城市軌道交通規劃課程設計實踐教學初探

[摘 要]城市軌道交通規劃課程設計是城市軌道交通運營管理專業教學計劃中實踐教學的重要組成部分，課程設計具體包括了客流預測四階段的計算和用visum仿真軟件分析客流影響因素及其影響機理5個部分，該課程設計可以使學生掌握經典交通需求預測四階段法的設計、計算、繪圖和軟件應用的基本技能，培養學生理論聯系實際、解決實際問題的能力。

[關鍵詞]城市軌道交通 規劃 課程設計 visum軟件

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2013）18-0047-03

[收稿時間]2013-05-31

[基金項目]上海工程技術大學實踐教學建設項目（NO：p201210002）；上海市教育委員會重點學科建設項目（J51401）；上海市科委地方院校計劃能力建設項目（11170501400）。

[作者簡介]陳穎雪（1983-），女，江蘇連云港人，在讀博士，講師，研究方向：公交一體化規劃及運營管理。

一、 前言

城市軌道交通規劃課程設計是在進行了城市交通規劃相關的理論教學內容后進行，是城市軌道交通運營管理專業教學計劃中實踐教學的重要組成部分，是貫徹理論聯系實際、培養高素質人才的重要實踐環節。本實踐教學環節擬通過對交通規劃的核心內容——四階段交通需求預測模型的手動計算和Visum軟件的操作運用，鞏固和增強學生對交通發生與吸引、交通分布、交通方式劃分與交通分配四階段的深刻理解。課程設計要求學生能運用所學的理論模型和算法，首先對我國城市軌道交通網絡客流需求預測現狀進行分析，對關鍵問題成因做出解釋，并利用Excel、VISUM軟件或編程等手段進行城市軌道交通線網客流預測，對線網方案進行評價優選和提出改進意見。

二、 課程目的意義

首先，通過學生獨立完成一個完整的交通需求四階段預測實例練習，鞏固和增強學生對交通發生與吸引、交通分布、交通方式劃分與交通分配四階段的深刻理解。

其次，利用德國PTV公司的VISUM仿真軟件，進行交通分配軟件實現，讓學生充分利用所學專業知識以及發揮創造力。鼓勵學生從身邊熟悉的線路入手進行調查，探尋規劃問題的產生原因，并討論將來可行的行車方案；并利用軟件的仿真功能，以及易于改變參數的優勢，研究地鐵票價的改變對線路客流的影響。這有助于學生利用學習的理論知識思考現實的交通問題以及提出新的觀點。

再次，增強學生解決實際問題的能力和統籌規劃能力。由于課程設計是身邊的實際問題，與理論相比更為復雜，對實際問題的分析和解決方案的構思鍛煉了學生解決實際問題的能力。另外，學生為解決實際問題需對其進行較為深入的調查，而教師沒有規定調查的具體內容，也沒有明確的調查方案提供，調查的時間、內容、方式等都由學生自己確定，鍛煉學生統籌規劃能力。

三、 城市軌道交通規劃課程設計內容

（一）交通的產生與吸引量預測

利用現狀各交通小區人口數量與調查的現狀出行產生量進行分析，從而得出交通發生量的預測模型（如一元線性回歸模型），并完成預測年的交通發生量計算。

根據現狀調查不同出行目的的比例和影響出行的各類土地面積，得到不同土地利用類型的出行吸引率，據此計算預測年各交通分區的吸引交通量。

若各小區的交通產生量之和不等于交通吸引量之和，則用調整系數法進行調整。

（二）交通分布

采用常用的交通分布方法——增長系數法之福萊特法進行交通分布預測，，從而得到規劃區內的OD分布交通量（允許誤差為 5%）。

（三）交通方式劃分

采用二元Logit模型進行交通方式劃分，從而分別得到各交通小區預測年公共汽車和軌道交通的OD分布交通量。

（四）利用Visum軟件交通分配

利用Visum軟件建立軌道交通線網模型，編輯線路運行圖，并輸入軌道交通OD分布交通量。Visum提供三種分配模型，分別是Tsys、基于發車間隔和基于時刻表三種分配模型，其中基于時刻表的分配模型較適用于城市軌道交通流量的分配，因該模型分配時考慮具體的行車時刻信息，且可以反映票價及換乘對出行路徑的選擇的影響。

（五）綜合練習

通過改變visum仿真軟件中的相關模型參數，比較模型運行結果及評價指標的變化，深入理解各因素如何影響客流變化。列車發車間隔、換乘走行時間關系乘客在地鐵系統中的運行時間，票價關系到乘客出行的經濟成本，這三個因素都是乘客選擇出行路徑的重要因素。課程設計中請學生對以上三個因素對應的模型參數進行更改，分析因素影響機理，加深相關理論知識理解。

四、 課程設計預備知識

（一）交通流需求預測前三階段計算模型

1.交通的發生與吸引

交通的發生與吸引是交通需求四階段預測中的第一階段，是交通需求分析工作中最基本的部分之一。本階段的任務是求出對象地區的交通需求總量，即生成交通量，然后在此量的約束下求出各個交通小區的發生與吸引交通量。

交通生成量、交通發生與吸引交通量的預測方法都可分為原單位法、增長率法、聚類分析法和函數法。在交通需求預測時，要求各小區的發生交通量之和與吸引交通量之和相等。如果它們之間不滿足上述關系，則可以采用調整系數法進行調整：一般以發生交通量為目標，調整出行吸引量，滿足發生交通量之和等于吸引交通量之和。

2.交通的分布

交通分布預測就是根據預測的各交通小區的產生量和吸引量，確定各交通小區之間的出行分布量，即將出行生成預測獲得的各小區出行發生與吸引交通量轉換成各小區之間的空間OD量，即OD矩陣。

總的來說，交通分布模型可分為兩大類：增長系數法和綜合法。其中，增長系數法適用于短期的交通分布研究，往往比較簡單，主要應用于交通網絡沒有發生重大變化的短期預測中，常用方法包括增長系數法、底特律法、福萊特法等；綜合法是在對分布交通量的實際分析中，剖析OD交通量的分布規律，并將此規律用數學模型表現，然后用實測數據標定模型參數，最后用標定的模型預測分布交通量，其方法包括 重力模型法、介入機會模型法、最大熵模型法等。

3.交通方式劃分

交通方式劃分目的在于預測各小區之間各種出行方式的客流承擔比例和客流量大小。根據方式選擇的基本單位進行分類，交通方式劃分模型包括集計和非集計模型。其中，集計模型是以交通小區為單位將利用者的方式選擇集計起來進行說明的模型，常用方法為轉移曲線法；非集計模型以個人為單位構造模型來確定各交通方式的選擇概率，然后再將每個人的方式選擇結果集計起來，預測分擔交通量的模型。常用方法為Logit模型、Probit模型等。由于Logit非集計交通方式劃分模型適用范圍廣、所需數據量小、可操作性強等優點，在交通方式劃分中得到了越來越廣泛的應用。本次課程設計采用兩元Logit交通方式劃分模型進行方式劃分預測。

（二） VISUM軟件知識

VISUM 是一種將私人交通和公共交通集于一體的宏觀交通模型，它由需求模型、路網模型、影響模型和分配模型組成，其中：

1.需求模型（demand model）

包括需求計算的相關資料，即出行產生和吸引的土地利用資料、不同需求成分集（demand segments）和出行產生率。不同需求成分反映不同出行群體（person groups）和出行目的，說明不同出行群體出行需求量的分散程度（level of disaggregation）。需求模型采用基于起訖點的方法（如基于家庭的工作出行）或采用活動鏈的方法，通過各類型需求的交通方式來計算出行需求。

2.路網模型（network model）

這是一個包含私人交通和公共交通系統的相關信息的多方式路網（multimodal super network）。它由交通小區、節點、公共交通停靠站、路段以及與時刻表一致的公交線路組成。VISUM 提供了先進而編輯的方法來編輯和核對路網數據。

3.交通分配模型

本課程設計主要用VISUM軟件完成交通分配和線網評選工作，交通分配是指將預測獲得機動車OD交通量，按照一定的規則，符合實際地分配到路網的各條道路上，并求出各條道路的交通量。交通分配的基礎是道路阻抗，即在某條路徑上運行時受到的阻力。路徑阻抗在交通流分配中可以通過路阻函數來描述。交通網絡上的路阻，應包含反映交通時間、交通安全、交通成本、舒適程度、便捷性和準時性等等許多因素。交通分配的常見模型有：最短徑路算法、全有全無法、增量加載分配法、系統最優法、隨機用戶均衡分配法等。

五、課程設計總結及建議

總體而言，該課程設計任務量比較大，是手動Excel計算與VISUM軟件應用計算的有機結合，結果顯示課程設計結果良好，大部分同學在規定的時間里，自己獨立完成了該課程設計，起到了鞏固知識，將知識系統化，鍛煉了學生的整體、連貫性思維和理論結合實際的能力。

但是從這次設計的結果來看，也存在一些問題，主要問題在于：

第一，學生對交通分布福萊特法的掌握度不夠，表現在計算結果不準確，計算誤差較大。

第二，學生對前三階段計算結果缺乏深入定量的分析，尤其是圖表分析，表明學生的創造性分析能力尚需進一步培養。

第三，VISUM軟件應用方面，部分學生還存在操作錯誤，尚未全面、熟練地掌握本軟件在軌道交通客流分配中的簡單應用。

由此，對課程設計提出建議如下：在課程設計進行之前的課程學習中，在講解相關知識點時，應更深入進行模型及算法的實例講解與分析。并且今后應進一步加強對VISUM軟件的深入學習。

[ 參 考 文 獻 ]

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[2] 黃璐，劉志鋼，邱薇華.“城市軌道交通行車組織”創新實驗的實踐及探索[J].實驗室研究與探索，2012，31（2）.

[3] 夏雨.關于高等教育的幾點思考[J].大學教育，2012，（5）.

[4] 秦煥美.交通規劃軟件實驗教學研究[J].實驗室研究與探索，2007，26（2）.

[5] 陳穎雪，劉志鋼，胡華.城市軌道交通規劃仿真實驗設計[J].沿海企業與科技，2011，（9）.

[責任編輯：左 蕓]