李廣軍 王宇 丁佳慧
摘? ? 要:在城市軌道交通專業(yè)課程體系中,專業(yè)課程設(shè)計是一個非常重要的環(huán)節(jié),其合理設(shè)置對于人才培養(yǎng)具有非常重要的意義。為此,根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié),制定了基于TransCAD軟件的專業(yè)課程設(shè)計方案。該方案通過學(xué)生合理分工,利用TransCAD軟件來實(shí)現(xiàn)對地鐵線路的客流預(yù)測,然后給出具體的課程設(shè)計案例。TransCAD軟件在專業(yè)課程設(shè)計中的應(yīng)用,有效提高了學(xué)生的實(shí)踐動手能力和團(tuán)隊協(xié)作能力。
關(guān)鍵詞:TransCAD軟件;城市軌道交通;專業(yè)課程設(shè)計;客流預(yù)測
中圖分類號:G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A? ? ? ? ? ? ? ?文章編號:2095-7394(2019)06-0112-05
隨著中國城市軌道交通的快速發(fā)展,需要大量的城市軌道交通運(yùn)營和管理人才,很多高校都開辦了城市軌道交通專業(yè),并制定了完善的課程體系。首先,在理論課程體系上,大一和大二要先修“運(yùn)籌學(xué)”“交通運(yùn)輸工程學(xué)”“城市軌道交通規(guī)劃與設(shè)計”“城市軌道交通客流預(yù)測”等理論性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課,而大三要修“城市軌道交通運(yùn)營管理”“城市軌道交通客運(yùn)組織”“城市軌道交通行車組織”等應(yīng)用性較強(qiáng)的專業(yè)核心課。在教學(xué)內(nèi)容從專業(yè)基礎(chǔ)課向核心課轉(zhuǎn)變過程中,為了保持課程體系的連續(xù)性,一般都在大三階段開設(shè)專業(yè)課程設(shè)計[1],以提高學(xué)生理論和實(shí)際相結(jié)合的能力。其次,從實(shí)驗課程體系上看,在大一、二學(xué)年一般進(jìn)行的是驗證性和設(shè)計性實(shí)驗,而從大三開始將進(jìn)入綜合性設(shè)計實(shí)驗[2-4]。同時,對于綜合性設(shè)計實(shí)驗來說,若完全采用實(shí)物方式,代價一般較高。而交通仿真具有低成本、可重復(fù)、可控制等優(yōu)點(diǎn),故多采用軟件仿真方式來完成復(fù)雜的綜合性實(shí)驗[5]。因此,針對城市軌道交通專業(yè),可采用軟件仿真的方式來完成專業(yè)課程設(shè)計。
TransCAD軟件是專為交通規(guī)劃和運(yùn)輸管理行業(yè)設(shè)計的地理信息系統(tǒng)軟件,旨在幫助交通運(yùn)輸專業(yè)人員和組織機(jī)構(gòu)存儲、顯示、管理及分析交通運(yùn)輸信息和數(shù)據(jù),被廣泛地應(yīng)用到交通網(wǎng)絡(luò)分析、交通規(guī)劃與運(yùn)輸需求預(yù)測模型、交通路徑選擇和物流建模等領(lǐng)域 [6-14]。此外,TransCAD 軟件也在高校交通運(yùn)輸專業(yè)課程設(shè)計中得到了應(yīng)用[15-16],并取得了較好的教學(xué)效果。因此,筆者所在學(xué)校的城市軌道交通專業(yè),也在大三階段開設(shè)了基于Trans CAD的專業(yè)課程設(shè)計。
1? ? 專業(yè)課程設(shè)計方案
城市軌道交通專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)是面向城市軌道交通的運(yùn)營需求,培養(yǎng)應(yīng)用型工程技術(shù)人才。要求人才具有較強(qiáng)的組織協(xié)調(diào)、實(shí)際操作以及分析和解決工程問題的能力。根據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo),課程設(shè)計要求如下:3人一組,選擇某條地鐵線路,熟練地利用TransCAD軟件實(shí)現(xiàn)該條地鐵線路的客流量預(yù)測,并撰寫相應(yīng)的課程設(shè)計報告。在各種客流預(yù)測方法中,四階段法使用最為廣泛。該方法包括交通發(fā)生、交通發(fā)布、交通方式劃分以及交通分布四個階段。以該方法為例,基于TransCAD的交通運(yùn)輸專業(yè)課程設(shè)計方案如圖1所示。首先,要求學(xué)生收集某地鐵線路信息,在軟件中打開方法,進(jìn)行界面初始設(shè)定;其次,新建地理文件,劃分交通小區(qū),建立線地理文件,輸入路網(wǎng)數(shù)據(jù);再次,創(chuàng)建小區(qū)質(zhì)心,連接到路網(wǎng)創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò);然后,OD矩陣反推,實(shí)現(xiàn)地鐵線路客流預(yù)測;最后,繪制流量圖,撰寫課程設(shè)計資料。制定專業(yè)課程設(shè)計方案和要求后,讓每組同學(xué)來選(也可以自選)某地鐵線路進(jìn)行客流量預(yù)測。
2? ? 專業(yè)課程設(shè)計實(shí)施案例
以常州軌道一號線為例,使用TransCAD 軟件來計算該條線路的客流量,具體過程如下。
(1)啟動TransCAD 軟件,進(jìn)行初始化設(shè)計。首先打開Edit 菜單,選擇Preferences 選項,將System 中的單位改為國際通用單位Meters(米),同時搜索路徑Search Path 加上分號,以便搜索使用。
(2)建立地理文件,劃分交通小區(qū)。建立常州軌道交通一號線的平面地理文件,需要一號線規(guī)劃圖或衛(wèi)星截圖,先要利用Photoshop 等軟件將圖片進(jìn)行轉(zhuǎn)換,再將tif 格式圖片導(dǎo)入,在該圖片上建立地理文件。然后,進(jìn)行交通小區(qū)劃分,點(diǎn)擊圖層,可將一號線線路圖片隱藏,把交通小區(qū)劃分顯示出來。點(diǎn)擊Info 按鈕,可以查看交通小區(qū)的基本屬性,也可以對屬性進(jìn)行修改,接下來點(diǎn)擊T(Freehand Text)按鈕,對交通小區(qū)進(jìn)行編號,以方便查看、操作,各小區(qū)劃分如圖2所示。
(3)建立線地理文件,輸入路網(wǎng)數(shù)據(jù)。接下來需要對常州地鐵一號線線網(wǎng)進(jìn)行描述,選擇一號線規(guī)劃圖為圖層,新建一個地理文件,將新建的地理文件直接放在圖片當(dāng)中,作為一個新的圖層插入,比平面地理文件多了一步。然后進(jìn)行Endpoint Layer Settings 端點(diǎn)層設(shè)置,將道路網(wǎng)每條道路的兩個端點(diǎn)作為一個新的點(diǎn)層插入到這一個文件當(dāng)中,勾選Create a Table for endpoint data,為此端點(diǎn)層建立一個數(shù)據(jù)表,并添加道路名稱和屬性設(shè)置。
(4)創(chuàng)建交通小區(qū)質(zhì)心,將其連接到路網(wǎng)創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)。雖然已經(jīng)劃分了交通小區(qū)和路網(wǎng),但交通小區(qū)和路網(wǎng)之間還沒有建立起聯(lián)系。通過小區(qū)質(zhì)心和質(zhì)心連接線將這兩部分建立起聯(lián)系,建立交通小區(qū)的質(zhì)心文件,打開交通小區(qū)的地理文件,以質(zhì)心文件的形式輸出,如圖3所示。
(5)OD 矩陣反推,產(chǎn)生量、吸引量預(yù)測。在實(shí)際的交通規(guī)劃當(dāng)中,OD 分布量調(diào)查是一件非常耗時耗力的工作。借助TransCAD 軟件,可利用實(shí)測的道路網(wǎng)客流量進(jìn)行反推,根據(jù)反推出的OD 基礎(chǔ)矩陣,就可得到現(xiàn)狀的產(chǎn)生量和吸引量。通過回歸分析法對未來的產(chǎn)生量、吸引量進(jìn)行預(yù)測。根據(jù)估計回歸模型的參數(shù),利用模型對未來的產(chǎn)生和吸引量進(jìn)行預(yù)測。根據(jù)預(yù)測結(jié)果進(jìn)行分析,常州地鐵1號線各小區(qū)數(shù)據(jù)預(yù)測量如圖4所示。
(6)出行分布量預(yù)測。進(jìn)行這一階段需要有小區(qū)的出行阻抗矩陣,點(diǎn)層設(shè)為可見,同時設(shè)為當(dāng)前層。隨后進(jìn)行篩選,利用條件篩選(index< >null),可以將質(zhì)心點(diǎn)選擇出來,從而建立阻抗矩陣。隨后,用增長系數(shù)法預(yù)測未來年份的OD 矩陣,用重力模型得到未來年份的OD 分布。
(7)交通分配,制作流量專題地圖。將未來年份OD 量分配到路網(wǎng)上,先要對OD 矩陣索引轉(zhuǎn)換,再將小區(qū)的ID 號轉(zhuǎn)換為質(zhì)心的ID 號。然后點(diǎn)擊Planning-Traffic Assignment,加載網(wǎng)絡(luò)文件,利用TransCAD 的快速作圖能力做出交通壓力分布圖如圖5所示。從圖5可以得知,軌道交通站翠竹站、火車站、博愛路站及文化宮站之間交通流量顏色較深,表明這四個站之間客流量較多,交通壓力較大。
3? ?結(jié)語
針對城市軌道交通專業(yè),進(jìn)行了專業(yè)課程的設(shè)計,并給出具體的設(shè)計案例。根據(jù)城市軌道交通專業(yè)本科生提交的課程設(shè)計報告和軟件運(yùn)行結(jié)果來看,學(xué)生可以熟練地使用TransCAD軟件對某地鐵線路進(jìn)行客流預(yù)測,并給出細(xì)致的預(yù)測結(jié)果和流量圖。從本科生反饋意見上看,課程設(shè)計不僅能夠提高其專業(yè)認(rèn)知和實(shí)踐動手能力,更重要的是提高了學(xué)生團(tuán)隊協(xié)作、分析和解決實(shí)際問題的能力。
參考文獻(xiàn):
[1] 張燕.城市軌道交通運(yùn)營管理專業(yè)課程設(shè)計實(shí)踐教學(xué)活動探索[J].高教探索,2016(13):82.
[2] 胡明偉,崔海鵬.交通工程專業(yè)實(shí)驗教學(xué)體系的設(shè)計[J].實(shí)驗技術(shù)與管理,2011,28(7):28-31.
[3] 孫海浩,吳嬌蓉,毋妙麗.交通工程學(xué)科實(shí)驗教學(xué)體系研究[J].實(shí)驗室研究與探索,2012,31(2):151-153.
[4] 洪玲,謝超,江志彬.交通運(yùn)輸專業(yè)實(shí)踐和實(shí)驗教學(xué)的改革[J].實(shí)驗室研究與探索,2015,34(11):201-205.
[5] 陳茜,陳峻,楊帆.“交通規(guī)劃”課程實(shí)驗與理論教學(xué)的優(yōu)化與融合研究[J].東南大學(xué)學(xué)報(哲學(xué)社會科學(xué)版),2017(S2):154-156.
[6] 劉昱婷,李奎.TransCAD在通道物流量分配中的應(yīng)用[J].大連海事大學(xué)學(xué)報,2007(S1):146-148.
[7] 溫勝強(qiáng).TransCAD軟件在高速公路交通量預(yù)測中的應(yīng)用[J].中外公路,2007,27(5):20-23.
[8] 姜長杰,韋獻(xiàn)蘭.TransCAD與TransModeler在港口突發(fā)特大事故應(yīng)急交通疏散問題方面的研究與應(yīng)用[J].水運(yùn)工程,2008,(6):61-63.
[9] 龐清閣,胡郁蔥,王子明,等.TransCAD平臺下公路網(wǎng)區(qū)域OD合成研究[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2009,28(6):1055-1059.
[10] 左志武,劉偉,郭志云,等.TransCAD在公路誘增交通量預(yù)測中的應(yīng)用研究[J].公路,2010(6):168-171.
[11] 晏杉,南愛強(qiáng).TransCAD軟件在公路建設(shè)項目交通量分析與預(yù)測中的應(yīng)用[J].中外公路,2011,31(6):273-276.
[12] 周麗萍,馬榮擘.城市地震救災(zāi)路徑選擇系統(tǒng)仿真[J].計算機(jī)仿真,2011,28(8):323-327.
[13] 何原榮,陸琳,陳旭輝.基于TransCAD的應(yīng)急物流配送方案設(shè)計研究[J].物流技術(shù),2014,33(3):89-91.
[14] 方曾利,梁亞莉,王鵬,等.基于GIS的TransCAD在路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)布局優(yōu)化中的應(yīng)用研究[J].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2019,53(1):88-92.
[15] 高建杰,歐居尚.TransCAD模塊化及其在公安院校教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗技術(shù)與管理,2016,33(4):148-152.
[16] 馮煥煥,鄧建華.基于TransCAD的常規(guī)公交規(guī)劃實(shí)驗教學(xué)設(shè)計[J].實(shí)驗室研究與探索,2018,37(2):221-223.
責(zé)任編輯? ? 祁秀春