TransCAD软件在城市轨道交通专业课程设计中的应用

2019-04-07李广军王宇丁佳慧

江苏理工学院学报 2019年6期

李广军王宇丁佳慧

摘要：在城市轨道交通专业课程体系中，专业课程设计是一个非常重要的环节，其合理设置对于人才培养具有非常重要的意义。为此，根据专业特点和实践教学环节，制定了基于TransCAD软件的专业课程设计方案。该方案通过学生合理分工，利用TransCAD软件来实现对地铁线路的客流预测，然后给出具体的课程设计案例。TransCAD软件在专业课程设计中的应用，有效提高了学生的实践动手能力和团队协作能力。

关键词：TransCAD软件;城市轨道交通;专业课程设计;客流预测

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：2095-7394（2019）06-0112-05

随着中国城市轨道交通的快速发展，需要大量的城市轨道交通运营和管理人才，很多高校都开办了城市轨道交通专业，并制定了完善的课程体系。首先，在理论课程体系上，大一和大二要先修“运筹学”“交通运输工程学”“城市轨道交通规划与设计”“城市轨道交通客流预测”等理论性较强的专业基础课，而大三要修“城市轨道交通运营管理”“城市轨道交通客运组织”“城市轨道交通行车组织”等应用性较强的专业核心课。在教学内容从专业基础课向核心课转变过程中，为了保持课程体系的连续性，一般都在大三阶段开设专业课程设计[1]，以提高学生理论和实际相结合的能力。其次，从实验课程体系上看，在大一、二学年一般进行的是验证性和设计性实验，而从大三开始将进入综合性设计实验[2-4]。同时，对于综合性设计实验来说，若完全采用实物方式，代价一般较高。而交通仿真具有低成本、可重复、可控制等优点，故多采用软件仿真方式来完成复杂的综合性实验[5]。因此，针对城市轨道交通专业，可采用软件仿真的方式来完成专业课程设计。

TransCAD软件是专为交通规划和运输管理行业设计的地理信息系统软件，旨在帮助交通运输专业人员和组织机构存储、显示、管理及分析交通运输信息和数据，被广泛地应用到交通网络分析、交通规划与运输需求预测模型、交通路径选择和物流建模等领域 [6-14]。此外，TransCAD 软件也在高校交通运输专业课程设计中得到了应用[15-16]，并取得了较好的教学效果。因此，笔者所在学校的城市轨道交通专业，也在大三阶段开设了基于Trans CAD的专业课程设计。

1 专业课程设计方案

城市轨道交通专业人才培养目标是面向城市轨道交通的运营需求，培养应用型工程技术人才。要求人才具有较强的组织协调、实际操作以及分析和解决工程问题的能力。根据人才培养目标，课程设计要求如下：3人一组，选择某条地铁线路，熟练地利用TransCAD软件实现该条地铁线路的客流量预测，并撰写相应的课程设计报告。在各种客流预测方法中，四阶段法使用最为广泛。该方法包括交通发生、交通发布、交通方式划分以及交通分布四个阶段。以该方法为例，基于TransCAD的交通运输专业课程设计方案如图1所示。首先，要求学生收集某地铁线路信息，在软件中打开方法，进行界面初始设定;其次，新建地理文件，划分交通小區，建立线地理文件，输入路网数据;再次，创建小区质心，连接到路网创建网络;然后，OD矩阵反推，实现地铁线路客流预测;最后，绘制流量图，撰写课程设计资料。制定专业课程设计方案和要求后，让每组同学来选（也可以自选）某地铁线路进行客流量预测。

2 专业课程设计实施案例

以常州轨道一号线为例，使用TransCAD 软件来计算该条线路的客流量，具体过程如下。

（1）启动TransCAD 软件，进行初始化设计。首先打开Edit 菜单，选择Preferences 选项，将System 中的单位改为国际通用单位Meters（米），同时搜索路径Search Path 加上分号，以便搜索使用。

（2）建立地理文件，划分交通小区。建立常州轨道交通一号线的平面地理文件，需要一号线规划图或卫星截图，先要利用Photoshop 等软件将图片进行转换，再将tif 格式图片导入，在该图片上建立地理文件。然后，进行交通小区划分，点击图层，可将一号线线路图片隐藏，把交通小区划分显示出来。点击Info 按钮，可以查看交通小区的基本属性，也可以对属性进行修改，接下来点击T（Freehand Text）按钮，对交通小区进行编号，以方便查看、操作，各小区划分如图2所示。

（3）建立线地理文件，输入路网数据。接下来需要对常州地铁一号线线网进行描述，选择一号线规划图为图层，新建一个地理文件，将新建的地理文件直接放在图片当中，作为一个新的图层插入，比平面地理文件多了一步。然后进行Endpoint Layer Settings 端点层设置，将道路网每条道路的两个端点作为一个新的点层插入到这一个文件当中，勾选Create a Table for endpoint data，为此端点层建立一个数据表，并添加道路名称和属性设置。

（4）创建交通小区质心，将其连接到路网创建网络。虽然已经划分了交通小区和路网，但交通小区和路网之间还没有建立起联系。通过小区质心和质心连接线将这两部分建立起联系，建立交通小区的质心文件，打开交通小区的地理文件，以质心文件的形式输出，如图3所示。

（5）OD 矩阵反推，产生量、吸引量预测。在实际的交通规划当中，OD 分布量调查是一件非常耗时耗力的工作。借助TransCAD 软件，可利用实测的道路网客流量进行反推，根据反推出的OD 基础矩阵，就可得到现状的产生量和吸引量。通过回归分析法对未来的产生量、吸引量进行预测。根据估计回归模型的参数，利用模型对未来的产生和吸引量进行预测。根据预测结果进行分析，常州地铁1号线各小区数据预测量如图4所示。

（6）出行分布量预测。进行这一阶段需要有小区的出行阻抗矩阵，点层设为可见，同时设为当前层。随后进行筛选，利用条件筛选（index< >null），可以将质心点选择出来，从而建立阻抗矩阵。随后，用增长系数法预测未来年份的OD 矩阵，用重力模型得到未来年份的OD 分布。

（7）交通分配，制作流量专题地图。将未来年份OD 量分配到路网上，先要对OD 矩阵索引转换，再将小区的ID 号转换为质心的ID 号。然后点击Planning-Traffic Assignment，加载网络文件，利用TransCAD 的快速作图能力做出交通压力分布图如图5所示。从图5可以得知，轨道交通站翠竹站、火车站、博爱路站及文化宫站之间交通流量颜色较深，表明这四个站之间客流量较多，交通压力较大。

3 结语

针对城市轨道交通专业，进行了专业课程的设计，并给出具体的设计案例。根据城市轨道交通专业本科生提交的课程设计报告和软件运行结果来看，学生可以熟练地使用TransCAD软件对某地铁线路进行客流预测，并给出细致的预测结果和流量图。从本科生反馈意见上看，课程设计不仅能够提高其专业认知和实践动手能力，更重要的是提高了学生团队协作、分析和解决实际问题的能力。

参考文献：

[1] 张燕.城市轨道交通运营管理专业课程设计实践教学活动探索[J].高教探索，2016（13）：82.

[2] 胡明伟，崔海鹏.交通工程专业实验教学体系的设计[J].实验技术与管理，2011，28（7）：28-31.

[3] 孙海浩，吴娇蓉，毋妙丽.交通工程学科实验教学体系研究[J].实验室研究与探索，2012，31（2）：151-153.

[4] 洪玲，谢超，江志彬.交通运输专业实践和实验教学的改革[J].实验室研究与探索，2015，34（11）：201-205.

[5] 陈茜，陈峻，杨帆.“交通规划”课程实验与理论教学的优化与融合研究[J].东南大学学报（哲学社会科学版），2017（S2）：154-156.

[6] 刘昱婷，李奎.TransCAD在通道物流量分配中的应用[J].大连海事大学学报，2007（S1）：146-148.

[7] 溫胜强.TransCAD软件在高速公路交通量预测中的应用[J].中外公路，2007，27（5）：20-23.

[8] 姜长杰，韦献兰.TransCAD与TransModeler在港口突发特大事故应急交通疏散问题方面的研究与应用[J].水运工程，2008，（6）：61-63.

[9] 庞清阁，胡郁葱，王子明，等.TransCAD平台下公路网区域OD合成研究[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2009，28（6）：1055-1059.

[10] 左志武，刘伟，郭志云，等.TransCAD在公路诱增交通量预测中的应用研究[J].公路，2010（6）：168-171.

[11] 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.