TransCAD軟件在城市軌道交通專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

李廣軍 王宇 丁佳慧

摘? ? 要：在城市軌道交通專(zhuān)業(yè)課程體系中，專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，其合理設(shè)置對(duì)于人才培養(yǎng)具有非常重要的意義。為此，根據(jù)專(zhuān)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(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)方案。該方案通過(guò)學(xué)生合理分工，利用TransCAD軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵線路的客流預(yù)測(cè)，然后給出具體的課程設(shè)計(jì)案例。TransCAD軟件在專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，有效提高了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

關(guān)鍵詞：TransCAD軟件;城市軌道交通;專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì);客流預(yù)測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-7394（2019）06-0112-05

隨著中國(guó)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(yíng)和管理人才，很多高校都開(kāi)辦了城市軌道交通專(zhuān)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(jì)”“城市軌道交通客流預(yù)測(cè)”等理論性較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，而大三要修“城市軌道交通運(yùn)營(yíng)管理”“城市軌道交通客運(yùn)組織”“城市軌道交通行車(chē)組織”等應(yīng)用性較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)核心課。在教學(xué)內(nèi)容從專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課向核心課轉(zhuǎn)變過(guò)程中，為了保持課程體系的連續(xù)性，一般都在大三階段開(kāi)設(shè)專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)[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(yàn)課程體系上看，在大一、二學(xué)年一般進(jìn)行的是驗(yàn)證性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，而從大三開(kāi)始將進(jìn)入綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)[2-4]。同時(shí)，對(duì)于綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，若完全采用實(shí)物方式，代價(jià)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(lái)完成復(fù)雜的綜合性實(shí)驗(yàn)[5]。因此，針對(duì)城市軌道交通專(zhuān)業(yè)，可采用軟件仿真的方式來(lái)完成專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)。

TransCAD軟件是專(zhuān)為交通規(guī)劃和運(yùn)輸管理行業(yè)設(shè)計(jì)的地理信息系統(tǒng)軟件，旨在幫助交通運(yùn)輸專(zhuān)業(yè)人員和組織機(jī)構(gòu)存儲(chǔ)、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(cè)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(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)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(zhuān)業(yè)，也在大三階段開(kāi)設(shè)了基于Trans CAD的專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)。

1? ? 專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)方案

城市軌道交通專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)是面向城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)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(wèn)題的能力。根據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)，課程設(shè)計(jì)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(cè)，并撰寫(xiě)相應(yīng)的課程設(shè)計(jì)報(bào)告。在各種客流預(yù)測(cè)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(gè)階段。以該方法為例，基于TransCAD的交通運(yùn)輸專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)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(kāi)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(cè);最后，繪制流量圖，撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)資料。制定專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)方案和要求后，讓每組同學(xué)來(lái)選（也可以自選）某地鐵線路進(jìn)行客流量預(yù)測(cè)。

2? ? 專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)實(shí)施案例

以常州軌道一號(hào)線為例，使用TransCAD 軟件來(lái)計(jì)算該條線路的客流量，具體過(guò)程如下。

（1）啟動(dòng)TransCAD 軟件，進(jìn)行初始化設(shè)計(jì)。首先打開(kāi)Edit 菜單，選擇Preferences 選項(xiàng)，將System 中的單位改為國(guó)際通用單位Meters（米），同時(shí)搜索路徑Search Path 加上分號(hào)，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(hào)線的平面地理文件，需要一號(hào)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(hào)線線路圖片隱藏，把交通小區(qū)劃分顯示出來(lái)。點(diǎn)擊Info 按鈕，可以查看交通小區(qū)的基本屬性，也可以對(duì)屬性進(jìn)行修改，接下來(lái)點(diǎn)擊T（Freehand Text）按鈕，對(duì)交通小區(qū)進(jìn)行編號(hào)，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(lái)需要對(duì)常州地鐵一號(hào)線線網(wǎng)進(jìn)行描述，選擇一號(hào)線規(guī)劃圖為圖層，新建一個(gè)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(gè)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(gè)端點(diǎn)作為一個(gè)新的點(diǎn)層插入到這一個(gè)文件當(dāng)中，勾選Create a Table for endpoint data，為此端點(diǎn)層建立一個(gè)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(méi)有建立起聯(lián)系。通過(guò)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(kāi)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(cè)。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(shí)耗力的工作。借助TransCAD 軟件，可利用實(shí)測(cè)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(guò)回歸分析法對(duì)未來(lái)的產(chǎn)生量、吸引量進(jìn)行預(yù)測(cè)。根據(jù)估計(jì)回歸模型的參數(shù)，利用模型對(duì)未來(lái)的產(chǎn)生和吸引量進(jìn)行預(yù)測(cè)。根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，常州地鐵1號(hào)線各小區(qū)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)量如圖4所示。

（6）出行分布量預(yù)測(cè)。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(jiàn)，同時(shí)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(lái)，從而建立阻抗矩陣。隨后，用增長(zhǎng)系數(shù)法預(yù)測(cè)未來(lái)年份的OD 矩陣，用重力模型得到未來(lái)年份的OD 分布。

（7）交通分配，制作流量專(zhuān)題地圖。將未來(lái)年份OD 量分配到路網(wǎng)上，先要對(duì)OD 矩陣索引轉(zhuǎn)換，再將小區(qū)的ID 號(hào)轉(zhuǎn)換為質(zhì)心的ID 號(hào)。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(chē)站、博愛(ài)路站及文化宮站之間交通流量顏色較深，表明這四個(gè)站之間客流量較多，交通壓力較大。

3? ?結(jié)語(yǔ)

針對(duì)城市軌道交通專(zhuān)業(yè)，進(jìn)行了專(zhuān)業(yè)課程的設(shè)計(jì)，并給出具體的設(shè)計(jì)案例。根據(jù)城市軌道交通專(zhuān)業(yè)本科生提交的課程設(shè)計(jì)報(bào)告和軟件運(yùn)行結(jié)果來(lái)看，學(xué)生可以熟練地使用TransCAD軟件對(duì)某地鐵線路進(jìn)行客流預(yù)測(cè)，并給出細(xì)致的預(yù)測(cè)結(jié)果和流量圖。從本科生反饋意見(jiàn)上看，課程設(shè)計(jì)不僅能夠提高其專(zhuān)業(yè)認(rèn)知和實(shí)踐動(dòng)手能力，更重要的是提高了學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作、分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

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責(zé)任編輯? ? 祁秀春