TransCAD模块化及其在公安院校教学中的应用

高建杰, 欧居尚

(四川警察学院 道路交通管理系, 四川 泸州　646000)



TransCAD模块化及其在公安院校教学中的应用

高建杰, 欧居尚

(四川警察学院 道路交通管理系, 四川 泸州646000)

将TransCAD软件分为路网地图的建立模块、基础交通数据库的建立模块、交通需求的预测模块、O-D矩阵反推模块、交通分配结果分析模块、GISDK二次开发模块,应用于公安院校交通管理工程专业理论与实践教学中,列举了其在理论与实践课程教学内容、与TransCAD模块的对应关系和教学功能与效果。TransCAD的应用能提高学生学习理论知识的兴趣,丰富实验教学内容,培养学生创新能力和工程意识。

公安院校； 交通管理工程； 教学研究； TransCAD软件

交通管理工程专业主要以交通组织控制技术、交通安全执法技术和车辆与驾驶人管理为研究方向[1]。该专业的教学应以培养交通警察职业素质为导向,注重实践、引导创新[2]。但传统的理论教学过于死板,实践教学又难以开展。

TransCAD是一款成熟、扩展性强、工程应用广的交通技术类软件。国内学者已对TransCAD开展了较多的研究[3-7]。这些研究重在工程应用案例,而在教学上的普适性和可扩展性不够。因此,笔者对TransCAD软件进行了模块化研究,使其能够满足公安院校交通管理工程专业的教学需要,适应公安教育的深化改革与发展。

1　TransCAD交通规划软件的模块化

1.1TransCAD软件概述

TransCAD是美国Caliper公司为交通规划设计和交通运输管理而开发设计、集GIS与交通模型功能于一体的交通规划软件。该软件能够对交通问题提供空间决策支持,可以方便地对各类交通运输数据进行存储、提取、分析和可视化,具有强大的图形功能、方便的工具栏和良好的开放性[8]。

软件主要功能有[9]:(1)可以生成和处理地图,建立和维护地理数据集,以及进行多样的空间分析；(2)扩展了传统的GIS数据模型,以建立交通运输的特殊数据结构,可以将交通数据直观化；(3)为交通运输问题提供全面、丰富的交通规划、预测与分析的应用模型；(4)方便的数据接口功能,可以兼容AutoCAD、SHAPE等格式的地图文件；(5)强大的二次开发功能,软件包含一套GIS应用开发工具库(GISDK),可以用来建立用户自定义模型,还可以生成嵌入、服务器应用及其他用户程序。

1.2路网地图的建立模块

建立路网地图是分析交通问题的前期重要准备工作。该模块功能主要是创建地图和道路网络,包括背景图的导入、创建面层、创建线层、创建点层、地图的编辑等。

使用该模块需要注意:(1)地图由一系列图层组成,TransCAD自带的地图工具可以通过导入的背景图进行描绘,也可以利用AutoCAD、MapINFO等专用绘图软件绘好后导入；(2)编辑功能可以改变图层的样式或标签来美化地图,也可以利用彩色与图案、点密度、饼图与直方图、棱柱形等多种形式来直观反映数据字段中的数值；(3)道路网络的创建包含了创建线层、创建点层的内容,网络建好后,还可以创建网络影响带、创建交叉路口图表,根据需要寻找最短路径。

1.3基础交通数据库的建立模块

基础交通数据库是数据的编辑、存储模块,利用TransCAD的空间数据结构,可以使用信息工具显示地图的数据或以表格的形式利用数据窗显示。具体功能主要包括数据表和矩阵的创建与编辑。

该模块有以下注意事项:(1)TransCAD允许用户创建和显示任意数量的数据窗,用户可以自定义数据的排列方式、显示方式及产生的报告图表；(2)TransCAD特殊的数据存储结构使得数据在底层数据库中可以自动保存,不需要手动另行保存；(3)数据表既可手动填充,也可用李云迪公式填充,当有相同的索引字段时,可以将数据表进行链接,以方便数据的管理和计算；(4)除了可以利用矩阵编辑工具进行创建、修改、编辑外,也可将Excel中的数据转换为TransCAD中的矩阵表。

1.4交通需求预测模块

交通需求预测是交通规划的基础与核心,该模块也是TransCAD软件的核心模块。交通需求建模方法采用的是四阶段法,包括交通发生与吸引、交通分布、方式划分以及交通分配。交通需求预测的每一阶段,TransCAD均提供了多种方法进行建模分析,用户可以根据需要进行选择(见表1)。

表1　TransCAD提供的交通需求预测方法

1.5O-D矩阵反推模块

O-D矩阵反推是根据调查的路段交通量反推现状O-D矩阵的过程。因实际应用中,路段交通量易于获取,因此,该模块应用较为广泛,所需数据包括基础O-D矩阵和路段观测交通量。

需要注意的是,O-D反推和交通分配是一个互逆的过程,其软件操作过程也很相似,有时会遇到在分配后有些路段没有流量的情况,原因是在操作前没有使O-D矩阵的索引为节点层上选择集的索引。

1.6交通分配结果分析模块

交通分配结果分析模块主要是通过创建分配主题图,使交通分配结果或VOC按照用户需要,以图的形式展示出来,也可以输出分配结果的路网流量表。TransCAD提供了多种形式的图表编辑、美化功能,以便用户对交通分配结果进行分析和评价。

1.7GISDK二次开发模块

TransCAD提供二次开发的接口,可以应用GISDK宏语言编写程序、建立自定义模型,也可以应用Visual 6.0以上版本的开发工具编写交通模型程序。GISDK允许用户建立个性化界面。

2　TransCAD交通规划软件在教学中的应用

TransCAD交通规划软件在公安交通管理部门、交通设计院、研究所等应用广泛。在高校交通管理工程专业,该软件主要应用在交通组织控制技术相关课程的理论与实践教学中。

2.1TransCAD在理论教学中的应用

交通管理工程专业交通组织控制技术相关课程主要有交通工程学、道路交通管理规划、交通系统工程、城市交通影响评价等,本文重点介绍TransCAD软件在道路交通管理规划、城市交通影响评价、交通系统工程中的应用。

2.1.1在道路交通管理规划教学中的应用

“道路交通管理规划与组织”是公安院校交通管理工程专业的主干课程,其主要内容包括交通管理规划的概念及内涵、交通调查与信息库、道路交通现状分析、交通需求预测、交通管理规划方案设计、方案评价与实施等,教学内容理论性强,尤其是交通量预测的内容更是难懂。因此,在工程实例的基础上,结合TransCAD交通规划软件的5个模块讲授交通管理规划的工程技术方法,既能提高学生的兴趣和动手操作能力,又有助于学生对理论知识的掌握和创新思维的开发。

道路交通管理规划教学内容与TransCAD交通规划软件模块之间的对应关系如表2所示,图1是利用交通分配分析模块得到的效果图。

表2　TransCAD在道路交通管理规划教学中的应用

图1　某市交通分配结果示意图

2.1.2在城市交通影响评价教学中的应用

“城市交通影响评价”是公安院校交通管理工程专业的选修课,该课程主要研究新建项目或城市土地利用变更对交通的影响。交通影响评价是保证大型项目开发建设不会导致开发对象周边交通服务水平下降的重要措施,是避免土地超强开发的规划控制措施。该课程的内容与交通管理规划课程类似,但又有明显不同。传统的教学方法缺少动手实践环节,学生往往对交通影响评价缺乏深入的理性思维。因此,需要结合TransCAD交通规划软件,培养学生的理性思维能力和创新意识。

城市交通影响评价教学内容与TransCAD交通规划软件模块之间的对应关系如表3所示。

2.1.3在交通系统工程教学中的应用

交通系统工程是把运筹学与系统工程的理论应用于交通系统。“交通系统工程”是公安院校交通管理工程专业的基础课,也是高等学校交通运输科学教学指导委员会确定的交通工程专业的主干课程。交通系统分析课程内容主要包括线性规划、特殊类型线性规划、非线性规划、图与网络、排队论、预测方法及其应用、决策、工程经济分析等,该课程的内容与系统工程、运筹学内容相近,但其强调的是专业的应用性。

表3　TransCAD在城市交通影响评价教学中的应用

“交通系统工程”课程因学时数的限制,在教学中往往都先讲授理论,再介绍理论应用,最后辅以计算习题训练。由于理论性强,教师往往在理论讲授和习题的求解上花费较多学时,而在应用方面则不被重视,不利于培养学生实践应用能力和创新精神。

应用TransCAD交通规划软件的路网地图建立模块、交通需求预测模块等可以很好地将部分理论知识生动形象的展示出来,既省去大量人工计算,又培养了学生的计算机应用能力。例如,“图与网络”的教学内容可以通过软件形象展示出来,利用查找最短路径的功能,实现图论中最短路径的分析与应用；各种预测方法(增长率法、回归分析法、类型分析法、重力模型法等)的应用,也可以利用软件中GISDK二次开发模块,实现预测算法的编程,然后在软件中调用动态链接库,运行自己的预测模型程序。

2.2TransCAD在实践教学中的应用

实践教学在公安院校整个教学体系中占有十分重要的地位[10]。实践教学不仅包含了对课程理论部分的理解与验证,还应从培养学生的综合思维和创新能力的角度组织教学,将理论知识应运于实践中并加以提升。然而由于交通系统的复杂性使得很多实践教学无法开展,实验教学环境也很难提供与教学要求相适应的城市交通系统以供学生进行实验。为此,很多学校将VISSIM微观仿真软件引入教学中[11-12]。但该软件也只能解决交通系统中“点”、“线”的问题,而涉及交通系统“面”的问题,即区域交通系统问题,则以TransCAD软件为教学辅助平台为好。

2.2.1在交通小区的划分实验教学中的应用

交通小区的划分是进行交通调查和进行城市交通管理规划的一种重要手段,目的是为了全面了解交通源及交通源之间的交通流。由于交通源数量庞大,需要将交通源合并成若干小区,即为交通小区。交通小区的划分实验要求学生全面调查并掌握城市社会经济、土地利用等基础资料,根据交通管理规划的要求,利用交通小区划分原则与方法,在城市社区图、城市路网图的基础上划分并制作城市交通小区图。

利用绘图工具(例如AutoCAD、Visio等)进行交通小区划分只能以图形的方式来表示交通小区划分的结果,无法直观地展示交通小区划分过程中所用的小区社会经济、土地利用等资料。而利用TransCAD软件可以解决该问题,使实验内容更丰富。实验过程设计为:(1)利用软件中路网地图的建立模块,可以将AutoCAD绘图软件中绘制的交通小区图导入TransCAD(见图2)；(2)利用路网地图的建立模块创建交通小区的质心(型心),使学生掌握交通小区质心的确定过程；(3)利用基础交通数据库建立模块中“数据表的编辑”功能,添加交通小区的人口、岗位、经济状况、土地利用性质等基本属性,使学生将交通小区的创建过程与交通小区的基本资料建立对应关系,为后续工作打下基础；(4)利用基础交通数据库建立模块创建期望线图(见图3),它代表了交通小区间出行量的大小,使学生掌握期望线图的相关知识。

图2　某市交通小区的划分示意图

图3　某市创建的期望线图

2.2.2在道路交通组织优化综合实训中的应用

道路交通组织优化综合实训是重要的实践教学环节,是学生对所学理论知识的综合运用,注重提高学生交通警察职业能力和工程素质。道路交通组织优化综合实训要求学生根据教学任务,自主设计交通调查方案,分析道路交通存在的问题,运用所学理论知识提出交通组织优化设计方案。整个过程均以学生为主体,有助于培养学生主动学习的意识和创新意识。

根据管理的范围不同,道路交通组织分为区域(面)交通组织、线路(线)交通组织、节点(点)交通组织,相应的综合实训也包含“点、线、面”的内容。由于交叉口交通组织和路段交通组织容易组织开展,传统的教学过程中往往忽略了区域交通组织的综合实训。区域范围大、数据搜集困难、优化方案难以评价等是区域范围交通组织综合实训难以进行的原因。

借助TransCAD软件可以解决上述问题。实验过程设计为:(1)基础数据的搜集可以查阅区域统计年鉴或由指导教师提供,再利用软件中路网地图建立模块“地图的创建与编辑”、路网地图建立模块“网络的创建”,制作区域路网地图；(2)利用基础交通数据库建立模块中“数据表的编辑”功能,添加区域内人口、经济、交通流等基础数据；(3)利用O-D矩阵反推模块得到区域内O-D矩阵,再利用交通需求预测模块中的相关功能实现区域内道路网交通量均衡分配；(4)根据交通

量均衡分配结果与实际路段交通量之间的对比,设计区域交通组织优化方案；(5)根据优化方案的交通数据,再次利用交通需求预测模块中的相关功能重新分配路网交通量,直至满足要求、得到最终的区域交通组织优化方案。

另外,交通需求管理决策方案也可以采用类似的方法设计教学实验。例如让学生自主设计交通需求管理方案,将方案实施后发生变化的基础数据在TransCAD软件中进行调整,调整后的路网交通量分配结果可以直观地展示出来,让学生切实领会交通需求管理措施的效果。

3　结语

在信息化社会发展及公安机关强调实战性的大背景下,公安院校对工科专业的教学理应有所突破。将交通工程中广泛应用的交通规划和需求预测软件TransCAD用于交通管理工程专业实践教学,能很好地提高公安交通管理工程专业的教学质量,增强学生对理论知识的深层次认识,提高学生动手实践能力,培养学生创新意识和工程意识。

References)

[1] 刘玉增,高建杰,郭孜政.道路交通管理规划与组织[M].武汉:武汉大学出版社,2015.

[2] 管满泉,李强伟,黄云.基于实战背景的公安院校实验教学改革探索[J].实验技术与管理,2013,30(2):144-146.

[3] 秦焕美,曹静,贺玉龙,等.交通规划软件课程教学探讨:以TransCAD软件教学为例[J].教育教学论坛,2013(29):72-74.

[4] 谭旭平,刘灿齐.TransCAD软件在城市交通限行方案制定中的应用[J].交通标准化,2013(8):131-134.

[5] 孙超,张云龙,王波,等.基于OD反推和Synchro-VISSIM仿真的交通影响评价研究[J].公路,2012(9):139-144.

[6] 宋睿,晏克非,郑建.TransCAD在四阶段交通需求预测中的应用[J].交通科技与经济,2011,13(1):79-81.

[7] 晏杉,南爱强.TransCAD软件在公路建设项目交通量分析与预测中的应用[J].中外公路,2011,31(6):273-276.

[8] 况爱武.TransCAD交通规划软件教学探讨[J].中国科教创新导刊,2010(5):63-64.

[9] 章玉,胡兴华,王佳.交通规划模型:TransCAD的操作与应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2010.

[10] 黄兴华,刘建军.公安院校交通控制课程的实践教学探讨[J].才智,2015(3):195.

[11] 沈雅婕.VISSIM仿真系统在交通信号控制教学中的使用[J].实验技术与管理,2014,31(2):89-92.

[12] 陈举欣,牟振华,李美玲,等.VISSIM在交通工程专业实验教学中的应用[J].山东建筑大学学报,2013,28(5):494-498.

Application of modularized TransCAD in teaching of public security colleges

Gao Jianjie, Ou Jushang

(Department of Transportation Management, Sichuan Police College, Luzhou 646000, China)

Six modules of TransCAD including network and map building module, database building module, traffic demand forecast module, O-D matrix inverse module, traffic assignment evaluation module and GISDK module are presented to apply in theoritical and practical teaching of public security colleges. The correspondence between the content of some courses and modules of TransCAD is expressed. The proposed methods can enrich the content of experimental teaching, enhance the learning efficiency of students and develop their innovative ability and engineering consciousness.

public security colleges; traffic management engineering; teaching and research; TransCAD

DOI:10.16791/j.cnki.sjg.2016.04.040

2015- 09- 06

四川省本科院校“专业综合改革试点”省级立项建设项目(201388222)资助；四川省2014—2016年高等教育人才培养质量和教学改革项目(2014450154)资助；四川警察学院2015年学科专业建设项目(20150503)资助

高建杰(1985—),男,山东栖霞,硕士,讲师,研究方向为交通规划、交通组织.

E-mail：jianjiecq@163.com

G642

B

1002-4956(2016)4- 0148- 05