“交通調查”實驗教學組織探索與實踐

梁化民

(天津城建大學 土木工程學院, 天津 300384)

“交通調查”實驗教學組織探索與實踐

梁化民

(天津城建大學 土木工程學院, 天津 300384)

交通調查是交通工程項目的起點,交通調查實驗是交通工程專業最基礎的實驗課程之一。在歸納交通調查實驗內容和任務目標的基礎上,針對當前交通調查實驗教學組織中存在的主要問題,對教學內容、教學組織及考核方法進行優化與創新,提出了“突出強化基本技能訓練,構建課內外相結合、以綜合性交通工程虛擬課題為牽引的實驗教學體系,并完善考核環節”的交通調查實驗教學組織策略與方法。教學實踐證明,此方法能夠有效提高學生的動手熱情,提高學生分析和解決問題的能力。

交通工程； 交通調查； 實驗教學組織

交通調查是交通工程項目的起點,是交通系統規劃、設計、建設與管理的基礎性工作。交通工程學的發展在一定程度上依靠交通調查工作的開展和數據資料的積累與利用[1]。綜合型交通調查是準確診斷交通問題癥結、制定科學有效的交通政策的基本途徑[1-4]。因此交通調查實驗是交通工程專業最重要、最基礎的實踐課程之一,但同時也是最容易被忽視的交通實驗課程[5],實驗效果不佳在一定程度上影響了學生嚴謹求實作風的養成。

1 交通調查實驗的任務目標和實驗內容

1.1 交通調查實驗的主要任務目標

交通工程專業的從業目標是交通運輸系統分析與規劃、交通設計、交通工程設施設計、施工與管理、交通系統管理與控制等。以上領域涉及的分析、規劃、設計、施工、管理與控制均以交通調查與分析為基礎性工作,因此交通調查實驗教學的主要任務是運用交通工程專業的基本原理、基本理論,通過系統訓練學生對于交通數據的調查采集和分析應用,提高學生的實際動手能力,適應未來崗位工作需要。文獻[6]提出,交通工程專業實驗教學體系的金字塔結構包括專業基礎實驗、專業技能實驗、綜合設計實驗和創新研究實驗。顯然,交通調查實驗處于金字塔的底部,涵蓋了專業基礎實驗和專業技能實驗。

1.2 交通調查實驗的特點

1.2.1 調查手段需要軟件與硬件相結合

不同于一般的社會調查通常只需設計合理的調查問卷即可進行,交通調查還需要綜合應用各種可能的軟硬件工具,因為其不僅涉及“人”,還涉及“車”和“路”。 交通調查的軟件手段包括調查問卷、話單分析、手機信令提取、調查日志、小票法、浮動車數據提取、公交卡數據提取(從數據庫提取)[2-4]；硬件手段包括各類交通檢測和監測裝置。交通檢測裝置一般由傳感器和計數器2部分組成,利用車輛通過時聲、光、電、磁等物理量的周期性變化來檢測單個車輛的通過以獲取交通量數據,多數情況下還可同時獲得車輛的速度、車型等狀態參數。監測裝置目前主要有攝像法和遙感法等,除了獲取單個車輛的信息外,還可獲得交通流的宏觀狀態,如交通密度、排隊長度等。交通檢測和監測裝置除了布設在道路上或路側之外,還可以存在于車載系統,如GPS等[7]。

1.2.2 數據分析是交通調查實驗的重要內容

交通調查的目的是了解和掌握交通流的規律。交通流在時間和空間上均有復雜的動態、隨機特性,這些特性隱藏在交通調查取得的大量靜態化的數據之中,只有通過合理的數據處理和分析方法,才能獲得有用的交通流參數,為改善、優化道路交通提供實際參考。數據分析方法包括數據聚類、數據挖掘、指標計算、統計分析、分布擬合、時間序列分析、GIS分析、仿真分析、回歸預測、灰色系統預測等。對于交通動態過程的分析,由于現場調查工作量大,因此可調查采集不完全數據,運用仿真分析的方法,充分發掘調查數據的價值,彌補現場調查的不足[8]。

1.2.3 交通調查通常需要團隊協作

交通系統具有明顯的分布特征和動態特征,為全面了解給定時刻的交通系統特性,必然要求在多個點同時展開調查,或是在一個點調查交通系統的多個參數。這就需要多人形成調查團隊進行協作，例如十字交叉口交通量調查需12人,每個入口左轉、直行、右轉各需1人,如果需要區分車型或調查非機動車流量,還需更多調查人員。

1.2.4 調查內容在發展,調查手段需要創新

隨著對交通管理和控制的科學化、精細化要求的增加,交通調查的內容也在傳統調查內容的基礎上進行擴展。例如為了進行微觀交通特性的研究和適應交通智能裝備的研發應用,需要對于車輛實時速度、加速度、車輛連續軌跡等方面內容的調查[9-10]；為了解城市宏觀交通流狀態,提高城市交通規劃水平和評估城市交通污染,需高效率地調查整個城市的大面積的交通流狀態。對于這些調查需求,傳統的調查手段難以滿足需要,須應用新的技術,創新調查手段。

由此可見,交通調查實驗的順利進行需要學生掌握豐富的知識與技能,見表1。

表1 交通調查實驗對學生知識和技能的要求

1.3 交通調查實驗的主要內容

交通調查實驗的基本內容包括：車速、交通密度、交通量、車頭時距、排隊長度等交通流基本參數的調查；道路通行能力調查；行車延誤調查；起訖點調查(OD調查)；車輛停放調查；行人交通調查；自行車交通調查；公共交通調查；交通安全調查；交通環境保護調查；交通設施調查等[11-12]。根據調查目的,調查內容可概括為以下4類。

(1) 交通流基本參數調查。交通流基本參數中,最基本的參數是交通量、車速、交通密度,其次還有車頭間距、車頭時距、排隊長度等。這些參數可以通過人工和儀器設備相結合的方式直接調查獲得,用于揭示交通流的復雜特性。

(2) 道路基本能力分析及服務水平評價調查。體現道路基本能力的主要參數是道路通行能力,其次還包括行車延誤。道路通行能力分析需要的調查數據主要有道路幾何條件、道路環境條件、斷面交通量、自由流車速、飽和車頭時距等,調查對象包括公路(道路)路段(雙車道、多車道、高速公路)、車流交織區、匝道及匝道連接點、收費站、道路平面交叉口,以及公交線路、自行車道、行人通行設施等各類交通設施[13]。行車延誤作為道路疏導交通這一基本能力發揮的另一項重要體現,調查包括路段行車延誤調查和交叉口行車延誤調查。

(3) 交通規劃設計調查。交通規劃調查的重點內容是起訖點(OD)調查,包括個人出行OD調查、車輛OD調查、貨流OD調查,是運用四階段法進行交通規劃的基礎工作。用于交通設計的調查包括交通流運行參數調查、交通信號調查、交通標志標線與交通設施調查、車輛停放調查、行人交通調查、自行車交通調查等,是科學設計道路、交叉口、交通信號控制系統、停車場以及其他交通設施的基礎。

(4) 交通系統外部性調查。交通系統既是國民經濟的重要基礎設施,同時具有負外部性,如產生環境污染、交通事故等。調查主要包括交通安全調查和交通環境保護調查。交通安全調查主要有交通事故現場調查、交通事故統計分析,以及交通沖突參數的調查。交通環境保護調查主要有交通大氣污染調查、車輛排放調查、交通噪聲調查等。

2 當前交通調查實驗教學組織中存在的主要問題

2.1 教學內容尚不夠系統和全面

計劃內的交通調查實驗課時少，根據對國內部分交通工程專業的實踐教學情況的調查,交通調查實驗只有一周左右的課時,甚至只有交通量調查和地點車速調查2項,僅就交通流基本參數的調查來說,也未完全覆蓋,因此學生對于交通流復雜特性的直觀感受和交通流數據采集方法的掌握均不夠。由于課時有限,對于其他調查內容通常難以涉及。

2.2 基本技能訓練力度不夠

交通調查基本技能包括調查工具的應用技能和數據分析技能。通過對國內部分高校交通工程專業的考察得知,這2項訓練的力度均不夠。對于調查工具的應用而言,由于許多高校的交通工程專業缺乏足夠的調查儀器設備,交通調查以人工調查為主,激光、雷達等測速設備以演示為主,學生難以掌握操作方法,而且由于交通調查設備在實際道路上臨時鋪設較困難,也影響了這類基本技能的訓練。另外,由于學生對于數據分析軟件、數學和計算機工具的掌握不夠,也影響了數據分析技能的訓練力度。

2.3 數據造假問題難以在考核中發現

交通調查實驗不是僅在實驗室中完成的,需要在實際道路上進行[9]。在具體實施過程中,調查實驗需要分組在多個地點同時進行,指導教師在調查實驗過程中難以照顧到每一組或每一個學生。更為復雜的是,由于交通調查實驗的對象和交通系統的動態隨機特性,每個調查實驗均不可能有標準實驗結果,這就為學生提交實驗報告時的數據造假提供了可能,而實驗指導教師也難以及時發現,影響到實驗考核的有效性,也潛在地降低了實驗的效果。

3 交通調查實驗內容與組織方法的優化創新

交通調查實驗教學內容與組織方法優化與創新的基本思路：突出強化基本技能訓練,及時提升綜合應用能力,重視嚴謹求實作風養成(見表2)。

表2 交通調查實驗教學創新與優化的基本思路

3.1 教學內容優化與創新

(1) 將交通調查實驗的基本內容系統化。交通調查的應用可以是交通系統的分析、規劃、設計、施工、管理與控制等諸多領域。站在具體行業應用領域的角度,將交通調查實驗的具體內容進行梳理,并構建相對獨立、具有較好的可操作性并能靈活組合的交通調查模塊。可按交通流基本參數調查、道路基本能力分析及服務水平評價調查、交通規劃設計調查和交通系統外部性調查等4類進行細分。

(2) 強化基本技能的訓練。基本技能包括實驗方案設計、實驗組織、實驗儀器操作和實驗數據分析技能。實驗方案設計關系到實驗的可行性、能否采集到有用的數據,以及數據的準確度和精度。要強化此項技能的訓練,除了加強理論知識的學習外,還有多練,從失敗中總結經驗。實驗組織是交通調查實驗獨有的技能,因為交通調查往往需要多人協作完成。交通調查實驗用于數據采集的儀器設備眾多,不可能全部用到,但在教學過程中應通過有代表性的儀器設備的使用理解原理,在使用方法上掌握規律,做到舉一反三。為提高實驗數據分析技能,應針對實驗對象的特點,加強概率論與數理統計、算法與程序設計以及SPSS等數據分析工具的應用。

(3) 設計綜合性課題。在“學以致用”中提高學生參與調查的興趣,適時提升學生分析和解決綜合問題的能力。任何綜合性的交通工程課題,均離不開交通調查與分析。綜合性課題可以是實際課題,也可以是虛擬課題。對于有實際課題的教師,可吸收學生參與其交通調查。但實際課題畢竟不多,為此可構建一體化的實驗平臺,并依托此平臺設置豐富多彩的虛擬綜合性課題。無論實際還是虛擬的綜合性課題,都是以解決實際問題為出發點,因此可提高學生的興趣,同時也可以潛移默化地提高其分析和解決問題的能力。

3.2 教學組織方法優化與創新

(1) 合理安排教學進度,先訓練基本技能,再生成綜合調查和應用能力。交通調查實驗的對象較為復雜,學生難以把握其難度，如果太簡單沒有“技術含量”則學生沒有動力,太復雜則學生難以完成而去造假,或失去興趣,因此教學進度的安排至關重要。先期應進行基本技能的訓練,等學生的基本技能已經形成,可以正確設計調查方案、熟練獲取交通流基本參數并分析時,則可以循序漸進、適度提高,通過綜合性課題的訓練,及時提高學生的綜合調查和應用能力。

(2) 模塊化、標準化組織實驗教學內容。將交通調查實驗的具體對象進行細化,設計相對獨立的、模塊化的交通調查實驗項目,盡可能多地覆蓋交通調查實驗對象。每個實驗項目需標準化,在任務書中應明確實驗目的、實驗內容、實驗要求、實驗原理(方法、手段)、實驗步驟、實驗考核等。將實驗項目匯編成交通調查實驗指導教材,并在校園網上構建交通調查實驗項目庫,除滿足課內的交通調查實驗教學外,還可指導學生在課外完成擴展項目,實現課內與課外相結合,提高交通調查實驗的教學效果。

3.3 考核方法的創新

(1) 設計開發調查數據真實性評判系統。數據造假嚴重背離“嚴謹、求實”的實驗學風,嚴重損害未來作為交通工程師的職業素質。為防止學生在交通調查實驗中可能發生的數據造假,專門設計開發調查數據真實性評判系統。該系統收集路網上各調查地點的交通設計參數,并設法獲得這些調查地點某些關鍵時間段的交通流動態數據,分析其變化規律。將以上數據存入評判系統的數據庫。當學生提交實驗報告時,同時提交規定格式的調查數據。將這些數據輸入評判系統,則會給出關于數據真偽的結論。對于數據庫中沒有相應數據的調查項目,還可通過對調查數據進行深度分析,通過邏輯環節檢驗學生調查數據是否造假。

(2) 改革實驗報告提交方法。為應用調查數據真實性評判系統對學生的調查數據是否造假進行檢驗,學生在提交書面報告的同時,應提交規定格式的電子版調查數據。另外,在交通調查實驗項目模塊化、標準化的基礎上,可設計實驗報告的網上提交系統,學生可將其實驗報告逐步提交,而不是一次性提交；網上系統對每一步提交的數據進行標準化的分析,并與學生提交的分析結論進行對比,做出評判,從而提高考核的客觀性和詳細程度。

4 結語

在天津市“十三五規劃”課題和天津城建大學教改項目的支持下,系統分析了交通工程專業實踐教學的特點,明確了交通調查實驗在交通工程實踐中的地位和作用。分析了交通調查實驗目前存在的主要問題；結合教學實踐,系統梳理了交通調查實驗教學內容,對教學組織進行了優化設計：

一是在課內實驗環節中,對交通調查實驗內容進行模塊化、標準化設計,突出基本技能訓練；

二是在課內實驗的基礎上,通過設計綜合性的交通工程虛擬課題,引導學生自主開展調查與數據分析,提高學生參與交通調查實驗的興趣與熱情,提升學生分析問題和解決問題的能力；

三是完善交通調查實驗的考核環節,加強學生的嚴謹求實作風養成。

在目前的培養方案中,交通調查實驗的課內教學時間僅為一周。但基于本文提出的方法,經過科學的組織,實驗的系統性得到較大提升,由原來的交通量調查和地點車速調查2項內容,提升到交通流基本參數綜合調查、信號交叉口交通調查、車輛停放調查、公共交通調查、慢行交通調查5個專題的實驗教學內容。通過對教學環節和進度的合理安排,學生在訓練基本技能的基礎上循序漸進,在較為濃厚的學習氛圍中,自覺運用課余時間完成實驗任務。實踐證明,學生的綜合分析和解決問題的能力得到較大提升,在綜合課程設計和畢業設計(論文)環節中體現尤為明顯。

References)

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[13] 陳寬民,嚴寶杰.道路通行能力分析[M].2版.北京:人民交通出版社,2011.

Exploration and practice of experimental teaching organization in traffic survey

Liang Huamin

(School of Civil Engineering,Tianjin Chengjian University,Tianjin 300384,China)

A convincing traffic survey is the starting point of any traffic engineering project,then correspondingly traffic survey experiment is one of the most basic experimental courses of traffic engineering. The contents and mission objectives of the traffic survey experiment are summarized,and according to the main problems existing in the current traffic survey experimental teaching organization,an innovative experimental teaching system is established. The main points of this system are to concentrate on the basic skill training by the standardization of experiments’ teaching arrangements,to arouse the students’ interest by providing some traffic engineering virtual research projects,and to improve the experiments’ effectiveness by improving the assessment means. Teaching practice has proved that this system can effectively enhance students’ hands-on enthusiasm,and improve their ability to analyze and solve problems.

traffic engineering; traffic survey; experimental teaching organization

10.16791/j.cnki.sjg.2017.04.042

2016-11-28

天津市教育科學“十三五”規劃課題(HE4028)；天津城建大學教育教學改革與研究項目(JG-1308)

梁化民(1970—),男,甘肅定西,碩士,副教授,主要從事交通工程系統分析與仿真研究.

E-mail：huaminliang@126.com

U491; G642.0

A

1002-4956(2017)4-0167-04