容存入DBS。

6. 系統進行批次傳送，首先顯示資

料已記錄, 並顯示傳送中的訊息。

7.至DBS讀取欲傳送之電子報資料

8. 轉換成XML格式的Jabber封包，

並傳送至Jabber Server。

9. 系統將簡訊發送的時間與狀態，

存入DBS。

圖9　傳送電子報循序圖

(2)傳送問卷調查之細部設計，如圖10︰

1. 使用者登入MSS系統後，進入


2.進入「傳送問卷調查」頁面。

3.輸入欲傳送手機用戶號碼。

4.輸入問卷調查內容。

5.將問卷調查內容存入DBS。

6. 系統進行批次傳送，首先顯示資

料已記錄, 並顯示傳送中的訊息。

7. 至DBS讀取欲傳送之問卷調查資

料。

8. 轉換成XML格式的Jabber封包，

並傳送至Jabber Server。

9. 系統將簡訊發送的時間與狀態，

存入DBS。

圖10　傳送問卷調查循序圖

(3)查詢回傳結果之細部設計，如圖11︰

1.使用者登入MSS系統後，進入


2.點選「查詢回傳結果」選項。

3. 選擇所要查看「電子報」、「問

卷調查」回傳功能。

4. 系統至DBS讀取用戶回覆內容與

簡訊傳送狀態。

5. 依照使用者所選擇的項目，來顯

示該功能的回傳結果：

選擇「電子報傳送狀態」，系

統將根據不同使用者帳號，做

顯示電子報傳送內容、接收者

號碼、發送時間、傳送到手機

時間、狀態。


選擇「問卷調查傳送狀態與回

傳結果」，系統將根據不同使

用者帳號，做顯示問卷調查傳

送內容、接收者號碼、發送時

間、傳送到手機時間、回傳結

果、狀態。

圖11　查詢回傳結果循序圖

3.3.　SMAS模組

SMAS本子系統主要就是擔任簡訊傳

送與接收的代理者角色。利用物件導向

技術分析之後，我們得到如圖12的使用案

例圖，其中包含了四個使用案例，分別為

(1)傳送簡訊並取得SMID，(2)接收回報，

(3)接收答覆，(4)路由映對。外部使用者

分別為：SMSC、Jabber Server與DBS。

圖12　SMAS使用案例圖

3.4.　SMAS之細部設計

以下我們利用循序圖來說明簡訊傳

送的細部流程設計︰

(1) 傳送訊息並取得SMID之細部設計，

如圖13：

1. ICP業者透過Jabber Server傳入欲

傳送的XML格式之Jabber封包，

封包包含：ICP業者發送帳號、

SMAS代理收送帳號、手機用戶

號碼、簡訊內容、傳送類型、簡

訊編號。

2.SMAS傳送簡訊至SMSC：

2.1 SMAS拆解封包。

2.2 SMAS進行“路由映對”。

2.2.1 找出ICP業者對應之虛擬碼。

2.2.2 SMAS取得虛擬碼。

2 .3 SMAS將此封包重新打包成

SMPP格式之簡訊封包，SMPP

封包格式包含，虛擬碼、手機

用戶號碼、簡訊內容。


2.4 S M A S 將此簡訊封包傳送

給 S M S C 。

2.5 成功傳送至SMSC後，便會發

出接收訊息編號。

2.6 SMAS接收SMSC之接收訊息

編號。

2.7 將訊息編號和原發送ICP業者

帳號儲存到DBS。

2.8 將包裝成XML格式之Jabber封

包。

2.9 SMAS依照原發訊帳號回傳此

封包給ICP業者。

圖13　傳送訊息並取得SMID循序圖

(2)接收回報之細部設計，如圖14：

1. SMSC傳入手機接收簡訊的回報

簡訊封包至SMAS，包含有訊息

編號及使用者手機的接收狀態。

2. SMAS傳送狀態封包給原發訊者：

2.1 SMAS進行"路由映對"。

2.1.1 SMAS由DBS比對訊息編

號。

2.1.2 SMAS取得原發訊帳號。

2.2 將訊息編號及使用者手機的

接收狀態包裝成XML格式之

Jabber封包。

2.3 SMAS依照原發訊帳號回傳此封

包給ICP業者

圖14　接收回報循序圖

(3)接收回覆之細部設計，圖15：

1. SMSC傳送使用者手機的答覆簡

訊封包至SMAS，包含有手機用

戶號碼、虛擬碼、簡訊編號及用

戶回覆之內容。

2.SMAS轉換後回傳至原發訊帳號：

2.1. SMAS進行"路由映對"之比對。

2.1.1. SMAS由SMPP的目的位

址到DBS做原發訊帳號

的比對

2.1.2. SMAS取得原發訊帳號。

2.2. SMAS將使用者手機的答覆包

裝成XML格式的Jabber封包,

包含有原發訊帳號、簡訊編

號、回覆內容。

2.3. SMAS依照原發訊帳號回傳此

封包給ICP業者。


圖15　接收回覆循序圖

5. 未來發展以下列出電信業者和ICP業者可能的

互連與合作模式與架構以供參考:

(A) 電信業者能在原有的環境下，只

要連接到此一開放式平台系統就

可以讓所有ICP業者與電信業者提

供相關的簡訊加值服務給所有手

機用戶，如圖16。

圖16　以單一開放式平台系統來連接所有

業者

(B) 相關電信業者只要部署此一開放平

台以藉由Jabber Network互連，即

可讓電信業者和ICP業者提供各項

加值服務以供手機使用者運用，如

圖17。

圖17　電信業者間部署此開放平台架構

6. 結論在此論文中，我們透過標準的通訊

協定開發出一個開放式的簡訊加值服務平

台。對於電信業者而言，引用此一開放平

台技術之後，任何的ICP業者都是可能潛

在的客戶，只要專注於Business的開發就

夠了，因為所有的ICP業者的簡訊加值應

用系統都有能力介接此一開放式平台。對

網路加值業者而言，開發簡訊加值服務系

統將不再是夢饜，簡訊加值應用系統的維

護也將不再是困擾。

此外，透過此一開放平台，可以讓

ICP業者不需負擔轉換電信業者所浪費在

開發新軟體的成本以及心延誤系統的上線

時程。值得一提的是：運用了此一開放式

平臺之後，意味著ICP業者將扮演起使用

者和營運者的角色，它可以進一步成為簡

訊加值服務的經營(提供)者。

參考文獻

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XML/

[2] The Unicode Standard , http://www.unicode

org/.

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site, http://www.jabber.org.

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Java, The Jabber Protocols,” Manning

Publications, 2002.

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www.omg.org/technology/documents/

formal/uml.htm

[6] eXtensible Messaging and Presence

Protocol,

[7] http://smsforum.net/doc/public/Spec/

SMPP_v3_4_Issue1_2.pdf, Oct. 12, 1999.

[8] ETSI TS 100 900 V7.2.0 (1999-07),

Digital cellular telecommunications

system (phase 2+) , a lphabets and

language-specific information (GSM

03.38 version 7.2.0 release) 1998

[9] ETSI TS 100 901 V7.4.0 (1999-12),

Digital cellular telecommunications

system (phase 2+), technical realization

of the short message Service (SMS) (GSM

03.40 version 7.4.0 release) 1998.



李宗乙：修平技術學院機械工程系副教授張振龍：修平技術學院機械工程系副教授宋鴻明：修平技術學院機械工程系副教授投稿日期：950704　接受刊登日期：950904

光纖管受溫度與壓力耦合作用之微變形分析

李、張振龍、宋鴻明

摘要

本文主要是分析一等向性材料所組成的光纖管在受熱與壓力下，因壁內外邊界條件

的差異而所產生的熱變形問題。而我們探討可分為內邊界和外邊界這二個部分，我們在

內邊界部分模擬管內開始加熱時溫度和壓力相互影響且隨時間變化下其暫態熱應力的分

佈情形。而在外邊界部分我們假設為不同溫度狀態而我們將使用有限差分法與拉氏轉換

來處理此類問題。利用拉氏轉換法處理時間項，再利用矩陣相似轉換在轉換域上求得簡

單的複變函數解。最後利用部分分式法解簡單的數值逆拉氏轉換，求得數值解。而光纖

管之材料性質也將採用真實之材料，使本文所得到的數值解更加接近真實解。

關鍵詞：光纖、拉氏轉換、有限差分法。


Zong-Yi Lee, Associate Professor of Department of Mechanical Engineering, HIT.Cheng-Long Chang, Associate Professor of Department of Mechanical Engineering, HIT.Hung-Ming Sung, Associate Professor of Department of Mechanical Engineering, HIT.

Analysis Thermal and Pressure Induced Micro-deformation in Multilayered-Coated Optical

Fibers Tube

Zong-Yi Lee, Cheng-Long Chang, Hung-Ming Sung

Abstract

This paper deals three-dimensional axisymmetric quasistatic-coupled optical fibers tube

problems for time-dependent boundary condition. Laplace transform and finite difference

methods are used to analyze problems. Using the Laplace transform with respect to time, the

general solutions of the governing equations are obtained in transform domain. The solution

is obtained by using the matrix similarity transformation and inverse Laplace transform. We

obtain solutions for the temperature and thermal deformation distributions in a transient and

steady state. Moreover, the computational procedures established in this thesis, can solve the

generalized thermoelasticity problem.

Keywords: optical fibers, Laplace transform, finite difference.

29光纖管受溫度與壓力耦合作用之微變形分析：李、張振龍、宋鴻明

符號說明技術雖為尖端科技之一，其實回顧歷始人

類最早使用的通訊方法就是利用光線的光

通訊。由於光線在大氣中會受雨水、雪、

霧及大氣擾動等因素的諸多缺點限制，因

而使光線在保護的環境下來傳輸的觀念很

快就被提出來了，而光纖則因在大小、重

量、價格及容易處理諸多吸引人的優勢下

被採用了。

在力學分析上，1988 年Wai te 和

Sage[1] 利用微觀力學探討有關預埋於複

材中之光纖軸向受到熱負載時光纖附近

的應力場。1989 年，Salehi 及Tay[2] 用

有限元素法分析光纖之應力集中現象。

1992 年，Pak、Dyreyes和Schmuter[3] 軸向

剪應力與單一軸向負載，光纖之應力分

怖。1992年Pak[4] 使用同心圓模型研究縱

向剪應力負載，光纖被覆材料性質對應

力分佈之影響，且發現被覆勁度等於光

纖勁度與主結構之幾何平均值，光纖剪

應力最大。1998年Shiue[5]探討雙鍍層光

纖在溫度作用下之最大剪應力。1998 年

Shiue 和Lien[6] 研究在力作用下如何降低

雙鍍層光纖之剪應力所造成之的脫層現

象產生。

由以上的文獻可以得知溫度所造成

的應力對光纖管的影響極大，但光纖管並

不只受溫度影響，還需考慮壓力的影響才

行，所以本文針對光纖管受到一壓力與溫

度耦合變化時，對其對光纖管所造成的變

形與熱應力作一完整的分析與研究。

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㆒、前言

光纖通訊(optical fiber communication)


㆓、數模式

我們考慮一光纖管如圖1，我們將其

模擬成三維實體的多層圓管。其內外徑表

示成R1和R0.而光纖管同時受到溫度與壓

力的作用。熱傳導方程式表示如下：

力平衡方程式在r方向表示如下：

力平衡方程式在z方向表示如下：

應力-位移關係式：

式中參數代表如下：

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3 1 0R E ACk z rz r zr

vk ( ) [ ( ) ]


vk ( ) [ ( ) ]


定義無因次參數群後，我們將無因

次參數群代入方程式(1)-(7)後可以得到無

因次統禦方程式如下：


vk ( ) [ ( ) ]


vk ( ) [ ( ) ]

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044 fT

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我們使用中央差分法和拉式轉換於

統禦方程式與應力-位移方程式(8)-(14)後

可以得到其離散方程式如下：

(11)

(12)

(13)

(14)


z

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,1,,1

z

TTj

z

uu

rh

z

uuui

zr

uuuuh

r

uu

rr

uuu

nmnmk

nmrnmr

nmk

nmznmznmzk

nmrnmrnmrnmrk

nmznmz

nm

nmznmznmz

nmknmznmz

k

nm

nmrk

nmrnmrkkr

TQz

uuQ

r

uQ

r

uuQ

,41,1,

3

,

,2

,1,11

2

2

(15)

(16)

(17)

(18)

nmknmznmz

k

nm

nmrk

nmrnmrkk

TRz

uuR

r

uR

r

uuR

,41,1,

3

,

,2

,1,11

2

2

nmknmznmz

k

nm

nmrk

nmrnmrkkz

TPz

uuP

r

uP

r

uuP

,41,1,

3

,

,2

,1,11

2

2

]2

2[

1,1,

,1,1

z

uur

uus

nmrnmr

nmznmzkkrz

(19)

(20)

(21)

這裡m,n為格點數。

邊界條件取拉式轉換之表示式：

層與層間連續性條件取拉式轉換之表示

式：

將邊界條件與層間連續性條件分別

代入方程式 (15), (16), (17)後，整理成其矩

陣形式如下：

)(),,(

10

0

csp

szrr

r

)( 20

11 cs

fT

022 fT

033 fT

044 fT

),(),( 1 srusru ii

),(),( 1 srsr irir

),(),( 1 srqsrq ii

),(),( 1 srTsrT ii

1,...,2,1 li


將方程式 (23) 和 (24) 代入方程式

(22) 後可得如下：

][][

1][

1

][][][][

21

MRcs

Qcs

uCsuBsTIsA mnzmnrmn

0][][][ mnzmnrmn uFuETD

0][][][ mnzmnrmn uLuHTG

(22)

(23)

(24)

式中參數代表如下：

mnmn YTIsW (25)

][][][][][

][]][[][][][]][[

][][][][

1111

111

11

ABDEB

DEHGLFEH

FECBW

][1

][1

][][

][][][][]][[][

][][]][[][][][][

21

1

1111

1111

Rcs

Qcs

MB

DEBDEHG

LFEHFECBY

矩陣 [W]為實數矩陣，對矩陣 [W]作對

角化[P]-1[W][P]=diag [W]，[P]為特徵向量所

組成矩陣。對角化矩陣 diag [W]定義如下：

diag

(26)

這裡λj(j=1,2,...,m×n)為矩陣 [W]的特

徵根。將方程式(26) 代入方程式 (25)可獲

得以下方程式

mn

mn

YP

TPPIPsPWP1

111

**-diag[W] mnmn YTIs

mnmn

mnmn

YPY

TPT1

1

nmjs

YT

j

mnmn

,...,2,1

mnmn TPT

mn

mnz

TDEHG

LFEHu1

1

mnz

mnmnr

uFE

TDEu1

1

(27)

(28)

(29)

對方程式(29)進行逆拉式轉換，我們

可以得到T*mn.再利用方程式(30),(31),(32)關

係式解得溫度分佈Tmn和位移分佈urmn和uzmn.

(30)

(31)

(32)

我們將解得的溫度Tmn和位移urmn ,uzmn

代入方程式 (11), (12), (13) 和 (14)後，我

們可以得到應力σr、σθ、σz和剪應力

τrz的變化分佈情形。


㆔、結果討論

在本文中我們提出光纖管受溫度與

壓力變化時暫態溫度、位移和應力分佈的

情形。我們所分析的物理模式為一軸對稱

的多層圓管(圖1)。為了方便求解來說，

在本文裡考慮使用等向性材料來分析問

題。文中所使用的材料參數列於表1。表

2在r=2,z=2下不同時間與格點數的無因次

溫度的收斂情形，我們可以發現此數值方

法的優點就是收斂速度很快。我們假設內

外直徑比為3.，內部和外部溫度分別被假

設為100*e-0.2t和0。內部和外部壓力分別被

假設為20E6*e-0.2t和0。溫度在兩個末端都

假設為0。圖2為t=2時沿著半徑方向和z方

向的溫度分佈情形。溫度的變化在z方向

端面微幅下降，但在徑向半徑的變化則

較大。符合我們的邊界條件，溫度的變化

主要在半徑方向。圖3為t=2時沿著半徑方

向和z方向的直徑位移分佈情形，藉由此

圖我們可以得知最大位移的發生位置。徑

向半徑r=2.5的位置有明顯的變化此乃光

纖管第一層與第二層相接位置。圖4為t=2

時沿著半徑方向和z方向的z方向位移分佈

情形，我們由此圖可以發現其位移的變

化情形與徑向方向的位移變化模式是不一

樣的。其位移變化有正有負，膨脹方向各

不相同。圖5為t=2時沿著半徑方向和z方

向的徑向方向應力分佈情形，從圖中可以

明顯的看出所分析的光纖管為二層材料與

最大應力發生於Z方向中間位置，因中間

位置溫度較高故應力也較大。圖6為t=2時

沿著半徑方向和z方向的環向應力分佈情

形，其應力最大發生於Z方向中間位置與

圖5一樣，但其應力值和分佈的情形並不

一樣。圖7為t=2時沿著半徑方向和z方向

的z方向應力分佈情形。圖8為t=2時沿著

半徑方向和z 方向的剪應力分佈情形。我

們如果將四個應力圖來做一比較其結果顯

示這個剪應力與其他應力相比較非常小。

由此可見在熱彈應力中，剪應力的影響是

極小的，幾乎可以不必擔心其所造成的破

壞。

㆕、結論

在文章裡，我們討論模擬光纖管的

耦和熱彈問題，邊界受到時間有關的溫

度和壓力變化問題。利用有限差分、拉

氏變換方法與矩陣相似轉換等數值方法來

獲得數值結果。而此法稱為混合數值法，

此法的優勢是需求在計算機存儲器上少於

傳統的迭代方法。混合的數值法也具有高

效率、準確和能有效地消除數字擴散和動

盪無法收斂的問題。這種可行的方法，容

易被延伸到解決大範圍物理工程問題。本

文之結果可以提供分析光纖元件上的熱傳

問題，對目前蓬勃發展的光電業有相當大

的貢獻。可為目前廣泛應用的光纖、雷射

加工技術提供一種精確又有效率的分析方

法，對工業界有相當大的助益。


誌謝

本研究承蒙行政院國科會(計畫編號

NSC 92-2212-E-164-001)支持研究經費，特

此致謝。

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表 2.

不同時間與格點數下無因次溫度的收斂情

形 (r=2, z=2)

Girds=36(m=n=6)

Girds=100(m=n=10)

Girds=144(m=n=12)

t =1 8.91729 13.2592 13.55245

t =2 9.15621 13.3972 13.66794

t =4 6.89215 9.27854 9.530558

t =6 4.56238 6.121753 6.398577

.3,.3 100 zzrr i 2.01 c 2.02 c

6200 Ep

Er EEz

krkkz

r z

r r

rz zr

z z

Gzr

Cv

圖1.光纖管的物理模式

圖2. t=2時沿著半徑方向和z方向的溫度分佈

圖3. t=2時沿著半徑方向和z方向的直徑方向位移分佈

圖4. t=2時沿著半徑方向和z方向的z方向位移分佈


圖5. t=2時沿著半徑方向和z方向的直徑方向應力分佈

圖6. t=2時沿著半徑方向和z方向的環向應力分佈

圖7. t=2時沿著半徑方向和z方向的z方向應力分佈

圖8. t=2時沿著半徑方向和z方向的剪應力分佈



張志凌：修平技術學院體育室副教授林仁彬：親民技術學院通識教育中心助理教授褚曾文：修平技術學院體育室講師投稿日期：950704　接受刊登日期：950921

大專院校啦啦隊員內在動機及教練領導與凝聚力之研究

張志凌、林仁彬、褚曾文

摘要

本研究主要目的，在探討大專院校啦啦隊之領導行為和凝聚力及內在動機之間的關

係。受試者分為本校參加啦啦隊學生，女生86名及男生73名的學生。全部學生159個參

加者完成三份問卷︰運動領導行為 (LSS) 、團隊凝聚力 (GEQ) 及內在動機量表。資料收

集後以獨立t檢定、單因子變異數分析。結果如下︰一、選手知覺的教練領導行為，依序

為：訓練與指導、社會支持、正面回饋、民主行為、專制行為。女生顯著高於男生之訓

練與指導及正面回饋。二、團隊凝聚力，依序為團體合作、團隊適應、個人親和力和個

人吸引力。男生顯著高於女生有較高的團隊凝聚力－個人親和力、個人吸引力、團隊合

作、團隊適應。大專啦啦隊選手知覺的內在動機，依序為內在動機、努力、樂趣。四、

每週訓練時間為2-3天以上比每週訓練時間1天的選手，有較高的「專制行為」。加強學

生的內在動機，對於教練領導與凝聚力和運動表現，有正面的幫助。

關鍵詞：啦啦隊、內在動機、教練領導、凝聚力。


Chih-Lin Chang, Associate Professor, Physical Education, HIT.Zen-Pin Lin, Assistant Professor, General Education, Chin Min Institute of TechnologyTseng-Wen Chuu, Lecturer, Physical Education, HIT.

A study of intrinsic motivation, leadership styles and team cohesion of collegiate cheerleading competition

Chih-Lin Chang, Zen-Pin Lin, Tseng-Wen Chuu

Abstract

The main purpose of this research was to investigate collegiate leadership behavior,

cohesiveness and intrinsic motivation. The subjects were 88 female and 73 male collegiate

students. One hundred and fifty nine participants of collegiate students finish three

questionnaires: Leadership Scale Sports lead the behavior (LSS), group's cohesiveness (GEQ)

and intrinsic motivation (IM). The data was analyzed by independent t-test and one way

ANOVA. The result was as follows: The order of LSS: training instruction, social support,

positive feedback, autocratic behavior. Female was significant higher than male for positive

feedback. The order of GEQ: GIT, GIS, ATGS and ATGT. Male was significant higher than

female for ATGS, ATGT and GIS. The order of intrinsic motivation: IM, PC and enjoy. There

were significant in 2-3 days higher than 1 day for autocratic behavior. It’s meaningful for

student and coach to improve intrinsic motivation to improve sport performance.

Keywords: Cheerleading ,intrinsic motivation ,leadership and cohesion.

41大專院校啦啦隊員內在動機及教練領導與凝聚力之研究：張志凌、林仁彬、褚曾文

壹、問題背景

競技啦啦隊是一種具有營造現場氣

氛、鼓勵士氣的功能及吸引現場目光焦

點等特質，是舉辦各型活動時的一個重

要內容，這些獨特及吸引注意的特質，

為啦啦隊的發展提供了特有基礎（蔡佳

蓉，2003）。競技啦啦隊和其他運動項

目一樣，須具備強健體格，尤其是肌力、

肌耐力、心肺耐力、柔軟度、平衡、協調

性、瞬發力、節奏感等特質，除了生理的

條件之外，心理的成熟度及穩定性也是極

為重要的部分（楊綺儷，1994；蔡佳蓉，

2003）。因此，啦啦隊主要特色是鼓舞鬥

志、激勵士氣、緩和觀眾和運動員情緒；

增加現場氣氛；欣賞自己；讚美別人；增

加團結。啦啦隊是展現學生們的活力以及

精神的重要指標，學生們可藉由啦啦隊展

現自己青春和活力。

啦啦隊活動，受到世界各地學校及

廣大的民眾歡迎。在美國的啦啦隊活動是

跨越3 個典型的運動季節，一項整年都具

有競爭性的活動，秋天、冬天、和春天，

在夏令營活動時，更是精采。 (Jacobson,

Redus, & Palmer, 2005)。競技啦啦隊的意

涵在於發揮最佳的團隊精神，全體隊員

有著共同的信念、共通的目標；成員間

彼此信任、相互關懷。且個人經由活動的

參與，有助於運動習慣的養成、獲得運動

技能與知識、培養啦啦隊員個人的自信、

領導、服從、合作、成就感之外，在人

際互動中更能獲得許多的友誼和情感的交

流（張育銓，1999；楊綺儷，1994；鄭麗

媛、麥秀英，2002；蔡佳蓉，2003）。

啦啦隊 (Cheerleading) 是一種團體合

作性高且充滿著青春與活力的運動項目，

近年來由於大專、高中體總的大力支持，

每年定期舉辦啦啦隊研習營及競賽活動，

使得啦啦隊活動在臺灣的學校體育中逐

漸佔有一席之地。並在各大專院校校慶

運動會中，列為最受學生歡迎的競賽項目

之一（鄭麗媛、麥秀英，2002）。Jensen

(1992) 提出運動競賽最大的效能在於教育

學生許多生活準則，並強調運動競賽的

教育，應包括身體的、心智的、社會的及

個人道德上的發展。張育銓（1999）指出

啦啦隊競技賽體育課程目標認同部份，前

十名有活動的愉悅、領導、動作靈敏性、

良好運動技巧、挑戰的勇氣、團隊合作、

模擬策略等，競技活動對學生全人健康

的提升有正面的意義。優秀的教練，可以

發揮良好的領導哲學，提升運動員的更好

的專業表現，以及技術、戰術上和心理準

備的完全性。進而，引導運動員更佳成熟

的運動表現，帶領球隊，奪得更好的成績

(Bompa, 1983; Martens, 1987; Horn, 1992)

。本研究主要探討，大專院校啦啦隊學

生，內在動機與運動領導行為 (LSS) 和團

隊凝聚力 (GEQ) 的關係。


貳、研究方法與步驟

本研究的受試者為台灣區大專院校

的啦啦隊的女性學生86名，以及73名男

學生。159名受試者完成兩份問卷︰教練

領導行為量表 (LSS) 和團隊凝聚力量表

(GEQ) 的領導規模。全部受試者在2005

年12月收到問卷159份，並經專人親自

送卷輔導，並現場回收帶回，回收率為

100%。

㆒、教練領導行為量表 (LSS)

根據 Chelladurai & Saleh (1980) 所改

編設計而來，此量表共分為五個向度 : 訓

練與指導、民主行為、專制行為、社會支

持、正面回饋。分為知覺與喜好教練領導

行為兩部分，共有40題，問卷題項以李克

特 (Likert) 5分量表量測。

㆓、團隊凝聚力 (GEQ)

根據 Carron, Widmeyer & Brawley

( 1 9 8 5 ) 設計之 G r o u p E n v i r o n m e n t

Questionnaire (GEQ)，其內容分為團隊整

合及個人對團隊的吸引力，此量表共分為

四個向度，工作凝聚力（團隊合作、團隊

適應）和社會凝聚力（人際親和力、人際

吸引力）。共有40題，每一題項採用李克

特9分量表。

㆔、內在動機量表 (IM)

此量表總共有五個向度：其內容分

別是內在動機、努力、樂趣共有16個題

項，題項量測採用李克特5分量表。

㆕、料處理

(一) 相依 t檢定，探討不同性別教練

領導行為之運動知覺與喜愛之變

化。

(二) 獨立樣本 T 考驗，探討不同性別

運動員之知覺與喜愛之教練領導

行為與團隊凝聚力之差異情形。

(三) 單因子變異量數分析，探討練習

頻率之知覺與喜愛之教練領導行

為與團隊凝聚力之差異情形。

(四)信度考驗在 Alpha = 0.8816。

參、結果與討論

㆒、大專啦啦隊教練領導行為及凝聚力

與內在動機

(一)啦啦隊教練領導行為

本研究發現，大專啦啦隊選手知覺

的教練領導行為依序為：訓練與指導、

社會支持、正面回饋、民主行為、專制

行為（表一）。啦啦隊學生，在訓練時，

以訓練與指導為重心，社會支持與正面回

饋為輔。過去研究顯示，個人經由活動的

參與，有助於運動習慣的養成、獲得運動

技能與知識、培養啦啦隊員個人的自信、

領導、服從、合作、成就感之外，在人際

互動中更能獲的許多的友誼和情感的交流


（張育銓，1999；楊綺儷，1994；鄭麗媛、麥秀英，2002；蔡佳蓉，2003）。

表一　知覺的教練領導行為分析

訓練與指導TI 民主行為 DB 專制行為AB 社會支持 SS 正面回饋PF

3.7 ±0.5 3.6±0.5 3.1 ±0.7 3.6 ±0.4 3.6 ±0.5

(二)性別與啦啦隊教練領導行為分析

本研究發現，啦啦隊知覺得教練領

導行為，女生顯著高於男生之訓練與指

導及正面回饋。顯示女生在啦啦隊比賽

中需要更多的訓練與指導及正面回饋（表

二）。Terry (1984) 發現團體的運動項目

與獨立的運動項目比較，運動員喜歡較多

的訓練和指令，以及獨裁的行為和正面回

饋，較少民主的行為和社會支持。Terry

& Howe (1984) 發現獨立的運動項目，與

團體的運動項目比較，喜歡較多的民主

行為和較少的獨裁行為。Westre & Weiss

(1991) 研究發現，民主的行為，社會支持

和正面回饋，可以避免教練領導太過獨

裁，造成負面的效果產生。Riemer (1991)

發現2 A美式足球運動員發現防守型運動

員喜歡較多的訓練和指示和較少民主行

為。所以，教練加強對女生的訓練與指導

及正面回饋，對啦啦隊的運動表現及參與

的動機，有正面的幫助。

表二　男生與女生教練領導行為分析


男生女生

3.6 ±0.6* 3.8 ±0.3

3.5±0.63.7±0.3

3.0 ±0.73.1 ±.6

3.6 ±0.63.7±0.3

3.5 ±0.73.7±0.4*

*男生與女生知覺達顯著差異 p< .05

(三)團隊凝聚力


的團隊凝聚力，依序為團體合作、團隊

適應、個人親和個人吸引（表三）。結果

顯示，男生顯著高於女生有較高的團隊凝

聚力－個人親和力、個人吸引力、團隊適

應（表四）。大多數可以從成功的啦啦

隊團隊中，發現較高的凝聚力。Gardner

et al.(1996) 和 Westre & Weiss(1991) 研究

發現，使用較多的訓練和指示，對於提升

工作凝聚力，以及提昇運動員的水準，有

正面的幫助。凝聚力是球隊一個成功指標

的重要因素，可以把隊員的心串聯一起，

提升團隊士氣和戰鬥力 (Bollen & Hoyle,


1990)。競技啦啦隊的意涵在於發揮最佳

的團隊精神，全體隊員應有共同的信念、

共通的目標；成員間彼此信任、相互關

懷（張育銓，1999；楊綺儷，1994；鄭麗

媛、麥秀英，2002; 蔡佳蓉，2003）。一

個成功的球隊有較高的凝聚力，對於運動

表現會有正面的助益。Widmeyer, Carron

& Brawley (1993) 研究發現，百分之83顯

示凝聚力和運動表現，有積極與正面的關

係。所以，改善啦啦隊選手的團體合作、

團隊適應、個人親和力和個人吸引力，對

運動績效的表現會有很大的幫助。

表三　運動員團隊凝聚力之量表

項目 ATGS(個人親和) ATGT (個人吸引) GIT(團體合作) GIS團隊適應

平均數（標準差） 4.5±1.2 4.1±1.7 5.3±1.4 4.5±1.4

表四　男女運動員團隊凝聚力之量表

項目 ATGS(個人親和) ATGT (個人吸引) GIT(團體合作) GIS團隊適應

男生女全

4.8±1.54.3±0.9*

4.6±1.83.6±1.5*

5.3±1.55.2±1.4

4.8±1.54.3±1.2*


(四)內在動機


的內再動機，依序為內在動機、努力和樂

趣（表五）。

表五　內在動機之量表

項目努力內在動機樂趣

平均數（標準差） 4.2 ±0.9 4.3±0.9 4.0 ±0.8

表六　男女生之內在動機量表

項目努力內在動機樂趣

男生女生

4.1±0.94.3±0.8

4.3±0.94.3±0.8

4.0±0.83.9±0.8



㆓、不同變之啦啦隊教練領導行為

及凝聚力與內在動機之比較分析

(一)練習頻率

本研究發現，訓練次數每週2-3天比

訓練次數每週1天的選手，有較高的「專

制行為」。每週訓練時間只有一天的選

手，對於團隊的向心力較薄弱，參與動

機不是很高；也可能是大專生目標動機並

不是很強。因此需要教練更多的「專制行

為」，才能使啦啦隊的隊員表現更好，達

到更好的成績。

表七　每週訓練天數的平均數與標準差統計表


1天

2-3天

4-5天

6天以上

3.8±0.1

3.7±0.4

3.8±0.4

3.6±0.7

3.6±0.4

3.6±0.3

3.6±0.5

3.5±0.7

3.0±0.7

3.4±0.5*

3.0±0.7

3.1±0.8

3.7±0.4

3.6±0.3

3.7±0.4

3.5±0.7

3.7±0.6

3.6±0.6

3.6±0.6

3.6±0.7

a: 1 vs. 2-3天 *p< .05

肆、結論與建議

㆒、結論

(一) 大專院校啦啦隊選手知覺的教練領

導行為，依序為：訓練與指導、社

會支持、正面回饋、民主行為、專

制行為。訓練與指導及正面回饋，

女生顯著高於男生。

(二) 大專啦啦隊選手知覺的團隊凝聚

力，依序為團體合作、團隊適應、

個人親和力、個人吸引力。男生顯

著高於女生，且具有較高的團隊凝

聚力－個人親和力、個人吸引力和

團隊適應力。

(三) 大專啦啦隊選手知覺的內在動機，

依序為內在動機、努力、樂趣。

(四) 訓練次數每週2-3天訓練次數每週

1天的選手，有較高的「專制行

為」。

㆓、建議

(一) 大專女生的選手需要較高的訓練

與指導和正面回饋。

(二) 提高選生參與比賽的內在動機及

獎勵，可提昇運動表現及參與動

機。


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劉碧琴：國立雲林科技大學管理研究所博士生廖國勛：大漢技術學院物流管理系講師投稿日期：950630　接受刊登日期：950922

過程諮詢促進組織習之個案研究

劉碧琴、廖國勛

摘要

組織學習是組織為了促進長期效能與生存發展，而引導員工與組織不斷學習與成長

的過程。以往有關組織學習的研究多由理論來探討其要義，而本研究則關切組織學習如

何落實到應用層次及其成效為何。針對此目的，本研究探討過程諮詢(process consultation;

PC)模式應用於某家用雜貨連鎖公司，進行長達17個月的介入活動，觀察其過程與成效。

本研究歸納質性資料，將PC模式在個案公司的應用分為系統助跑期、系統運作期、系統

修正期、與系統自動期等四個階段，據以探討其過程與成效。最後提出PC模式應用在組

織學習的實務建議。

關鍵詞：組織學習、過程諮詢。


Pi-Chin Liu, Doctor student, Department of Business Administration, National Yunlin University of Science & Technology.Kuo-Husn Liao, Lecturer, Department of Logistics & Management, Dahan Institute of Technology.

Applications of process consultation in Organizational learning: A case study

Pi-Chin Liu, Kuo-Husn Liao

Abstract

Organizational learning is the continual process when one organization wants to stimulate

its long-term effectiveness and survivable development, it leads its member and itself to learn

and improve. The most traditional researches of organization learning discuss the meaning from

theory, however, this paper is concerned about how to practice and what the effect is. On those

purposes, process consultation model was explored to conduct this research. A chain retail store

was intervened by consultants to observe the process and the effects for seventeen months. This

research collects qualitative datum. By adopting the PC model in the case company, the process

can be divided into four stages: the systematic assistance stagethe systematic operation stage

the systematic correction stagethe systematic automation stage. According to the discussion of

the process and the efforts, this paper sums up some practical suggestions of PC model applied

to organization learning.

Keywords: Organizational learning, process consultation model.

51過程諮詢促進組織習之個案研究：劉碧琴、廖國勛

壹、前言

㆒、組織習

自Weber 的組織理論首次提及組織學

習的觀念以來，組織學習的概念被廣泛地

應用在產業經濟與結構、策略管理、新產

業及新科技、新產品導入市場等理論之中

(Dodgeson, 1993)。近年來學者已將學習

視為企業內部能否持續成長與增進核心競

爭力之關鍵(Nevis, et al, 1995; Gherardi &

Nicolini, 2000)。前奇異公司總裁Welch亦

認為組織能快速學習和轉化學習成果為行

動的能力是組織最大的競爭優勢(Meister,

2000)。

在多年的倡導與發展之下，已有

多位學者相繼提出有關組織學習的理

論，諸如：Argyris & Schon (1978)以

「是否涉及改變既有的價值觀與規範」

而將組織學習分為單圈學習 ( s i n g l e -

loop learning)與雙圈學習(double-loop

learning)；Hedberg(1981)則以「認知

與行為模式改變與否」將組織學習分

成適應型學習(adjustment learning)、

轉換型學習(turnover learning)與改變型

學習(turnaround learning)三種型態；

Meyers(1990)依組織處在不同的技術生命

週期階段劃分成創造性學習、適應性學

習、維持性學習與變遷性學習四種型態

……等等。

觀諸眾多組織學習理論的發展，可

見組織學習已呈現多元化觀點，而在諸

多探討組織學習定義的文獻中，大致可分

為著重學習能力與著重學習過程兩個不同

的方面來談。在學習能力方面，學者認為

組織學習係指增進組織採取有效行動的能

力(Kim, 1993)，使組織持續地擴展自身的

能力以開創未來(Senge, 1990)。而增進能

力的方法則是組織從本身經驗與他人經驗

中得到啟發，並修改為可行方式(Shaw &

Perkins, 1992)，或是所有成員保持持續學

習、持續創新的能力，並透過團隊學習的

互動，發展出溝通共識，並進而分析及儲

存組織學習的內容(Nevis et. al., 1995)。

在過程方面，學者認為組織學習

是組織與環境互動的動態過程(March &

Olsen, 1975)，當組織實際的成果與原先

預期的結果發生差距時，組織對這種差距

進行主動偵查與矯正的過程即為組織學

習(Argyris & Schon, 1978)，換句話說，組

織學習是藉由較好的知識與了解，來改善

行動的過程(Fiol & Lyles, 1985)。組織學

習是一個不斷進行的過程，在這過程中，

將顯現組織成員對組織問題的觀念與處

理方式(Simon, 1953)，當面臨相同問題的

組織成員，以「共同學習」的方式一起

解決問題(Morgan & Ramirez, 1983)，藉由

資料處理過程，得到組織知識的改變，並

促使組織找到新的方法，在新的環境下能

成功生存才稱之為組織學習(Klimecki &

Lassleben, 1998)。也因此，組織學習是一


種讓員工與組織不斷學習與成長的過程，

而且是組織中的重要活動，也是在特定的

社會文化和環境中透過人際關係互動學習

之結果(Gherardi & Nicolini, 2000)。

由上述各學者對組織學習的詮釋，

可以發現各學者在對組織活動進行觀察

時，可能專注在學習效果與學習過程之

不同而造成不同的解釋。在本文中，採用

Gherardi & Nicolini(2000)關於組織學習的

定義，並認為組織學習的過程包含了「發

現存在的差距、發展解決方案、實施方案

行動、並將所得之經驗內化到組織規範」

四個階段。透過組織中的個人、團隊及組

織等層面共同進行學習的歷程，可以提高

例行性工作效率及改進技術，且將所學的

知能轉化為實際的行動，以妥善因應外在

環境之變遷，過程中不但有助於提昇組織

的績效，更有利於組織發展成為學習型組

織(Learning organization, LO)。

㆓、過程諮詢(process consultation, PC

模式)

S c h e i n 曾依照問題和問題解決的

內容與過程區分諮詢的模式，根據

Schein(1969, 1978, 1989, 1990, 1993)的分

類，購買專家模式(purchas-of-expertise

model)和醫病模式(doctor-patient model)比

較強調組織問題的內容，過程諮詢模式

(process consultation model)則強調如何解

決問題，也就是強調問題解決的過程，三

種方式的前提假設、適用狀況與建議如表

1所示。

雖然不同模式強調的重點不一樣，

但事實上，問題的內容以及問題解決的

過程是相互連結的，所以Schein(1989)認

為內容與過程模式都是諮詢過程的一個階

段，而且顧問在介入前必須加入組織文化

的考量、建立信任的氛圍，所以應先從過

程諮詢開始，先問問題而非先進行陳述，

了解組織運作的基本假設、產生很多可選

擇方案後，再移轉到內容或過程模式來提

供組織最有效的協助(Schein, 1993)。

過程諮詢是一種協助顧客改善溝

通、人際關係，以及決策流程的介入技

術。其適用的狀況是經理人對組織的判

斷力不夠好、希望事情可以處理得更好、

希望將模糊的感受轉變成確定的行動步

驟……等情形，過程諮詢模式並不假設

經理或組織知道何者為錯、需要什麼或

顧問應該做什麼，而是強調組織裡的一

些人有意圖去改善事情進行的方式、過程

(Chattopadhyay, 1972)。

過程諮詢亦是一種臨床模式，乃是

由顧客的需求來驅動，納入研究者參與顧

客提出的議題，而非納入顧客參與研究者

提出的議題，所以臨床模式對於諮詢與組

織發展計畫是更適當的，因為其假設更符

合組織的現實面，且更能顯現出重要的組

織動態(Schein, 1995)，所以很適合應用在

組織學習上(Schein, 1988)，因此本輔導案


從初步接觸、資料的蒐集與回饋、委託

人的諮詢等，都以過程諮詢的精神做為指

導原則，再依照輔導過程的需要，針對特

殊議題採用購買專家或醫病模式，其最終

目的在於協助委託廠商學習自我學習的能

力，以及改善決策、溝通、問題的思考與

解決…等過程。

表1 三種諮詢模式之前提假設、適用狀況與建議

模式前提假設適用狀況與建議

購買專家模式

1.顧客必須要先對「真正的問題為何？」

進行正確的診斷，錯誤的診斷會使顧問

解決錯誤的問題，而使諮詢無效。

2. 顧客需要確認顧問解決問題的能力，

確認「顧問擁有的技術與能力符合顧

客所需」是顧客的責任

3. 顧客必須正確溝通問題為何？

4. 接受所有可能產生的結果，若是發生

負面效果也不是顧問的問題

1. 顧客知道公司存在的問題為何，而聘

請顧問解決之，顧問提供一些擁有特

殊技能或知識的專家來解決問題。

2. 此模式中的顧客承擔很重的責任，若

沒有思考模式背後隱藏的假設，則協

助很難有效

3. 如果問題複雜或難以診斷，則必須採

用其他顧問模式會更好。

醫病模式

1. 顧問進行診斷，向顧客正確解釋組織

的假設和了解病徵在何處

2. 顧客相信此診斷

3. 被視為有問題的個人或團體願意提供

必要的資訊來協助診斷

4. 顧客了解、接受診斷，實行藥方、思

考與接受結果

5.顧客在顧問離開後仍保持健康

1. 顧客知道公司有問題，卻不清楚問題

為何或者如何解決

2. 要在信任的環境下進行

3. 若是為了組織未來的健全，或企圖幫

助顧客學習更佳問題解決能力的話，

應該採用過程諮詢模式。

過程諮詢模式

1. 顧客需要協助診斷問題的本質為何，

且能從參與診斷中獲得利益

2. 顧客有積極的意圖以及一些問題解決

的能力

3. 顧客可以選擇介入方式，因為她們知

道何種介入或解答會是最好的

4. 當顧客熱衷於診斷、選擇和實現介入

方式時，會增加未來問題解決的能力

1. 達到可行解的唯一方式是顧客參與問

題診斷和產生解答

2. 顧問與顧客間是合作關係

3. 顧問促進顧客探索和介入組織問題的

過程

4. 顧客參與可以減少潛在抗拒，且能學

習問題解決的過程

資料來源： Schein, E. H. 1993. Edgar Schein’s process versus content consultation models.

Journal of Counseling & Development, 71(6)： 636-638.


貳、個案分析與模式推導

㆒、個案簡介

本研究是以C集團下的S公司作為輔

導對象。C集團創立於民國64年，先由營

造建築起家，後向百貨及貿易事業發展，

S公司則成立於民國82年9月中旬，乃一

家用雜貨連鎖公司，成立初始原本是作為

C集團百貨公司之貿易部門，以防百貨公

司貨源短缺，後因百貨公司營運沒有當初

所預期的困難，所以該貿易公司乃轉型改

往百貨公司設專櫃，販售各式進口家用雜

貨，走高格調溫馨風格，並朝連鎖經營型

態邁進。

S公司雖為C集團之法人公司，但其

重大決策仍須董事長核示後方可實施。資

訊部門則直接隸屬於集團指揮，支援集團

各公司的資訊作業。其組織結構圖如圖1

所示。

C集團在董事長有心推動下，開始導

入學習型組織，而本研究選擇集團下的

S公司進行組織學習的個案研究，其主要

原因有三：(一)、S公司之高階主管對於

組織學習課題十分有興趣；(二)、S公司

商品來自於國內或國外，統一由商品開發

課負責尋找及採購，由於國內同類型之家

用百貨連鎖店相繼興起﹐因此產生許多貨

源重疊的現象，產品的差異化逐漸降低，

而產生經營上的問題；(三)、S公司總部

的人數並不多，在公司持續擴點的情況之

下，同仁的工作負擔開始加重，各種摩擦

也隨之產生，組織間的小團體也開始興

起，進而影響組織效能。

圖1 S公司組織結構圖

資料來源：S公司組織章程


為了改善組織效能，乃邀請過程顧

問為S公司進行診斷輔導，實驗計畫的經

費則由C集團下的A基金會所贊助。由於S

公司之營業據點遍及全省，空間因素及人

力不足造成預實驗設計與設計觀察不易進

行，因此，乃將輔導範圍縮小至總公司。

以下一一介紹其學習歷史與輔導模式。

㆓、習歷史與輔導模式

本研究乃以質性方法來進行探

索性研究，研究設計採取預實驗設計

(preexperimental designs)以衡量S公司在實

驗前後之成效差異。實驗時間橫跨三年，

共17個月。研究方法上則以觀察及深度

訪談作為資料蒐集的主要來源，研究目的

是紀錄S公司推動組織學習的一段過程，

此份紀錄呈現的是運用過程諮詢推動組織

學習的相關事件、診斷、決策、運用的理

論、工具以及進展，表3以編年體的方式

表列出整個學習輔導過程與大事紀。

S公司總部共有13人，在此學習歷史

中，期初說明會議共有A基金會1人+S公

司主管與總部部屬+前台專櫃人員共11人

參加，期初訪談共訪問15人，期末訪談

共訪問13人，其中有9人自始自終參與學

習實驗室(參見表2)，其部門集中於營業

課、商品開發課、企劃課與物流課。研

究內容的焦點則是鎖定過程中所發生的不

同事件。紀錄中的引用文大多使用職稱編

號來取代姓名，以鼓勵資料提供者暢所欲

言、達到對資料提供者保密的作用，亦令

讀者把注意力放在他們對事件與經驗的想

法而非談話者的個人特質。

表2 參與「持續增加組織能力」計畫同仁之統計人數

A基

金會

S公司

主管營業課

商品

開發課企劃課物流課

行政

總務課會計課

前台專

櫃人員

計畫

說明會1 1 1 3 1 4 0 0 0

期初

訪談0 1 1 3 1 2 0 1 6

期末

訪談0 1 1 2 1

2+1

(新人)2(新人)

0+1

(新人)2

說明一：註明(新人)者，表示乃計畫進行後的新進同仁，未註明為新人者，表示該同仁

自始自終參與「持續增加組織能力」計畫

說明二：從期初到期末訪談來看有9人自始自終參與學習實驗室，另外A基金會專案負責

人雖未參與期初與期末訪談，然其參與其他所有學習活動。


7

3

S

(a)

Pr

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s co

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tatio

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odel

1

10/1

6

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1.

2.

15

1.

2.

1.

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1.

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1.

21.

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2.

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1.

2.

S

3.

1.

表3

S

公司

以過

程諮

詢促

進組

織學

習進

程表

(a)


8

3

S

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4/

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3

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30

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16

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7/28。

表3

S

公司

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詢促

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表3

S

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S

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表3

S

公司

以過

程諮

詢促

進組

織學

習進

程表

(d)


以下將輔導時間切割成四個時期來

說明之：

(一)第一階段~~系統助跑期

輔導的第一階段可稱為系統助跑

期，其目的在於：(1)找出S公司問題的癥

結點；(2)擬定可輔導策略與做法。第一

階段進行了以下幾個輔導步驟：

1.與A基金會專案負責人及S公司最高主

管訪談

在初次接觸的會議中，A基金會專案

負責人以及S公司最高主管已意識到S公

司可能的問題點：

A：我覺得我自己的假設，我覺得還是人的問

題，我說人的問題是，……，他們的這個

組織，行程跟他們整個運作的模示，溝通

的模示，就已經很糟糕了。

S： ……我是有在思考一個問題，所謂思考一

個問題，當然就是說，是不是在工作上的

一個安排有，有這個比如說不適性，或者

是他本身能力，潛在的一個問題……。

A基金會專案負責人與S公司最高主

管有積極的意圖以及一些問題解決的能

力，過程顧問(process consultant)則協助S

主管找出S公司問題的因果圖與因果連結

關係，以此做為擬定後續個人訪談大綱與

改善組織能力之用。

2.S公司「持續增強組織能力」計畫說明會

針對前一階段主管訪問初步整理出S

公司的問題後，過程顧問擬定「持續增強

組織能力」計畫，於11月9日在S公司對

總部同仁進行計畫說明會。此會議最主要

的目的是藉由說明計畫大致的方向與內容

來凝聚同仁共識與信任，同仁們對計畫的

反應則是「既期待又怕受傷害」：

商開二：我的期望和疑問是同時存在的，我

是覺得期望越大失望越大，希望用

穩一點的態度去看這件事，有一個

人帶領之下我能把自己放鬆去參加

這個組織，這是我能做到的，每個

人都在這樣的情況之下，可能會有

一些效果出來。

過程顧問則進一步解說，希望同仁

能放下習慣性防衛，朝向「團體即使沒有

顧問也可以運作得很好」的方向努力，而

同仁們的反應則是疑惑中帶著願意投入的

共識：

顧問一：一件事情最重要是你想不想做，而

不是說你會不會做。第二點輔導者

與同仁之間要有足夠的信任，信任

是每個組織都會碰到的問題，在這

個計畫裡也是一樣，假如你們今

天沒有辦法得到一個信任的話，可

能我們之間沒有辦法搭配、配合，

所以信任是非常重要的。第三個前

提，輔導者和同仁之間有很清楚的

角色和相互情況的認知，讓這個團

體在沒有輔導者的情況也可以做得

很好。


商開三：我們一則喜一則憂，喜的是說大

家都沒有這方面的經驗，會願意用

很新的態度去接受這件事情，一方

面我也會很納悶，對於這個行業到

底能提供多少的協助，這也是我很

大的問號，在我心裡也有很大的懷

疑。可是我很願意就這個過程投

入，再去找到一個S公司未來的一個

共識吧！

3.訪談S公司總部成員與部分前台櫃檯人

員

Bennett & O’Brien(1994)提出十二個

支持組織持續學習的基本要素，包括：

策略與願景、經營者施為、管理施為、

氣候、組織與工作結構、資訊流、個人

及團隊工作、工作流程、績效與目標回

饋、教育訓練、個人及團隊發展、獎酬與

讚賞。Nevis et al. (1995)則歸納出「學習

促進因素」其十項因素分別為：1.必要的

環境掃描；2.執行落差；3.測量的標準；

4.實驗的心態；5.開放的氣候；6.持續的

訓練；7.彈性操作； 8.建議多元化； 9.

領導者參與；10.系統透視。其他曾經對

學習型組織做過描述的學者還包括Wick

& Leon (1995)、Slater & Narver (1995)、

Marquardt (1996)……等等。在眾多的描

述中，學習型組織的特徵包括適應、創

新、實驗精神、知識創造與分享、共享的

願景、參與、系統觀、學習文化、促進學

習的基礎結構、持續改善、授權賦能、知

識管理，圖2即綜合學者的意見，將促進

組織學習的理想因素列於圖上。

過程顧問針對主管訪談結果並參考

文獻編製半結構式問卷，利用兩個月的時

間，一一訪問S公司總部成員與部分前台

櫃檯人員有關” 個人工作態度經歷”、”前

台反應”、”主管之領導風格”、”部門間互

動”與”公司整體”等層面的看法，並將所

有相關人員的意見彙整後，將S公司面臨

的實際問題列於圖2下方以做為將來改善

的依據。

圖2 S公司組織學習理想與實際狀態差距圖

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10)

(1) (2) (3)

(4) (5) (6) (7)

(8) (9) (10)


4.公佈訪談結果，說明接下來的計畫

在經過訪談與整理後，S公司主管與

過程顧問於次年二月二十四日安排說明會

議，由過程顧問來說明訪談結果，也讓同

仁們有機會討論公司定位：

以系統的觀點來看，S公司的問題屬

於「成長與投資不足」的系統基模。在店

櫃數不斷增加之際，為求規模經濟、節省

成本，每個人的工作量增加，導致主管的

溝通，協調品質降低、後勤支援的效能降

低、商品開發的品質降低，且節省成本會

導致訓練與投資不足，影響專業能力無法

提升等。因此又會導致員工流動率增加、

組織氣氛低瀰，並導致業績的下滑，亦使

得組織內人際關係逐漸淡薄，並產生習慣

性防衛的現象，同仁之間不再真誠，開始

存在不信任的情形。

過程顧問透過診斷，建議S公司以

學習實驗室的方式(參見表4)推動組織學

習，主要目的是改善組織成員的習慣性防

衛行為，使組織成員能夠真心誠意溝通，

進而解決敏感困難的議題。

(二)第二階段~~系統運作期

第二階段為次年四月到七月，本階

段正式進入輔導期，主要採用「學習實驗

室」的方式來進行組織學習，「學習實驗

室」是MIT為組織學習所創造的一個研討

場，也叫管理練習場。學習實驗室提供管

理團隊一同去練習的機會，即使犯錯也不

會有任何處罰及績效上的壓力，可以鼓舞

人們使用新的技巧，不斷的在練習場與工

作環境中作學習的循環，最後的目的是希

望同仁將所學到的概念整合應用在實際的

工作問題。

學習實驗室的活動地點應該要遠離

辦公室，所以本輔導計畫選擇S公司餐

廳、公園與咖啡廳等地作為實驗室地點，

輔導者包括兩位外部顧問、A基金會專案

負責人與S公司培訓的兩位內部輔導者。

在S公司的學習實驗室中，練習場均

經過審慎的設計，以迫切需要解決的問

題當課題，使參與者能從他們相關的工作

觀點來考慮這些課題。在每一次學習實驗

室結束時，均會施以「為會議打分數」活

動，以評估對於此次會議、學習之滿意程

度，並發表心得與建議。

S公司的學習實驗室中最主要使用

的是深度匯談(Bohm, 1996)的觀念與一些

Argyris (1990, 1985)所提出的組織學習的

觀念與工具來進行輔導，如：左手欄、懸

掛假設、推論階梯、探詢、反思、聆聽、

嚴禁投票等……等等，以下簡單介紹深度

匯談、深度聆聽、左手欄、推論階梯、探

詢、反思等工具的應用：

1.深度匯談

學習型組織中有關深度匯談的

概念主要來自 B o h m ( 1 9 9 6 ) 的想法，

Bohm(1996)認為深度匯談是一種持續不

斷地探詢人類基本的思維及行動的過程，

彼此的思維在場中流動聯繫彼此，讓成員


能一起談論、一起思考，而產生真理般的

意見。深度匯談場的動力現象是：最初會

產生停留現象，漸漸地轉移及擴大他們的

自我感受，並加深他們聽的能力並且大量

探詢不同於自己的觀點，到最後會發現深

度匯談就如同是團體的探詢場，深入影響

衝突、和解、組織發展和團隊建立。在這

種狀況下，可將人們帶入一種無法忘懷的

共同豐收境界，那種境界下意義會不斷持

續的提升，人與人之間可以深入開放地理

解到每一個事件的親密動態程度(Isaacs,

1995)。

在深度匯談裏，可以透過不斷的探

詢，讓每個人越來越清楚彼此的想法、心

智模式，並開始檢驗這些想法，看到片段

的思維及思維的不一致性。也希望藉由互

動來改變人們的心智模式、改善組織成員

的習慣性防衛行為，從單圈學習(第一型

理論)轉換成雙圈學習(第二型理論)，使組

織成員能夠真心誠意溝通，進而解決敏感

困難的議題。

2.深度聆聽

深度聆聽的目的不是要讓人聽到

「聲音」，而是要關注到發言者的本質，

並探討他背後思維假設。藉著停止交談、

想像別人的觀點、注意言語之外的行為、

複述別人發言的要點……等等方式來了解

別人所表達的意義，以免造成對他人認知

的扭曲和偏差。

3.左手欄

這個工具要求使用者將實際所說的

話寫在一張紙上的右半邊；在左半邊寫

出交談的每一個階段，心中所想說而未說

出的話，因此命名為左手欄（齊若蘭譯，

1995）。左手欄可以成功的將隱藏的假

設攤出來，並顯示這些假設如何影響行為

（Argyris，1996），暴露出我們是如何

操縱狀況來避免處理真正的想法，因而使

狀況無從獲得實質的改善。

4.推論階梯

推論階梯乃是幫助我們將思考過程

透明化的工具，推論的階梯有四階，最下

階是觀察到的資料，其次是這項資料在團

隊中所被公認的意義，再上階是我賦予這

項資料的意義，最上階是主導我詮釋這項

資料的根本假設、信念、價值觀。使用推

論階梯可以防止犯了「跳躍式的推論」的

毛病，檢視大家的觀感有何相同和相異之

處，進而驗證推論的過程，以使自己及他

人能夠了解所持的信念、價值觀為何。

5.探詢

Dewey定義「探詢」是指從質疑思維

所產生的行動到問題解決的一連串過程，

探詢的產生，是期望與事實產生落差後所

引起 (Argyris，1996)，其目標不是「贏得

爭辯」，而是要找到最佳的論斷。運用探

詢，可以探究思維不連貫的地方，以及不

甚明瞭的假設，減少因善於提出與辯護自

己的主張，而造成自我封閉、無法真正的

相互學習之反效果。


(1)

(2)

(1)

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(3)

4

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(6)

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(1)

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(5)S

(6)

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(2)S

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(3)

(4)S

S

(1)

(2)

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)

(3)

表4

S

公司

學習

實驗

室狀

況

參考

來源

：依

S公司

狀況

並參

考C

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G. P

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2. T

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)： 3

24. 編

製而

成。


6.反思

反思的意義即不斷反問自己為什麼

有這樣的感覺、認知與意圖，其目的在於

放慢思考，使我們因而更能察覺到自己的

心智模式如何形成，以及如何影響我們的

行動（郭進隆譯，1994）。

第二階段的輔導從S公司恢復週會開

始，這四個月中，S公司開會時原本是單

向的對話，經過學習以及輔導者的引導

下，慢慢打開心防進行雙向互動。但當大

家開始願意說話時，因過去隱而未見的假

設、心智模式開始浮現而產生了更多的衝

突，甚至對會議產生不信任。不過，也由

於大家慢慢了解學習工具，而在學習使用

聆聽、探詢、反思等工具下，反而能在衝

突過後改變以往封閉的作風，進一步去協

調、解決問題。

(三)第三階段~~系統修正期

經過四個月的學習活動，S公司同仁

們在學習新的工具、解決工作程序的問題

與解決溝通協調的問題已頗有進展，但因

會議時間常常壓縮學習時間，故決議會議

與學習時間隔週進行，從此決議執行開始

可謂輔導進入第三階段(次年八月到十一

月)，在此階段中，同仁們週會的效率已

較以往改善，故此階段輔導重點在於(1)

當同仁在互動技巧的使用上有困難時，適

時加入教育訓練課程(如：以金魚缸練習

懸掛假設)；(2)討論同仁對行政單位、主

管與物流單位的角色期望，以解決角色定

位問題與改善部門互動。

1.以金魚缸練習懸掛假設

本輔導案多採用過程諮詢輔導，然

而經同仁反應每次會議都有源源不絕的議

題，希望能加遊戲合併練習，多練習懸掛

自己的假設，故過程顧問設計「金魚缸」

活動，讓同仁於八月四日的學習時間練習

懸掛自己的假設，由於此活動是由同仁提

出需求、交由顧問規劃，所以偏向購買專

家模式(Purchase- of-expertise model)的輔

導方式。

金魚缸練習的目的是希望在有技巧

的討論環境下，每個人的溝通方式，會立

刻得到回饋。其做法如下：

(1) 將成員分成甲乙兩組，圍成內、外兩

圈而坐，每個外圈成員要觀察內圈成

員。

(2) 甲組成員先坐在內圈，選擇一個困難

的話題，遵循「深度匯談的技巧」開

始對話，外圈的乙組成員則擔任觀察

員和教練的角色（進行20分鐘）。

(3) 觀察員可用下列問題作為指導原則：

你的搭檔在提出主張時，是否常

a. 清楚描述他的意見或看法，讓聽眾

幾乎可以在腦中勾勒出圖象？

b. 提出其意見和看法所依據的假設？

c. 提供可觀察的原始資料，來支持和

說明其推論？

d.邀請其他人來補充其看法？


e.被質問的時候，克制自己不要防衛？

當你的搭檔探詢別人時﹐是否常

a. 在探詢別人的假設和原始資料時，

不會激起別人的防衛？

b. 問一些能讓大家更了解某人意見的

問題？

c. 當別人說話的時候，能不加任何評

斷的聆聽？

(4) 第一次評論：20分鐘後停止討論，教

練發表在討論中所觀察到的現象(教練

也應遵循有技巧討論的禮儀)。

(5)輪到乙組在內圈，重複進行步驟(2)~(4)

(6) 全體自我觀察，做全員回饋並下結論。

(7)Check out。

2.適時加入教育訓練~~導入角色期望法

從第二階段的輔導中可以發現同仁

們漸漸願意去懸掛、探詢自己與他人思

維中的假設和想法，然而，正因為各部

門人員漸漸在會議中公開驗證其假設和

想法，故而常為工作執掌、流程等議題而

起衝突，甚而從公事上的衝突演變成私人

關係上的衝突，為了澄清個人在促進全體

效率中該扮演什麼樣的角色、減少不良衝

突的產生，過程顧問在醫病輔導模式的角

度下，設計了「角色分析技術」課程，於

九月一日開始實施，強調當一個角色被認

定，或被主管指派扮演一個什麼樣的角色

時，不管是誰來做這個職位，扮演這個角

色，都會發生某些問題，要根本解決這些

問題的話，要把這個角色該做什麼事情弄

清楚。

過程顧問不僅設計了講義訓練同仁

分辨角色期望，也設計作業讓同仁填寫角

色分析的表單，同仁們再針對填寫的內容

進行會議討論，而同仁們雖覺得填寫角色

分析資料有些困擾，仍給予此學習課程正

面評價，甚至有人覺得意猶未盡：

未具名：覺得寫這份資料蠻困擾的,不知道該

怎麼寫,今天這個學習時間不管好或

壞，總是一個學習過程,我很喜歡這

樣的學習行為,.....

未具名：今天我也覺得意猶未盡,可以討論的

事情還很多,那這結果可以留到以後

把它弄清楚,過程我覺得蠻不錯的,大

家都很願意講,講的過程又不會很針

對人,而是針對實務在討論,也有很多

人能提出資料加以說明他的看法,所

以覺得這樣的討論過程很好

接下來幾個月，S公司成員對行政單

位、主管與物流單位一一進行角色期望的

探討，使全體成員能辨別其角色期望及義

務來增進效率。

(四)第四階段~~系統自動期

經過三個階段的輔導，S公司中大部

分的同仁，心態上都能接受學習型組織這

種概念，他們利用時間來進行學習活動，

並利用輪流擔任會議主席的機會，實地應

用所學習過的理論工具。同仁們甚而提出


讓學習者當輔導者的看法，以自己的力量

來進行學習，達成增強組織學習能力的目

標，顧問亦深表贊同：

企劃一：這樣的形式（學習實驗室），我是

覺得輔導者或許可以換成主管。總

有一天顧問可能暫時，或會離開，

我覺得可以試試看把棒子交給其他

人。

顧問：當你要去教，要去用時，那學習是最

快的，因為你就會去把它弄清楚呀，

這時候你看要做什麼呀、要怎樣去探

詢人家，若有不足的地方你就會去檢

討，去改進……。

S公司首先由主管擔任輔導者(十二月

一日起)，而成員多對此表示肯定：

物流一：終於好像開始落實一些問題啦！對

啊！同仁間提的一些問題，開始釐

清跟落實，也期待我們下一次也能

把更多的事情去做一圈釐清跟落實

這樣子。

物流二：今天整個對話過程，探詢跟回饋

的動作做得很好，我覺得蠻有收獲

的。

顧問：我覺得今天副理主持得蠻好的，他可

以掌握流程，對這程序的控制，我覺

得蠻好的，那真的，我覺得埋沒他蠻

久的，早該讓他跳出來帶大家討論。

除了由學習者擔任輔導者之外，S公

司亦實施學習課程認養活動(十二月八日

起)。此外，環境快速變動也引發了組織

營運方向轉型的重大議題，於是同仁從輔

導的第三階段即陸續討論公司未來營運方

向。當組織面臨環境壓力，團隊的凝聚力

也會越強，S公司為了適應環境的變遷，

全體上下均為新企劃案做出一連串努力。

在新的企劃案中，舉凡商標、產

品、通路、市場定位，都做了很大的調整

與改變，當S公司致力於新企劃案的規劃

與落實時，單位之間的搭配協調應是面臨

前所未有的挑戰。然而，以往常見的衝突

與歧見並未發生在這過程中，大家都盡可

能的想讓每一個環節都扣上，彼此通力合

作，使得新的企劃案終於在大家的認同下

產生。

同時，同仁也發現自我偵察及矯正

的能力不夠，因此，一致要求主管持續

進行學習活動。此時，外部輔導者已經開

始停止介入，在此關鍵時期，他們仍能持

續自我推動學習，實為學習能力進步的表

徵。

參、個案推行成果與討論

以往有關組織學習的研究多由理論

來探討其要義，而本研究則關切組織學

習如何落實到應用層次及其成效為何。

針對此目的，本輔導案乃利用過程諮詢

(process consultation; PC)的方式，進行長

達17個月的介入活動，將組織學習的觀念


與工具導入S公司，並將PC模式在個案公

司的應用分為系統助跑期、系統運作期、

系統修正期、與系統自動期等四個階段，

據以探討其過程與成效，並從中擷取PC

模式應用在組織學習的實務建議，期望能

提供組織工具和技術協助團隊合作、增進

團隊合作的效能並藉合作而使組織具備學

習能力。

首先，就輔導的過程與成效來看，

從學習歷史的訪談過程所收集而來的資

料顯示：在「系統助跑期」，透過開誠

佈公的訪談，與員工建立信任關係、取得

同仁合作的意願，使組織內的溝通管道重

新開放。在「系統運作期」，透過探詢、

聆聽、推論階梯等工具的導入，組織成員

溝通能力進步，並試著共同面對衝突。在

「系統修正期」，成員更熟練地運用深度

匯談、反思等組織學習工具，也慢慢化解

歧見。最後，在「系統自動期」，組織成

員改善心智模式、產生雙圈學習、並形成

團隊、提出新企劃案。由上可知，介入已

產生成效。

其次，除了上述具體成果之外，從

輔導的過程中，我們發現有以下幾點值得

討論，而這些建議將有助於歸納導入學習

型組織的know-how和know-why：

第一、組織發展是一種長期承諾，

需要組織成員能夠認同學習、投入參與，

因此，輔導者有必要去探詢排斥學習之同

仁，瞭解構成其態度之認知、情感、行為

等要素，找出其根本原因，予以適當的輔

導，以降低成員排斥之態度對學習所引發

之衝擊。

第二、許多計畫性變革無法實現其

承諾的原因可能在於採用的研究取向不

同。對於實施諮詢與組織發展計畫而言，

由顧客的需求來驅動，納入研究者參與

顧客提出的議題，而非納入顧客參與研

究者提出的議題會更恰當的，因為其假設

更符合組織的現實面，且更能顯現出重要

的組織動態(Schein, 1995)，本個案以PC

的原則診斷公司的問題，確認問題後以

Argyris & Shon (1996)所提出的組織學習

理論，配合深度匯談等工具的導入，在輔

導過程中，亦交互使用購買專家模式與醫

病模式進行輔導，此做法可供其他組織進

行學習時參考。

第三、顧問在介入輔導個案前，必

須先了解該組織的文化與組織運作的假

設。倘若一個組織能有高度的組織認同、

開放且積極進取的組織文化、靈敏的開放

系統焦點，則組織將會更快速達成雙環學

習的目標。如在本個案中，進行了一連

串的主管、總部人員與前台專櫃人員的訪

問，訪問內容遍及領導風格、工作內容、

溝通狀況……等等，其目的除了與員工熟

稔、建立信任外，亦為了描繪其組織文化

以選擇適合的輔導模式、增加輔導成功的

機率。

第四、成功的介入(intervention)還需


要組織制度的配合，諸如培養內部輔導

者、給予同仁適當的教育訓練、設計薪

酬獎勵制度鼓勵同仁學習……等等。除此

之外，在S公司的個案中，有同仁認為整

個學習過程中，個人成效比公司實際績效

的改善來得大，個人學習雖是組織學習的

基礎，但是個人學習的加總不等於組織學

習，因此設計適當的制度將個人、團隊學

習轉化成組織學習，甚而表現在組織績效

上是組織發展的一大挑戰。

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林助訓：修平技術學院電機工程系講師投稿日期：950728　接受刊登日期：950922

傳統低壓大型㆔相感應電動機電腦輔助設計開發

林助訓

摘要

本文提出以個人電腦作業平台，採用Microsoft Windows XP作業系統為基礎，以中文

Excel語言來針對傳統低壓大型三相感應電動機的設計要求，開發出一套能滿足顧客多樣

需求且能迅速反應的電腦輔助設計軟體。此一軟體可降低設計工時及耗材成本，同時增

加接單率，提升設計人員在從事設計分析作業時的效率。

在本文的研究內容中，將對具有相同輸出馬力的傳統低壓大型三相感應電動機做比

較，搭配實測與設計結果作深入驗證，以確認此軟體之可行性

關鍵詞：三相感應電動機、馬力、電腦輔助設計。


Juh Shinun Lin, Lecturer, Department of Electrical Engineering, HIT.

Development of Traditional Low-voltage and Large-size Three Phase Induction Motor Design

Juh Shinun Lin

Abstract

The main purpose of this paper is to presnt a personal computer based program for

computer aided design of traditional low-voltage and large-size three-phase induction motors.

This program, named Three-Phase Induction Motor Design (TPIMD), is implemented by using

the programming language of Chinese EXCEL under Microsoft Windows XP. It is proper to

customer’s multi- requirements and can be reacted rapidly, and also can reduce the design of

working hour and the cost of material loss. It is found that the use of TPIMD will improve the

efficiency of Three- phase induction motor design.

The performance of the same horsepower of traditional low-voltage and large-size

induction motors are employed to compare. Both experimental and designed results of studied

induction machines are performed and compared to verify the effectiveness of the Three-Phase

Induction Motor Design.

Keywords: Three-phase induction motor, horsepower, computer aided design.

75傳統低壓大型㆔相感應電動機電腦輔助設計開發：林助訓

㆒、前言

一般感應電動機之設計過程，就是

根據所要求之電動機額定數據，決定主要

尺寸諸如：定子內外徑、轉子內外徑、氣

隙長度、定轉子槽數、定轉子槽形尺寸及

端環尺寸等[1][2] ，然後製模打造，以輸

送帶流程方式生產，上所述過程係針對量

產之製造大廠商，然對於一般之小型製造

廠商，常接到的訂單為單一數量，基於成

本考量與時間因素，只能對現有之不同鐵

心存貨，參考舊有馬達型式資料及設計經

驗準則，決定主要尺寸。且對低壓(440V

以下)、大型(150HP以上)感應電動機，顧

客一般皆以無載電流為性能指標，根據

吾人之設計經驗與實際運轉量測結果，得

知對於每支線圈在十匝以下之低壓、大型

感應電動機在多繞一匝或少繞一匝之情況

下，其無載電流變化可能達到50~100安培

變化，這對於馬達之散熱能力與輸出馬力

數產生很大之影響。另外操作在50Hz場

合(大陸地區)或60Hz(台灣)之低壓、大型

感應電動機，電樞繞組之每支線圈往往會

有一至二匝之差，而一匝之長度可能達到

1.5米以上，面對目前原物料之高漲，對

於用銅量多寡也是一重要因素。針對以上

所述，感應電動機之設計，基本上就是在

許多條件之間取得妥協，必須同時兼顧電

氣、磁性、機械及熱等各方面的條件，有

時候還必須在滿足某些限制條件下，使得

整個設計達到最佳化。

感應電動機從設計、製造到銷售，

必須考慮幾個因素：一滿足顧客多樣需

求，即價廉物美，安全度高，二、設計時

間必須快速，可降低設計工時及耗材成

本，同時增加接單率，三、製造廠商扣

除製造成本外，須有固定的利潤，四、符

合國家標準之各項規範。基於上述因素，

製造商對於感應電動機之鐵心材質與導線

之選擇、外殼形狀與冷卻方式的設計與製

造技術的提升，無不精益求精。傳統的三

相感應電動機設計方式，為一項繁瑣而複

雜的工作[3-6]。要得出一個最佳的設計方

案，用人工計算往往需花費許多時間，舉

例來說：設計者需根據給定的額定數據及

性能指標等設計依據，合理選擇三相感

應電動機的類型，並預設電動機的主要尺

寸。設計過程中若有一項性能指標不符

合，則需修改各部尺寸及繞組數據，重新

再計算一次。如果設計過程採用人工計

算，則必定在人力及時間上造成浪費，且

容易產生人為上的疏忽而造成設計錯誤。

針對人工設計引發的種種問題，目

前已普遍利用計算機替代手算來進行輔助

設計、分析[7-9]，把傳統馬達設計資訊電

腦化，為使程式設計具有視窗作業系統圖

形化與交談式的親和介面[10-12]，本文採

用人人熟悉具有交談式功能之中文Excel

程式語言於視窗作業系統 — Microsoft

Windows XP下，針對低壓(440V以下)、大

型(150HP以上)感應電動機，發展一套三


相感應電動機電腦輔助設計(Three- Phase

Induction Motor Design，簡稱TPIMD)應用

軟體。配合超人性化之交談式介面設計，

只需短時間學習，即可開始進行電動機設

計工作，避免讀大本手冊之可怕經驗。本

文所附的電機設計分析，是根據學理、經

驗公式與產業界提供的感應電動機成品，

加以檢驗、修正，以達到改善教學及提

昇工廠製造產品品質的雙重效益。且針

對設計結果，在滿足某些電氣、磁密條件

下，以無載電流為性能指標，使得整個設

計達到最佳化。

㆓、㆔相感應電動機設計限制條件

2.1 設計簡介

本文所述之低壓(440V以下)、大型

(150HP以上)感應電動機設計，首先是依

據顧客需求的馬達額定數據及性能要求

下，針對下列七項進行分析計算[2][5]。

最後並將運算得到的數據加以儲存，以做

為設計電動機時的數值參考依據。

(1)定子內外徑之決定

三相感應電動機設計之初，設計者

須先根據所要求之馬達額定數據，並參

考舊有馬達型式資料及設計經驗準則，決

定主要尺寸諸如：定子內外徑、轉子內外

徑、定轉子槽數、定轉子槽形尺寸及端環

尺寸等。並依此計算出鐵心相關數據。由

於感應電動機輸出跟鐵心體積與與轉速之

乘積成正比，其式子如下所示[2]：

式中Po ：輸出功率(kw)

　　Kw ：繞組因素

　　Bga ：氣隙平均磁通密度(Tesla)

　　Ac ：氣隙圓周每單位長度之安培導

體數(AC/m)

　　ns : 同步轉速(r.p.m.)

　　Di : 定子內徑(m)

　　Li : 空氣隙軸向長度(m)

由(1)式得知，當右邊各參數代以參

考值，則可得到感應電動機之輸出馬力

數，並作為鐵心選擇之依據。

(2)電樞繞組計算

本文針對雙層、正弦繞組來做電樞

繞組的設計。首先依鐵心材質，輸入一

氣隙磁通密度初始值，算出每支線圈之匝

數，並以軛鐵磁密、無載電流作為指標，

以疊代方式算出每支線圈匝數之最佳值。

上所述之無載電流(Io)根據統計得如下所

示：

其中ko :統計常數

　　p : 極數

　　Bgm :氣隙最大磁通密度(gauss)

2 3 22.22 *10 ( )

120w ga s i i

o

K B ac n D LP

(1)

1

｡D ｡Dgmo

pBI

Z

(2)


　　δ :氣隙長度(cm)

　　Z1 :每相的總導體數

　　a :並聯路徑數

(3)軛鐵磁密計算

定子軛鐵的高度隨所選用之定子內

外徑、槽數、槽深之尺寸影響，根據吾人

之設計經驗，定子軛鐵的高度會隨槽數增

加而減少，當作為高轉速(2極或4極)設計

時，為避免磁飽和使磁化電流增加，定子

軛鐵磁密也是電樞繞組匝數決定之重要指

標。

(4)電樞繞組導線決定

電樞繞組導線決定包括線徑大小、

佔積率、電樞繞組銅重之計算等。其中佔

積率太高，無法裝入所有導體則須選用另

一種鐵心重新計算。

(5)電機參數計算

三相感應電動機之電機參數計算包

括定子電阻、轉子電阻、定子漏抗、轉子

漏抗及激磁漏抗計算等。

(6)設計內容暨預期完成電機特性表輸出

將設計完成之三相感應電動機啟動

方式、結線方式、入線方式、節距、線

徑(mm)、匝數(T)、佔積率( %)、用銅量

(Kg)、出口線規格、捲模寬(W)、捲模長

(H)、無載特性、滿載特性等之繞線輸出

報表輸出，作為三相感應電動機繞線之製

作依據。

(7)啟動性能測試

三相感應電動機在製作完成後，必

須做啟動性能測試，主要為了求得在滿載

下是否有足夠之啟動與運轉轉矩，一般在

製造廠商因沒有足夠之大負載可測試，本

文之初期測試為安全起見，是以步階式電

壓啟動方式啟動，當啟動成功完成後並計

錄無載電流值。

2.2 設計流程

本文所述之低壓(440V以下)、大型

(150HP以上)三相感應電動機設計流程如圖

1所示，首先是依據顧客需求的馬達額定

數據以及性能指標，結合生產實際經驗以

確定電機的鐵心尺寸和電樞繞組數據。而

後應用適當的電磁計算程序來進行電機參

數和性能的計算。其設計流程可歸納為：

圖1　低壓、大型三相感應電動機設計流

程圖


a.依馬達額定數據，搜集相關類型馬達資

料。

b.依生產規格要求，參照舊有產品之型式

及生產經驗數據，作成初步規劃與設

計。

c.進行電磁設計，計算電動機各項參數。

d.將各項計算結果，印出繞線表。

㆔、感應電動機設計架構與功能

本研究所開發之三相感應電動機設

計(Three-Phase Induction Motor Design,簡稱

TPIMD)程式為交談式視窗應用程式，架

構於Windows XP作業系統下執行，其具

有親和的操作界面，全中文化操作說明、

設計輔助精靈以及簡易安裝程序等。

(1) 程式啟動畫面

啟動TPIMD程式後，首先會出現如圖

2所示之工作表視窗。

圖2　程式啟動畫面

圖3　定子槽型狀與代號

(2) 輸入顧客需求的馬達額定數據與鐵

心規格

如圖2所示，標有淺藍色區域之儲存

格，為設計必須輸入之客戶需求馬達規範

如輸出馬力、極數、頻率、額定電壓、接

線方式、並聯路徑數，並決定線圈節距。

紅色顯示數字為為設計計算輸出結果，當

參考舊有馬達型式資料及設計經驗準則，

先決定主要鐵心尺寸，並輸入其定子內外

徑尺寸與定子槽型狀(如圖2，3所示) ，然

後參考工作表視窗之最大輸出馬力數(HP)

儲存格，如大於所設計之輸出馬力數，即

可容易判斷選用之鐵心尺寸是否為適當。

(3)決定電樞繞組匝數

低壓、大型(150HP以上)感應電動機

電樞繞組匝數之決定如下所述，首先在

工作表視窗之最大磁密(gauss)儲存格輸入

7000高斯，其對應之每支線圈匝數計算於

參考匝數/支儲存格，通常不是整數，須

由設計者決定整數值並輸入於決定匝數


/支儲存格，則其對應之氣隙最大磁密計

算於原設計最大磁密(gauss) 儲存格，設計

者必須將此值再輸入於最大磁密(gauss)儲

存格，並將其對應之軛鐵磁密(計算於軛

鐵磁密(gauss) 儲存格，需小於17000高斯)

與無載電流值(計算於無載電流值(A)儲存

格)當作性能指標，如此兩項皆合乎規範

即完成，否則需改變最大磁密(gauss)儲存

格值再一次疊代之，對一稍有經驗之設計

師，此一步驟在循環一、二次即可完成，

流程如圖1所示。

當輸入變數值並依此計算出相關參

數值後，可將數據儲存至資料庫內，即使

程式結束後仍保留著運算數據，待下一次

執行程式時，可藉由「開啟資料庫」之功

能將欲顯示數據組叫出。

(4)電樞繞組線徑選擇計算

圖4　電樞繞組線徑計算儲存格

如圖4所示，標有黃色區域之儲存

格，設計者可參考資料庫(工作表二)與繞

線庫(工作表三)之設計資料，選擇與修正

更新值，避免讀大本資料手冊，其

操作流程如圖5所示。如採用單心線繞

製則在選用單心線(1)平板(0)儲存格填入

”1”，如採用平板導體繞製則填入”0”，

一般為施工方便起見，每匝線圈大都採用

單心線多導體繞製。

圖5　電樞繞組線徑選擇流程

(a) (b)

圖6　出口線徑選擇流程


(5)決定出口線規格

如圖6-(a)所示，為出口線線徑與出口

線數之操作流程，設計者可參考資料庫

(工作表二)，選擇與修正更新值。隨著啟

動方式(Y-啟動)與多電壓運轉之不同，

出口線數也隨之不同，如為2接或2Y

接直接啟動，則出口線數為3條，如改為

為Y-啟動則出口線數為6條如圖6-(b)所

示。

(6)設計內容暨預期完成電機性表

經由程式設計計算完成後，將輸

出結果連結至繞線工作表如圖7所示，包

含適用機種、馬達額定數據、啟動方式、

定子內外徑、結線方式、入線方式、節

距、線徑(mm)、匝數(T)、佔積率( %)、用

銅量 (Kg)、出口線規格、捲模寬(W)、捲

模長(H)、無載特性、滿載特性等之繞線

輸出報表輸出，作為三相感應電動機繞線

之製作依據。

(7)料庫功能

資料庫功能降低重覆工作，累積設

計成果。包含:

(a)元件庫管理，建立各廠家三相感應電

動機繞線資料、絕緣物料、線材之資

料庫，可節省未來分析設計之輸入時

間，降低人為失誤，方便管理。

圖7　設計內容暨預期完成電機特性表

(b) 電動機類別管理，將特定之鐵心框號、

材質、繞線方式可組合成特定之電動機

模型經與實測結果比對校正後，未來即

使改變繞線條件及內容，其分析結果誤

差在10%以內。

(c) 設計資料管理，使歷年來設計成果得以

累積，於需要時只需輸入搜尋條件，即

可調出以前努力的成果，省去在成堆檔

案內翻找之痛苦。

㆕、實體啟動測試結果

三相感應電動機在製作完成後，必

須做啟動性能測試，主要為了求得在滿載

下是否有足夠之啟動與運轉轉矩，一般在

製造廠商因沒有足夠之大負載可測試，本


文之初期測試為安全起見，是以步階式電

壓啟動方式啟動，電源端三相220V，透

過具有分接頭變壓器，其二次測輸出電壓

為30V→60V→110V→150V→120V→380V

→ 440V，當啟動時測試電壓從30V開始加

入，每段間隔約2秒，循序地加大測試電

壓值，當達到額定電壓啟動完成後並計錄

無載電流值。

圖8所示為傳統低壓大型三相感應電

動機之定子外觀與電樞繞組，表1至表5所

示為歷年來經由TPIMD程式設計，目前正

在產業界運轉或外銷至大陸地區之低壓大

型電動機，表1為150馬力輸出，表2為200

馬力輸出，表3為250馬力輸出，表4為300

馬力輸出，表中顯示定子內外徑、運轉電

壓、接線法及設計電流值，設計電流值為

經由TPIMD計算出之並換算至三相220V

電源測之運轉無載電流，右一格之實測電

流為在實體測試無載下在三相220V電源

測所量測之無載電流值。觀察表中所示之

設計電流及實測電流之誤差與誤差百分率

幾乎皆在20%之內，對大馬力而言，皆在

安全值之內。

圖8　傳統低壓大型三相感應電動機定子

電樞繞組

表1: 150馬力輸出




㈤、結　論

本研究利用設計簡便的交談式中文

Excel語言，開發出一套能滿足顧客多樣

需求且能迅速反應的電腦輔助設計軟體將


傳統低壓大型三相感應電動機設計工作電

腦化，來改善過去人工設計方式繁雜的作

業程序，降低設計工時及耗材成本，同時

增加接單率。本研究中並提出在滿足某些

電氣、磁密條件下，以無載電流為性能指

標，使得整個設計達到最佳化，期使這套

三相感應電動機設計應用程式-TPIMD，

能提昇電機設計人員的設計分析作業效

率。經由實體運轉，對具有相同輸出馬力

的傳統低壓大型三相感應電動機做比較，

搭配實測與設計結果作深入驗證，可確認

此軟體之可行性。

參考文獻

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Chung-Ting Hsu, Lecturer, Department of Mechanical Engineering, HIT.投稿日期：950906　接受刊登日期：950929

Vortex instability of MHD natural convection flow over an isothermal horizontal plate in a

saturated porous medium

Chung-Ting Hsu

Abstract

A numerical analysis is performed to study the vortex instability of a horizontal

magnetohydrodynamics (MHD) natural convection boundary layer flow in a saturated porous

medium with surface mass flux. The stability analysis is based on the linear stability theory.

The resulting eigenvalue problem is solved by the local similarity method. The velocity and

temperature profiles, local Nusselt number, as well as instability parameters for magnetic

parameter M ranging from 0 to 4 are presented. It is found that as magnetic parameter M

increases, the heat transfer rate and tangential velocity decrease. Furthermore, it is shown that as

the magnetic parameter M increases, the neutral stability curves shift to lower Rayleigh number

and lower wave number, indicating a destabilization of the flow to vortex instability. It is also

shown that suction stabilizes the flow, while blowing destabilizes the flow.

Keywords: MHD, porous medium, natural convection, horizontal.


徐仲亭：修平技術學院機械工程系講師

磁場效應對多孔性介質等溫平板然對流渦漩不穩定性之影響

徐仲亭

摘要

本文以理論方法探討在多孔性介質中,一水平等溫板的自然對流磁液動流場，磁場

效應對其貫軸渦漩不穩定性(vortex instability)的影響。基本流場部份利用相似轉換理論，

同時考慮邊界質量通量及磁場強度等效應。擾動流場利用線性穩定理論(linear stability

theory)，導出之特徵值常微分方程組利用局部相似(local similarity)方法求解。探討主題為

磁場參數M(0~4)對速度曲線、溫度曲線、熱傳係數及中性穩定曲線的影響。數值結果顯

示隨著磁場參數M增加，溫度邊界層變厚、熱傳率與切線速度降低、中性穩定曲線趨向

較低的雷利數及波數，並使流場趨於不穩定。數值結果亦顯示邊界具質量吸入(suction)能

使流場趨於穩定，相反的，質量噴出(blowing)則使流場趨於不穩定。

關鍵詞：磁液動、多孔性介質、水平板、自然對流。

87Vortex instability of MHD natural convection flow over an isothermal horizontal plate in a saturated porous medium:Chung-Ting Hsu

INTRODUCTIONLiterature on magnetohydrodynamics

(MHD) convective heat transfer is very

extensive due to its technical importance in

the scientific community. Recently, there has

been a renewed interest in studying MHD

flow and heat transfer in viscous fluid and

porous media due to the effect of magnetic

fields on the boundary layer flow control

and on the performance of many systems

using electrically conducting fluids. In

addition, the MHD flow has attracted the

interest of many investigators in view of

its applications in heat exchanger devices,

filtration, cooling of nuclear reactors by

liquid sodium, geothermal energy extractions

and novel power-generating systems. For

example, Sparrow and Cess [1] and Riley

[2] studied the effects of a transversely

applied magnetic field on free convection

flow of an electrically conducting fluid past

a semi-infinite hot vertical plate. Watanabe

and Pop [3] examined the simultaneous

occurrence of buoyancy and magnetic forces

in the flow of an electrically conducting fluid

over a wedge. Pop and Watanabe [4] studied

the Hall effects on MHD free convection

about a semi-infinite vertical flat plat.

For the studies of magnetic field effect

on the flow and heat transfer rate in porous

media, Kumari [5] examined the effects of

magnetic field on hydrodynamic Darcian

porous flow in various configurations.

Soundalegkar [6] obtained approximate

solutions for two-dimensional flow of

an incompressible, viscous fluid past an

infinite porous vertical plate with constant

suction velocity. Chamkha [7] analyzed the

non-Darcy hydromagnetic free convection

problem from a cone and a wedge in porous

media. Chamkha [8] and Kim [9] studied

the influence of a magnetic field upon the

unsteady convective flow past a semi-infinite

vertical porous moving plate with variable

suction or heat absorption. They presented

that the existence of magnetic field decreased

the velocity and Nusselt number. Both of

velocity and Nusselt number decreased as

increasing the heat absorption coefficient.

Isreal-Cookey et al. [10] investigated

the influence of viscous dissipation and

radiation on the problem of unsteady MHD

free-convection flow past an infinite heated

vertical plate in a porous medium with

time-dependent suction.

The problem of the vortex mode

of instability in natural convection flow

over a heated plate has received much

attention in the heat transfer literature.

The instability mechanism is due to the


presence of buoyancy force component in

the direction normal to the plate surface.

The buoyancy force gives rise to vortex

instability under critical conditions. It is

very important to predict the onset of vortex

instability in convective flow because of

their industrial applications such as chemical

vapor deposition and cooling of electronic

packages. Cheng and Chang [11], Hsu et

al [12] and Hsu and Cheng [13] analyzed

the vortex mode of instability of horizontal

and inclined natural convection flows in a

saturated porous medium. Jang and Chang

[14] reexamined the same problem for an

inclined plate, where both the streamwise

and normal components of the buoyancy

force are retained in the momentum

equations. Therefore, ref. [14] provided

new vortex instability results for small

angles of inclination from the horizontal (030 ) than the previous study [12]. Later,

Jang and Chang [15, 16] investigated the

non-Darcy effects and combined heat and

mass buoyancy effects on vortex instability

of a horizontal natural convection flows in

a saturated porous medium. Jang and Lie

[17] studied the non-Darcy effects on vortex

instability of a horizontal natural convection

flows with mass flux surface. Hassanien et

al [18] follows the investigation of Jang and

Chang [15] studied the effect of surface mass

flux on vortex instability of non-Darcian

natural convection flow.

In conclusion to the above review,

the literature concerned the magnetic field

effect on the natural convection flow and

vortex instability in a saturated medium

has been mostly limited to the vertical and

inclined plates. The MHD free convection

on horizontal plates has received relative

less attention. Furthermore, the extended

study to the vortex instability of natural

convection flow with magnetic effect has

never been investigated. It is motivated the

present study. The purpose of this paper

is to examine the magnetic effect on the

vortex instability of a horizontal Darcian

natural convection boundary layer flow in a

saturated porous medium with surface mass

flux. This is accomplished by considering

Darcy equation of motion. In the main

flow, the boundary layer approximations

are invoked. The stability analysis is based

on the linear stability theory incorporated

with non-parallel flow model. The resulting

eigenvalue problem is solved using a

variable step-size sixth-order Runge-Kutta

integration scheme in conjunction with the

Gram-Schmidt orthogonalization procedure

to maintain the linear independence of


the eigenfunction. A parametric analysis

to the flow, heat transfer characteristic,

and stability to vortex mode with respect

to system parameters such as M ( M=

0,0.5,1,1.5,2,4 ), fw ( fw = -1,0,1 ) will be

discussed in detail.

MaTHEMATICAL ANALYSIS

Before proceeding to the instability

problem, consideration is given first to

the basic natural convection flow along a

horizontal surface, since the computation

of instability criteria requires knowledge

of the velocity and temperature profiles for

the main flow and the solution has not been

investigated before.

Figure 1 The physical model and

system coordinate

1.The base flow

We cons ider the s teady na tura l

convection flow of an electrically conducting

fluid on a heated semi-infinite, horizontal

plate(Tw), embedded in a porous medium(T∞),

as shown in Fig.1, where x represents the

distance along the plate from its leading

edge, and y is the distance normal to the

surface. The wall temperature is assumed

to be a constant Tw (Tw＞T∞). The uniform

magnetic field (B0) is applied in the y

direction, normal to the surface which is

electrically non-conducting( 0y BBB

). The electrical field is assumed to be zero (

0E

). Then, in the equation of motion,

the extra body force (also called Lorentz

force) becomes B)BV(BJ

. It is

assumed that the magnetic Reynolds number

Rem=µ0σV L＜＜1, where µ0 and σ are

the magnetic permeability and electrical

conductivity, respectively. The V and L

are the characteristic velocity and length,

respectively. Under these conditions, it is

possible to neglect the induced magnetic

field as compare to the applied magnetic

field. The Lorentz force can be simplified

as uBFx20 .Darcy’s model is used for

the momentum equation and the Boussinesq

approximation is applied. The governing

equations are given by

0u vx y

(1)


Where K is the permeability of the

porous medium;β the coefficient for thermal

expansion;αe represents the equivalent

thermal diffusivity.

By applying the boundary layer

assumptions, equations(1)-(4) become:

where /20BKM is the dimensionless

magnetic parameter expressing the relative

importance of the MHD effects.

The boundary conditions are defined as

follow:

O n i n t r o d u c i n g t h e f o l l o w i n g

transformations:

uBK

xPK

u

20

TTg

yPK

v

2

2e

T T Tu v

x y y

(2)

(3)

(4)

ww TTxavvy ,;0 1

TTuy ,0; (7)

13, x

yx y R a

x

31

)(

xeRaf

TxT

TT

w )(

(8)

Where Ψ is the stream function,

ewx xTTKgRa /)( i s t h e

modified local Rayleigh number.

E q u a t i o n ( 5 ) a n d ( 6 ) c a n b e

nondimensionlized as follows:

T h e b o u n d a r y c o n d i t i o n s a r e

transformed as follows

Where

is the surface mass flux. It is suction for

fw＞0 , blowing for fw＜0 and fw=0 for

impermeable surface. It is noted that for

M=0 and fw=0 corresponds the case (m=0)for

the base flow without MHD effect , which

was investigated by Hsu et al[12].

In terms of the dimensionless variables, it

can be shown that the local Nusselt number

is given by

2.The disturbance flow

In the usual manner for stability

32

)1( fM

031 f

(9)

(10)

0,0;

1,;0

f

ff w (11)

3113

/

w

e

ew )TT(KAg

af

(=-2/3) (12)

)0(/ 3/1 xx RaNu (13)

(5)

(6)

xTKg

yu

M

1

2

2e

T T Tu v

x y y


analys is , the veloci ty , pressure and

temperature are assumed to be the sum of

a mean and fluctuating component, here

designed as barred and subscript 1 quantities,

respectively. The perturbed flow can be

represented as

After substituting equations (16)

into the governing equations for the three-

dimensional convective flow in a porous

medium, subtracting the parts satisfied

by the base quantities, and linearizing the

disturbance quantities, we arrive at the

disturbances

),,,(),(),,,(

),,,(),(),,,(

),,,(),,,(

),,,(),(),,,(

),,,(),(),,,(

1

1

1

1

1

tzyxTyxTtzyxT

tzyxPyxPtzyxP

tzyxwtzyxw

tzyxvyxvtzyxv

tzyxuyxutzyxu

(14)

0111

zw

yv

xu

xPK

u)M( 1

11

1

11 Tg

y

PKv

zPK

w 1

1

21

2

21

2

21

2

11111

z

T

y

T

x

T

yyT

vxT

uy

Tv

x

Tu

t

T

e

0111

zw

yv

xu

xPK

u)M( 1

11

1

11 Tg

y

PKv

zPK

w 1

1

21

2

21

2

21

2

11111

z

T

y

T

x

T

yyT

vxT

uy

Tv

x

Tu

t

T

e

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

Where ζ is the capacity ratio of porous

medium.

Following the method of order-of-

magnitude analysis prescribed in detail

by Hsu and Cheng[12], the terms xu /1

21

2 / xT ,

xu /1

21

2 / xT in equation (15) and (19) can

be neglected. The omission of xu /1

21

2 / xT

in equation (15) implies the existence of

disturbance stream function 1 such that

At neutral stability, the vortex mode of

the three dimensional disturbances are of the

form

where a is the spanwise periodic wave

number which is real.

Substituting equation (20) and (21) into

equation (15)-(19) yields

yw

1

1

, z

v

11

(20)

iazyxTyxuyxTu exp,~

,,~,,~,, 111 (21)

yx

~u~iaM

2

1

T~Kgia~a

y

~

2

2

2

yT~ia

xT

u~yT~

v

xT~

uT~

ay

T~

e

22

2

(22)

(23)

(24)


Equations (22)-(24) are solved based on the

local similarity approximation [12]. Letting

We obtain the fol lowing system

of equations for the local s imilari ty

approximations:

With the boundary conditions

I t i s no ted tha t fo r M=0 and fw=0

co r re sponds the ca se (m=0) fo r t he

disturbance flow without MHD effect, which

was investigated by Hsu et al[12].

Numerical Method of SolutionThe equations (9)-(11) for the base

3/1

~

xRa

axk

3/1

~

xe RaiF

T

T

~

(25)

312 /xRak

~Fk

~F

FRak~

)FF(

Rak~

)M(k~

B

/x

/x

31

312

1

32

31

13

2

(26)

(27)

0)()()0()0( FF

Where

fB21

1

(28)

(29)

flow constitute a system of linear ordinary

differential equations and are solved by

the sixth-order Runge-Kutta, variable step

size integration routine. The results are

stored for a fixed step size, Δη=0.02,

which is small enough to predict accurate

linear interpolation between mesh points.

In the stability calculations, the disturbance

equations (26)-(28) are solved by separately

integrating two linearly independent

integrals. The full equations may be written

as the sum of two linearly independent

solutions

Two independent integrals (Fi, i ), with

i=1, 2 may be chosen so that their asymptotic

solutions are

Where

The calculating procedure for disturbance

equations (26)-(28) are then solved as

21 EFFF

21 E (30)

exp1 NF , exp1

exp2F , 02 (31)

)k~

/(Rak~

N /x

2231

2/~

42/122

11

kBB

k~


follows. For specified M and k~

, Rax is

guessed. Using equations (31) as starting

values, the two integrals are integrated

routine separately from the outer edge of

the boundary layer to the wall using the

sixth-order Runge-Kutta variable size

integrating routine incorporated with the

Gram-Schmidt orthogonalization procedure

[19] to maintain the linear independence of

the eigenfunctions. The required input of

the base flow to the disturbance equations

is calculated, as necessary, by linear

interpolation of the stored base flow. From

the values of the integrals at the wall, E is

determined using the boundary conditions

i2=0. The second boundary condition

F(0)=0 is satisfied only for appropriate

values of the eigenvalue Rax. A Taylor series

expansion of the second condition provides

a correction scheme for the initial guess

of Rax. Iterations continue until the second

boundary conditions is sufficiently close to

zero (typically<10-6)

Results and DiscussionThe formulation of the effects of

magnetic field and blowing/suction on the

flow and vortex instability of a horizontal

Darcian free convection in saturated

porous medium has been carried out in the

0 1 2 3 4 5 6 7 8 90

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

f '

M = 0, 1, 2, 4

fw = 0

Fig. 2 Tangential velocity profiles at fw = 0.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 90

0.2

0.4

0.6

0.8

1

M = 0, 1, 2, 4

fw = 0

Fig.3 The effect of M on the temperature profiles

preceding sections. Numerical results for the

velocity and temperature profiles, the critical

Rayleigh number and wave number at the

onset of vortex instability are presented for

a range of magnetic parameter M (M=0~4)

and suction parameter (fw = -1, 0, 1).


Figures 2-3 depict the magnetic effect

on the tangential velocity and temperature

profiles, respectively, for fw=0. It is seen

that the magnetic effect markedly affects the

velocity and temperature fields. The velocity

profiles decrease and the thermal boundary

layer thickness increase as increase of M .

The tangential velocity f'(0) decreases about

67% at M=4 relative to the results without

magnetic field (M=0) for fw=0.

Figure 4 shows the magnetic effect on

the heat transfer rate for selected values of

fw. It is shown that the heat transfer rates

decrease with increasing value of M. And

there are larger heat transfer rates for suction

surface (fw>0)).

Fig.4 Heat transfer rate as a function of M

The simultaneous effects of magnetic

field and blowing/suction condition on

the vortex instability of horizontal free

convection flow are reported graphically

in Figures 5-8. Figure 5 shows the neutral

stability curves, in terms of the flow vigour

parameter Ra and the dimensionless wave

number k~

for selected values of M (M=0,

1, 2) at fw=0. The curve of M=0, which

represents the case without magnetic field, is

agreed quantitatively with the earlier results

of Hsu et al. [12]. It is also shown that as the

magnetic parameter M increases, the neutral

stability curves shift to lower Rayleigh

number and lower wave number, indicating

a destabilization of the flow to vortex

instability.

Fig.5 Neutral stability curves for selected values

of M

Figure 6 shows the neutral stability

curves, in terms of the flow vigour parameter

0 0.5 1 1.5 20.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

M

-'(0)fw = 1

fw = 0

fw = -1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.210

100

Rax

k~

M = 0

M = 1

M = 2

fw = 0Hsu et al.[12 ]


Ra and the dimensionless wave number for

selected values of fw (fw=-1, 0, 1). It is seen

that the blowing surface (fw=-1) shifts the

neutral stability curves to lower Rayleigh

number and lower wave number. It indicates

the blowing flow motion destabilizes the

flow to vortex instability. As opposite to

blowing flow, the suction flow motion

stabilizes the flow to vortex instability.

Fig.6 Neutral stability curves for selected values

of fw

The corresponding critical Rayleigh

number Ra* and critical wave number k*,

which marks the onset of longitudinal

vortices, as functions of magnetic parameter

M are plotted in Figure 7 and 8. It is clearly

indicated that the critical Rayleigh number

and wave number decrease as M increases

and fw decreases. For fw=-1, the critical

Rayleigh number of M=2 is reduced by

about 66% relative to the result of M=0,

while for fw=1, the critical Rayleigh number

of M=2 is reduced by about 53%.

Fig.7 The critical Rayleigh number as a function

of M

Fig.8 The critical wave number as a function of M

Figures 9(a)-(c) show the streamlines

(Ψ*) ( solid lines ) and isotherms ( i*)

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.210

100

Rax

k~

M = 1

fw = -1, 0, 1

0 0.5 1 1.5 215

20

25

30

35

40

45

M

Ra*

fw = 1

fw = 0

fw = -1

0 0.4 0.8 1.2 1.6 20.45

0.5

0.55

0.6

0.65

0.7

0.75

M

k*

fw = 1

0-1


(a)M=0

(b)M=1

(c)M=2

Fig.9 The streamlines (solid lines)and isotherms.

(dashed lines) for the secondary flow at

the onset of instability for M=0 (without

magnetic field) and M=1,2 (with magnetic

field), respectively. It is shown that the value

of η, at which Ψ*max and i*

max occur, for

M=2 is larger than that of M=0 and M=1.

We obtained that magnetic effect enlarges

the region of vortex and destabilizes the

flow.

Conclusion The coupled effects of magnetic

field and blowing/suction on the vortex

instability of horizontal free convection

flow in a saturated porous medium have

been examined by a linear stability theory.

The numerical results demonstrate that

the magnetic field produces a significant

retarding force on the flow and thermal

fields. Thus, it reduces the velocity and heat

transfer rate. For the disturbance flow, the

presence of magnetic field destabilizes the

flow to vortex instability. As the magnetic

parameter M increases, the critical Rayleigh

number and the associated wave number are

decreased. The numerical results also show

that suction surface stabilizes the flow and

blowing surface destabilizes the flow. For

selected values of blowing parameter fw,

the critical Rayleigh numbers of M=2 are

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0az

2.0*2.0*

4.04.0

8.0 8.0

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0az

2.0*2.0*

4.04.0

8.0 8.0

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0az

2.0*2.0*

4.04.0

8.0 8.0


reduced by about 53%-66% relative to the

results of M=0.

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周金玉：國立臺灣大學地理環境資源研究所碩士生張長義：國立臺灣大學地理環境資源學系教授投稿日期：950901　接受刊登日期：951101

綠色運具遊客識覺與行為之研究：以㈧里岸行車道為例

周玉、張長義

摘要

臺灣自2000年以來推動城鎮地貌改造計畫，積極進行自行車道之規劃，期能結合自

行車與遊憩發展;在在表示騎乘自行車取代汽機車的遊憩活動愈來愈受到普遍的重視，此

乃是綠色運具(Green Modes)節約能源、環境保護的新方向。本研究希望能夠瞭解自行車

遊客行為，提供環境資源經營管理者作為遊憩規劃與交通改善之參考。

本研究以八里左岸自行車道為例，針對自行車遊客進行抽樣調查，完成有效問卷共

496份，分析結果顯示，自行車道地區遊客教育程度以大學程度居多，年紀分佈在21~40

歲，同伴性質以家人、朋友居多，騎乘時間為1小時。此外，透過變異數分析發現，不同

遊客屬性、旅遊行為對於自行車道環境滿意度具有顯著差異：年齡、職業、教育程度對

於自行車道環境的認同差異較大，來訪時間與騎乘時間對於自行車道環境屬性的評價差

異大，此外，本研究並加入空間觀點，分析不同租借站的遊客屬性、旅遊行為、環境屬

性滿意度，結果顯示，不同租借站在上述各方面具有明顯差異，據此，建議相關單位依

據研究結果改善自行車道環境。

關鍵詞：八里、自行車、識覺、環境屬性、滿意度。


Chin-Yu Chou, Graduate Student, Department of Geography, National Taiwan University. Chang-Yi Chang, Professor, Department of Geography, National Taiwan University.

A Study on Perception and Behavior of Green Modes Tourists :A Case of Bali Bikeway

Chin-Yu Chou, Chang-Yi Chang

Abstract

Taiwan urban / rural landscape renewal project” has come into operation in Taiwan since

2000, and the government builds bikeways to combine cycling with tourism. The project, which

makes the recreation activities of the bicycle substituting for the car or the motorcycle, draws

the citizens’ attentions. This study is therefore to comprehend the perception and the behavior of

the bicycle tourists. It aims to provide suggestions for the environmental resources managers to

manage recreation activity and improve traffic condition.

This research is a case study on Bali bikeway by having questionnaire survey on the

bicycle tourists. The number of valid questionnaires issued is 496. The returned questionnaires

show that the bicycle tourists are mostly of high education level and aged between twenty and

forty. Most tourists come with their family or friends to enjoy the cycling for an hour or so. The

ANOVA analysis advances to show that there are significant differences between the tourists’

identification, the touring behavior and the satisfaction with the riding environment. It shows

that the older tourists, who work in service industry and have higher education level, request

more for the riding environment. The visit time and the cycling hour will also influence how

the bicycle tourists satisfy with the riding environment. Besides, the tourists show different

identification, behavior, and satisfaction with environmental attribute in different bicycle renting

stations. The results of the research are to suggest the relevant departments to improve the

bikeway environment by paying more attentions to those differences.

Keywords: Bali, Bicycle Tourism, Perception, Environmental Attribute, Tourist Satisfaction.

101綠色運具遊客識覺與行為之研究：以㈧里岸行車道為例：周玉、張長義

壹、前言

運輸工具的革新，旅遊類型也隨之

改變。鐵路的發展，人們利用鐵路建設從

事鐵路觀光；汽車私有化及巴士的出現，

汽車的機動性，帶動山林與郊區旅遊的發

展；航空運輸的興起，人們得以進行國際

旅遊。

1970 年代發生能源危機，西方國家

重新思考自行車在都市運輸與觀光旅遊

交通中所扮演的角色[1,2,3,4]。最主要的

原因是自行車具有非機動化的特性，無空

氣、噪音的污染，並且節省能源，也因此

被稱為「綠色運具」(Green Modes)[5]。

在臺灣，自行車道的建置起步較

晚，主要的功能則為休閒旅遊之用[6]。

1990年代晚期淡水河-新店溪專用道之規

劃，為全台第一條以遊憩功能為主的自行

車專用道，1997年關山鎮環鎮自行車專用

道的成功[4]，加上內政部營建署「城鎮

地貌改造計畫」中，將自行車道的建置列

為各縣市爭取中央補助的重要項目，部份

縣市的自行車道於焉完成。

臺北縣河濱型自行車專用道是目前

臺灣最具規模的自行車路網，其中「八里

左岸」更是串連自關渡到十三行博物館之

間遊憩資源而建立[7]。

然而，臺灣自行車旅遊發展的思考

模式為由上而下的傳統規劃，只考量土木

的道路工程或美化景觀的設計，缺乏自行

車遊客(使用者)的基礎分析，但是，遊客

才是整個活動的核心，進行遊客調查研究

是必要的。

地理學著重人與環境的互動關係，

本研究從個人內在思維以及外在旅遊行為

的角度，透過個案調查遊客行為以及對自

行車騎乘環境的評價（滿意度），瞭解人

與環境互動，另一方面，進行同一個自行

車環境中，不同租借站的區域比較，提供

個案結果作為都會區自行車道環境經營之

參考。

貳、相關文獻

㆒、行車觀光的定義

文獻中對於自行車觀光的定義可略

分為三大類別。

第一類的研究者認為使用自行車作

為運具的時間達一天以上，騎乘自行車是

旅遊中相當重要的部份[2,8]。

第二類的研究者認為自行車作為運

具，旅遊時間在一天以內，使用「自行車

遊憩」比「自行車觀光」更適當[4,9]。

第三類的研究者認為只要利用自行

車從事觀光活動，以滿足遊憩體驗，就可

以稱為「自行車觀光」[10,11]。

休閒、遊憩和觀光等字詞在細緻面

雖有不同的說法，但在大方向上都有「個

人在自由時間內，基於本身的需求和願

望，非義務、非責任性地從事某些活動，


其能使身體、心理上得到滿足或愉悅」

等相似的意義[12]。基於此，本研究將觀

光、遊憩和休閒視為一樣，只要是從事休

閒、遊憩或觀光的自行車騎乘者，就屬於

自行車觀光的範疇。

㆓、行車遊客的定義

文獻中對自行車遊客的定義，大致

是依據自行車使用頻率、使用時間長短、

使用目的、扮演的功能，以及騎士具備專

業知識與設備等指標而分類[8,10,13,14]。

然而，本研究對於自行車觀光的定

義包含休閒、遊憩或觀光等意涵，因此，

將自行車從事休閒、遊憩或觀光者，皆視

為「自行車遊客」。

㆔、行車遊客行為相關研究

國外對於自行車遊客行為的主

要研究在遊客對於環境的偏好。其中

Antonakos研究自行車騎士環境偏好，檢

視個人特性、旅行資源和旅遊限制對自行

車騎乘環境偏好的影響[15]，是國內多位

研究者必引用的參考文獻1。

國內由林建堯開啟自行車遊客環境

偏好之研究[16]，後來則以張新立、張馨

文為首，參考Antonakos的環境因子，調

查不同自行車道使用者的環境偏好，如北

海岸國家風景區自行車道、新竹縣峨眉湖

自行車道、北海岸國家風景區自行車道和

新竹峨眉湖自行車道的遊客環境偏好差異

[9,11,17,18,19,20]。

上述研究中，安全性和車道設施幾

乎是每個研究區遊客環境偏好的重要因

子，討論遊客對環境因子的偏好雖有助於

提升環境空間的規劃，卻忽略研究人與環

境的互動關係。

而Ritchie、廖明豊等人研究方向與本

研究相近[2,21]，不過，Ritchie以紐西蘭南

島為區域，研究對象為騎乘自行車一天以

上的遊客，討論自行車遊客移動路線與動

機，基於自行車道設置情況不同於臺灣，

以及目前長途騎乘自行車在台灣仍屬少數

[4]，研究台灣地區單一自行車道的遊客

行為極為重要。

廖明豊討論自行車環境對遊客吸引

力與遊客忠誠度的關係，著重於旅遊事業

的經營，本研究除了研究自行車遊客的旅

遊行為和對自行車道環境滿意度之外，同

時考量八里左岸自行車道各租借站的條件

不同（停車場、公車站牌、遊憩資源），

擬利用空間的觀點，分析自行車遊客行

為。

參、研究對象與研究方法

㆒、研究區概況

「八里左岸自行車道」從關渡大橋

1 其他研究環境偏好的國外學者還包括Efra t、

Bovy & Bradley、Bromley、Hanson & Huff等人。

[27,28,29,30] 。


旁觀音坑溪口至十三行博物館，全長九公

里;沿線擁有自然公園、碼頭、市街、博

物館、歷史建築、河濱公園等遊憩資源;

遊客騎乘的自行車可自行攜帶或向沿線租

借站租借。

㆓、研究對象

實際到臺北縣八里左岸自行車道(關

渡大橋旁的觀音坑溪口到至十三行博物

館)參與自行車騎乘活動的遊客，不包括

通勤及探訪親友之使用目的者。

為了避免影響遊客對於自行車道環

境屬性滿意度的結果，選擇自行車租借

者，待其騎乘結束，歸還自行車後，進行

訪問。

㆔、基本假設

(一)不同自行車遊客屬性對於旅遊行為有

明顯差異性。

(二)不同自行車遊客屬性對於自行車道環

境滿意度有明顯差異性。

(三)不同旅遊行為對於自行車道環境屬性

滿意度有明顯差異性。

(四)不同租借站的遊客屬性、旅遊行為、

環境屬性滿意度有明顯差異。

㆕、問卷設計

問卷內容共分成三大部分，第一部

份瞭解自行車遊客的旅遊行為，第二部份

為自行車遊客對環境屬性的評估行為（滿

意度），第三部份為自行車遊客個人資

料。

( 一 ) 旅遊行為：參考前人研究而擬定

[9,11,21]，再根據預試的結果作修

正，內容包括訊息來源、交通工具、

交通時間、來訪時間、使用頻率、體

驗時段、騎乘時間、消費內容、自行

車種類、來訪次數等變數。

(二)環境屬性滿意度：參考前人研究擬定

環境屬性[1,11,16,21,20]，並以自然環

境、社會環境、管理環境等三個層面

為問項發展基礎[22,23,24,25,26]，共

發展出二十九個問項。

(三)遊客屬性：包括性別、年齡、職業類

型、教育程度、個人月所得、婚姻狀

況及居住地等七個變數。

㈤、抽樣方式

本研究根據遊客安全考量、騎乘體

驗之完整，以八里左岸自行車道沿線自行

車租借站為抽樣地點，再依據每家租借站

假日自行車租次數量擬定抽樣數，實際問

卷數目及租借站基本資料如表1所示。調

查時間為西元2006年6月17日〜7月22日週

末，發放時段為早上9點〜晚上7點，有效

問卷為496份。


圖1　八里左岸自行車道示意圖

註：抽樣地點由石頭廣場至十三行博物館依序為1〜10 （資料來源：本研究繪製）

表1、自行車租借站基本資料比較表

租借站

假日租借次數

問卷數

停車場* 碼頭

公路旁公車站** 附近景點

一、 100~200 40 ˇ(收費) ˇ（台15線）龍米河濱公園.石頭廣場

二、 100~200 43 ˇ（台15線）石頭廣場.八里渡船頭

三、 400~500 65 ˇ八里渡船頭、八里老街.老榕碉堡

四、 700~800 80 ˇ八里老街.老榕碉堡左岸碼頭.左岸公園

五、 300~400 55 ˇ(收費) ˇ（觀海大道） ˇ 左岸公園.左岸會館

六、 200~300 47 ˇ(收費) ˇ（觀海大道） ˇ 左岸會館.左岸劇場

七、 200~300 45 ˇ(收費) ˇ（觀海大道） ˇ 左岸劇場.水筆仔公園

八、 100~200 40 ˇ(免費) ˇ（博物館路） ˇ 十三行博物館

九、 100~200 40 ˇ(免費) ˇ（博物館路） ˇ 十三行博物館

十、 100~200 41 ˇ(免費) ˇ（博物館路） ˇ 十三行博物館

* 停車場是指租借站旁邊，直接可看到租借站。（資料來源：本研究整理）

**公車站是指租借站附近設有站牌，遊客一下公車即可看到該租借站。


肆、分析與討論

㆒、遊客屬性分析

(一)自行車遊客屬性

根據表2，本研究發現遊客男性與女

性的比例一樣，與Antonakos、林建堯、

黃顗芳、廖明豊、張光華、張新立等研究

不同 [9,11,15,16,19,21]。

因為Antonakos的研究對象為自行車

旅行時間達一天以上的使用者，以男性

比例比較高；林建堯、張光華、張新立

等的研究樣本數中包含專業騎士，專業騎

士又以男性比例比較高，整體樣本以男性

居多，本研究對象則為自行車租借站的旅

客，結果顯示沒有性別比例上的差別。

年齡層以21~30歲及31~40歲居多，與

廖明豊的研究略有不同，其年齡以20歲以

下的樣本數最高，這和其遊客來源在地人

比例較高有關係，幼童騎乘自行車的情形

普遍。

自行車遊客的職業以商業、服務業

的比例最高；以大學（包含專科）程度居

多，與張光華、黃顗芳的研究相同，與廖

明豊的研究不同，這可能與其樣本數的年

齡以二十歲以下佔大多數有關係；居住地

以北部地區居多，此與Ritchie的研究結果

有所不同，其研究中有88％的旅客來自國

外，旅行天數達五天以上[2]，自行車騎

乘活動在台灣則具有地緣性，距離自行車

道愈來愈遠的旅客來訪比例愈低。

表2、自行車遊客屬性之次數分配與百分比

項目樣本數百分比(％) 項目樣本數百分比(％)

性別男 248 50

教育程度

國中以下 51 10.3

女 248 50 高中（職） 140 28.2

年齡

20歲以下 64 12.9 大學（專） 227 45.8

21~30歲 203 40.9 研究所 78 15.7

31~40歲 148 29.8 婚姻狀況

未婚 281 56.7

41~50歲 65 13.1 已婚 215 43.3

51~60歲 11 2.2

月所得

2萬以下 141 28.5

61歲以上 5 1 2~4萬 185 37.3

職業

軍公教 59 11.9 4~6萬 131 26.4

商業 116 23.4 6~8萬 29 5.8

工業 68 13.7 8萬以上 10 2

退休 4 0.8

居住地

北部 455 91.5

家管 30 6 中部 28 5.6

學生 102 20.6 南部 12 2.4

服務業 102 20.6 其他 2 0.4

其他 15 3

（資料來源：本研究整理）


(二)自行車遊客屬性的區域比較

本研究利用卡方檢定不同區別遊客

屬性，由於租借站數達十個，分類過細

導致部分處理格（cell）之樣本數過小

（<5），容易產生偏差，因此合併性質相

近的租借站5、6、7與8、9、10兩組。研

究發現不同租借站的遊客在教育程度與個

人月所得有顯著差異，如表3所示。

根據表中資料可以知道以下訊息：

1.自行車道第一、二區（租借站）: 遊客

年齡30歲以下居多，教育程度大學以

上，月所得約2~4萬以上，未婚。

2.自行車道第三、四區（租借站）:靠近

八里渡船頭和左岸碼頭的租借站，遊客

年齡均以30歲以下居多，其中鄰近八里

渡船頭的第三區租借站，遊客教育程度

為大學以上，月所得4萬以上，左岸碼

頭第四區租借站遊客教育程度為高中以

下，月所得2~4萬。

3.自行車道第五區租借站：位於左岸劇場

旁，30歲以下的遊客偏多，教育程度

高中以下，月所得2萬、2~4萬的比例較

高，未婚。

4.自行車道第六區租借站：接近十三行博

物館的租借站，遊客年齡以31~40歲、

41歲以上居多，職業以軍公教、服務業

最顯著，教育程度大學以上，月所得4

萬元以上，已婚。

表3、不同區別的租借站之遊客屬性差異分析(卡方檢定)

遊客屬性區別(租借站編號)

一(1) 二(2) 三(3) 四(4) 五(5.6.7) 六(8.9.10) 總計 P值

性別 0.351

男 21(4.2%) 15(3.0%) 36(7.3%) 39(7.9%) 72(14.5%) 65(13.1%) 248(50%)

女 19(3.8%) 28(5.6%) 29(5.8%) 41(8.3%) 75(15.1%) 56(11.3%) 248(50%)

年齡 0.147

30歲以下 22(4.4%) 29(5.8%) 35(7.1%) 47(9.5%) 83(16.7%) 51(10.3%) 267(53.8%)

31~40歲 10(2.0%) 11(2.2%) 22(4.4%) 23(4.6%) 39(7.9%) 43(8.7%) 148(29.8%)

41歲以上 8(1.6%) 3(0.6%) 8(1.6%) 10(2.0%) 25(5.0%) 27(5.4%) 81(16.3%)

職業 0.245

軍公教 3(0.6%) 4(0.8%) 9(1.8%) 7(1.4%) 14(2.8%) 22(4.4%) 59(11.9%)

商業服務業 18(3.6%) 20(4.0%) 29(5.8%) 30(6.0%) 63(12.7%) 57(11.5%) 217(43.8%)

工業 8(1.6%) 4(0.8%) 13(2.6%) 11(2.2%) 24(4.8%) 9(1.8%) 69(13.9%)

學生 8(1.6%) 12(2.4%) 11(2.2%) 19(3.8%) 29(5.8%) 23(4.6%) 102(20.6%)

非上班族 3(0.6%) 3(0.6%) 3(0.6%) 13(2.6%) 17(3.4%) 10(2.0%) 49(9.9%)

教育程度 0.000*

高中以下 11(2.2%) 11(2.2%) 12(2.4%) 42(8.5%) 77(15.5%) 38(7.7%) 191(38.5%)


大學以上 29(5.8%) 32(6.5%) 53(10.7%) 38(7.7%) 70(14.1%) 83(16.7%) 305(61.5%)

所得 0.020*

2萬以下 13(2.6%) 13(2.6%) 12(2.4%) 27(5.4%) 44(8.9%) 33(6.7%) 142(28.6%)

2~4萬 18(3.6%) 17(3.4%) 20(4.0%) 31(6.3%) 62(12.5%) 35(7.1%) 183(36.9%)

4萬以上 9(1.8%) 13(2.6%) 33(6.7%) 22(4.4%) 41(8.3%) 53(10.7%) 171(34.5%)

婚姻狀況 0.069

未婚 23(4.6%) 30(6.0%) 40(8.1%) 46(9.3%) 87(17.5%) 55(11.1%) 281(56.7%)

已婚 17(3.4%) 13(2.6%) 25(5.0%) 34(6.9%) 60(12.1%) 66(13.3%) 215(43.3%)

居住 0.414

北部地區 40(8.1%) 40(8.1%) 60(12.1%) 73(14.7%) 132(26.6%) 113(22.8%) 458(92.3%)

中南部 0(0%) 3(0.6%) 5(1.0%) 7(1.4%) 15(3.0%) 8(1.6%) 38(7.7%)

*P<0.05 （資料來源：本研究整理）

㆓、旅遊行為分析

(一)自行車遊客旅遊行為

根據表4，遊客的訊息來源為親友告

知和報章雜誌，反觀現代人幾乎每天接觸

的通訊媒介，如電視廣播、電腦網路，其

傳達訊息的功能略顯低落。

根據表6，遊客以自用汽車前來八里

騎乘自行車居多，這與其他研究結果相

符，然而，此區鄰近淡水、關渡捷運站，

搭乘捷運到關渡捷運站轉乘公車或到淡水

捷運站轉乘渡輪到達本區的遊客也不少，

顯示八里的大眾運輸系統比其他地區便

利，如新竹峨眉湖、台中東豐綠廊。

遊客到達八里自行車道所花費的時

間，約80％遊客花費三十分鐘以上，且通

常來訪時間以週六、日下午的比例較高，

其中又以週日下午的比例最高，這兩項結

果與八里自行車道為遊憩區有關。根據自

行車基金會主管與當地業者的說法，假日

時間人潮多，且下午才陸續出現，遊客量

除了在假日上、下午出現差異，同時也會

因為部分公司沒有實施週休二日制，大禮

拜的遊客量比小禮拜多。

騎乘自行車的時段以15~17點比例最

高，此結果與騎乘自行車活動必須曝曬

在陽光下有關[21]，然而，廖明豊的研究

中，早上5~10點騎乘自行車者(39.8﹪)居

次，與東豐自行車綠廊之遊客多為在地人

士(38.0﹪)有密切關係。

根據表5，最熱門的三個景點為八里

老街、十三行博物館和左岸公園，老榕碉

堡、石頭廣場和左岸會館則是最不受遊客

青睞的三個景點。其中石頭廣場距離遊客

聚集較遠，被勾選者比例不高，老榕碉堡

改為臨時派出所，少有遊客前往參觀，至

於左岸會館，大部遊客遊客不知道可上至

四樓遠眺淡水河，只知道有提供餐點。


表4、訊息來源之次數分配表

項　目次數

勾選次數/總勾選次數

勾選次數/樣本總數

電視廣播 105 14.4﹪ 21.2﹪

親友告知 263 36.1﹪ 53﹪

報章雜誌 143 19.6﹪ 28.8﹪

電腦網路 120 16.5﹪ 24.2﹪

其他 98 13.4﹪ 19.8﹪

總計 729 100.0﹪ 147.0﹪

表5、熱門景點之次數分配表

項　　目次數勾選次數

/總勾選次數勾選次數/樣本總數

石頭廣場 54 3.6﹪ 10.9﹪

龍米河濱公園 76 5.1﹪ 15.3﹪

八里渡船頭 197 13.3﹪ 39.7﹪

八里老街 198 13.4﹪ 39.9﹪

老榕碉堡 37 2.5﹪ 7.5﹪

左岸公園 217 14.6﹪ 43.8﹪

左岸會館 46 3.1﹪ 9.3﹪

左岸碼頭 192 12.9﹪ 38.7﹪

左岸劇場 92 6.2﹪ 18.5﹪

水筆仔公園 173 11.7﹪ 34.9﹪

十三行博物館 201 13.6﹪ 40.5﹪

總計 1483 100﹪ 299﹪


表6、旅遊行為之次數分配與百分比

項目次數百分比項目次數百分比

交通工具

自用汽車 281 56.9﹪

騎乘同伴

家人 249 50.2﹪

機車 63 12.7﹪ 朋友 180 36.3﹪

捷運 147 29.4﹪ 社團會員 14 2.8﹪

其他 5 1.0﹪ 同學 31 6.3﹪

交通時間

1~15分鐘 24 4.8﹪ 其他 22 4.4﹪

16~30分鐘 71 14.1﹪

同行數

2人以下 150 30.2﹪

31~45分鐘 134 27.0﹪ 3人 65 13.1﹪

46~60分鐘 136 27.4﹪ 4人 150 30.2﹪

1小時以上 132 26.6﹪ 5人以上 131 26.4﹪

來訪時間

週六上午 55 11.1﹪

行車類型

單車 126 25.4﹪

週六下午 155 31.3﹪ 協力車 174 35.1﹪

週日上午 56 11.3﹪ 休閒自行車 128 25.8﹪

週日下午 205 41.3﹪ 電動車 51 10.3﹪

其他 25 5﹪ 其他 17 3.4﹪


使用頻率

一個月一次以上 72 14.5﹪

消費總額

100以內 25 5.0﹪

一個月一次 78 15.7﹪ 101~500元 255 51.4﹪

兩個月一次 83 16.7﹪ 501~1000元 155 31.3﹪

三個月以上一次 263 53.0﹪ 1001~1500元 44 8.9﹪

體驗時段

9~11時 67 13.5﹪ 1501元以上 17 3.4﹪

11~13時 41 8.3﹪

來訪次數

從來沒有 176 35.5﹪

13~15時 115 23.2﹪ 一次 98 19.8﹪

15~17時 159 32.1﹪ 二次 96 19.4﹪

17~19時 109 22.0﹪ 三次 39 7.9﹪

其他 5 1.0﹪ 四次以上 87 17.5﹪

騎乘時間

30分鐘以下 50 10.1﹪

1小時 218 44.0﹪

1~2小時 185 37.3﹪

2小時以上 43 8.7﹪


(二)自行車遊客旅遊行為的區域比較

本研究利用卡方檢定旅遊行為有

無區間差異存在，為了避免部分處理格

（cell）之樣本數過小（<5），容易產生

偏差，因此合併性質相近的租借站5、6、

7與8、9、10兩組，結果如表7所示，分點

敘述如下：

表7、不同區別的租借站之遊客旅遊行為

之卡方檢定彙總摘要

旅遊行為變數 χ2 自由度 P值

交通工具 98.636 10 0.000*

交通時間 21.815 10 0.016*

來訪時間 66.526 20 0.000*

使用頻率 27.658 15 0.024*

騎乘時間 10.816 5 0.055

騎乘同伴 57.829 10 0.000*

同行人數 28.873 15 0.017*

自行車種類 99.447 15 0.000*

消費金額 46.266 10 0.000*

來訪次數 28.188 15 0.020*

* P<0.05 （資料來源：本研究整理）

1.交通工具：全區以自用汽車作為到達八

里主要交通工具最多，其中第三、四區

租借站的遊客，選擇「捷運」的比例顯

著高於其他租借站。根據遊客表示，他

們搭乘捷運到淡水再坐渡輪到八里，而

第三區租借站鄰近八里渡船頭，第四區

租借站鄰近左岸碼頭。

　　第六區部分遊客到關渡捷運站轉搭

接駁公車到十三行博物館，所以，搭乘

捷運的比例也不小，可見租借站附近交

通資源會影響交通工具種類。

2.交通時間：全區交通時間以30~60分鐘


最多，其中「三十分鐘以下」以鄰近左

岸碼頭的第四區租借站比例較高，「1

小時以上」則以鄰近十三博物館的第六

區租借站較顯著。

3.來訪時間：全區遊客以假日下午為主要

來訪時間，不過，區域一、三、四「假

日上午」較顯著。

4.使用頻率：第六區租借站的遊客「一個

月一次以上」較顯著，因為遊客居住地

以北部地區比例較高，反之遊客居住地

以非本部地區較顯著的第五區租借站以

「三個月以上一次」較顯著。

5.騎乘同伴：「家人」以第六區租借站較

顯著；「朋友」以第五區租借站較顯

著；第一、二、三區租借站則以其他

（同學、同事、社團會員）較顯著。

6.同行人數:「兩人以下」以第一區租借站

較顯著，「五人以上」以第四區租借

站較顯著。

7.自行車種類：遊客騎乘「單車」、「休

閒蓬車」、「電動車或其他」分別以第

四、三、五區較為顯著。根據觀察和訪

問遊客得知，第四區租借站沒有休閒篷

車和電動車，但是，單車較其他租借站

便宜許多，同樣也可以解釋第三區租借

站的休閒篷車，而第五區租借站的遊客

以朋友型態較多，大多喜歡騎電動車。

8.消費總金額:500元以內，以第四區租借

站最顯著；消費總金額1001元以上，以

第五區租借站最顯著，此現象與遊客租

借電動車費用較高以及購買名產有關。

9.到訪次數：「三次以上」以第四區租借

站最顯著，可能與交通便利性較高有關

聯。

㆔、行車遊客對行車道環境屬性

滿意度之分析

(一) 自行車遊客對車道環境屬性滿意度

之分析

遊客對於「自行車租、還手續簡

便」 ( 4 . 0 2 ) 、「出租車輛種類齊全」

( 4 . 0 2 ) 、「自行車道沿線視野開闊」

(3.93)、「增進人際關係」(3.89)、「休閒

氣氛營造成功」(3.80)等環境屬性的滿意

度最高。

八里自行車道在休閒氣氛經營和自

行車租借業務方面的成效佳，但是，提供

休憩或樹木遮蔭的設施顯然不足。

再者，自行車道專供單車或協力車

行駛，民間租借站提供電動機車租借服

務，不少遊客表示電動機車在自行車道中

鑽來鑽去不但很危險，噪音也破壞休閒氣

氛，至於休閒篷車，幾乎佔滿整個車道，

下午人潮湧現時，會車難度上升，尤其在

八里渡船頭到左岸碼頭一段，單車、協力

車、電動車與休閒篷車擠在一塊，動彈不

得。

同時，臺北縣馬術推廣中心提供馬

車騎乘，路線僅在左岸公園到左岸劇場之


間，但是，對於隨時得注意突如其來的馬

車，騎乘自行車的安全令人憂心。

上述種種情形和本研究中發現遊客

對於「涼亭數量足夠」（2.87）、「管

制其他機動車輛進入，使遊客不受干

擾」（2.84）、「遊客產生的聲音不大」

（2.59）、「遊客人數剛剛好」（2.48）

滿意度較低可相互印證。

(二) 自行車遊客對環境屬性滿意度的區

域比較

本研究先合併性質相近的租借站，

然後利用單因子變異數分析（ANOVA）

進行不同區域自行車遊客對車道整體環境

屬性滿意度的比較，若有顯著差異，再進

行Scheffe事後比較，如表8所示。

本研究根據表8、實地觀察和訪問資

料分點說明如下：

1.第一、六區的遊客對「遊客人數剛剛

好」「遊客產生的聲音不大」的評價比

其他區域的遊客高。

　　第一區的遊客「假日早上」來訪

較顯著，避開人潮洶湧的時段有關，另

外，由此出發的遊客多騎往關渡方向，

經過比較不熱門的地點，如石頭廣場和

龍米河濱公園，遊客也比較少。

　　位在車道端點的第六區租借站，遊

客騎自行車到熱門景點之間的過程比較

順暢，而由熱門景點返回租借站需要一

段時間，對於遊客擁擠、人聲鼎沸的印

象有削弱效果。

2.第一、二區的遊客對「坡度、彎度和

緩，騎乘不會費力」、「邊坡、護欄設

置恰當，安全性高」的滿意度比其他區

域的遊客低。

　　位在八里渡船頭和關渡橋之間，根

據租借站業者說，遊客大多騎往關渡方

向，此段自行車道，部分路段坡度比較

大，邊坡比較陡，由車道上尚可看到邊

坡與淡水河相連，但卻沒有護欄，顯然

不安全。

3.第六區的遊客對「指示標誌與地圖設置

明顯」的滿意度比其他區域的遊客低。

　　八里自行車道路線不是直行路線

線，例如，由左岸劇場接水仔筆公園的

路段，或由水筆仔公園接十三博物館的

地方，指標標示不清楚，導致部分遊客

騎到非自行車道上，這可能是因為區域

六的遊客「大學以上」教育程度比較顯

著，比較注重標誌與地圖的說明功能。

4 . 第六區的遊客對「休閒氣氛營造成

功」、「結合鄰近景點，提供多樣遊憩

體驗」的滿意度比較高。

　　此種現象可能與第六區的遊客職業

以軍公教、商業服務業較多有關，注重

休閒氣氛的營造，增加親近大自然的機

會，同時，騎乘時間「一小時以上」相

當顯著，有比較多時間遊玩自行車道鄰

近景點。

5.第四區的遊客對「管制其他機動車輛進


入，使遊客不受干擾」的滿意度比其他

區域的遊客高。

　　這可能是區域四的遊客以「假日早

上」到訪以及騎乘「單車」。第五區的

遊客以騎乘「電動車」較顯著，但是，

是出現在下午時間，早上在車道上騎車

者比較不受影響，另一方面，單車的機

動性比休閒篷車高，也比較容易閃避電

動機車。

6.第三、四、五區的遊客對「飲食店設置

（八里老街）的位置恰當」、「飲食、

咖啡、小吃店數量足夠」的滿意度比其

他區域的遊客高。

　　這可能是因為這些租借站鄰近八里

老街，八里老街是名產、小吃店集中之

處，因此，遊客對於「飲食店設置（八

里老街）的位置恰當」、「飲食、咖

啡、小吃店數量足夠」滿意度較高。

　　另外，針對不同租借站遊客對租借

站滿意度進行分析，如表9所示。

　　在八里左岸每家租借站提供至少三

種以上車種供遊客選擇，如單車、協力

車、親子車等，租、借自行車只需押證

件，結束後付費並領回證件即可完成租

還手續，十分簡便。因此各租借站的遊

客對於「自行租、還手續簡便」的滿意

度皆高。

　　至於自行車的租借費用，以第四

區獲得較高的評價，此家為縣府（公

有）租借站，每小時價格便宜10~20元

不等，但是，沒有提供電動車、休閒篷

車，部分遊客為了騎電動車，會放棄租

借便宜的自行車，而特別到有提供電動

車的店家租借，一小時約250~300元。

表8、不同區別租借站遊客對自行車道環境屬性滿意度的差異分析租借站

環境屬性第一區第二區第三區第四區第五區第六區

平均 F P值Scheffe事後

比較1 2 3 4 5.6.7 8.9.10空氣清新 3.55 3.49 3.88 3.74 3.74 3.87 3.75 2.252 0.048*

自行車道沿線視野開闊 3.73 3.65 4.09 3.93 3.93 4.02 3.93 2.444 0.033*

自然景觀變化豐富 3.60 3.49 3.68 3.70 3.75 3.93 3.74 2.404 0.036*

沒有汽機車的噪音干擾 2.95 3.14 3.49 3.29 2.77 3.46 3.16 7.731 0.000* 3.4.6>5

增進人際關係 3.25 3.79 3.83 3.85 4.03 4.01 3.89 5.681 0.000* 4.5.6>1

增進親子關係 2.53 2.88 4.00 4.11 4.06 3.08 3.60 21.402 0.000* 3.4.5>1.2.6

遊客人數剛剛好 3.00 2.56 2.18 2.11 2.38 2.82 2.48 6.109 0.000* 1.6>3.4

遊客產生的聲音不大 3.08 2.70 2.23 2.31 2.43 2.96 2.59 7.124 0.000* 1>3.46>3.4.5

擁有自己的空間 3.10 2.79 2.85 2.96 3.01 3.14 3.00 1.015 0.408坡度、彎度和緩，騎乘不會費力

2.53 2.60 3.09 3.58 3.54 3.81 3.39 22.576 0.000* 5.6>1.2.34>1.2

邊坡、護欄設置恰當，安全性高

2.48 2.67 3.15 3.61 3.32 3.18 3.19 10.014 0.000* 3.4.5.6>14.5>2

涼亭數量足夠 2.60 2.60 2.95 2.84 2.89 3.01 2.87 1.748 0.122

沿線綠樹提供遮蔭 2.42 2.47 4.05 2.79 2.80 2.98 2.95 2.751 0.018*

指示標誌與地圖設置明顯 2.88 2.77 3.05 3.20 3.24 2.55 2.97 8.253 0.000* 3.4.5>6


解說牌內容詳細 3.28 3.09 3.31 3.46 3.40 3.20 3.31 1.815 0.108

休閒氣氛營造成功 3.95 3.44 3.43 3.76 3.78 4.12 3.80 9.034 0.000* 6>2.3.5結合鄰近景點，提供多樣遊憩體驗

3.58 3.42 3.52 3.79 3.63 4.01 3.71 5.364 0.000* 6>2.3.5

管制其他機動車輛進入，使遊客不受干擾

2.58 2.35 3.02 3.44 2.84 2.60 2.84 6.590 0.000* 4>1.2.5.6

媒體宣傳、廣告摺頁等措施合宜

2.98 3.19 3.46 3.13 3.15 2.98 3.14 2.486 0.031*

環境整潔維護良好 3.35 3.23 3.32 3.46 3.52 3.40 3.42 .810 0.543

公共設施維護完善 3.63 3.47 3.48 3.56 3.65 3.59 3.58 .510 0.769

廁所設置的數量足夠 2.98 2.81 3.06 3.00 3.04 3.08 3.02 .489 0.784

廁所設置的位置恰當 2.93 2.79 3.00 3.06 3.10 2.98 3.01 .718 0.610垃圾桶設置位置恰當，數量足夠

3.10 3.21 3.40 3.43 3.25 3.15 3.26 1.379 0.231

飲食店設置（八里老街）的位置恰當

2.93 2.88 3.37 3.54 3.33 2.79 3.17 8.875 0.000* 3.4.5>64>2

飲食、咖啡、小吃店數量足夠

2.80 3.02 3.40 3.55 3.29 2.90 3.19 5.985 0.000* 4>1.6

* P<0.05　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（資料來源：本研究整理）

表9、不同租借站遊客對租借站滿意度的差異分析

租　借　站

屬　　　性1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 F值 P值

出租車輛種類齊全 4.00 3.70 3.69 3.84 3.87 3.85 4.60 4.08 4.40 4.56 10.771 0.000*

出租車輛價格合宜 3.00 3.07 3.17 3.99 2.87 3.34 3.36 3.78 3.40 3.17 6.973 0.000*

自行租、還手續簡便 4.22 3.65 3.65 3.96 3.93 3.77 3.87 4.10 4.65 4.76 12.606 0.000*

* P<0.05　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (資料來源：本研究整理）

㆕、行車遊客屬性與旅遊行為之差

異分析

本研究利用卡方檢定來探討「遊客

屬性」對於遊客在自行車道「旅遊行為」

的差異性。研究發現在不同性別、年齡、

職業類別、教育程度、個人月所得、婚姻

狀況及居住地區之下，自行車遊客的旅遊

行為具顯著差異。

1.性別:「男性」使用機車，「週日上午」

到訪，使用頻率較高，騎乘自行車時

間達「2~3小時」。「女性」使用自用

汽車，「週六上午」到訪，使用頻率較

低，騎乘時間「30分鐘以下」，「從來

沒有」到八里騎自行車以女性遊客較

多。

2.職業類別：「商、服務業」選擇自用汽

車居多，使用頻率最高，大多和朋友

一起來；「學生」搭乘捷運，來訪次數

較高；「軍公教」和「非上班族」（家

管及退休人員）花費交通時間較長，與


家人一同騎車；「工業」選擇電動車居

多。

3.年齡:「30歲以下」搭乘捷運，花費

「31~45分」到八里，騎車頻率是所有

年齡層最低的「三個月以上一次」，

騎車時間也是最短「30分鐘以下」，騎

乘同伴多為「朋友」，人數達「二」

人，騎乘「協力車」、總花費金額為

「101~500元」。

「41歲以上」的遊客傾向選擇自

用汽車作為主要交通工具，「星期日

上午」花費「1小時以上」到八里，

騎車時間達「2小時以上」，騎乘同

伴多為「家人」，人數達「四」人，

騎乘「休閒敞篷車」、總花費金額為

「1001~1500元」。

「31~40歲以上」的遊客到八里騎

乘自行車的頻率最高，騎車時間介於其

他兩個年齡層之間，騎乘同伴多為「家

人」，人數達「三」人，總花費金額為

「500~1000元」。

4.教育程度:「高中以下」選擇「自用汽

車」作為交通工具的傾向較高，和「朋

友」騎自行車，人數達「二人」，來

訪次數和選擇「電動車」傾向皆高於大

學以上教育程度的遊客，總花費金額達

「1001~1500元」。

「大學以上」教育程度的遊客選

擇「捷運」的傾向比較高，和「家人」

一起騎車，人數達「五人以上」，選

擇「休閒敞篷車」的傾向高於「高中以

下」的遊客。

5.個人月所得:「四萬以上」的遊客傾向

選擇自用汽車，體驗時段比較早，和

「家人」騎「休閒敞篷車」，達「三」

人，消費金額與月收入成正比，花費

「1000~1500元」或「1051元以上」，同

時，來訪次數也最高;月所得「二萬以

下」選擇捷運，騎乘時間最短，和「同

學」騎「單車」。

6.婚姻狀況：「未婚」遊客傾向選擇捷

運，花費「31~45分鐘」到八里，使

用頻率「三個月以上一次」，和「朋

友」、「社團會員」、「同學」騎「協

力車」，人數「二人以下」，消費金

額達「101~500元」，來訪次數為「一

次」。

「已婚」遊客選擇自用汽車，花費

「1小時以上」到八里，騎乘自行車頻

率比較高「一個月一次以上」，騎乘

同伴以家人居多，人數三人以上，消費

金額達「1001~1500元」，來訪次數較

高「二次」。

7. 居住地:來自「北部地區」的遊客，花

費時間以「46~60分鐘」，使用頻率比

較高，同伴人數為「三人」，來訪次數

達「四次以上」。

來自「非北部地區」的遊客，花費

「1小時以上」到八里，使用頻率「三

個月以上一次」，同伴人數以「四人」


居多，消費金額比來自北部地區的遊客

高，金額為「1001~1500」、「1501元以

上」，多為第一次（從來沒有）到八里

騎乘自行車。

㈤、行車遊客與環境屬性滿意度之

差異分析

本研究分別對自行車道的自然環境

屬性、社會環境屬性及管理環境屬性三

個層面進行因素分析，經Bartlett球型檢定

（Bartlett's Test of Sphericity），三個層面的

顯著性均小於0.005，KMO（Kaiser Meyer

Olkin Test）之統計量分別為0.754、0.692、

0.806，表示樣本可進行因素分析2。本研

究萃取五個構面:自然環境、社會環境、

車道設施、管理推廣、服務設施，如表10

所示。

表10、自行車道環境屬性因素分析

環境屬性

因素命名

問項因素負荷量

特徵值累積解釋

變量

自然環境屬性

自然環境

1.空氣清新 0.851

2.408 60.1932.自行車道沿線視野開闊 0.827

3.自然景觀變化豐富 0.772

4.沒有汽機車的噪音干擾 0.635

社會環境屬性

社會環境

7.遊客產生的聲音不大 0.843

2.359 78.6278.遊客人數剛剛好 0.845

9.擁有自己的空間 0.672

管理環境

車道設施

11.坡度、彎度和緩，騎乘不會費力 0.670

2.326 15.50912.邊坡、護欄設置恰當，安全性高 0.740

13.涼亭數量足夠 0.719

14.沿線綠樹提供遮蔭 0.499

16.解說牌內容詳細 0.468

管理推廣

15.指示標誌與地圖設置明顯 0.429

2.572 32.657

19.管制其他機動車輛進入，使遊客不受干擾 0.597

20.媒體宣傳、廣告摺頁等措施合宜 0.629

21.環境整潔維護良好 0.832

22.公共設施維護完善 0.789

服務設施

26.廁所設置的位置恰當 0.815

3.243 54.274

27.廁所設置的數量足夠 0.789

28.垃圾桶設置位置恰當，數量足夠 0.743

29.飲食店設置（八里老街）的位置恰當 0.772

30.飲食、咖啡、小吃店數量足夠 0.756


2 KMO統計量值<0.60，不適合進行因素分析[31]。


(一) 自行車遊客屬性對於環境屬性滿意

度之差異分析

本研究利用t檢定和單因子變異數分

析（ANOVA）檢定性別、年齡、職業、

教育程度、月所得、婚姻、居住地對環境

屬性滿意是否具有顯著差異，結果如表11

所示，若有顯著差異，再進行Scheffe事後

比較。

年齡與「服務設施」具有顯著差

異；職業與「車道設施」、「服務設施」

具有顯著差異，其中學生對於車道設施、

服務設施的評價較高；教育程度與「社會

環境」、「管理推廣」與「服務設施」具

有顯著差異，其中「研究所以上」者對於

上述屬性構面的評價較低；月所得與「服

務設施」具有顯著差異，其中「4萬元以

上」者對「服務設施」的評價較低。

表11、自行車遊客屬性與環境屬性各構面之變異數分析與t檢定

環境屬性自行車遊客屬性

構面年齡職業教育程度

月所得性別婚姻居住地

自然環境

F=P=

1.7990.146

1.0810.365

0.6290.597

0.2310.794

t=P=

-1.2530.211

-2.1790.030*

1.4120.159

社會環境

F=P=

1.1280.337

1.6620.158

3.4550.016*

0.3160.729

t=P=

0.7600.447

-1.2430.215

-0.9390.348

車道設施

F=P=

1.8720.133

3.782 0.005*

0.8010.494

0.8820.414

t=P=

1.4730.141

0.5480.584

-0.3180.890

管理推廣

F=P=

1.2820.280

0.2570.905

15.2110.000*

2.4730.085*

t=P=

-1.7000.090

0.3070.759

1.8200.069

服務設施

F=P=

2.9950.030*

3.4630.008*

4.0540.007*

5.2470.006*

t=P=

1.0510.294

3.5550.000*

1.5600.119


(二) 自行車遊客旅遊行為對於環境屬性

滿意度之差異分析

本研究利用單因子變異數分析

（ANOVA）探討「旅遊行為」對自行車

道環境屬性滿意度之差異，結果如表12所

示，若有顯著差異，則進行Scheffe事後比

較。

1.交通工具：與自然環境、車道設施具有

顯著差異。

2.交通時間:與服務設施具有顯著差異。其

中花費「31~45分鐘」比「1小時以上」

者對服務設施滿意度高。


表12、自行車遊客旅遊行為與環境屬性各構面之變異數分析

環境屬性自行車遊客旅遊行為

構面交通工具

交通時間

來訪時間

使用頻率

體驗時段

騎乘時間

騎乘同伴

同行人數

自行車種類

消費金額

來訪次數

自然環境

F=P=

3.0590.028*

1.9630.099

1.8460.119

3.3150.020*

2.0520.070

2.2060.087

2.2490.063

1.5120.210

1.4340.221

3.0430.017*

4.3650.002*

社會環境

F=P=

2.3940.068

0.3890.816

19.5640.000*

1.0160.385

30.3150.000*

11.0620.000*

2.6380.033*

1.8410.139

0.5960.666

1.5490.187

1.4860.205

車道設施

F=P=

4.1010.007*

1.1210.346

3.1880.013*

1.1890.313

1.1140.352

7.1430.000*

4.9710.001*

0.6420.588

1.3500.250

1.4940.203

0.0580.994

管理推廣

F=P=

1.0980.350

0.9080.459

5.9930.000*

0.7860.502

5.4870.000*

2.6530.048*

0.9950.410

2.6710.047

1.3160.263

3.2710.012*

0.6770.608

服務設施

F=P=

2.3960.067

3.7040.006*

2.5460.039*

0.6050.612

1.4060.221

5.0300.002*

0.7710.545

2.6630.047*

0.6050.659

3.8240.005*

2.2320.065

* P<0.05 （資料來源：本研究整理）

3.來訪時間:與社會環境、車道設施、管

理推廣、服務設施具有顯著差異。「週

六上午」、「週日上午」比「週六下

午」、「週日下午」對社會環境、管理

推廣滿意度高。

上述結果與遊客人潮過度集中有

密切關係，訪問縣府自行車租借站，原

本和其他地區公有租借站一樣，早上七

點鐘營業，後來，考量八里左岸為遊憩

區，早上人潮不多，營業時間延至早上

九點。

4.體驗時段:與社會環境、管理推廣具有顯

著差異。「9~11時」、「11~13時」對

社會環境與管理推廣比「13~15時」、

「15~17時」、「17~19時」滿意度高。

訪問當地業者，平日和假日一天租

借車次比為1:10，而假日上午和下午租

借車次比為1:8，假日中又以下午四、五

點為人潮集中的時段，因此，遊客難以

在尖峰時段享受自行車道理想的品質。

5.騎乘時間:與社會環境、車道設施、管理

推廣、服務設施具有顯著差異。騎乘時

間「2小時以上」者，對於社會環境、

車道設施的評價較高，但是，「1小

時」比「1~2小時」對服務設施的評價

較高，可能騎乘時間愈長，對於飲食、

廁所的需求愈強烈。

6.騎乘同伴:與社會環境、車道設施具有

顯著差異。「社團會員」對於車道設施

的評價又比「家人」、「朋友」高。

八里自行車道除了租借站(1)與關渡

橋之間，部分路段坡度較大之外，其餘

路段十分平坦，社團會員常挑戰難度高

的自行車道，因此，對於八里自行車道

坡度、彎度、護欄的滿意度高。

7.同行人數:與管理推廣、服務設施具有顯


著差異。

8.消費總金額:與自然環境、管理推廣、服

務設施具有顯著差異。消費金額「100

元以內」比「1001~1500元」對自然環

境評價高。

9. 來訪次數:與自然環境具有顯著差異。來

訪次數較高者會比「從來沒有」來過者

的評價高，由此可知，自然環境是吸引

遊客再訪的重要吸引力之一。

伍、結論與建議

近年來，政府積極推動自行車遊憩

與未來自行車遊憩行為需求的提升，了

解自行車遊客的旅遊行為是有必要的，尤

其八里自行車道提供大台北都市居民騎乘

自行車的空間，同時，在沿線設置遊憩景

點，結合自行車騎乘活動和景點欣賞兩項

特點，在都市地區是難能可貴的。

國內自行車遊客行為的實證研究中，

大多以環境偏好為研究面向，透過遊客對

環境因子重要性的排序，將自行車遊客依

偏好環境加以分類，本研究則著重在人與

自行車環境之互動性，了解遊客的旅遊行

為以及對自行車道騎乘環境的空間評價。

㆒、結論

(一)旅客屬性方面

本研究發現，騎乘自行車活動與性

別無顯著差異，年齡層以21~30歲及31~40

歲居多，年老的遊客幾乎少見(51歲以上

3.2%)，根據訪談得知，自行車過去對年

老的遊客是通勤工具，騎乘自行車習以為

常，現在還是會騎自行車在自家附近逛，

年輕一輩鮮有機會與空間騎乘自行車，因

此，自行車道對年輕人比較有吸引力。

職業類別以商業、服務業的比例

最高，偏向教育程度較高者(大學以上

61.5%)，未婚者較多，收入方面以2~4萬

居多，居住地以北部地區居多。

(二)旅客行為方面

遊客的訊息來源主要來自親友告

知，以自用汽車前來八里自行車道居多，

約80％的遊客花費三十分鐘以上。

上述情況與訪談發現的情況相吻

合，大多遊客從台北縣三重市與五股鄉、

桃園縣、新竹市、苗栗縣出發，沿著指標

開車到八里左岸自行道，看到沿線有停車

場就停車，停車場旁邊剛好有自行車租借

站(租借站提供停車服務)，就直接租借自

行車，對於自行車道沿線有哪些景點鮮有

人知，必須依賴指標告示牌獲得訊息。

另一方面，自行車租借站(包含縣府

租借站)沒有提供導覽地圖，遊客瀏覽景

點方式易流於走馬看花，建議可參考台中

東豐綠廊的租借站，每家幾乎都有自己設

計的地圖，提供租還車地點、景點說明、

車道長度等訊息，或者在台北縣觀光遊憩

網、自行車新文化基金會及及八里鄉公所

網頁作更詳盡介紹，提升自行車觀光的深


度與廣度。

遊客來訪時間以週六、週日下午的

比例最高，其中又以週日下午的比例居

高，形成旅遊尖峰，遊客難以享受理想的

騎乘環境，同時影響自行車遊客對騎乘環

境屬性的滿意度。

騎乘自行車的時間長度以1小時最

高，一方面考量租借自行車以時計費，一

方面國內利用自行車從事長假期(如一日

以上)活動的風氣不盛，這與國內沒有建

制完整自行車道網路也有密切關聯。

旅遊同伴以家庭成員為主，同行人

數以2人以下和4人為最多，租借車種以協

力車、休閒篷車和單車居多，消費金額

為100~500元，主要花費為租借自行車、

飲食、停車費，來訪次數以「從來沒有來

過」的人數比例最高。

最熱門的三個景點為八里老街、十

三行博物館和左岸公園，老榕碉堡、石頭

廣場和左岸會館則是最不受遊客青睞的三

個景點，其中石頭廣場因為遊客比較少騎

往關渡方向，不知道石頭廣場，建議管理

單位引導民眾騎往關渡方向或宣傳石頭廣

場與龍米河濱公園，如此也能分散遊客。

(三) 遊客屬性與旅遊行為、環境屬性

滿意度之差異分析方面

在本研究發現，無論遊客屬性與旅

遊行為、遊客屬性與環境屬性滿意度、

旅遊行為與環境屬性滿意度皆具有顯著差

異，除了可證明本研究假設之外，根據訪

談與問卷結果提出的建議如下:

1.假日上午的遊客對社會環境、管理推廣

的評價較高。因為上午遊客量比較少，

比較能夠享受舒適的騎乘空間，因此，

建議當地租借站可以透過優惠時段的方

式，分散遊客量，避免遊客過度集中下

午，提升自行車遊客對騎乘環境屬性的

滿意度。

2.自行車種類影響遊客對騎乘環境的滿意

度。休閒篷車占掉騎乘空間，電動機車

進入車道，提高危險性，建議有關單位

管制進入自行車道的車種，同時，宣導

人車分道的觀念，部分遊客走在自行車

道上，不但遊客自身安全受到威脅，也

妨礙騎乘者的行駛權利。

3.使用頻率與來訪次數較高者對於自然環

境的評價較高。換言之，管理單位應

該維護八里的自然風光，特別是河岸風

景，以吸引「從來沒有」來過或使用頻

率低者再次到訪，由於本區的遊客來自

北部地區，易達性高，增強本區的吸引

力，人潮才會持續。

4.騎乘時間愈長，對於服務設施評價較

低。建議增設餐飲設施並且統一管理，

例如八里老街上的餐廳具有相同招牌，

看來整齊畫一且帶點休閒氣氛，但是，

近日在自行車道沿線出現多家簡餐店，

甚至燒烤店，與自行車道悠閒氣氛十分

不搭調。


(四) 不同區別的租借站遊客屬性與旅

遊行為、環境屬性滿意度之差異

分析方面

本研究發現，不同區別的租借站的

遊客屬性、遊客行為、環境屬性滿意度

具有顯著差異，除了可證明本研究假設之

外，根據結果提出的建議如下:

1.汽機車流量和聲音影響遊客騎乘滿意

度。例如遊客由鄰近台15線、觀海大道

的租借站出發，有段路程可以看到汽、

機車行駛在馬路，聽到汽車鳴按喇叭的

聲音，遊客會受到噪音干擾，建議有關

單位利用植栽方式，分隔自行車道和馬

路，一方面提供遮蔭，另一方面降低噪

音。

2.騎乘自行車活動需要綠樹遮蔭。自行車

道兩側的樹木矮小，樹葉無法提供足夠

遮蔭，需要等待一段時日，樹木長高，

綠葉茂密，遮蔭效果會增強。

3.自行車道非直行、延續路線。例如，左

岸劇場接水仔筆公園的路段，或水筆

仔公園接十三博物館的地方，遊客會遇

到岔路，而指示標誌與地圖設置又不清

楚，導致部分遊客騎到非自行車道上，

或者不知道下一步又怎麼走。

此外，在自行車道沿線設有自行

車騎乘標誌，設計有創意，但是顏色不

明顯，無法馬上吸引遊客注意，必須停

下一、兩分鐘才能找到或辨別出自行車

道的標誌，建議在非直行路段加設多個

標誌，以增加騎乘訊息和提升車道流暢

性。

4.自行車租借種類受到遊客喜好或價格影

響。第四區租借站自行車種類少，價格

每小時比別家便宜10~20元，地點佳，

一日租借車次最高，若喜好休閒篷車或

電動車的遊客，會以較高的租費滿足自

己的慾望，但是，有些遊客不知道有哪

些租借站或價格訊息，直接在停車位置

旁的租借站借自行車，口頭問了價格覺

得不便宜，但是專程來騎車，就勉強租

個一小時，導致部分遊客騎乘時間短又

覺得八里左岸自行車道的租借車費貴。

建議有關單位鼓勵各租借站明列車種

和租借價格訊息，由遊客依需求自行選

擇，提升消費滿意度。

㆓、研究限制與後續研究建議

(一)自行車騎乘活動本身具有其季節性的

變化特徵，由於受到調查時間、經費

等限制，無法在全年中按季節、假日

以及非假日的時間抽樣，若能針對上

述時間作深入研究，研究結果會比較

周全。

(二)自行車遊客的旅遊行為會隨著騎乘環

境屬性不同而改變，因此，對於遊

客行為的調查，應該每隔一段時間進

行，然而，本研究受限於時間因素，

沒有考慮環境屬性改變前後，遊客行

為的差異，若能加入這項研究，有助


於規劃管理策略或活動的修改。

(三)本研究對象僅限於自行車租借者，建

議可增加專業騎士與帶車來騎乘者的

討論。

(四)本研究以八里左岸自行車道為個案研

究，建議後續研究者可以增加個案以

比較之。

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高國峰：修平技術學院資訊網路技術系講師廖宜恩：中興大學資訊科學系副教授楊旺財：修平技術學院資訊網路技術系講師投稿日期：951023　接受刊登日期：9511117

使用統計訊的料庫索引調校方法效能之研究

高國峰、廖宜恩、楊旺

摘要

在資料庫系統中，我們經常藉由建立索引來改善讀取的速度。但是，索引一旦建立

以後，資料庫管理系統便要去維護索引與原始資料的一致性。所以，當對資料庫做寫入

動作時，索引反而將造成資料庫效能的下降。針對一個包含多個查詢的工作負載，如何

建立一個整體而言具有最佳效能的索引組態，則稱之為索引選擇問題。這個問題的傳統

作法，需要針對每一個查詢語句，去詢問資料庫最佳化器每種索引組態的成本。這樣的

作法相當浪費儲存空間及運算能力。為了避免這些缺點，我們利用儲存於資料庫系統中

的統計資訊，及最佳化器在評選索引時，所使用到的成本數據，發展出一個新的索引選

擇演算法。在這個演算法中，我們將會考量到功能相近索引之間的替代性，並且刪除不

適合存在的索引。本論文所提出之方法，已在PostgreSQL資料庫系統上以TPC-H的資料

庫作模擬測試。實驗結果證明，本論文提出方法所推薦的索引組態，具有較佳的整體效

能。

關鍵詞：資料庫系統、索引選擇、效能調校、PostgreSQL。


Kuo-Fong Kao, Instructor, Department of Information Networking Technology, HIT.I-En Liao, Associate Professor, Department of Information Science, NCHU.Wang-Hsai Yang, Instructor, Department of Information Networking Technology, HIT.

A Study on the Database Performance of the Index Selection Method Using Catalog Statistics

Kuo-Fong Kao, I-En Liao, Wang-Hsai Yang

Abstract

Using indexes can improve the database query performance, but the database system

should maintain the consistency between the original data file and the index file when data is

updated. The index selection problem (ISP) is to choose proper index set in order to minimize

the total cost for a given workload containing read and update queries. The ISP has been

proved to be an NP-hard problem. Because of the difficulty of ISP, most researches focus on

heuristic algorithms to get approximate solutions. However, even the approximate algorithms

still consume a large amount of computing time and disk space. It is because the system should

record all query statements and frequently ask database optimizer for the cost of each query

in most configurations. This study proposed a novel algorithm which does not need to inquire

database optimizer and only consume little system resource. When a query is delivered to

database system, the optimizer evaluates the cost of various query plans and chooses an access

path for the query. The information in evaluation stage is aggregated and recorded in the

database catalog with limited space. The proposed algorithm recommends indexes based only

on the catalog information without inquiring the optimizer again. The proposed algorithm is

tested in PostgreSQL database system using TPC-H data, and the experimental results show the

effectiveness of the proposed approach.

Keywords: Database System, Index Selection Problem, Performance Evaluation, Catalog

Statistics, PostgreSQL.

125使用統計訊的料庫索引調校方法效能之研究：高國峰、廖宜恩、楊旺

1.簡介

在資料庫系統中，我們經常藉由建

立索引來改善讀取的速度。但是，索引

一旦建立以後，資料庫管理系統便要去維

護索引與原始資料的一致性。所以，當對

資料庫做寫入動作時，索引反而將造成資

料庫效能的下降。針對一個包含多個查詢

的工作負載（workload），如何建立一個

整體而言具有最佳效能的索引組態，則稱

之為索引選擇問題(Index Selection Problem,

ISP) [5]。

資料庫索引選擇問題是一個NP-hard

的問題，因此有許多學者提出誘導式的

解法，以在有限的時間中，求出近似最佳

解。傳統上，求得近似最佳解的作法，仍

需要針對每一個查詢語句，去詢問資料庫

最佳化器（optimizer）多種索引組態的成

本。這樣的作法相當浪費儲存空間及運算

能力。

為了避免這些缺點，我們利用儲存

於資料庫系統中有限的統計資訊，及最

佳化器在評選索引時，所使用到的成本數

據，發展出一個新的索引選擇演算法。在

這個演算法中，我們使用了兩個評估索引

的技巧。第一：當最佳化器決定在某一個

查詢使用某個索引時，我們可以斷定使用

這個索引的效能要比使用循序搜尋好。所

以循序搜尋的成本可以當作這個索引的上

限(upper bound)。所以，當使用某一索引

的成本大於循序搜尋的成本時，則我們可

以說此索引不適合存在。第二：當某查詢

語句的索引因為不適合存在而被刪除時，

則此查詢語句可能會使用其它的屬性做為

索引，此時我們就必須將被刪除索引的成

本轉移到其他的「替代性」屬性中。運用

這些技術，我們就可以評估索引值不值得

建立，作為資料庫系統推薦索引的參考。

本論文所提出之方法，已在Linux平

台上的PostgreSQL資料庫系統上模擬測

試。在該測試中，採用TPC-H所定義的資

料表，做為受測的資料架構。並且根據

TPC-H所定義的查詢，經過部分修改後，

作為測試的工作負載。實驗結果證明，本

論文提出方法所推薦的索引組態，具有較

佳的整體效能。

2.索引選擇問題定義

索引選擇問題可以被描述為：在一個

包含多個資料庫查詢的系統中，決定要建

立哪些索引，能使整個資料庫系統獲得最

佳的效能，並且符合使用空間的限制，這

些資料庫查詢的集合我們稱為工作負載。

假設工作負載M包含m個資料庫查詢，此

m個資料庫查詢以qi表示，1≦i≦m。

資料庫系統去查找符合查詢條件的

資料的方式稱為存取路徑(access path)，

最基本的存取路徑為循序搜尋(sequential

scan)。另外我們也可以使用索引當作存取

路徑，有可能當作存取路徑的屬性欄位，

我們稱為相關欄位(relevant columns)。


所有相關欄位的聯集稱為候選索引集

(candidate index set)，表示為N。我們假設

N包含n個候選的索引，以aj表示，1≦j≦

n。每個候選索引所佔的空間以dj表示，1

≦j≦n；系統允許建立索引的空間上限以

D表示。假設系統只提供一種索引，則每

一個候選索引便有建立與不建立兩種狀

態，因此N的冪集合便代表系統所有可能

建立索引的狀態。我們把這個狀態稱為索

引組態(index configuration)。我們假設所有

索引組態的集合P包含p個索引組態，以ck

表示，1≦k≦p。每個索引組態k都可對應

到一個索引的集合Nk，代表索引組態ck中

所建立索引的集合。

我們定義cos t (q i,c k)代表在組態c k

時，執行資料庫查詢 q i所需要的執行

時間成本。 q i使用 c k的獲利則表示成

gain(qi,ck)=cost(qi, )-cost(qi,ck)，其中代

表空集合。如果以窮舉法(exhausted search)

來解索引選擇問題(ISP)，便是求出在所有

索引組態下，工作負載執行成本的加總

值；如果某個組態的成本值符合空間限制

並且最小，則該索引組態便是問題的最佳

解了。其目標函式如下所示：

上列的問題形式以及相關的限制

式，跟UFLP(Uncapacitated Facility Location

Problem)問題[2,6]，擁有類似的數學模

式。所以很明確的，索引選擇問題也是一

個NP-hard的問題。

3.系統架構

本文提出的方式是希望索引選擇工

具只透過系統目錄(system catalog)內的資

訊就可以決定要推薦的索引組態；既不

要儲存工作負載，也不要再透過資料庫最

佳化器去估算各種不同的索引組態下的成

本。圖1為系統目錄統計方法(CSA)索引選

擇工具的工作流程架構圖。雖然我們在推

薦索引時不再去詢問最佳化器，但不代表

我們的決策沒有依照最佳化器的估算成本

決定。相反的，我們的方式是完全依照最

佳化器的資訊來決定，而這些資訊在執行

查詢的時後便被分析並記錄在目錄中。所

以，本論文提出的方式仍是屬於最佳化器

成本基礎(optimizer-cost based)的方式。

圖1:CSA索引選擇的工作流程架構圖

為了避免儲存這些紀錄的空間，

會隨著工作負載內查詢數量的增加，而

跟著增加。我們設計了一個聚集統計

(aggregated statistics)的資料表架構。相關

的資訊，將依據資料表的屬性而聚集其統

Mi

ki cqt ,cosmin for all ck

Stored Data and Catalog information

Query Optimize

Index Selection Tool

Query statistics information

Database System

Query Query

Query Query

Recommended Configuration

(Approximate Solution)


計值。這樣的方式，我們歸納出下列幾種

特性：

1. 沒有必要儲存工作負載，也不用再

去分析或使用工作負載，。

2. 統計資訊所佔的空間只和資料表

(table)中的屬性個數成正比。

3. 索引選擇工具使用目錄統計資訊作

為索引推薦的基礎。

4. 系統目錄會依每次的查詢計畫(query

plan)累計資訊，其記錄的資訊以一

般最佳化器挑選查詢計畫所運用的

資訊為主。

上述四點特性中的第四點，其所運

用的資訊都要求是即時取得的，不希望

像傳統解ISP的演算法，運用虛擬索引

(virtual index)去排列各種索引組態，以取

得額外的數據。我們之所以採取這樣做

法的主要目的是希望能善加利用最佳化器

建立查詢計畫時所用到的資訊。如果我們

將最佳化器評選計畫後的資訊記錄然後運

算，所花費的額外成本幾乎為零，因為產

生這些資訊的成本原本就是最佳化器建立

計畫時就要付出的。若我們適當的運算並

記錄這些有用的資訊，則我們在做索引選

擇時，就不需要再去詢問最佳化器了。

4.成本模型

4.1 最佳化器的假設與可用訊的限制

最佳化器在執行查詢時，其所運用

的資訊如果無限制膨脹的話，我們前述所

討論的問題將無意義，故在此我們對最佳

化器所該知道的訊息作一個明確的限制。

我們提出以下兩個假設：

假設1. 最佳化器在決定查詢計畫(query plan)

時，至少知道其所使用查詢計畫的

成本與使用循序搜尋的成本。

假設2. 最佳化器會從目前當下的查詢計畫

中，挑選出成本最低的查詢計畫。

換句話說，若最佳化器所挑選的查

詢計畫有使用索引，則效能應該比

使用循序搜尋好。

當符合上述假設，我們可以說該最

佳化器是理智的（sanity）。此外，我們

定義了，典型的最佳化器，針對某一查詢

評選計畫時，所用到的資訊：

資訊1. 每一個資料表使用循序搜尋的成本，

及其資料筆數。

資訊2. 查詢語句所採用查詢計畫，針對每

個資料表或索引的讀、寫成本，及

其預估資料筆數。

資訊3. 查詢語句中，where子句裡每個符合

條件屬性的選取率(selectivity)。

一般最佳化器，多會先去預測上列

資訊的值，並據以評估要採用何種查詢計

畫。我們也將用這些資訊來評估索引是否

適合存在。

4.2 查詢語句的成本模型

一個查詢語句可以分成查詢(query)、


更新(upda t e )、刪除(de l e t i o n )、插入

(insertion)四種狀況。因為刪除和插入與更

新類似，所以在此我們主要討論查詢及更

新兩種狀況。在[4]中已建立一般性的成

本模型，從這個成本模型，我們可以把第

二節定義的cost(qi,ck)再細分為讀取成本、

維護索引成本及與索引無關的固定成本。

分別表示為rcost(qi,ck)、micost(qi,ck) 與

ccost(qi,ck)。其中，與索引無關的固定成

本包含更新資料表、輸出結果等動作的成

本。上述成本，都包涵在4.1節所提到的

資訊2當中，並可以表示成下列式子：

cost(qi,ck)=rcost(qi,ck)+micost(qi,ck)+ccost(qi)

…(1)

對某一索引組態ck的維護索引成本，

我們表示為：

…(2)

資料庫的維護索引成本對某一確定

的工作負載而言是固定的，不會隨著索引

組態不同而變動。故對任一索引組態ck中

的索引a的維護索引成本可以表示為：

…(3)

查詢對資料表及索引的讀取成本，

在不同的資料庫系統中，會有不同的估算

方式。在本研究，我們採用在[1,5]提出的

方式來估列。對某查詢所存取的某資料表

而言，假設該資料表擁有np個頁面與nt筆

資料（來自資訊1），該查詢並將提取nqt

筆資料（來自資訊2），同時使用該索引

時符合條件的選取率為s（來自資訊3）。

則頁面存取數(NPA)的計算方式如下

…(4)

針對索引成本的估算，我們則假設

該索引為B+樹( B+-tree)的結構，其每一資

料頁可以儲存的索引量（block factor）為

b。則根據[1]，存取索引的成本如下：

…(5)

5.索引效能評估

5.1 刪除索引

索引的存在，對資料庫更新的動作

必定要付出額外的維護成本，對查詢的動

作則有可能提供效能較好的存取路徑。換

句話說，一個索引對整個工作負載而言值

得存在，是因為使用索引在讀取操作所獲

得的利益大於其維護的成本。

我們使用刪除索引的誘導式方法來

判斷索引是否適合存在。對索引a而言，

當該索引被刪除後，若成本反而比較小，

代表索引a不適合存在。刪除索引的條

件，如下所示：

PkcqtmiMi

ki

allfor ,,cos

Mi

kiMi

ki acqtmicqtmitmi ,cos-,cosacos

2npnp

22np

if3

pnqt2np

nqt

np)NPA(nqt,

nqtif

npnqtn

ifnqt

1-b1

sntntlogb


…(6)

除了固定成本與索引是否存在無

關，不予考慮。將方程式(1)代入方程式

(6)，得到：

…(7)

上式可以再化簡為：

…(8)

方程式(8)右手邊項目代表索引a不存

在的情況下，最佳化器可能挑的存取路

徑，可能的做法為使用其他的索引或使用

循序搜尋。

由於我們無法知道在ck-a的組態

下，M中的查詢是否使用其他索引，因此

我們只好依我們所知道的有限資訊中的

循序搜尋成本，當成該值得上限值(upper

bound)。因為不管資料庫系統最佳化器採

取那一個索引當存取路徑，其成本都要比

循序搜尋成本低，才符合假設2。因此，

該上限值可表示成使用索引的次數，乘以

該資料表循序搜尋的成本。索引a使用的

次數表示為scanNum(a)；索引a所存在資

料表的循序搜尋成本存在於資訊1當中，

表示成tsCost(a)。刪除索引的條件，因此

可以表示成：

…(9)

如果公式(9)成立，則我們可以推斷

索引a不適合存在，故將索引a刪除，對整

個工作負載而言，會有更好的整體成本。

5.2 索引替

在5.1節使用的方法，雖然在功能上

已經足以篩選出一些明顯不好的索引，但

準確度不夠高。其原因在於：不同的索引

組態，最佳化器可能會挑選不同的存取

路徑。舉例來說，當我們用目前的成本數

據做判斷的基準，在刪除一個索引之後，

原本使用這個索引的查詢語句，可能會轉

而使用其他的索引，所以其他索引的搜尋

次數就可能增加，成本相關的數據就會不

同。因此，我們在改變索引組態後，繼續

使用舊的成本資訊來決定要刪除哪一個索

引，其正確性是可能產生偏差的。

如果要徹底解決這個問題，必須要

去詢問最佳化器新組態的成本，即所謂虛

擬索引的作法。這個做法將耗費大量的系

統資源，這是我們想避免的。所以，本論

文發展出另外一個技巧：偵測「替代性」

索引。

所謂「替代性」索引，意指當某個

索引被刪除時，最可能被資料庫系統採

用的其它索引。由於該替代索引，有高度

可能替代原先的索引，執行類似的查詢計

畫，因此我們可以把原先索引的成本，經

過換算後，轉換給替代索引。如此，我們

便可以在不再去詢問最佳化器的情況下，

Mi

kiMi

ki acqtcqt ,cos,cos

Miki

Miki

Miki

Miki

acqtmiacqtr

cqtmicqtr

,cos,cos

,cos,cos

Mi

kiMi

ki acqtrtmicqtr ,cosacos,cos

aatsCosttmicqtrMi

ki scanNum*acos,cos


仍舊掌握有較精確的成本估算值。替代索

引需要符合以下三個條件：

1. 原索引與替代索引都是在where子

句中。

2. 替代索引的選取率，低於最佳化器

使用索引的門檻。

3. 若有數個索引符合上述兩條件，則

以選取率較低的為替代索引。

當某個索引要被刪除時，它的成本

便轉移給替代索引。成本的轉移，則分成

資料表的讀取成本，與索引的讀取成本兩

部份。這兩個成本的預估值，可以分別從

方程式(4)與(5)推算出。以資料表的成本

為例，若原索引經方程式(4)推算的成本

為x，替代索引經方程式(4)推算的成本為

y，同時資料庫最佳化器估算使用原索引

的成本為r，則轉換給替代索引的成本為

xy

r 。

6. 統計訊料表綱要設計與演算法

為了讓第5.1與5.2節提出的評估索引

效能的技巧能夠實現，我們設計了一個

虛擬的資料庫系統目錄的資料表綱要，

共包含了relation_cost、index_statistics、

index_substitution三個資料表。這三個

資料表內所包含的屬性如表 1 所示。

relation_cost記錄關係表(relation)相關的基

本資訊。index_statistics及index_substitution

資料表則記錄資料庫執行時相關累計的統

計資訊。

表1:資料表的名稱及其所包含的屬性

料表稱屬性欄位稱屬性欄位描述

relation_cost

relid 關係表的ID

relname 關係表的名字

table_scan_cost 循序搜尋的成本

index_statistics

relid 關係表的ID

attname 屬性的名字

indexid 索引的ID

n_idx_scan使用索引查詢的次數

n_table_scan使用循序搜尋的次數

ifile_blks_read索引檔案的區塊讀取數

ifile_blks_write索引檔案的區塊更新數

rfile_blks_read資料表檔案的區塊讀取數

index_substitution

indexid 索引的ID

tran_attname 替代的屬性名字

n_tran_idx_scan替代的索引查詢資數

tran_ifile_blks_read轉換到替代索引的索引檔案讀取數

tran_rfile_blks_read轉換到替代索引的資料表檔案讀取數

資料庫的每一種操作，將更新上述

表格對應的欄位值。例如採取循序搜尋

時，則對應的n_table_scan就會加1；而

在做索引查詢時，我們會從SQL的語句

中找出所使用的索引是否有「替代性」

的屬性集。如果有的話，會依照其選取

率，挑選出一個當所使用的索引不存在

時，最可能替換的索引，並將之記錄到

index_substitution這個資料表中。當更新


index_substitution的資料時，要依照5.2節

敘述的成本模型，按照選取率的比例來計

算轉換的成本。

當使用者要求系統提出對索引的建

議時，系統便可以直接使用這三個資料

表的資訊來評估索引是否值得存在。首

先，將依照方程式(8)來判斷是否要刪

除索引。方程式(8)中右手邊的讀取成

本，將對應到index_statistic中該索引的

ifile_blks_read與rfile_blks_read兩個值相

加。維護成本則對應到index_statistic中該

索引的ifile_blks_write值。

當某一個索引被刪除後，系統便開

始轉換成本。系統將依照該被刪除索引

的indexid查詢index_substitution資料表，

將可以轉換的成本值讀取出來。並依

對應的轉換屬性名字，轉換到其對應到

index_statistics資料表中該屬性的成本。

索引成本轉換完成後，系統可以再

回到方程式(8)的評估刪除步驟，執行下

一個輪迴，挑選出下一個要被刪除的索

引，直到再也沒有索引可以被刪除為止。

詳細執行的步驟，如下所列：

1. 針對每一個索引，從index_statistics

資料表中，計算其ifile_blks_read、

ifile_blks_write與rfile_blks_read的總

合。

2. 針對每一個索引，計算其n_idx_scan

乘以table_scan_cost的乘積。

3. 比較每個索引步驟1和步驟2的結

果，如果1的結果小於2的結果，則

不予理會。反之，1的結果大於2的

結果，則此索引不適合存在，應

該將之刪除。找出1和2步驟差距最

大的索引，將之刪除，並進入第四

步驟。若所有索引，步驟1的結果

都小於步驟2的結果，則結束演算

法，並推薦該索引組態。

4 . 根據被刪除索引的 i n d e x i d ，從

index_substitution中找出替代性的

屬性，並將tran_ifile_blks_read及

tran_rfile_blks_read轉換到替代性的

屬性上。

5. 回到第一步驟，繼續查找不適合存

在的索引。

7.實驗模擬與效能比較

本論文所提出的方法，在PostgreSQL

7.3.3中[9]執行實驗模擬，以驗證其效能。

我們採用TPC-H的綱要(schema)及資料[11]

做為我們實驗用的資料庫數據，並建立

所有的索引，作為初始狀態。由於TPC-H

的查詢只有讀取沒有寫入，因此我們依

據TPC-H的原始查詢，擷取其部份語法，

分別建立了25個讀取與15個寫入的查詢，

作為我們基本查詢樣本。每一個查詢，

我們主要採用資料庫系統EXPLAIN指令

的回覆值，作為其相關成本的估算值。有

了這些基本資訊，以下的實驗分兩步驟進

行。第一，我們隨機建立工作負載，並找


出有機會發生索引替代的工作負載。因為

並非每一個工作負載都需要調整索引，我

們要先找到適合本論文研究的工作負載。

第二，我們實際在刪除索引前及刪除索引

後兩種組態，執行第一步驟找出的工作負

載，驗證其效能。

在第一步驟當中，我們從基本查詢

樣本中隨機挑選，建立多個包含10個讀取

及10個寫入查詢的工作負載。每一個工作

負載，依照本論文提出的演算法，判斷其

是否會刪除索引。我們總共隨機建立了約

500個工作負載，並記錄了其中28個做為

下一步驟檢測之用。

第一步驟找出的28個工作負載，分

別依照其初始的索引組態以及我們推薦

的索引組態，實際執行。每次執行，我們

都重新啟動PostgreSQL，並清空其緩衝區

資料。同時，在執行結束後，我們分別記

錄其資料表檔案及索引檔的I/O次數以及

緩衝區存取次數。我們最後以I/O次數加

上緩衝區命中次數，作為總體效能的衡量

值。

實驗結果顯示，本論文提出的演算

法，能確實改善資料庫系統的效能。在28

個實驗的工作負載中，其平均的改善比例

達到28.97%。

8.相關研究

儘管索引選擇問題是NP-hard的問

題，仍舊有許多求近似解的演算法被發展

出來。目前許多的商業資料庫系統，皆已

將此功能實作於其管理介面當中。

微軟（Microsoft）所發展的資料庫系

統SQL Server，在1997年所提供的SQL Server

7.0中，即提供索引微調精靈[4]，以方便資

料庫管理者管理資料庫系統。該系統利用

虛擬索引評估工作負載成本的方式，實作

索引微調工具，其主要步驟如下。

首先要使用SQL Profiler記錄資料庫所

執行的查詢，成為要被分析的工作負載。

接著，啟動索引微調精靈，系統將找出

可能影響查詢成本的欄位，成為候選索

引(candidate index)。接著仔細分析候選索

引，並重新計算新組態的成本，判斷是

否該建立或刪除索引。下一步則更精確分

析是否有必要使用多重欄位索引，若有則

再次評估其總效益。最後將推薦的索引組

態，回應給使用者。

IBM所提供的資料庫系統DB2，在

2000年DB2 6.0版中亦提供索引微調工具

[12]，DB2微調方法與微軟的架構作法相

似，以SAEFIS演算法，將查詢語句，依

照where子句的條件限制方式，分成多種

情況分析。經過分析評估後，在不超過空

間限制之下，挑出的欄位依重要性高低建

立虛擬索引(virtual index)，並計算出可能

需要的統計資訊，最後由最佳化器挑選，

若虛擬索引出現在挑選集合中，則表示推

薦該欄位建立索引。

Oracle公司在Oracle 8i的產品中也提


供系統微調的工具：Tuning Pack[8]，來協

助管理者，能夠方便的管理資料庫系統。

不過Oracle並沒有公佈其索引調校的演算

法。

9.結論

本論文提出了一個使用統計資訊的

方法，利用存在於資料庫系統目錄中累計

的資訊，來評估索引適不適合存在，並藉

由刪除不適合存在的索引來增加資料庫的

效能。我們將演算法應用在開放原始碼的

PostgreSQL資料庫系統上，發現效能的確

有具體的改善。本演算法最大的特點是，

不需要用到虛擬索引，也不需要耗費大量

空間儲存工作負載，能夠快速的提供即時

的索引組態推薦。未來，我們將針對索引

的效能評估，提出更多的分析技巧，以便

能更精確的推荐適當的索引組態。

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Data Engineering, San Diego, CA, 2000,

pp.101-110.



陳義分：修平技術學院工管系講師楊展耀：修平技術學院工管系講師李子元：修平技術學院工管系講師顧志遠：中原大學企業管理系教授投稿日期：950825　接受刊登日期：951122

最過預約政策之研究：以某飯店為例

陳義分、楊展耀、李子元、顧志遠

摘要

近幾年來，服務業蓬勃發展。對服務業相關的探討亦成為學界的研究焦點。在服務

業中，服務者的服務成本及被服務者的等候成本，都是很值得研究及關心的問題，企業

為求永續經營，創造利潤，必須選擇最適當的服務規模，來提昇企業之競爭力及服務品

質。

服務業常藉由「預約系統」來做為提昇服務品質與資源利用率的工具。但由於顧客

可能取消事前的預約或屆時無法履約，因此企業進一步會讓預約顧客數量超過原有的服

務容量，而產生「過預約」以預防可能會有的服務容量未充分使用的問題。若過預約訂

的太低，會失去其原始目的；若訂的太高，又容易造成因超額情形而形成企業的賠償成

本。因此，如何建構最適過預約政策，是服務業相當重要的課題。

本研究利用機率模式、數學規劃等方法。建立最適過預約政策之訂定模式。並以國

內某飯店為研究對象做實證分析。

關鍵詞：服務業、過預約政策、機率模式、數學規劃。


Yee-Fen Chen, Lecturer, Department of Industrial Engineering and Management, HIT.Chan-Yaw Yang, Lecturer, Department of Industrial Engineering and Management, HIT.Tzu-Yuan Lee, Lecturer, Department of Industrial Engineering and Management, HIT.Yuh-Yuan Guh, Professor, Department of Business Administration, CYCU.

A Study on Optimizing the Overbooking Policy:Based example on some Hotel

Yee-Fen Chen, Chan-Yaw Yang, Tzu-Yuan Lee, Yuh-Yuan Guh

Abstract

In the recent years, the development of service system has already become the tendency of

the future. In service industry, the service cost and waiting cost for both customer and enterprise

are worth to be researched and concerned. To reduce the meaningless waiting, enterprise usually

uses the appointment system to schedule the service time of customers. But the problem about

customers’ breakings on appointment always occurs. In order to match the capacity of demand

and supply, the overbooking strategy is used to ensure the capacity provided has a maximal

utilization rate. Accurate prediction the number of customers who break on appointment

to design the overbooking strategy becomes an important task. This research is cooperated

with some Hotel as a case study. The purpose of this study is to develop an analytical model

combined by probability theory and mathematical programming which aids the manager to

make an optimal overbooking policy.

Keywords: Service industry, Overbooking, Mathematical Programming, Probability Model.

137最過預約政策之研究：以某飯店為例：陳義分、楊展耀、李子元、顧志遠

1、前言

近幾年來，服務業蓬勃發展。對服

務業相關的探討亦成為學界的研究焦點。

在服務業中，服務者的服務成本及被服務

者的等候成本，都是很值得研究及關心的

問題，企業為求永續經營，創造利潤，必

須選擇最適當的服務規模，來提昇企業之

競爭力及服務品質。

服務業所提供的服務隨著時間消逝

無法以庫存方式保持，而「有限的服務

容量」又是大多數服務業共同的現象(例

如：旅館的房間、航空公司的機位、音樂

廳的座位等等)，故服務業不易透過存貨

方式調節服務供需間的平衡。

為減少顧客無謂的等候並提昇服務

品質，企業往往採用預約制度來排定顧

客接受服務之時間。但有預約相對的就

會有失約的問題，為了避免因顧客失約而

造成企業資源浪費，企業會讓預約顧客數

量超過原有的服務容量，即所謂的「過預

約」，以預防可能會有的服務容量未充分

使用問題。

過預約上限水準的決定是否適當，

有形的會直接影響企業的經營獲利表現，

無形的更會影響企業的形象。若訂的太

低，對服務容量使用率的提高恐無實質幫

助；若訂的太高，則會發生部分預約顧客

無法接受服務的狀況，而造成企業賠償損

失。本研究乃對最適過預約政策訂定的模

式與方法作一探討，包括單一服務水準與

多重服務水準。並以國內某飯店為個案研

究對象做實證分析，期望為個案公司尋求

最適過預約上限訂定值，以提昇企業的獲

利能力。

2、文獻探討

過預約政策簡單地說即是超額訂房

的情況，根據Baker & Collier（1999）[3]的

定義，過預約政策的目的為求抵銷已預約

顧客因故不履約的損失；所以，將預約客

房數的總數超過實際旅館實有的客房數，

以便臨時有顧客在未通知的情況下失約發

生時，不致於因空房而造成損失。

許多旅館在處理過預約水準時，多

以嘗試錯誤法（trial-and-error）為基礎，

其結果可能導致因住房率過低而造成收益

上的損失，或是因為過預約水準過高，而

使得已預約顧客因無房可住而抱怨以及增

加為安排已預約顧客無房可住的相關安排

成本（Toh, 1985）[15]；換句話說，上述

依經驗準則而採用的過預約政策，似嫌過

於主觀且不符實情。因此，各界學者莫不

積極尋求更有效的預估系統。

有關過預約上限水準的決定，一般

的研究可分成單一服務等級與多重服務等

級兩類。

2.1 單㆒服務等級

只提供單一種服務等級的設施供消

費者使用。單一服務等級的服務業經常可


見，例如鐵路客運。業者為提高服務容

量的利用，會根據過去顧客失約資料訂定

過預約比率，Beckmann (1958) 最早提出

有關於單一服務等級訂定過預約上限的方

法。[4]

2.2 多重服務等級

企業為了提供不同客戶群的需求，

常將服務容量分隔成幾個等級（例如

航空公司的頭等艙與經濟艙），因而發

展出所謂的「區隔式預約系統（Distinct

Reservation System）」與「巢式預約系統

（Nested Reservation System）」。區隔式

預約系統係指企業的每一種服務等級，

由決策人員根據相關的資料，各自訂定不

同的過預約上限數量，而各等級容量的加

總，就是企業的總服務容量。

為解決區隔式預約系統缺乏機動性

的遺憾，後續發展出巢式預約系統。巢式

預約系統的特點，是在於各服務等級的容

量可做彈性的調整，同時保障較高等級的

顧客。但是此法除了最高等級的顧客沒有

限制外，其他等級顧客的容量，仍有所限

制。

有關「過預約系統」之應用研究，

因各產業屬性不同，大部分都是以個案方

式進行。國內外之研究大多以航空公司機

票定位為研究對象。

目前國外已有少數學者從事過預約

系統的相關研究，但是相較於航空業者，

以飯店業為研究對象之報告為數仍少；而

在國內，近十年來尚無以飯店業為研究對

象之報告。

3、最過預約政策訂定模式之

建立

3.1 預約顧客實際出現機率之建立

Thompson (1961)延續了Beckmann

(1958) 的研究，對所探討的模式分別作了

兩個假設：[14]

1.預約與取消的事件均為隨機且是相互獨

立的事件：即任何一次的預約與取消預

約的行為彼此之間並無關連。

2.在模式的過程中，只有單純考慮一般平

常的的情況時，因此可以透過歷史的資

料找出其取消機率，而此機率是一相當

穩定的情況。

不少學者也證明了顧客取消預約

的行為和其事前預約的時間之間並無關

係，如：Rothstein (1971), Rothstein (1974),

Schlifer and Vardi (1975), Ladany (1978),

Rothstein (1985),以及Alstrup et al. (1986)等

均以二項式分配的假設條件來討論顧客

的預約取消行為。換句話說，預約顧客

其實際出現的機率，也同樣是呈二項式

分配。

本研究為使模式的建立可以與實際

的情形相符，將沿襲以往學者的討論方

式，以二項式分配來作為預約顧客實際出


現的機率分配函數，作為模式探討的理論

基礎。

3.2 數學模式一：單一服務等級

當企業只提供單一服務等級的服務

型態時，會有以下三種可能情況：

1.實際出現的顧客人數少於服務容量（服

務容量過剩）。

2.實際出現的顧客人數等於服務容量（服

務容量飽和）。

3.實際出現的顧客人數多於服務容量（服

務容量不足）。

有關服務容量與過預約之關係如圖1。

情況2，當實際出現的顧客人數(Xn)

等於服務容量(Kx)，此時服務容量達到飽

和狀態，可發揮最大效率，所需成本最

低，是企業最想要達到的目標。但由於

許多外在因素的影響，這種情況並不常出

現，因此要藉助過預約上限的訂定來滿足

這個目標。

過預約上限水準的制定是使服務業

提高使用率、有效經營的一個方式。當

過預約上限水準制定的越高，則服務容量

過剩的機會就越小，產生資源浪費的成本

亦相對的減少，企業可獲取高利潤的機率

也就增加；然而由於服務容量是固定有限

的，由於預約與履約數量的增加，因而使

f(x)

Kx Ux

圖1　服務容量與過預約關係圖

得企業發生超賣的機會也相對提高，企業

因超賣所造成的賠償支出費用，又成為經

營的成本了。

簡言之，企業所需支付的成本有兩

大項目：(1)資源未有效使用而造成無效

的浪費。(2)發生超賣時須賠償的費用支

出。為了利潤極大化的目標，企業必須

在此兩項成本中尋找最佳解以降低成本支

出，該最佳解即為最適過預約政策。

3.2.1 符號定義與說明

f(x)：x個顧客出現之機率分配

Xn：n水準之下實際出現的顧客人數

K ：服務容量水準（Capacity）

Px：服務容量之單位價格


Ux：預約人數之最高限制水準

Pxd：當Xn<K時(K-Xn)部分的單位成本

Pxu：當Xn>K時(Xn-K)部分的單位成本

Cd：當Xn<K時的總支出成本

Cu：當Xn>K時的總支出成本

TR：總收入

ER：期望收入

y：二元控制變數(y=0 or 1)

n

x Xn

uxn

dxnx

UyKXPxfyXKPxfXPxfERMax )1()()()()()(

ud CCTR

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0

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1)(0

0

3.2.3 分析與解釋

(1)當實際出現的顧客人數少於服務

容量（Xn<K）時之成本：Cd

此成本是由於Xn小於K所產生的，將

每個Xn<K的機率值乘上相對Xn與K之間的

的差值，再乘上損失的單位成本，最後加

總起來就可以求出期望損失成本Cd。

(2)當實際出現的顧客人數多於服務

容量（Xn>K）時之成本：Cu

此成本是由於Xn大於K所產生的，將

每個Xn>K的機率值乘上相對Xn與K之間的

的差值，再乘上須賠償的單位成本，最後

加總起來就可以求出期望損失成本Cu。

將上式兩式子中的兩種期望損失成

本Cd與Cu加總起來，即為期望的總損失成

本，以總收入減去此總損失成本，即可

求出期望的總利潤。技術上，可使用二元

變數y做顧客出現人數與服務容量間的控

制。

3.3 數學模式二：兩種服務等級


本研究將巢式預約系統做一調整，

即不論是哪一個服務等級，均可以做容量

之間的相互支援，使資源做最大的運用。

在此以兩種服務等級為例，討論服務等級

之間容量的相互支援與配置的問題。

假設有X和Y兩種服務等級，其顧客

出現數的機率分配分別為f(X)和f(Y)，而Kx

和Ky是其個別的服務容量水準，Ux和Uy則

是各自訂定的過預約上限水準，即Ux和Uy

組合成為業者所要決定的政策。只要總服

務容量未達飽和狀態，兩個等級之間可以

隨時做調配。因此有可能X等級的顧客接

受Y等級的服務，而Y等級的顧客接受X等

級的服務，如此不僅增加了服務容量的使

用，也減少了無法接受服務的顧客數量，

進而提高了經營的效率。

3.3.1 假設條件

(1)有兩種服務容量水準（X，Y）

(2)Y等級優於X等級

(3 )各等級顧客取消預約機率相同

(4) 任一個等級的服務容量達飽和，

而另一個服務容量尚有空缺時，

可以將顧客分派至該一等級。

(5) 當有事前已經預約的顧客，無法

取得應有的服務時，企業應給予

之賠償損失。

3.3.2 符號定義與說明

f(x)：X等級顧客出現x人數之機率分配

f(y)：Y等級顧客出現y人數之機率分配

Xn：X等級顧客實際出現的顧客人數

Yn：Y等級顧客實際出現的顧客人數

Kx ， Ky ：X，Y等級顧客服務容量水準

K：總服務容量水準= Kx + Ky

U i： i等級顧客預約人數之最高限制水

準，i= X，Y

Px：X服務等級之單位價格

Py：Y服務等級之單位價格

Dij：在i等級時，產生j種情況的單位成本

j=1：當各服務等級之容量未達飽和時，

所必須額外承擔的成本

j=2：當該等級(例如X等級)的服務容量達

飽和時，必須使用到另一服務等級

(例如Y等級)的容量時所需之成本

j=3：當總服務容量已經飽和，所必須承

擔支付賠償顧客的成本

i：服務容量與顧客數之間的差量( Ki-in )

CT：不同單位成本下的總成本 T=1,2,3,4,5,6

TC：總服務容量之成本

ER：總服務容量之期望收益


TCYPXPyfxfERMaxn n

X X Ynynx

U

6,5,4,3,2,1

,.....2,1,01

,.....2,1,01

0

6

1

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UXppxf

ER

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X

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n

nxnx

n

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0

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KKK

UY

UX

UUYX

yx

yn

xn

yxnn

3.3.4 分析與解釋

當服務業提供兩種服務容量水準的

時候，總共會產生六種不同的可能情況，

也就是會有六種不同的成本。依照各種可

能情況發生的機率，和各種情形需負擔成

本的組合，找出期望的損失成本。共計六

種成本相對關係如圖2，茲將六種情況分

述如下：

圖2　六種成本相對關係圖

Xn+Yn=K

TCYPXPyfxfERMaxn n

X X Ynynx

U

6,5,4,3,2,1

,.....2,1,01

,.....2,1,01

0

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TCTC

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ynxnnn KYandKXifKYX

MYX

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ynxnnn KYandKXifKYX

21,

2 ,)( YYnXnXNYX

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ynxnnn KYandKXifKYX

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YnXnnn KYandKXifKYX .

23,

4 ,)( XnYXXnPYX

DYKDYUXyxfCE

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ynxnnn KYandKXifKYX

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6 ,)( YYnXXnRYX

DKYDKXyxfCE


ynxnnn KYandKXifKYX

33,

6 ,)( YYnXXnRYX

DKYDKXyxfCE

4、實證研究

4.1 基本料

合作企業位於南投縣鹿谷鄉，成立

至今已30年，是國內少數永續經營的優質

休閒度假飯店，同時曾多次榮獲觀光局

「優良旅館」及南投縣衛生局「優良餐飲

衛生」殊榮。相關費率資料由該飯店所提

供，再代入模式中求解。有關數據如表1

所示。

表1　合作企業相關費率資料

服務等級 X等級 Y等級

銷售單位價格 2600 3800

未飽和單位成本 650 1050

調整服務容量單位成本 500 850

超賣容量需付出單位成本 3500 5000

預約後履約機率 0.88 0.92

可提供服務數量 127 36

4.2 單㆒服務等級分析

將收集到的資料，分別以不同的過

預約上限水準代入3.2.2節中的數學模式，

再找出這些不同水準下的期望利潤極大

者。相關的數據結果如表2所示。

表2 各單一服務等級之期望利潤與最適過預約上限值

單一服務過預約上限值期望利潤最適過預約上限值

X=144 323445X=145 324350X=146 324938X=147 325237X=148 325282 ***

X=149 325114X=150 324774


X=151 324301X=152 323727Y=40 130211Y=41 131993Y=42 132901Y=43 133092 ***

Y=44 132766Y=45 132107Y=46 131253

4.3 兩種服務等級分析

將收集到的資料，分別以不同的組

合方式代入3.3.3節中的數學模式，再找出

這些不同組合下的期望利潤極大者。相關

的數據結果如表3所示。

表3　兩種服務等級組合之過預約上限與期望利潤表

Y等級過預約上限值 X等級過預約上限值期望利潤最適過預約值

42 141 46899542 142 46974242 143 46998342 144 46979242 145 46927243 140 47304943 141 47392043 142 47407143 143 47355943 144 47249944 137 47382744 138 47671044 139 478839 ***

44 140 47882444 141 47924044 142 47877045 135 46840745 136 46842945 137 46843845 138 46843445 139 468418


4.4 結果分析

透過模式的運算，由表3中可以知道

在單一服務水準下期望利潤極大的最適過

預約上限分別是X=148與Y=43，並不是出

現在最大上限值，由此可知並非將過預約

上限定的越高就會有越高的利潤。

由表3中可發現兩種服務等級下期望

利潤極大的最適過預約組合是(X=139，

Y=44)，對照表2的結果，可發現利潤極大

的組合未必是出現在個別的期望利潤極大

的上限值，由此可知整體最適過預約政策

的制定有其必要性。

5、結論與建議

5.1 結論

永續經營是每一個企業的最大理

想，而透過最適過預約政策的訂定，是

服務容量有限的產業用來增加產能，創造

利潤以進一步達到理想的常見方式。本研

究建立訂定最適過預約政策的模式，為個

案公司提供一個過預約政策制定的參考依

據。茲將有關的探討結果，作一綜合說明

與整理於下：

1.許多旅館在處理過預約水準時，多以嘗

試錯誤法為基礎，而無一定之依循標

準，本研究提出一套有系統的評估模式

供參考。

2.以往之討論多以價格策略為重點方向，

訂定過預約上限，屬需求面導向。本研

究乃針對管理者較能掌握的供給面部份

作探討，找出最適合的過預約政策。

3. 本研究延伸了巢式預約系統的概念，討

論在不同服務等級之間相互作支援的問

題。

4. 本研究將訂定過預約上限水準政策從單

一服務等級開始作討論，逐一建立起決

策模式，並討論兩種服務等級的模式。

5. 兩種服務等級的利潤極大組合未必是出

現在個別的期望利潤極大的上限值，由

此可知整體政策的制定有其必要性。

5.2 後續研究建議

1.本研究僅針對單一服務等級與兩種服務

等級研究，將來可延伸為多重服務等級

做後續研究。

2.本研究的討論是將巢式預約系統的方式

作更有彈性的調整。資料的正確性相形

重要，建議後續研究可對資料收集方向

著手，建立完整的資料庫供決策單位參

考。

6、致謝

本研究之經費由國科會計劃 N S C

94-2622-E-164-003-CC3補助支持，特此致

謝。

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陳義分：修平技術學院工管系講師周永燦：中原大學工業工程學系助理教授鄭瑞昌：臺中技術學院財金系副教授投稿日期：951101　接受刊登日期：951208

契約用電容量與用電設備排程之整合研究

陳義分、周永燦、鄭瑞昌

摘要

一般而言，包括飯店、工廠、公司、學校等等大型用電戶大多與台灣電力公司簽訂

有「契約用電容量」。「契約容量」簽訂的恰當與否對於電費影響深鉅：訂的太高的話

每月需付出較高的線路與動力租用成本；如果訂的太低的話，則因為超出契約用電而須

接受較高的罰金。契約容量之計算係依整體用電持續十五分鐘之尖峰用電量；若公司未

對「用電設備」作整體規劃，極可能造成尖峰用電量超過契約容量的情形。

若只考慮生產管理之「生產排程」問題，往往忽略了「契約容量」的罰款問題，而

造成營運成本增加。為了提高企業資源運用的彈性，「契約容量」與「用電排程」這兩

種問題同時考慮的必要性是存在的。若公司未事先妥善規劃「用電排程」，可能分析求

得的「契約容量」簽訂值未必是最佳解；若能妥善規劃「用電排程」，則更可確保公司

可有最佳的「契約容量」簽訂值，藉以降低營運成本，提升企業競爭力。本研究利用數

學規劃技術求得「契約容量」與「用電排程」最佳簽訂值；並以某交通號誌生產公司之

用電資料做實證分析。

關鍵詞：契約容量、數學規劃、生產管理、生產排程。


Yee-Fen Chen, Lecturer, Department of Industrial Engineering and Management, HIT. Yung T. Jou1, Assistant Professor, Department of Industrial Engineering, Chung Yuan Christian University.Jui-Chang Cheng, Associate Professor, Department of Finance, National Taichung Institute of Technology.

The study of integrating the Power-Contract and the Scheduling of the Power Devices

Yee-Fen Chen, Yung T. Jou1, Jui-Chang Cheng

Abstract

Most hotels, companies and schools make a contract with the Taiwan Power Company

concerning the power energy. A higher power-contract will take higher rent-cost; while a lower

power-contract will probably get higher fine. So, a best fitted power-contract will reduce the

power cost down.

The contract we calculated may not be the optimal solution if the enterprises did not make

a good study of scheduling among the Large-Power devices. After scheduling the devices,

we can make sure that the contract will be the best solution. This study integrates the Power-

Contract and the Scheduling of the Large-Power devices of the Letaho Co.,Ltd.

The purposes of the study are described below: To forecast the power-contact of the Letaho

Co.,Ltd., to establish the optimal power-contact, and finally to make a study of scheduling the

Large-Power devices.

Keywords: Production Management, Schedule, Power-Contract, Mathematical Programming.

151契約用電容量與用電設備排程之整合研究：陳義分、周永燦、鄭瑞昌

㆒、前言

製造業與服務業如何降低成本，攸

關企業的競爭力，大型用電戶（例如飯

店、工廠、學校等等）經常因與台電所簽

訂之「契約用電」未經最佳化計算。一方

面使得廠商成本居高，市場競爭力薄弱；

另一方面也造成國家能源的浪費。如何

應用最佳化契約容量簽訂值，並有效控制

大型用電設備的「用電排程」，以降低成

本，提昇競爭力，實屬刻不容緩的課題。

「契約容量」簽訂的恰當與否對於

電費影響深鉅。陳義分[1]等人曾就服務

業進行契約用電量最佳化之研究，對降低

用電成本有具體之貢獻。在求出「契約容

量」的最佳簽訂值後，若能透過生產排程

技術對用電設備作「用電排程」規劃，則

更能確保公司的尖峰用電控制在所簽訂之

契約容量內。本研究利用生產排程觀念，

求出大型用電設備的「用電排程」，除了

可以降低企業的用電成本之外，更可做為

下一年度的契約用電簽訂值的修正參考。

具體而言，本研究之目的有五：

(一)個案企業未來一年用電契約容量的預

測；

(二)建立企業年度中各月應調整契約容量

之最佳解；

(三)建立企業「大型用電設備」的資料；

(四)建立用電設備的「用電排程」；

(五)將所建立的預測模式移轉，以適用於

其他相關企業。

本研究應用數學規劃求出「契約容

量」的最佳簽訂模式，並利用生產排程觀

念規劃大型用電設備之「用電排程」以減

少各單位因超過「契約容量」而受罰之情

形。可將研究內容分成四個系統分別說明

如下：

(一)「契約容量」簽訂模式建立

(二)「用電排程」模式建立

(三)修正「契約容量」簽訂模式

(四)模式移轉

㆓、契約用電模式建立

首先收集個案企業91年至94年之間的

用電資料並進行分析；再利用模式並套用

用電資料即可建立訂定最佳契約容量的簽

訂模式。

(㆒)電費計價方式描述

個案企業用電種類係屬照明及動力

混和高壓用電，電費計價方式可分成三部

份，總電費則為該三部份之總合【4】，

現分別敘述於後：

1、基本電費：亦即瞬間最大用電之月費，

單位為KW。可分二小部份說明：

(1) 基本電費租金：若契約容量已簽訂

則為固定成本，若欲往上調整1 KW

則須繳交1670元之線路補助費，往

下調整無須繳交任何費用。基本電

費租金＝契約容量＊T元。【註1】

【註1】：T值:1670元


(2)超負荷追加費：

A. 若超負荷小於契約容量10％以下

時，超負荷追加費＝（尖峰負荷

－契約容量）*（T*2）

B. 若超負荷大於契約容量10％以上

時，超負荷追加費＝〔契約容量

＊10％*T*2〕＋〔（尖峰負荷－

契約容量*110％）*T*3〕。

2、流動電費：亦即用電度數，單位為KW-

Hour。流動電費計價方式為多重費率，

計算方式為：流動電費＝使用度數*K

元。【註2】

【註2】：K值的計算方式分成：

尖峰時間（週一至週五07:30~22:30）

為1.984元/每度電離峰時間（週一至

週五除尖峰時間外）為0.745元/每度

電週六半尖峰時間（週六、日）為

1.27元/每度電

3、功率因素：由於電力在傳輸中有熱能

之耗損。若功率趨近於100%，則表示

電力系統效率極高。因此電費中計入

此因素之目的乃為鼓勵（懲罰）使用

效率高（低）之用戶。

(㆓)基本模式

總電費為基本電費，流動電費及功

率因素三項之和，由於流動電費計價方式

採固定費率；而功率因素為線路問題。因

此本研究探討的就只剩基本電費的問題，

而在這部份我們希望能找到一個數學方法

來決定最佳「契約容量」。

可將訂定最佳契約容量問題劃分成

兩個部分：

1、如何根據過去的歷史資料預測未來年

度的各月尖峰用電量。

2、如何根據來年度各月尖峰容量預測值

訂定最佳契約容量。

將上述兩部份分別敘述如下：

1、預測模式的建立：

　　首先將觀察值以移動平均法求算

移動平均數，其次將每月觀察值除以

該月的移動平均數，然後求算季節指

標。季節指標=同月份12個月移動平

均數百分率／4。

　　季節指標求算出來之後，將實際

觀察值以簡單迴歸分析求算長期趨勢

，然後將長期趨勢求算出來的預測值

乘上季節指標而得該月份的預測值。

2、最佳契約容量模式之建立：【1】

影響年度容量電費的因素有二：

(1). 所訂契約容量及實際所用容量之差

距，若實際所用最高容量低於當初

所定契約容量，則以契約容量為計

價標準；若最高容量大於契約容

量，則依據超出之容量多寡予以不

同的處罰。

(2). 用戶均可依自己之需求而調整契約

容量，唯每往上調整一KW需繳納

1670元線路補助費，調低不需繳交

任何費用。


=6~9

12

1

.i

Min


0 Xi-Xi-1

1670*(Xi-Xi-1)

0 ri/1.1 ri Xi

Ti *Xi

Ti *2*ri- Ti *Xi

Ti *3*ri- Ti *2.1*Xi

圖1　目標函數(4) 圖2　目標函數(5)

l

i 1

n

k 11

m

k 12

n

k 11

m

k 12

n

k 11

m

k 12

167max(xi - xi-1),0　　　　　　(4) Ti*xi ri≦xi

Ti*2*ri - Ti*xi ri/1.1＜xi≦ri (5)

Ti*3*ri - 2.1*Ti*xi xi≦ri/1.1


㆔、用電排程模式

若公司未對大型用電設備作整體規

劃，亦即做「用電排程」規劃，極可能造

成尖峰用電量超過契約容量的情形。為了

提高資源運用的彈性，「契約容量規劃」

與「用電排程規劃」兩種問題同時考慮的

必要性是存在的。【2】

(㆒)目的：

為避免因超約而受罰，首要目的是

為了有效控制契約用電容量在契約值內；

其次則為降低下一年度之契約用電容量，

首年目標暫定10%。

(㆓)分類方式：

以建物為單位，各單位依重要程度

將用電設備分成三級。

1. A級：最重要，不得任意關閉之用電設

備；佔該單位50%以下。

2. B級：次重要，不定時開啟之用電設

備，但可視情況關閉；佔該單位40%以

下。

3. C級：較不重要，可隨時在10分鐘內關

閉之用電設備；佔該單位10%以上。

(㆔)基本假設：

1. 各單位均遵守用電規則，並合理使用。

2. 將一天劃分成24個時段，依每時段規劃

與監控。

3. 平時提供A級、B級正常使用，並將各

寬鬆時段資訊提供各單位，以便C級使

用。

4. 超出契約容量時，優先關閉C級用電設

備。

5. 各單位每季定期檢討修正A、B、C級分

類之適當性。

6. 經常性超出(低於)契約容量時，則考慮

調高(調降)契約容量簽定值。

(㆕)控系統：

1 . 監控系統：利用電氣訊號擷取設

備，將訊號於多功能電表記錄下

來，經由訊號專線RS-485、電話訊

號線傳輸給電力監控程式作控制判

斷，欲下達控制指令時，控制訊號

亦是利用電話訊號線、專線RS-485

傳輸給PLC，由PLC 驅動電達啟斷

負載。可監控並紀錄各單位瞬間用

電狀況。【6】

2. 監控中心：分成綠燈、黃燈與紅

燈。綠燈表示瞬間用電在契約容量

內；黃燈表示瞬間用電超出契約容

量10%以內；紅燈表示瞬間用電超

出契約容量20%以上。

3. 黃燈亮時在10分鐘內關閉C級用電

設備，採先進先出法；亦即優先關

閉使用較久的C級用電設備。直至

降為綠燈為止。

4. 紅燈亮時在10分鐘內關閉C級用電

設備，若仍未達到綠燈狀態，則關


閉B級用電設備，採先進先出法；

直至降為綠燈為止。

(㈤)數模式：

依照個案公司所設定之目標，可以

如下之數學規劃模式表示：

㆕、實證分析

(㆒)契約容量：

收集個案企業的最高尖峰容量歷史

資料記錄（附表一）。該公司於94年度的

契約容量簽訂值為120KW。根據該公司過

去四年來的實際用電紀錄而得之預測結果

如下：

YT=106.52+0.3857*X

YT：長期趨勢預測值

X：月份*2+47

根據以上之預測值，X0為原先訂定

的契約容量120KW，利用LINDO軟體求

解，得到如表1之結果。

(8)

表1 執行結果調整表

月最高用電預測值最佳契約容量

12 104 120

1 135 135

2 157 150

3 127 150

4 120 150

5 114 150

6 115 150

7 138 150

8 148 150

9 137 137

10 113 137

11 135 137

12 123 137

Minimize cost =314,824（元）

結果顯示為求成本之最低，若依先

前所簽訂之契約容量為基準；必需於元

月份往上調高至135KW，接著於二月份

往上調高至150KW，並於九月份往下調至

137KW

1、原先所訂契約容量120KW，所需之電

費成本為：326,696元（附錄三）

-13


圖3　原契約容量程式執行結果

2、若依照本模式往上調高至150KW，所

需之電費成本為：314,824（元）；每

年可節省用電成本為11,872元；亦即

3.8%。（附錄四）

圖4　分段調整後執行結果

由於模式中每月最高容量係預測

值，所以如果能夠以每月實際最高容量值

替代預測值則可修正偏差，而得到與實際

情形較接近之結果。

(㆓)、用電排程：

1、有關個案企業的用電設備基本資料

如附表五，將各用電單位分成五個部

分。

2、套用模式後，可將契約容量控制在

140KW。

3、因降低契約容量簽定值所節省之電費

租金為10*（239.4*4+176.4*8）=23,688

元/年，亦即每年減少7.5%。

圖5　用電排程執行結果

㈤、結論與建議

在各行各業均相當競爭的微利時代

下，各企業唯有藉「開源」與「節流」

以增加競爭力，本研究針對用電的「節

流」部分提出解決方案，若依照本模式

往上調高至150KW，所需之電費成本為：

314,824（元）；每年可節省用電成本為

11,872元；亦即3.8%。而控管各單位用電

設備之用電排程則可有效降低用電成本


7.5%左右。對於提升企業的競爭力有莫大

的幫助。

有關企業用電的契約容量如何訂定

才是最佳之問題，可以利用上述數學模

式可用來找尋最低之成本。至於如何以最

低成本規劃各單位之監控系統以落實電量

設備之排程，則將是另一個值得研究的課

題。

㈥、致謝

本研究之經費由教育部「95年度產業

園區產學合作研究」（計劃編號：公-12-

商-056）補助支持，特此致謝。

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附表一：合作企業91~94年實際尖峰用電量與契約容量

月年 91 92 93 94

一最高使用量（KW） 1 86 93 126 136

實際用電（度） 2

二最高使用量（KW） 1 84 153 122 134


三最高使用量（KW） 1 80 107 103 126


四最高使用量（KW） 1 82 111 79 128


五最高使用量（KW） 1 86 93 85 123


六最高使用量（KW） 1 88 101 80 122


七最高使用量（KW） 1 92 122 116 129


八最高使用量（KW） 1 94 134 130 121


九最高使用量（KW） 1 90 111 133 122


十最高使用量（KW） 1 64 88 127 106


十一最高使用量（KW） 1 89 99 121 95


十二最高使用量（KW） 1 102 90 106 104


與台電契約容量（KW） 94.12：120KW


附表二：個案企業未來一年用電觀測值與季節指數

各月觀測值 12個月移動平均中間移動平均季節指數

Jan-91 86 　　　

Feb-91 84 　　　

Mar-91 80 　　　

Apr-91 82 　　　

May-91 86 　　　

Jun-91 88 86 87 1.01

Jul-91 92 87 90 1.02

Aug-91 94 93 94 1.00

Sep-91 90 95 96 0.94

Oct-91 64 97 98 0.66

Nov-91 89 98 99 0.90

Dec-91 102 99 100 1.02

Jan-92 93 102 103 0.90

Feb-92 153 105 106 1.45

Mar-92 107 107 108 0.99

Apr-92 111 109 109 1.02

May-92 93 110 109 0.85

Jun-92 101 109 110 0.92

Jul-92 122 111 110 1.11

Aug-92 134 109 109 1.24

Sep-92 111 108 107 1.04

Oct-92 88 106 105 0.84

Nov-92 99 105 104 0.95

Dec-92 90 103 103 0.87

Jan-93 126 103 103 1.23

Feb-93 122 102 103 1.18

Mar-93 103 104 106 0.97

Apr-93 79 108 108 0.73

May-93 85 109 110 0.77

Jun-93 80 111 111 0.72

Jul-93 116 112 112 1.04


Aug-93 130 113 113 1.15

Sep-93 133 114 116 1.14

Oct-93 127 119 120 1.06

Nov-93 121 122 123 0.98

Dec-93 106 125 126 0.84

Jan-94 136 126 126 1.08

Feb-94 134 126 125 1.07

Mar-94 126 125 124 1.02

Apr-94 128 123 122 1.05

May-94 123 121 121 1.02

Jun-94 122 121 　　

Jul-94 129 　　　

Aug-94 121 　　　

Sep-94 122 　　　

Oct-94 106 　　　

Nov-94 95 　　　

Dec-94 104 　　　


附錄三： LINDO程式與執行結果(期初 120KW)

程式：

MIN

167000A3+167000B3+167000C3+167000D3+167000E3+167000F3+167000G3+167000H3+167000

I3+167000J3+167000K3+167000L3+56579A4+20574A5+18860A6+166900A7+67609B4+24585B5

+22536B6+166900B7+78391C4+28506C5+26130C6+166900C7+63658D4+23148D5+21219D6+16

6900D7+60020E4+21826E5+20007E6+166900E7+76512F4+27823F5+25504F6+223600F7+77214

G4+28078G5+25738G6+223600G7+92733H4+33721H5+30911H6+223600H7+99561I4+36204I5+

33187I6+233600I7+68846J4+25035J5+22949J6+166900J7+56648K4+20599K5+18883K6+166900

K7+63380L4+23047L5+21127L6+166900L

7

ST

A1+A2+A3=1

A4+A5+A6+A7=1

B1+B2+B3=1

B4+B5+B6+B7=1

C1+C2+C3=1

C4+C5+C6+C7=1

D1+D2+D3=1

D4+D5+D6+D7=1

E1+E2+E3=1

E4+E5+E6+E7=1

F1+F2+F3=1

F4+F5+F6+F7=1

G1+G2+G3=1

G4+G5+G6+G7=1

H1+H2+H3=1

H4+H5+H6+H7=1

I1+I2+I3=1

I4+I5+I6+I7=1

J1+J2+J3=1

J4+J5+J6+J7=1


K1+K2+K3=1

K4+K5+K6+K7=1

L1+L2+L3=1

L4+L5+L6+L7=1

-100A1+100A3-102.7A5-113A6-1000A7=-120

-100B1+100B3-122.8B5-135B6-1000B7+102.7A5+113A6+1000A7=0

-100C1+100C3-142.3C5-157C6-1000C7+122.8B5+135B6+1000B7=0

-100D1+100D3-115.6D5-127D6-1000D7+142.3C5+157C6+1000C7=0

-100E1+100E3-109.0E5-120E6-1000E7+115.6D5+127D6+1000D7=0

-100F1+100F3-103.7F5-114F6-1000F7+109.0E5+120E6+1000E7=0

-100G1+100G3-104.6G5-115G6-1000G7+103.7F5+114F6+1000F7=0

-100H1+100H3-125.7H5-138H6-1000H7+104.6G5+115G6+1000G7=0

-100I1+100I3-134.9I5-148I6-1000I7+125.7H5+138H6+1000H7=0

-100J1+100J3-125.0J5-137J6-1000J7+134.9I5+148I6+1000I7=0

-100K1+100K3-102.9K5-113K6-1000K7+125.0J5+137J6+1000J7=0

-100L1+100L3-115.1L5-127L6-1000L7+102.9K5+113K6+1000K7=0

END

執行結果：

LP OPTIMUM FOUND AT STEP 53

OBJECTIVE FUNCTION VALUE

1) 326696.4

VARIABLE VALUE REDUCED COST

A3 0.000000 29123.603516

B3 0.000000 12433.637695

C3 0.000000 47469.468750

D3 0.000000 82525.687500

E3 0.000000 99446.742188

F3 0.000000 82754.351562

G3 0.000000 60395.890625

H3 0.000000 38038.601562

I3 0.000000 84985.296875


J3 0.000000 131951.203125

K3 0.000000 167000.000000

L3 0.000000 150312.625000

NO. ITERATIONS= 53

附錄四： LINDO程式與執行結果(分段調整)

MIN

167000A3+167000B3+167000C3+167000D3+167000E3+167000F3+167000G3+167000H3+167000

I3+167000J3+167000K3+167000L3+56579A4+20574A5+18860A6+166900A7+67609B4+24585B5

+22536B6+166900B7+78391C4+28506C5+26130C6+166900C7+63658D4+23148D5+21219D6+16

6900D7+60020E4+21826E5+20007E6+166900E7+76512F4+27823F5+25504F6+223600F7+77214

G4+28078G5+25738G6+223600G7+92733H4+33721H5+30911H6+223600H7+99561I4+36204I5+

33187I6+233600I7+68846J4+25035J5+22949J6+166900J7+56648K4+20599K5+18883K6+166900

K7+63380L4+23047L5+21127L6+166900L7

ST

A1+A2+A3=1

A4+A5+A6+A7=1

B1+B2+B3=1

B4+B5+B6+B7=1

C1+C2+C3=1

C4+C5+C6+C7=1

D1+D2+D3=1

D4+D5+D6+D7=1

E1+E2+E3=1

E4+E5+E6+E7=1

F1+F2+F3=1

F4+F5+F6+F7=1

G1+G2+G3=1

G4+G5+G6+G7=1

H1+H2+H3=1

H4+H5+H6+H7=1

I1+I2+I3=1


I4+I5+I6+I7=1

J1+J2+J3=1

J4+J5+J6+J7=1

K1+K2+K3=1

K4+K5+K6+K7=1

L1+L2+L3=1

L4+L5+L6+L7=1

-100A1+100A3-102.7A5-113A6-1000A7=-150

-100B1+100B3-122.8B5-135B6-1000B7+102.7A5+113A6+1000A7=0

-100C1+100C3-142.3C5-157C6-1000C7+122.8B5+135B6+1000B7=0

-100D1+100D3-115.6D5-127D6-1000D7+142.3C5+157C6+1000C7=0

-100E1+100E3-109.0E5-120E6-1000E7+115.6D5+127D6+1000D7=0

-100F1+100F3-103.7F5-114F6-1000F7+109.0E5+120E6+1000E7=0

-100G1+100G3-104.6G5-115G6-1000G7+103.7F5+114F6+1000F7=0

-100H1+100H3-125.7H5-138H6-1000H7+104.6G5+115G6+1000G7=0

-100I1+100I3-134.9I5-148I6-1000I7+125.7H5+138H6+1000H7=0

-100J1+100J3-125.0J5-137J6-1000J7+134.9I5+148I6+1000I7=0

-100K1+100K3-102.9K5-113K6-1000K7+125.0J5+137J6+1000J7=0

-100L1+100L3-115.1L5-127L6-1000L7+102.9K5+113K6+1000K7=0

END

執行結果

LP OPTIMUM FOUND AT STEP 51

OBJECTIVE FUNCTION VALUE

1) 314823.7

VARIABLE VALUE REDUCED COST

A3 0.150000 167000.000000

B3 0.150000 150310.031250

C3 0.000000 133620.546875


D3 0.000000 167000.000000

E3 0.000000 150312.593750

F3 0.000000 133620.218750

G3 0.000000 111261.750000

H3 0.000000 88904.460938

I3 0.130000 111749.992188

J3 0.000000 149616.671875

K3 0.000000 167000.000000

L3 0.000000 150312.625000

A4 0.000000 56578.660156

A5 0.000000 3433.067139

A6 0.966967 0.000000

A7 0.033033 0.000000

B4 0.000000 67603.796875

B5 0.000000 4085.115967

B6 0.991561 0.000000

B7 0.008439 0.000000

C4 0.000000 2386.048340

C5 1.000000 0.000000

C6 0.000000 2530.778564

C7 0.000000 424689.500000

D4 0.000000 63631.996094

D5 0.000000 3831.363770

D6 0.990951 0.000000

D7 0.009049 0.000000

E4 0.000000 60043.863281

E5 0.000000 3655.162598

E6 0.983068 0.000000

E7 0.016932 0.000000

F4 0.000000 76496.648438

F5 0.000000 4621.922363

F6 0.976411 0.000000


F7 0.023589 0.000000

G4 0.000000 77186.882812

G5 0.000000 4665.158203

G6 0.977514 0.000000

G7 0.022486 0.000000

H4 0.000000 30295.169922

H5 0.252033 0.000000

H6 0.747967 0.000000

H7 0.000000 389617.468750

I4 0.000000 12274.852539

I5 1.000000 0.000000

I6 0.000000 1943.534790

I7 0.000000 524980.625000

J4 0.000000 22081.833984

J5 0.175000 0.000000

J6 0.825000 0.000000

J7 0.000000 293969.156250

K4 0.000000 56621.730469

K5 0.000000 3401.424316

K6 0.997632 0.000000

K7 0.002368 0.000000

L4 0.000000 21125.833984

L5 1.000000 0.000000

L6 0.000000 65.797409

L7 0.000000 291519.562500

NO. ITERATIONS= 51


附錄五：用電排程分析結果



宋鴻明：修平技術學院機械系副教授李宗乙：修平技術學院機械系副教授投稿日期：951109　接受刊登日期：951212

沿垂直方向移動之直立圓柱表面流的黏彈性流體薄膜流的非線性穩定性分析

宋鴻明、李

摘要

本文針對黏彈性流體薄膜流，探討沿垂直方向移動的直立圓柱表面流下的薄膜流

之弱非線性液動穩定性問題，並分析圓柱以等速旋轉的情況下，對流場穩定性的影響。

首先使用長波微擾法推導薄膜的自由面方程式，在探討薄膜流場的穩定性問題上，主要

分析圓柱的移動及旋轉效應對系統穩定性的影響。在液膜弱非線性穩定性分析上，以時

間和空間之多重尺度展開法推導得Ginzburg-Landau方程式，定出超臨界爆炸、超臨界穩

定、亞臨界不穩定及無條件穩定等狀態，並分析亞臨界不穩定區域之臨界振幅值及超臨

界穩定波之平衡振幅及波速。藉此探討非線性效應對流場穩定性的影響。

關鍵詞：薄膜流、長波微擾法、多重尺度法。


Hung Ming Sung, Associate Professor, Department of Mechanical Engineering, HIT.Zong-Yi Lee, Associate Professor, Department of Mechanical Engineering, HIT.

Nonlinear stability characterization of thin viscoelastic liquid films flowing down a cylinder

moving in a vertical direction

Hung Ming Sung, Zong-Yi Lee

Abstract

This project presents a stability analysis of thin viscoelastic liquid films flowing down a

cylinder moving in a vertical direction. The purpose of this project is also to discuss the effect

of rotating parameter on the stability of the flow system. The long-wave perturbation method

is employed to derive the generalized nonlinear kinematic equations for a free film interface.

The current thin liquid film stability analysis provides a valuable input to investigations into the

influence of the style of motion of the vertical cylinder on the stability behavior of the thin film

flow. This study utilizes the multiple scales method and derives the corresponding Ginzburg-

Landau equation to characterize the nonlinear behavior of the flow. The subcritical stability,

subcritical instability, supercritical stability, and supercritical instability states are obtained from

the nonlinear stability analysis.

Keywords: thin film flow, long-wave perturbation, method of multiple scales.

171沿垂直方向移動之直立圓柱表面流的黏彈性流體薄膜流的非線性穩定性分析：宋鴻明、李

1.前言

流體沿垂直圓柱表面流下時，液體

薄膜的動態穩定性問題，在各項工業應

用上，相當的重要。以圓柱材料的表面

塗層為例，會因薄膜表面的波動而導致塗

層不均勻現象，使物體表面失去光澤或觸

感，或因波動幅度過大而導致塗層破裂，

使水、濕氣易於侵入，產生鏽蝕、變形

等缺陷；又如雷射切削加工過程，工作物

表面的液膜流動現象對切割品質的影響；

此外，薄膜流的不穩定性亦有其正面的效

果，例如在熱交換器中之蒸發器與凝結器

工作過程，液體薄膜的不穩定性可增加熱

傳的效果。

關於直立圓柱表面上薄膜流的穩定

性問題，在實際工業應用上，例如圓柱

軸承的作動中，圓柱具有旋轉的運動型

態，圓柱的旋轉效應對薄膜流穩定性的

影響，在此方面的研究並不多見。另外，

在實際工業應用上，如齒輪、軸承和凸輪

潤滑液及高分子聚合物等非牛頓系流體，

流體的流變現象與牛頓系流體有很大的差

異，其流動具有液體的黏滯性和類似固體

彈性的特性，屬於黏彈性流體(viscoelastic

fluids)。因此，黏彈性流體薄膜流穩定性

之特性，在理論發展及實際應用上是非常

重要的研究課題。所以，本文針對黏彈性

流體薄膜流，研究沿垂直方向移動的直立

圓柱表面流下的薄膜流之弱非線性液動穩

定性問題，並分析圓柱以等速旋轉的情況

下，對流場穩定性的影響。

2.文獻探討

Lin[1]和Chandrasekhar[2]所發展的線

性穩定理論，其所得到的臨界條件僅是判

斷流場呈現不穩定狀態的充分條件而已，

並無法預測流場是否會達到另一平衡狀

態。至於非線性穩定性分析理論的發展，

Landau[3]提出Landau方程式，解釋紊流形

成的過程。Stuart[4]將流體外形假設成一

線性擾動解，代入擾動的能量平衡式中積

分，進而導出振幅演展的Landau方程式。

Newel等[5], Segel [6]及Diprima等[7]假設流

體受干擾時之最不穩定的模式為一組波包

(wave packet)，並藉此觀念導出非線性振

幅在空間和時間演展的方程式，即為著名

的Ginzburg-Landau方程式。Walters[8]探討

黏彈性流體在兩同心圓柱間之流動問題。

Gupta [9]以長波微小振幅擾動法，探討二

階(second order)黏彈性流體，在直立平板

面上薄膜流場之線性穩定性，並推導出

有關黏彈性參數與對應其物理邊界條件之

Orr-Sommerfeld方程式。研究結果指出此

黏彈性流體比牛頓流體較不穩定。Gupta

等[10]進一步指出三維流場之擾動比二維

流場之擾動更不穩定。Shaqfeh等[11]指出

黏彈性流體在低雷諾數時，流場較不穩

定；但在中等雷諾數時，流場較為穩定。

Dandapat等[12]研究黏彈性流體沿斜面流

動之孤立波問題。Andersson等[13]研究重


力作用下之直立平板面上黏彈性液膜流

場，結果發現黏彈性流體之薄膜厚度成長

較牛頓流體快。Cheng等[14]研究直立平

板表面之黏彈性流體薄膜流穩定性問題，

結果發現黏彈性流體液膜較牛頓系流體

液膜不穩定，且隨流體之黏彈性參數值增

加，流場愈不穩定。

3.研究方法

(A)統御方程式與邊界條件

本文研究Walters B” 黏彈性非牛頓系

流體[15]，假設流體之表面張力、黏度及密

度等物理參數均為常數，且假設液體薄膜

之密度和黏滯性均遠大於氣體，因此可忽

略氣體效應。其物理模型及座標系統如圖

1所示，流場為不可壓縮之三維軸對稱層流

等溫流場，採用圓柱座標系統，液體薄膜

的氣液交界面位於r*=R*+h*(t*,z*)處，其中r*

為徑向座標，z*為縱軸向座標，t*為時間，

R*為圓柱半徑，h*為液膜厚度。令u*及w*分

別代表r*及z*方向之速度分量，則系統之統

御方程式及對應之邊界條件如下：

連續方程式：

r*方向之動量方程式：

z*方向之動量方程式：

其中ρ是流體密度，τr*r*，τz*z*，τr*z*

及τz*r*分別表示如下：

邊界條件如下：

在圓柱面上(r*=R*)：

u*=0，w*=V*w　　　　　　　　　　　(8)

其中V*w為直立圓柱沿垂直方向移動之速

度。

在薄膜自由面邊界上(r*=R*+h*)：

0)(1

*

*

*

**

*

z

w

r

ur

r (1)

* * * *

* *

* * * *2* *

* * * *

*

* * * *

( )

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u u u vu w

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(2)

(3)

* * * *

* * ** *

* * *

*

* * *

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( )1 r z z z

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(3)

* *

* 2 * 2 ** *

0 0* * * *2

2 * * * * ** 2

* * * * * *

2 2 [

2( ) ( )]

r r

u u up k u

r t r ru u u u w

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* *

* 2 * 2 ** *

0 0* * * *2

2 * * * * ** 2

* * * * * *

2 2 [

2( ) ( )]

z z

w w wp k w

z t z zw w w w u

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* * * *

* * 2 *

0 0* * * *

2 * 2 * 2 **

* * *2 * *

*2 * 2 * **

* * *2 * *

* * * * *

* * * * *

*

*

( ) [

( )

( ) 2

2 ( )(

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r z z r

u w uk

z r t zw w u

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r z z z zw u u w wr r r z r

uz

* *

* * * **

0 0* * * * *

*2 * *

*2 * *

12 2 (

u u u up k

r r t r ru w ur r z

(4)

(5)

(6)

(7)


其中h *為局部薄膜厚度，Pa *為環境壓

力，S*為表面張力，各變數上標 ”*” 代

表有因次物理量。(9)和(10)式分別代表薄

膜自由面切線及法線方向之應力平衡狀

態。

薄膜自由面運動方程式為：

引進流線函數φ*，其定義如下：

另定義下列各無因次量：

其中k為無因次黏彈性參數，Re為雷諾

數，α為無因次波數，λ為擾動波波長，

v為運動黏滯係數，u*0及h*

0分別為穩態平衡

* * * *

* *

* *2 1

* *

* *2 2 1

* *

[1 ( ) ] ( )

[1 ( ) ][1 ( ) ] 0

r r z z

r z

h hz z

h hz z

(9)

* * * * * *

2

* * *2 1 2

* * *

2 * ** 2 3/ 2

**

*2 1/ 2 *

* *

[1 ( ) ] [2 ( ) ]

[1 ( ) ]

1[1 ( ) ]

r z r r z z

h h hz z zh h

Szz

hPa

r z

(10)

時，薄膜自由面之局部速度及局部厚度。

直立圓柱之移動速度可表示為

其中 12 )]21()1

ln()1(2[ RRR

R 且X為

常數。薄膜自由面之局部速度(u*0)可表示

如下：

圓周方向之速度為v*=R*Ω*，Ω*為圓柱旋

轉之角速度。無因次化旋轉數(rotation

number)定義如下：

(B)黏彈性流體薄膜流之長波微擾解

　　由於具有自由面或不連續交界面上，

長波的干擾較短波的干擾不穩定，所以長

波的無因次波數(α)值很小，將φ及p以

α為微擾參數展開成以下的形式：

φ=φ0+αφ1+O(α2)　　　　　　　(17)

p=p0+αp1+O(α2)　　　　　　　　　(18)

將以上兩式代入無因次化後之統御方程式

及對應之邊界條件後，則可得關於α的各

階系統方程式，分階求解，最後可求得薄

膜自由面運動方程式如下：

其中

0***

*

*

*

uwz

h

t

h(11)

*

*

**

*

*

** 1

,1

rrw

zru

(12)

*0

*

h

zz

*0

*

h

rr

*0

**0

h

tut

*0

*

h

hh

2*0

*0

*

hu

2*

0

**

u

ppp a

*0

*0Rehu

3/1432

3*

)2

(g

SS

*02 h

*0

*

h

RR

2*0

0

h

kk

(13)

4

*0* gh

XVw (14)

4)1(

2*0*

0

ghXu (15)

*0

*0

*

0 u

hR

(16)

2

( ) ( ) ( )

( ) ( ) 0t z zz zzz

z z zzz

h A h h B h h C h h

D h h E h h h

(19)

2 2

2

1( ) [2 (

12 ln ) ]

A h R qX

q Q X

(20)


2/3 1/3 1/3

2 4

3

26 4 2

2

6 2

3 2 4

2 4 2 2

4 2

2 202

1( ) Re (2 ) (1 )

84

(4 ln 3 )

Re 13 1 ( 9

(1 ) 48 16

128ln ) [59 120(ln )

481

96(ln ) ] [ 15 68ln16

340(ln ) ] [ 8 ln

21

(3 4ln 8(ln ) ]21 1

Re (16

B h S X

R Rq Q q

q q

R R qX

Q q Q

Q R q Q

Q k R R q Q

q Q Q

R Rq

4 2 2

4 4

3 4

4 ln )

q q R

R q Q

(21)

3 2/3 1/3 1/3

42 3 3

1( ) Re (2 ) (1 )

8

(4 4 ln 3 )

C h S X

RR q q Q q

q

(22)

2/3 1/3 1/3

4 2

4 2

65

2 3

4

2 3

42

2 3

2

3

1( ) Re (2 ) (1 )

4Re

(4ln 1)(1 )

13 413 [ 5ln48 48

23(ln ) 14(ln ) ]

21 21

( ln )16 4

143 65[ ln

16 425 3

(ln ) ] [2 2

198 (1 3ln ) (

22 ln 20(ln ) ]

1 1Re

16

D h S X

RQ

q X

Rq Q

q

Q Q

R q Q

R q Q

RQ k

q

qR Q q

Q Q

Rq

2 2 40

2 2 4 4

( 5

4 12 ln )

R q

q R R q Q

(23)

3 2/3 1/3 1/3 2

2 2

( ) Re (2 ) (1 ) (

2 ln )

E h S X R

q q Q

(24)

其中

(C)薄膜穩定性分析理論

假設平衡狀態液膜的無因次厚度值

為1( h=1)，則非平衡狀態液膜的無因次厚

度可表示如下：

h(z,t)=1+η(z,t)　　　　　　　　　　(25)

其中η(z,t)是液膜表面的微小擾動量，為

時間函數。

在線性液膜穩定性分析方面，利用

正模分析法[16] 且忽略三次方以上之非線

性項，則可得線性的微擾動方程式之解如

下：

η=aexp[i(z-dt)]=c.c.　　　　　　　(26)

其中a為無因次擾動的振幅，d=dr+idi為複

數波速，c.c.為前一項之共軛複數。複數

波速為：

d=dr+idi=A+i(B-C)　　　　　　　　(27)

其中dr為液膜表面擾動波之線性波速，di

為液膜表面擾動波之線性振幅增長率。藉

由di之值可判斷線性系統的狀態，可分為

以下三種情況：

(1)若di<0，則系統為線性穩定狀態。

(2)若di=0，則系統為臨界狀態。

(3)若di>0，則系統為線性不穩定狀態。

Rq

RhR

Q

12 )]21()1

ln()1(2[ RRR

R


在非線性液膜穩定性分析方面，採

用多重尺度法[17]，最後推導得著名的

Ginzburg-Landau方程式如下，可用來研究

液膜的非線性行為。

其中

若波與波之間無交互作用，即滿足單一濾

波(monochromatic filtered wave)的條件，此

單一波的振幅滿足以下之方程式：

假設上式的解為以下的型式：

則可得

在線性不穩定區(di>0)，若Ei<0，則為超

臨界不穩定狀態；若Ei>0，則為超臨界穩

定狀態，存在週期性的超臨界穩定波，其

平衡半振幅εa0為：

對應超臨界穩定波之波速Ncr為：

線性穩定區(di<0)，若Ei>0，則為亞臨界

穩定狀態；若Ei<0，則系統存在亞臨界不

穩定性；若外界擾動量超過某一臨界值

2εa0 ，則系統呈不穩定狀態。

4.結果與討論

本文主要探討沿垂直方向移動的直

立圓柱表面流下的黏彈性流體薄膜流之

弱非線性液動穩定性問題，並分析圓柱

以等速旋轉的情況下，對流場穩定性的影

響。根據分析結果，影響黏彈性薄膜流的

穩定性參數包括：雷諾數，Re；無因次

擾動波數，α；直立圓柱移動速度參數，

X；旋轉數，R0。本文所使用之物理參數

如下：(1)無因次表面張力為6173.5；(2)

雷諾數範圍從0至10；(3)無因次擾動波數

範圍從0至0.12；(4)無因次黏彈性參數為

0.05；(5) 直立圓柱移動速度參數，X，為

–0.09，0，及0.12；(6)無因次圓柱半徑，

R，為20；(7)旋轉數，R0，為 0，0.05，

0.1。其中直立圓柱移動速度參數，X，與

直立圓柱在垂直方向不同的移動速度之相

對應關係如表1所示。

0)( 211

221

2

12

aaiFEad

z

aD

ta

i (28)

CBD 61

)23

23

(

)104175(

''''''

'''1

EDCB

eAeEDCBE ir

' '1

' ''

( 5 17 4 10 )

12

i

r

F B C D E e

Ae A

(29)

(30)

(31)

0)( 211

2

2

aaiFEadta

i (32)

])(exp[)( 22020 ttibtaa (33)

10 E

da i

(36)

0201

2

2

0 )( aaEdt

ai

201

2

220 ])([aF

t

ttb

(34)

(35)

(37))(1

10

2

EF

ddbdNc irrr


由線性穩定性分析理論可得到中立

穩定曲線(di=0)，此曲線將α－Re平面分

成兩個區域，一是線性穩定區(di<0)，在

此區域微小擾動會隨時間之增加而衰減；

另一是線性不穩定區(di>0)，在此區域微

小擾動會隨時間之增加而增長。當擾動波

成長至有限波幅時，線性理論無法準確且

有效的預測薄膜流流場現象，必需考慮非

線性效應的影響。由非線性穩定性分析理

論來探討在線性穩定區內是否會轉變成不

穩定的情況，即亞臨界不穩定區。另針對

在線性不穩定區內系統是否會發展成穩定

之規則波，即超臨界穩定區。圖2、圖3及

圖4均顯示黏彈性流體薄膜流系統都具有

亞臨界不穩定區(di<0,Ei<0)和超臨界穩定

區(di>0,Ei>0)之存在。比較圖2和3(a)，顯

示圓柱往下移動，亞臨界穩定和超臨界穩

定區域範圍增大，超臨界不穩定區域範圍

減小，亞臨界不穩定區域範圍並沒有明顯

的變化。由圖2和3(a) 亦可明顯的看出斜

線區域範圍(包括亞臨界不穩定區及超臨

界不穩定區) 隨圓柱往下移動而減小。比

較圖2和4(a)，顯示隨圓柱往上移動，亞臨

界穩定和超臨界穩定區域範圍減小，超臨

界不穩定區域範圍增大，亞臨界不穩定區

域範並沒有明顯的變化。由圖2和4(a) 亦

可明顯的看出斜線區域範圍(包括亞臨界

不穩定區及超臨界不穩定區) 隨圓柱往上

移動而增加。比較圖3(a)和3(b)以及圖4(a)

和4(b)顯示：無論圓柱往上或往下移動

時，增加旋轉效應，即隨旋轉數(R0)的增

加，均會使亞臨界穩定和亞臨界不穩定區

域範圍減小，超臨界穩定和超臨界不穩定

區域範圍增大。

圖5表示在R=20，R0=0及 10Re =5，不同

X值之條件下，亞臨界不穩定區中的臨界

振幅值之變化。圖中顯示隨圓柱往下移

動，薄膜流系統的臨界振幅值愈大，流場

呈現相對穩定狀態；隨圓柱往上移動，薄

膜流系統的臨界振幅值愈小，流場較不穩

定。圖6表示在R=20及 10Re =5，當圓柱往下

移動，不同R0值的條件下，亞臨界不穩定

區中的臨界振幅值之變化。圖中顯示隨圓

柱旋轉速度增加，薄膜流系統的臨界振幅

值愈小，流場較不穩定。圖7表示在R=20

及 10Re =5，當圓柱往上移動，不同R0值的條

件下，亞臨界不穩定區中的臨界振幅值之

變化。圖中顯示隨圓柱旋轉速度增加，薄

膜流系統的臨界振幅值愈大，流場呈現相

對穩定狀態。

圖8表示在R=20，R0=0及 10Re =10，不

同X值之條件下，超臨界穩定區中的平衡

振幅值之變化。圖中顯示隨圓柱往下移

動，薄膜流系統的平衡振幅值愈小，流

場呈現相對穩定狀態；隨圓柱往上移動，

薄膜流系統的平衡振幅值愈大，流場較

不穩定。圖9表示在R=20及 10Re =10，當圓

柱往下移動，不同R0值的條件下，超臨界

穩定區中的平衡振幅值之變化。圖中顯

示隨圓柱旋轉速度增加，薄膜流系統的平


衡振幅值愈大，流場較不穩定。圖10表示

在R=20及 10Re =10，當圓柱往上移動，不同

R0值的條件下，超臨界穩定區中的平衡振

幅值之變化。圖中顯示隨圓柱旋轉速度增

加，薄膜流系統的平衡振幅值愈小，系統

呈現較為穩定之狀態。

圖11表示在R=20，R0=0及 10Re =10，在

不同X值之條件下，超臨界穩定波之非線

性波速的變化曲線。圖中顯示隨圓柱往下

移動，薄膜流系統的非線性波速愈小，流

場呈現相對穩定狀態；相反的，隨圓柱往

上移動，薄膜流系統的非線性波速愈大，

流場較不穩定。圖12表示在R=20及 10Re

=10，當圓柱往下移動，不同R0值的條件

下，超臨界穩定波之非線性波速的變化。

圖中顯示隨圓柱旋轉速度增加，薄膜流系

統的非線性波速愈大，流場較不穩定。圖

13表示在及，當圓柱往上移動，不同值

的條件下，超臨界穩定波之非線性波速的

變化。圖中顯示隨圓柱旋轉速度增加，薄

膜流系統的非線性波速愈小，流場較為穩

定。

由以上討論得知，沿垂直方向移動

及等速旋轉之直立圓柱表面流下之黏彈性

流體薄膜流系統的穩定性受圓柱的運動型

態影響極大。直立圓柱垂直往下移動，系

統較穩定，直立圓柱垂直往上移動，系統

較不穩定。另外，在增加圓柱旋轉效應的

因素下，當直立圓柱垂直往下移動，隨圓

柱旋轉速度的增加，系統呈現較不穩定的

狀態；當直立圓柱垂直往上移動，隨圓柱

旋轉速度的增加，系統較為穩定。

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表1　直立圓柱在垂直方向不同的移動速

度所對應之參數(X)值

*wV

*0

* 1.0 uVw 0*wV *0

* 1.0 uVw

X 09.0 0 12.0

*R

*z

*0h

*h

*wV

*0u

*r

*

圖1　沿垂直方向移動及旋轉之直立圓柱

表面流下的薄膜流系統

0 2 4 6 8 100

0.03

0.06

0.09

0.12

1

0

0id

E

1

0

0id

E

1

0

0id

E

1

0

0id

E

Re

圖2　非線性中立穩定曲線

( X=0，k=0.05，R0=0 )

0 2 4 6 8 100

0.03

0.06

0.09

0.12

Re

1

0

0id

E

1

0

0id

E

1

0

0id

E

1

0

0id

E

圖3(a) 　非線性中立穩定曲線

( X=0.12，k=0.05，R0=0 )

0 2 4 6 8 100

0.03

0.06

0.09

0.12

Re

1

0

0id

E

1

0

0id

E

1

0

0id

E

1

0

0id

E

圖3(b) 　非線性中立穩定曲線

( X=0.12，k=0.05，R0=0.1 )

0 2 4 6 8 100

0.03

0.06

0.09

0.12

Re

1

0

0id

E

1

0

0id

E

1

0

0id

E

1

0

0id

E

圖4(a) 　非線性中立穩定曲線

( X=-0.09，k=0.05，R0=0 )


0 2 4 6 8 100

0.03

0.06

0.09

0.12

1

0

0id

E

1

0

0id

E

1

0

0id

E

1

0

0id

E

Re

圖4(b) 　非線性中立穩定曲線

( X=-0.09，k=0.05，R0=0.1 )

0.1 0.105 0.11 0.115 0.12

0.6

0.8

1

1.2

1.4 X = 0X = 0.12X = - 0.09

圖5　在不同X值條件下，亞臨界不穩定區中

的臨界振幅值( 10Re =5，k=0.05，R0=0)

0.1 0.105 0.11 0.115 0.120.74

0.75

0.76

0.77

0.78

0.79

= 0= 0 .0 5= 0 .1

0RR0R0

圖6　在不同R0值條件下，亞臨界不穩定區中

的臨界振幅值( 10Re =5，k=0.05，R0=0.12)

0.1 0.105 0.11 0.115 0.12

0.86

0.88

0.9

0.92

0.94= 0= 0 .0 5= 0 .1

0RR0R0

圖7　在不同R0值條件下，亞臨界不穩定中的

臨界振幅值( 10Re =5，k=0.05，R0=-0.09)

0.07 0.075 0.08 0.085 0.090

0.2

0.4

0.6

0.8

1

X = 0X = 0.12X = - 0.09

圖8　在不同X值條件下，超臨界穩定區中

的平衡振幅值( 10Re =10，k=0.05，R0=0)

0.07 0.075 0.08 0.085 0.090

0.2

0.4

0.6

0.8

1

= 0= 0 .0 5= 0 .1

0RR0R0

圖9　在不同Ro值條件下，超臨界穩定區中

的平衡振幅值( 10Re =10，k=0.05，R0=0.12)


0.06 0.07 0.08 0.09

2

4

6

8

10

X = 0X = 0.12X = - 0.09

圖10　在不同R0值條件下，超臨界穩定區

的平衡振幅值

( 10Re =10，k=0.05，R0=-0.09)

0.07 0.075 0.08 0.085 0.090

0.25

0.5

0.75

1

= 0= 0 .0 5= 0 .1

0RR0R0

圖11　在不同X值條件下，超臨界穩定波

之非線性波速

( 10Re =10，k=0.05，R0=0)

0.07 0.075 0.08 0.085 0.092

3

4

5

= 0= 0 .0 5= 0 .1

0RR0R0

圖12　在不同R0值條件下，超臨界穩定波

之非線性波速

( 10Re =10，k=0.05，R0=0.12)

0.07 0.075 0.08 0.085 0.096

8

10

12

= 0= 0 .0 5= 0 .1

0RR0R0

圖13　在不同R0值條件下，超臨界穩定波

之非線性波速

( 10Re =10，k=0.05，R0=-0.09)



陳義分：修平技術學院工管系講師賴煒曾：台中技術學院財務金融系副教授投稿日期：951120　接受刊登日期：951219

觀光旅館設施規劃與永續經營之研究

陳義分、賴煒曾

摘要

隨著經濟的高度發展與國民生活形態的轉變，民眾的休閒意識抬頭，對於旅館所提

供休憩場所軟硬體的要求，相對也提昇許多。為迎合民眾對高品質住宿的需求同時也顧

及環境的保護，旅館區內之設施規劃與探討，對於旅館業與國家觀光產業的發展而言，

實是刻不容緩的重要議題。再加上，政府積極推動休閒遊憩產業之發展，將「觀光客倍

增計劃」訂為2008年國家發展的重要計劃之一，同時訂定「觀光旅館發展總量計劃」，

以增加觀光旅館的供給。在可預期觀光區內旅館的蓬勃發展與高度競爭的情況下，對於

觀光旅館經營上的研究與發展，將是產學兩界共同關心的。

本研究主要探討「觀光旅館」之「設施規劃」與「永續經營」之策略探討。由於觀

光旅館業者之條件不同，因此以單一個案為研究個案，希望探討在考量個案公司現有資

源、公司理念與發展方向下，尋求所適合之轉型方案。

關鍵詞：設施規劃、旅館、服務品質、永續經營。


Yee-Fen Chen, Lecturer, Department of Industrial Engineering and Management, HIT.Wei-Tseng Lai, Associate Professor, Department of Finance, NTIT.

A Study on the Facility Layout and Sustainable Management of the Tourism Hotel

Yee-Fen Chen, Wei-Tseng Lai

Abstract

The economics of the national growth has been highly developed. Conscious of the quality

of leisure time gets more important. Therefore, the managers of the hotel have to highly concern

about the issue of how to meet and please the customer’s needs. The optimum of the facility

layout will be the key point of factor of the hotel’s operation. Besides, the government is willing

to give a hand to develop leisure and recreation industry. The “ Double Tourist Arrivals Plan”

is one issue of the “Challenge2008” which is the most important economic developing plan for

Taiwan. We can also see that the industry becomes more competitive.

The main purpose of this research focuses on the layout of the sustainable management

alternatives. And the research adopts individual case study for the Atayal Resort. An effective

facility layout is the best way to figure out the concept of a hotel, and for satisfying customer

and increasing competition of the hotel.

Keywords: facility layout, service quality, sustainable management.

185觀光旅館設施規劃與永續經營之研究：陳義分、賴煒曾

㆒、前言

近年來，由於我國經濟的高度發展

與國民生活形態的轉變，民眾的休閒意識

抬頭。較之於以往，國人更高度地重視休

閒生活的頻率及種類，同時，也不斷地加

強對休閒品質的要求，對於觀光旅館之軟

硬體各種要求，相對也提昇許多。因此，

旅館業在從事館內設施之規劃與開發時，

將以取悅遊客的喜愛為重心，如何提昇旅

客整體投宿的滿意度，已成為業者經營上

須加以強化的核心目標。

政府為增強我國觀光產業之發展；

交通部觀光局將「觀光客倍增計劃」訂為

2008年國家發展的重要計劃之一；也為了

因應將來台灣觀光事業之蓬勃發展，因而

訂定「觀光旅館發展總量計劃」，以增加

觀光旅館的供給，積極推動休閒遊憩中心

之設立；希望透過更多遊憩場所的建立，

來加速提昇產業的品質及滿足未來前景之

需求【3】。由此可見，在可預期觀光區

內旅館的蓬勃發展與高度競爭的情況下，

對於觀光旅館經營上的研究與發展，將是

產學兩界所共同關心的。

由於觀光產業具有自我毀滅的特

性。若政府、業者及遊客不重視天然資源

或景點的保育及維護，將面臨敗壞、衰竭

的情況。因此，在進行休閒旅館整體規劃

的同時，也必須關注到永續經營的目標，

兼顧資源保育、觀光發展、旅客體驗。

面對觀光產業日益白熱化的競爭環

境，業者對觀光旅館區內的規劃更形重

視，特別是與環境相關設施的規劃，將成

為影響業者經營成效的首要重心之一。

不論是由國民對休閒需求日增的角

度來看，或由政府對國家發展方向導向觀

光產業的觀點視之，再加上「以建構一個

兼顧海島環境、經濟發展與社會正義的台

灣為願景」的永續經營目標，使得兼具觀

光旅館區內經營與資源永續經營為目的研

究計劃更突顯其重要性。

觀光旅館為迎合民眾對高品質投宿

經驗的需求，以尋找自身的生存空間，同

時顧及環境的保護，旅館區內設施之規劃

與探討，對於國家觀光產業的發展以及旅

館經營業者而言，實是刻不容緩的重要議

題。

本研究的目的包括：1.對研究個案進

行Layout分析，進行園區配置之最適化安

排。2.對研究個案進行SWOT分析，進行

永續經營的規劃。3.將研究分析的步驟及

方法合理移轉至其他企業。4.期許透過永

續經營之規劃，能將這美好的園區環境與

珍貴的資產，留傳後世，讓子子孫孫永續

使用。

㆓、文獻探討

旅館是出售住宿、餐食、社交與娛

樂的公共場所；而休閒旅館是提供定點式

旅遊過夜的住宿場所，而且遊客是以渡假

為目的，含括觀光旅館、旅館、民宿等類


別的住宿場所，並包含室內、室外娛樂設

施且鄰近或位於風景區內，交通便捷，提

供渡假者觀賞自然景觀設施及餐飲服務與

遊憩設施。因此本研究個案泰雅渡假村可

視為開放式休閒渡假旅館。

設施佈置是建構、調整整個活動空

間的位置，使得人員、物流及設備達到

最有效的搭配。Muther 發展出一種佈置

程式稱之為系統化佈置規劃(Systematic

Layout Planning；SLP)【14】。SLP 是利

用許多圖表作為分析工具及提出佈置的依

據，依據所輸入的資料及瞭解各作業間的

角色和關係，可以進行物料流程分析及作

業關聯分析，並由各作業間的關聯描繪作

業關聯圖及工作底稿，以表現各項作業的

相對空間位置。決定每項作業所分配到的

空間大小，且根據修正考慮及實務上的限

制，可以發展出多種佈置方案，並評估及

推薦較佳方案。SLP 強調作業關聯指派的

優先順序，提出以鄰近程度作為衡量作業

關聯性的一項依據，並發展塊狀佈置，然

後再根據塊狀佈置對每一部門進行詳細佈

置，最後考慮工作站、儲存區和出入口，

以決定各項作業的相對位置。

隨著社會的變遷，設施佈置已不再侷

限於製造工廠與倉庫之規劃，如醫院、餐

廳、郵局、百貨公司、大型辦公室及服務

業等，也可籍由資訊科技與電腦的使用，

將工廠佈置的觀念導入服務業，以安排更

省時、輕力的動線設計，讓消費者得以接

受更舒適的服務品質，得到更佳的體驗。

S W O T 分析屬於企業管理理論

中的策略性規劃。包含了Strengths、

W e a k n e s s e s 、 O p p o r t u n i t i e s 、以及

Threats，意即：優勢、劣勢、機會與威

脅。應用於產業分析主要在考量企業內部

條件的優勢和劣勢，是否有利於在產業內

競爭；機會和威脅是針對企業外部環境進

行探索，探討產業未來情勢之演變。此一

思維模式可幫助分析者針對此四個面向加

以考量、分析利弊得失，找出確切之問題

所在，並設計對策加以因應。

在進行SWOT分析後，可將組織內部

的優、劣勢與外部環境的機會、威脅以矩

陣（matrix）的方式呈現如表1，並運用

策略配對的方法來擬訂因應策略。【9】

SWOT矩陣策略配對方法包括：SO策

略、WO策略、ST策略、WT策略【10】

表 1　SWOT分析策略分析表


利用SWOT分析架構，將企業之S、

W、O、T四項因素進行配對，可得到2*2

項策略型態，茲說明如下：

1、投入資源加強優勢能力、爭取機會

（SO:Maxi-Maxi)策略：此種策略是最

佳策略，企業內外環境能密切配合，

充分利用優勢資源，取得利潤並擴充

發展。

2、投入資源加強優勢能力、減低威脅

（ST:Maxi-Mini)策略：此種策略在企

業面對威脅時，利用本身的強勢來克

服威脅。

3 、投入資源改善弱勢能力、爭取機會

（WO:Mini-Maxi)策略：此種策略在企

業利用外部機會，來克服本身的弱勢。

4、投入資源改善弱勢能力、減低威脅

（WT:Mini-Mini)策略：此種策略是企

業必須改善弱勢以降低威脅，此種策

略常是企業面臨困境時所使用，例如

必須進行合併或縮減規模等。

㆔、研究方法

「設施整體規劃」是呈現公司經營

理念、吸引旅客、提高經營績效與增加企

業競爭力最重要的課題。本研究主要以問

卷調查、Layout分析及SWOT分析法探討

「永續經營」之「設施整體規劃」。由於

休閒遊憩業業者之條件不同造成適合之方

案分歧，因此以單一個案為研究個案，希

望探討在考量個案公司現有資源、經營理

念與發展方向下，尋求所適合之園區規劃

與轉型方案。

本研究共分成三個系統分別說明如

下：

(一)問卷調查：

主要了解使用者對旅館之實體空間

所帶來的休憩品質是否感到舒適滿意等，

針對旅館區的幾項必要性服務作調查，以

了解使用者對旅館空間品質所重視的因素

為何。

(二)Layout分析：

為了探討最佳之設施規劃，透過系

統化佈置規劃的優點與特性，藉由設施規

劃，期望能達到以下目的：了解個案公司

實際作業流程並掌握消費者的喜好因子以

及資源的配置方式，以便進行設施佈置工

作。

(三)SWOT分析：

在進行實質規劃之前，通常利用

SWOT分析法，進行環境分析，以確認優

勢、劣勢、機會及威脅，藉此分析以確立

個案公司本身發展之潛力與限制；透過機

會與威脅的分析，以取得或避免對企業有

利或不利發展的攸關環境因素。

㆕、個案研究

(一)公司簡介

本研究個案”泰雅渡假村”位於南投縣


國姓鄉，佔地56甲，是一處以遊賞、休

息、住宿及生活為主題的停留型觀光遊

憩園區，具備提供遊客遊賞以及生活資源

的功能，並提供遊客知性的休閒感受。由

於臨近日月潭、九族文化村、溪頭、杉林

溪、鳳凰谷鳥園及惠蓀農場等觀光地點，

所提供的住宿及餐飲服務，與臨近之觀光

景點可相互搭配。在佔地廣闊的園區中，

將山林野趣與溫泉設施、結合休閒遊樂，

規劃成一國際型渡假休閒溫泉特區，是一

個全方位的多功能渡假村。

圖1　泰雅渡假村現有園區配置圖

就個案公司屬性而言消費者以「自

然風景吸引」、「特別資源（如溫泉、

草原、湖泊）吸引」、「旅館的服務水

準」、「聯外道路安全性」、「家人喜

好」、「家人時間配合」等因素最為重

視。

(二)問卷調查

本研究以問卷方式進行資料蒐集，

以園區住宿民眾為研究之抽樣對象，樣本

的取得以一對一的方式，受訪者作答後立

即回收，故回收率達98％；分成三個部份

做發放問卷地點，分別為住宿及溫泉區、


餐廳區、遊樂區及步道區處，分為十天進

行，總共取得問卷數405份。

問卷調查選出26項住宿因子，項目

與調查結果如附件1。由結果可知：本研

究所列之26項住宿追尋利益中，住宿遊

客給予平均3.29分，結果顯示遊客選擇住

宿時，認為最重要之住宿利益為「服務人

員的專業性高」(4.14)，其次為「住宿地

點視野良好」(4.11)、「住宿所在地交通

便利」(4.03)。而在住宿利益項目標準差

方面，平均高達1.07，主要是欲藉由利益

項目差異性的設計，可以明顯區別出不同

住宿型態遊客對住宿利益因子重視程度的

差異。由此可知，在住宿利益追尋方面，

受訪者首要重視的是屬於任何住宿類型皆

必需要具備的基本利益要素，如清潔、交

通、住宿設備等。

(三)Layout分析

由於個案企業佔地太廣，又因一期

木屋區部份老舊，故研究範圍僅限於旅館

區，包括住宿區、販賣部、餐廳、活動中

心、溫泉區及露營區，考慮各區的面積以

建構區塊佈置圖。

首先將住宿區區分為6個功能區，利

用問卷調查結果來分析定義住宿區之功能

區塊並分別對功能區塊進行關聯性分析，

整理繪製成作業關聯圖，將作業關聯圖轉

為工作底稿，由工作底稿得到各功能區塊

之相對位置，並經由測量旅館總面積，來

得到住宿區之初始區塊佈置圖。就個案而

言各區域可分為如表2所示的功能區塊。

表2　功能區塊

住

宿

區

功能區塊空間內容

區塊1 木屋區

區塊2 販賣部

區塊3 餐廳

區塊4 活動中心

區塊5 溫泉

區塊6 露營區

作業關聯圖是以一組欄位表示各別

兩活動區域間的關係接近度與理由，以字

母(A、E、I、O、U、X)來表示出每一個

活動與其他活動關係接近程度，本研究考

慮顧客使用行為關係與人事管理關係二方

面。

在顧客使用行為方面，考慮以下5項

因素

1、設施位置應考慮自然環境因素，及景

觀良好。

2、地形條件適宜，觀光客進出平順。

3、距離消費區不宜太遠，有道路連通，

方便管理及補給。

4、往返之路線以在一處為佳，方便經營

及管理。

5、公共設施配合方便，如供電、供水及

排水。

人事管理關係方面，考慮到以下5項


因素

1、接觸頻率

2、執行類似工作

3、人員流通

4、人事干擾

5、管理上的簡易

將各區塊間之關聯性整理繪製成活

動關聯圖，如圖2所示。表3表示分析區塊

間關聯性所考慮的因素。

圖2　活動關聯圖

利用圖2各區塊間的關聯性，繪製成

表4之住宿區的工作底稿。

表3　區塊間關聯性考慮因素

代號原因

1 減少移動時間

2 設施間相關性

3 區域間活動情形

4 喜好因子

5 便於使用設施

表4　工作底稿

接近關係等級

A E I O U

區塊1 2,3 5 4 6

區塊2 1 3,6 5 4

區塊3 1 2 4,6 5

區塊4 1,5 2 3,6

區塊5 6 1 2,4 3

區塊6 5 2 3 1,4

依據表4找出區塊1~區塊6之相對位

置，步驟如下：

1、由最多A關聯開始，依照最多E關聯，

最多I關聯，最少X關聯的順序選定，

區塊1有最多的A關聯，所以將區塊1

置於整個佈置的中心位置。

2、第二個被選定的區塊，是和第一個被

選定的部門間具有A關聯，而且是在

被選定的區塊中具有A關聯，因區塊

2、區塊5和區塊6有A關聯存在，而區

塊2有較多的E關聯，所以區塊2為第

二個選取的部門，並置於緊鄰區塊1的

位置。

3、第三個被選定的區塊，與被選定的前

兩個區塊同時具有最高的接近關係。

和前兩個區塊關係最高的組合為AA，

而組合的優先順序依次為AA、AE、

AI、AO、AU、EE、EI、EO、EU、II

與IO。因部門3與部門1有A關聯，同

時又與區塊2有E關聯，因此區塊3應


緊鄰區塊1。

4、第四個被選定的區塊應和前三個已佈

置的區塊，具有最高的接近組合。因

區塊5與區塊1、2、3 的組合關係為EI

U，且區塊1和區塊2 及區塊3 有相等

關係程度，所以將區塊5置於區塊1與

區塊2的共邊位置上。

5、第五個被選取區塊應和前四個已佈置

的區塊，具有最高的接近組合。因區

塊6和區塊5之關係為A，且和區塊2關

係為E，所以區塊6佈置位置應緊鄰於

區塊2與區塊5。

6、第六個被選取區塊應和前五個已佈置

的區塊，有最高的接近組合。區塊4

和區塊1、區塊4的關係為I，區塊2和

區塊4的關係為O佈置位置緊鄰於區塊

1與區塊5，所以將區塊4佈置位置緊鄰

於區塊1與區塊5。

經過以上建構流程得到區塊1~區塊6

之相對位置，如圖3。並將結果彙整於表5

中，由各區塊之相對位置及各區塊單位面

積，得到如圖4所示新佈置圖

圖3　區塊相對位置圖

表5　各區塊面積

功能區塊區塊設施單位面積

(M2)

區塊1 木屋區 3540

區塊2 販賣部 200

區塊3 餐廳 400

區塊4 活動中心 1200

區塊5 溫泉 350

區塊6 露營區 2700

圖4　住宿區新配置圖

(四)SWOT分析

經由產業概況、五力分析可透過

SWOT分析來了解個案企業所處的窘境與

瓶頸，並掌握機會及維持產業之競爭優

勢。

1、優勢

(1)擁有天然資源

(2)泰雅部落文化背景

1 2

3

5 6 4


(3)度假、休閒、住宿…多功能

(4)鄰近許多觀光景點

2、劣勢

(1)環保成本高

(2)同業間競爭激烈

(3)人才培養不易

(4)工時縮短

(5)淡、旺季旅客落差大

3、機會

(1) 國人重視休閒生活的頻率及種類及

對休閒品質的要求

(2)與同業策略聯盟

(3)研發創新

(4)政府愈來愈重視

4、威脅

(1)台灣市場狹小，漸趨飽和

(2)政經情勢不穩定

(3)經濟產業與社會壓力上升

(4)商業開發過度、自然資源破壞

綜合以上說明，將之歸納如表6。

表6　SWOT分析

S（優勢） O（機會）

1、擁有天然資源2、泰雅部落文化背景3、度假、休閒、住宿

…多功能4、鄰近許多觀光景點

1、國人重視休閒生活的頻率及種類及對休閒品質的要求

2、與同業策略聯盟3、研發創新4、政府重視

W（劣勢） T（威脅）

1、環保成本高2、同業間競爭激烈3、人才培養不易4、工時縮短5、淡、旺季旅客落

差大

1、台灣市場狹小，漸趨飽和

2、政經情勢不穩定3、經濟產業與社會

壓力上升4、商業開發過度、

自然資源破壞

將所歸納之SWOT策略因素，套入

SWOT矩陣中，研擬策略如下：

1、SO策略

SO策略的目的在於有效的利用休閒

觀光業所具備的優勢，把握外在環境的有

利機會。由SO策略所產生之競爭策略說

明如圖5 所示。

圖5　SO策略

此階段採取地理性擴張或是以新的市

場區隔為目標的策略方法並藉由增加住宿

休憩特性，在營業中取得新的競爭優勢。

2、SW策略

SW策略的目的在利用休閒觀光業所

具備的優勢，克服外在環境的威脅與不利

S（優勢） O（機會）

1、擁有天然資源2、泰雅部落文化背

景3、度假、休閒、住

宿…多功能4、鄰近許多觀光景

點



利用優勢把握機會

擬定市場發展策略


條件。由SW策略所產生之競爭策略說明

如圖6所示。

圖6　SW策略

此階段採取住宿的品質來加以差異

化，為觀光客創造價值策略，創造新市場

的多角化，可以針對與本業具有相關性或

不具相關性的產業進行投資。

3、OT策略

OT策略的目的在於有效的利用外在

環境的機會，降低本身的劣勢。由OT策

略所產生之競爭策略說明如圖7 所示

圖7　OT策略

此階段藉由降低成本或提升休憩多

樣化的方式來降低成本。

4、WT策略

WT策略的目的在於減少休閒觀光業

外在環境的威脅及本身的劣勢。由WT策

略所產生之競爭策略說明如圖8 所示。

圖8　WT策略

此階段推動觀光住宿市場自由化、

獨特化，提升產業競爭力。

㈤、結論與建議

(一)、結果討論

當住宿環境中加入休憩活動，勢必

需在現地條件下增設休閒設施，以因應休

憩行為的進行與住宿經營的需求。本研究

藉由顧客住宿選擇因子及問卷調查的觀點

為主要立論基礎，建立泰雅渡假村住宿區

設施規劃模式。所得成果如下：

1、旅館設施設置規劃，可依該自然資源

為導向，以顧客住宿休憩行為的需求

S（優勢） W（劣勢）

1、擁有天然資源2、泰雅部落文化背

景3、度假、休閒、住

宿…多功能4、鄰近許多觀光景

點


差大

克服威脅

擬定差異化發展新策略

利用優勢

O（機會） T（威脅）




2、政經情勢不穩定3、經濟性業與社會


自然資源破壞

克服劣勢

擬定成本最小化策略

把握劣勢

T（威脅） W（劣勢）


2、政經情勢不穩定3、經濟性業與社會


自然資源破壞


差大

減少威脅

擬定多元化策略

克服威脅


與住宿旅館之行為模式的操作，作為

觀光旅館設施規劃設置的依據：結合

SLP 佈置演算法建構住宿區設施佈置

圖。

2、渡假村為運用原有之自然環境與資

源，結合休憩活動發展而成，基於維

持環境保育與資源永續利用的前提，

提出個案公司之設施規劃原則：

(1)維持原有之自然生態機能

(2)重視自然環境之保育

(3)考量參與者休憩行為之活動需求

(4)運用自然資源之動態經營

(5)注重活動策劃與設施規劃之整合性

(二)後續研究建議

1、將觀光旅館的自然資源及遊憩資源作

一分類，以區隔出不同資源特性的旅

館，而經營管理者據此可發展出不同

的消費區隔市場。

2、將問卷發放時間延長，以充分瞭解休

閒旅館在淡旺季之間的差異情況，以

利於行銷策略的擬訂。

3、增加遊憩體驗的部份，並將遊憩動機

與體驗兩相比較，以瞭解動機與體驗

之間的期望差異。

4、與其他相關產業結合的整體行銷，例

如：南投縣的整體休閒產業規劃。

㈥、致謝

本研究經費由教育部「95年度產業

園區產學合作研究計畫」（計劃編號：公

-12-餐-013）補助支持，特此致謝。

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附表1 受訪者之住宿因子重要程度之平均值與標準差

問項內容平均數標準差

1 旅館的聲譽可以凸顯出身份、地位 2.44 1.06

2 具有非常良好氣氛、非常精緻細膩的住宿享受 3.79 1.02

3 具有鮮明的渡假主題（SPA 水療、健康養生活動、商務會議） 3.09 1.04

4 可瞭解當地風土民情及參加特殊的當地活動 3.33 1.14

5 具有親切、樸實的熱心服務 3.21 1.04

6 具有與旅館主人互動、認識的機會 2.67 1.05

7 具有完善的室內休閒設施 3.42 1.14

8 具有精緻完備豪華的住宿客房（豪華家俱、家電、網路） 3.78 1.11

9 具有高級精緻的美食（西餐、各式料理、歐式自助餐） 3.22 1.03

10 具有賞心悅目的庭園造景、景觀花園 3.43 1.01

11 具有專業的服務（美容SPA 課程、各類運動教學教練指導） 2.93 1.18

12 具有完善的運動設施（各類球場、健身房、游泳池） 3.12 1.13

13 旅館外型及設施可反應當地特色 3.35 1.11

14 供應當地風味的膳食 3.13 1.13

15 服務人員的專業性高（服務生儀表、訓練、禮儀） 4.14 1.08

16 提供免費接送服務 2.78 1.34

17 住宿所在地離遊憩區近 3.84 1.02

18 提供免費旅遊資訊 3.89 1.04

19 提供免費餐點、休閒設施招待券 3.13 1.13

20 住宿地點視野良好 4.11 0.89

21 具有美侖美奐的住宿外觀、迎賓大廳 3.06 1.06

22 客房整理必須整齊清潔 3.56 0.91

23 旅館本身有精品購物商店街 2.34 1.11

24 提供當地人文、資源、環境的解說人員 3.01 1.08

25 有當地特產銷售 2.66 1.08

26 住宿所在地交通便利 4.03 1.01

資料來源：本研究收集


附表2 問卷發放統計表

發放地點發放時間

住宿及溫泉區餐廳區遊樂區及步道

區總份數

95/08/5(六) 17 13 22 52

95/08/6(日) 15 17 20 52

95/08/7(一) 8 10 13 31

95/08/8(二) 11 9 10 30

95/08/9(三) 9 10 12 31

95/08/10(四) 12 11 15 38

95/08/11(五) 10 9 17 36

95/08/12(六) 16 18 21 55

95/08/13(日) 18 16 19 53

95/08/14(一) 7 11 9 27

總份數 123 124 158 405

資料來源：本研究收集



楊旺財：修平技術學院資訊網路技術系講師高國峰：修平技術學院資訊網路技術系講師投稿日期：951106　接受刊登日期：951222

全光網路不需標籤修改之標籤交換技術

楊旺、高國峰

摘要

在本文裡，我們提出一個以光標籤交換的交換技術，使得光領域中之封包交換技術

簡單化。其原理是為封包貼上光標籤(optical label)，使得封包的傳輸過程中交換節點不

需要修改光標籤同時在處理標籤時亦不需要作光電轉換。光標籤是以光碼(optical code)存

在，因此，光網路中的交換節點可直接在光領域中處理光標籤，且省去O/E 和E/O 轉換，

可避免電子資料的處理限制了交換的速度。我們的方法不需要作任何標籤修改，因此上

層即標籤交換層在光學網路中的運作是透通地。

關鍵詞：MPLS, Optical label switching, WDM, optical code.


Wang-Hsai Yang, Instructor, Department of Information Networking Technology, HIT.Kuo-Fong Kao, Instructor, Department of Information Networking Technology, HIT.

A Photonic Label Switching Scheme without Label Swapping in All-Optical Networks

Wang-Hsai Yang, Kuo-Fong Kao

Abstract

In this paper, the optical label switching is proposed to simplify the packet forwarding

process. By prefixing an optical label to a packet, the packet transmission can avoid both

label swapping and optoelectronic (OE) conversions. The optical label is derived form optical

codes. Hence, the label can be processed in optical domain. The O/E and E/O conversions are

inevitable at each optical switch node. As a result, the electronic circuits limit the speed of data

forwarding. Our method doesn’t need any label swapping or header modification. Therefore, the

upper layer, i.e., the label switching layer, can operate in optical networks transparently.

Keywords: MPLS, Optical label switching, WDM, optical code.

201全光網路不需標籤修改之標籤交換技術：楊旺、高國峰

1.介紹

由於新的應用技術實行於Internet包括

VoIP、IPTV等，使得使用者對於高頻寬

的需求與日遽增。然而，現今Internet網路

是以實行IP技術為主但對於頻寬的大量需

求則藉由分波多工技術(WDM)來提供。

其架構為以路由器連接時間領域的多工系

統（TDM-AMD），如SONET、SDH等設

備提供電路交換來連接兩端路由器。這樣

的運行模式有其缺點，例如：WDM只用

來做傳輸線，交換的技術還是靠電子式的

交換來完成，因此在每個交換節點必須作

E/O和O/E的轉換。而且有兩個主要的瓶

頸發生在IP交換技術上，第一，在每個節

點上，電子式路由器是以最長吻合來決

定每個封包的交換。第二，封包必須經由

儲存來等待路由解析。這些因素因此限制

了交換的速度。為了改進此缺點，一個以

IP技術為基礎的全光交換技術運行的網路

必須被發展，也就是不只傳輸時以光訊

號傳輸，在每個交換節點處理交換程序時

也必須以光訊號處理。在一個以光封包交

換的網路可以提高交換的速度及提高網路

效能。為了達到此目的，必須發展新的交

換技術適用於光網路上，不能直接把電子

式的交換技術移植到光交換技術上，因為

現在只有DRAM或SRAM，並沒有optical

RAM來儲存光訊號以等待路由解析。現

在有很多研究致力於適用於WDM網路上

恰當的路由技術以展現其幾乎無頻寬限制

的能力[1-4]。

可行的方法包括，一、Optical packet

switching架構[5,6,7]：此架構具有對一個

光封包作routing和switching的能力。但

是，設計有相當的困難度，包含packet

synchronization、time recovery、packet

header modification 、packet routing…等

等，其中以解析header為最耗時花費最昂

貴。二、optical burst switching架構[7,8]：

在此架構中，不需要作封包同步化，只需

要解析control packet來控制burst的傳送，

比較起前者分析header較為簡單。三、另

一個可行的方法是多重協定標籤交換概念

技術 (MPLS-based)[9]，MPLS的特徵是把

一個網路分成兩種節點---邊緣節點(edge)

和核心節點(core)。每個邊緣節點(Edge

node)負責替將要進入網路的封包解析找

出一條最短的路徑，而每個核心節點負

責以局部資訊即label所提供的資訊傳送封

包。這個方法可分為三類技術，第一類，

利用全域資訊作路由，也就是經過網路的

每一條路徑被指定唯一且全域適用的標籤

(label)，封包在傳送過程中其標籤是不需

被改變的。其缺點是標籤的計算上及分

配上是繁雜且費時的。第二類，其標籤攜

帶所有的個別路由所需資訊，也就是推疊

所有的標籤，然後在每個核心結點卸下已

使用過個標籤。第三類，就是well-known

MPLS label swapping，其主要功能是利用

一個label swapping forwarding 演算法來完


成高速封包交換能力，但是在每一個核

心節點都必須為即將傳送封包替換新的

標籤。雖然以MPLS為主軸的optical label

switch是可行的方法，不過卻需要一些類

似label distribution protocol來建立label 轉換

及封包routing的機制。

從文獻 [ 1 0 ] 中，作者提出 ” t h e

configuration of all-optical code division

multiplexing switching network based on self-

routing principles”，其利用可變長度之標

籤 (tag)來包含完整的 routing information，

也就是，包含所有路由經過節點之 output

port numbers。為了簡單設計，其利用一

個bit來對應於每一個連接到switch的 output

channel，例如，想要傳輸的output channel

其對應的bit設為”1”，其他bit則都設定

為”0”。當packet被傳送出去前，在tag

前方已使用過的資訊會被刪除。

從文獻[11]中，作者提出 photonic

label switching 的方法，可以稱為 photonic

MPLS。也就是其運作原理是以MPLS為

基礎，但是label是以optical code來表示，

其label 的處理是以optical code correlation。

因此optical code在每個交換節點被取出、

處理、置換。亦即，這個photonic 標籤在

每一個交換節點還是需要標籤交換。

從文獻[12]中，提到一個新穎的方法

簡稱KIS，其利用中國餘數定理將在光領

域 (optical domain) 中的封包前頭加上一個

label，使得在傳送中交換節點處理封包交

換時不需要作label swapping，因此不需要

任何的 label distribution protocol，因此造

成了光領域中的交換設備 (switch) 設計簡

化許多，轉送封包的速度也快了許多。

但是，此方式仍然必須將label從光的訊號

轉換成電的訊號，再來作除法運算，將

output port 算出，再轉換成光的訊號，也

就是O/E/O的程序；在光的領域中，O/E/O

的過程是複雜且代價昂貴的。

在論文[13]中，我們提出一個新的方

法稱為OCDM，利用現成的Optical CDM

的編碼方式，如：PC, EPC, QC, 和EQC，

將label重新編碼成optical label，以達到

如[12]同樣的目的，也就是不需要作label

swapping並且在每個被路由核心節點不需

實行O/E/O程序。但需有 optical correlator

來實行訊號比對取代位址查表動作，當

一光封包進入光網路核心節點，其label會

被取出塞進入optical correlator和此核心節

點所設定的code sequence來進行correlation

運作，所得出的結果則為控制此光封包走

往正確的output port的控制信號，其運作

原理類似 Source Routing。但是其缺點是

label長度太長，如當核心網路有30個節點

時，需要30組碼，以上面所提四種編碼技

術時，取p = 31，則code 2的長度NQC = 961

chips和NEQC = 1,891 chips。假設optical pulse

產生器是10G Hz，則τ= 1/10G，則完成3

個bit的correlation需時3* 1k/10G = 0.3μs，

及 3* 2k/10G = 0.6μs。因此，我們以既


有的基礎提出新的技術為此篇論文討論之

重點。

表1是將以上所述的系統架構作個

簡單的比較，我們可以發現到前3者都

需要O/E/O程序及label swappingh/eader

modification，只是在解析有程度上的差

別而已。而KIS機制雖然不需要第二項，

但是也必須將技術成本花費在O/E/O程序

上，只有OCDM是用編碼方式來傳送資

料，因而都不會耗費成本在這兩項上，使

得光封包可快速的被路由經過光網路。這

就是我們想用optical code來編碼傳送封包

時所需之路由資訊的原因。

表 1.六種通訊架構的比較

OPS OBS OLS KISPhotonic-

MPLS OCDM

O/EOprocedure

Yes Yes Yes Yes No No

Labelswapping

Yes* Yes Yes No Yes No

*OPS: header modification

2.系統架構

在此章我們將介紹optical code label

switching system 如圖1所示，其中的optical

network 包含邊緣連接光網路及傳統網路

的節點(ingress edge nodes) 和核心節點(core

nodes)。每個邊緣節點負責替將要進入光

網路的封包找出一條最短的路徑(shortest

path)並且產生一個optical label置於此封包

的最前頭，而每個核心節點被設定擁有一

組code sequence，當封包到達某個核心節

點時，此組code sequence就是用來和label

作correlation程序，其結果便是此封包所

要往下個節點傳送的output port。

除此之外，我們為封包所決定的

output port是在光領域中作correlation程

序，而且在傳送封包的過程中，label並沒

有被修改或轉變。因此，這樣的一個系統

不需要處理O/E/O procedure也不需要label

swapping的動作。

圖 1. Optical Code label switching system

2.1 Optical Packet架構

在論文[12]中的圖 7顯示出當核心節

點在50個的情況下，使用到route length為

8 (即經過 8個節點)的頻率大致為2%，其

使用頻率較高的route length 為3、4、 5、

6。因此在核心節點小於50個之內，其

route length 平均使用頻率最高出現在3、

4、 5、 6個節點處，如果一個網路是30個

核心節點時，可預期圖中曲線會往左偏

移，使得route length平均使用率較高的應


是在2~5之間。因此，在這個情境下，我

們假設我們所提系統最大只支援路由長

度為8 是合理的。如果一個邊緣節點在替

一封包解析路由時，發現其路由長度超過

8時，此時可採用兩階段路由，也就是，

路由經過第三地，再由第三地路由至目

的地。舉個例子，假設一封包由A傳送至

C 被解析出會經過九個核心節點，此時可

將路由AC 分成兩部分路由 AB和 BC ，即

先路由至接近A的第三地B，再由B路由至

C。這個路由規則可被加入路由協定裡，

使得當有路由過長時可運用，這可解決底

下我們將提出的封包結構可能會出現label

過長或label長度不固定問題。

圖2所示為此系統使用之光封包結

構，其為將原始的封包做光訊號轉換後直

接在其前頭封裝一個optical code label，並

加上一detection bit作為探知訊號和同步訊

號。此時光訊號可用On-Off keying(OOK)

的資料型態來表示，即bi t 1產生一個

pulse，bit 0則沒有pulse。如上討論，此時

label長度可訂為8個optical code sequence之

長度，此optical code sequence為提供某核

心節點所需之路由資訊。當路由超過8個

核心節點時採用上面所討論之兩階段路

由方法處理，當不超過時，label中沒使用

到的位置即可用零訊號（no pulse）來替

代。

圖2.光封包結構

2.2 Optical label switching的節點架構

當一個從傳統網路的封包要進到光

網路時，它本身是電氣信號，首先會到

達光網路邊緣的節點(edge node)。邊緣節

點包含label creator、optical cross-connect

(OXC) ，如圖3所示。其中傳統網路封包

的header會交由label creator來分析，找出

一條路徑來路由封包，並產生一個包含

路由資訊的label；另一方面傳統網路的封

包整個經由調變將信號轉為光訊號，假設

為On-Off keying(OOK)的資料型態，即bit 1

產生一個pulse，bit 0則沒有pulse。緊接著

將所產生的label封裝於封包之前，然後往

下一個核心節點傳送，如圖3所示。其中

當header被解析時，label creator也會送出

控制訊號control signal來設置optical cross-

connect (OXC)，選擇正確的output port來傳

送出光封包。


圖3.光網路之邊際節點(edge node)結構

核心節點如圖4所示，包含optica l

correlators、OXC、FDL。當光封包抵達

第一個核心節點時，它最前頭的label則

會進入optical correlator和此核心節點所設

定的code sequence來作correlation程序，

所得出的結果則為控制此光封包走往正

確的output port的控制信號。另外要注意

的是，在中心節點必需要具有fiber delay

lines (FDLs)，以此用來作光訊號的暫存

器，等待correlation程序的完成，FDL所需

要的圈數則是和一個label的長度有關，假

設，一組code sequence的長度N為p，核心

節點有2s個port，則整個label的長度為s *

N = s * p，其correlation time則是T = s N*τ

= spτ，所需FDLs的圈數為 sp圈。

2.3 Optical Correlator的架構

接下來我們介紹optical correlator的

架構，如圖5所示。Correlator的目的是

要比對輸入訊號是否符合事先被設定在

correlator內的值，亦即輸入訊號是否為

符合想要的訊號。如圖6所示，是一個

簡單的correlator的作法，稱為optical fiber

Tapped-Delay-Line Correlator [14]，例如在

輸入端輸入一光訊號”10101”，且有5

個slots，在slot 1, 3, 5各有一個pulse 其餘

的slots則沒有pulse。這樣的correlator需要

5 taps，每個tap需設定weight，當weight=1

代表delay-line上的switch為關，反之為

開。這樣一個光訊號會被power spillter 分

成三份，各自通過三組分別為延遲τ= 0,

τ= 2,和τ= 4 Tbit的FDLs，並且在power

combiner處被重新組合，新的訊號也顯示

在圖中，在適當的sampled time TS做訊號

能量檢測來判定是否通過Detector上所設

之threshold。可以發現到在中央處有個能

量最大的pulse，而且只有這個pulse能夠

使得 photo diode產生一個較大的電流，而

此電流才能啟動threshold detector，送出一

個”match”的訊號。

圖 4. 光網路之核心節點(core node)結構

Label

FDL


圖 5. Correlator 的架構

圖6. fiber tapped-delay-line correlator 架構

圖 6 所示的 c o r r e l a t o r 稱為 ”

1-correlator”，我們還需要”0-correlator”，

因為在圖 6 中如輸入之光訊號為 ”

11111”，在適當的取樣時間點檢測輸出

訊號仍然會通過Detector的threshold。因此

如要真正檢測一輸入光訊號是否為想要

之光訊號，還需另外一”0-correlator”。

以圖 6 為例，想要檢測之訊號為 ”

10101”此時”0-correlator”需設定為”

01010”，並且在適當的sampled time TS

做訊號能量檢測時，判定其能量是否為

”0”。換句話說，”1-correlator”是為了

檢測訊號在某些slot的位置是否為”1”，

”0-correlator” 是為了檢測訊號在剩餘的

slot位置是否為”0”，因此，只要一光訊

號通過”1-correlator” 和”0-correlator”

兩個correlators都符合(match)時，則其結果

代表該訊號符合(match)。

3.Network Implementation

為了實行此optical code label switching

system，首先描述如何編碼optical code

label(OC-label)。 OC- label 是一個 optical

code，也就是說，是一序列的 optical

pulses。一個 OC-label 可看作是附在封包

上的一個識別子，其作用是當核心節點

利用此OC-label做correlation運作時可提供

路由資訊。首先假設光網路中包含N個節

點。為了編碼所需之optical code，需要找

一個整數M，使得M>ln N。利用此數M，

可製造出2M個(0,1) sequence，將此2M個

(0,1) sequence分配給每個節點唯一的M-bits

code sequence，稱為node-code sequence，

且假設每一個核心節點有8個output ports，

所以我們需要3個bits來代表2進位的0~7，

稱為port-code sequence。以Cnode來代表某

節點之node-code sequence，Pnode來代表某

節點之port-code sequence。

當一個封包來到光網路的邊緣節點

（ingress edge node），邊緣節點會解析其

header來為封包找一路由至其目的地。當

路由經過光網路被解析出時，可獲得兩

個 arrays。 OC-label 是以這兩arrays為基礎

製造出來的。這兩個arrays 分別包含所有

1-correlator

0-correlator

Match?

Match?

Detecto

Detecto

Label

6. fiber tapped-delay-line correlator

Configured to match

Otical


此路由所經過的核心節點及核心節點上的

output資訊。

這兩個arrays分別被記作C P和C P。假

設一路由經過n個節點，這兩個arrays 表

示如下

C P =(Ci, Cj, ..., Cn) 和 C P =(Pi, Pj, ..., Pn)　(1)

因此可利用(1)所示的arrays來製造

OC-label， array L用來代表OC-label， L

的獲得如下所示

L=(CiPi,CjP

j, . . . ,CnPn) (2)

即將每個核心節點的路由資，port-code

sequence，排列至node-code sequence 之

後變成一個新 code sequence。例如，如

果一node-code sequence 是 “1001”而且

port-code sequence是“101”，則新的code

sequence 是 “1001101”。在每個被經過

核心節點則利用如下之correlation關係來

得到路由時所需之資訊

Output_port(node)=correlator(L), for all

traversed node (3)

3.1 An Example

以下我們舉例來說明，以核心網

路中有30個節點為例，則需要30組node-

code sequences，因此取M=5，首先描述如

何編碼label，假設每一個核心節點有8個

output ports，所以我們需要3個bits來代表

2進位的0~7。每一組node-code sequence，

都是以6個bits來表示。因此以9個bits來

代表某一節點的路由所需之output port資

訊。假設一個packet如圖7所示，由A經過

核心網路需通過三個核心節點到達B。

而每個核心節點被設定為code1=100001,

code2=100010，and code3=100011且依

序通過的output port分別為2、 3、及

4。因此在A時，此packet之OC-label是

用C P=(100001, 100010, 100011)及C P=(010,

011, 100)所編碼而成的。此時OC-label為

L=(100001010, 100010011, 10011100)。當

此labeled packet被傳送到code node時，OC-

label會被取出、分歧、放大後送至每個

port之”1-correlator”及”0-correlator”，

只有對應的por t之cor r e l a t o r在適當的

sampled time Ts=9 bit times做訊號能量檢測

能通過Detector上所設之threshold。

圖8所示為分別為node1，node2，及

node3上之outport， port2，port3，port4的

correlators的處理結果，以圖8(a)為例，可

以看出”1-correlator”及”0-correlator”只

有在第一次sampled time Ts時，同時符合

threshold，其他的sampled times並不能同時

符合threshold。

圖7. 一個傳輸例子及顯示光封包分別經過

之port number


圖8(a). node1上port 2之 ”1-correlator”

及”0-correlator”運作結果

圖8(b). node2上port 3之 ”1-correlator”


圖8(c). node3上port 4之 ”1-correlator”


3.2 Scalability

上面的討論所採用的optical code編

碼是一個簡單的例子。在編碼optical code

時，我們為了考慮使接收端能夠很輕易地

分辦正確的訊號，所以必須遵守以下的規

則

1. 任一組code sequence 的自我相關值

要盡可能地大，也就是bit為1的位

置重合最多。

2. 任意二組code sequence其交互相關

值也要盡可能地小，也就是bit為1

的位置重合盡量地少。

在論文 [ 1 3 ] ，有討論四種編碼系

統, Prime Code (PC), Extended Prime Code

(EPC), Quadratic Congruence Code(QC), and

Extended Quadratic Congruence Code(EQC)

的架構。此論文中，其一個label的長

度，最主要和中心網路的節點數有關。當

中心網路愈大，節點數愈多，所需的code

sequence數就愈多。如果以上面所提四種

編碼系統來編碼所需之code sequences，則

P的選取會變大，所以code sequence 的長

度也會變長。不過，由[15]指出一個核心

網路擁有10~30個核心節點就已經是很足

夠的了，而在[16] European ACTS project

OPEN也有相同論述。

因此，如果採用上面所提四種編

碼系統來編碼，當核心網路有30個節點

時，需要30組碼，取P = 31，則NPC及NQC


= 961 bits和NEPC及NEQC = 1,891 bits。此時

code sequence長度似乎過長，因此為了

使用長度較短的code sequence，改良well-

known編碼系統或發展新的編碼系統勢在

必行。

4. 結論

在本論文，提出一個optical code based

routing scheme，利用optical code 編碼我

們所需要的label，此label包含核心節點

所需之路由資訊，用此label封裝在封包

前頭來傳送。此方法在傳送過程各節點

不需要O/E/O程序，不需label distribution

protocol，也不會牽涉到header modification/

label swapping的問題。雖然我們利用在光

領域作correlation來決定output port來取代

路由查表，也改進我們在論文[13]中所提

出的方法，就是縮短了label的長度，可是

相對的，卻必須使用到更多的correlator，

會使得封包進入核心節點時，label必須被

分歧成許多份label，造成label訊號能量變

弱，使得correlator在處理label時，訊號能

量不足，造成錯誤產生，這是減少label的

長度，所需要付出的代價。

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