城市轨道交通规划课程设计实践教学初探

[摘 要]城市轨道交通规划课程设计是城市轨道交通运营管理专业教学计划中实践教学的重要组成部分，课程设计具体包括了客流预测四阶段的计算和用visum仿真软件分析客流影响因素及其影响机理5个部分，该课程设计可以使学生掌握经典交通需求预测四阶段法的设计、计算、绘图和软件应用的基本技能，培养学生理论联系实际、解决实际问题的能力。

[关键词]城市轨道交通 规划 课程设计 visum软件

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2013）18-0047-03

[收稿时间]2013-05-31

[基金项目]上海工程技术大学实践教学建设项目（NO：p201210002）；上海市教育委员会重点学科建设项目（J51401）；上海市科委地方院校计划能力建设项目（11170501400）。

[作者简介]陈颖雪（1983-），女，江苏连云港人，在读博士，讲师，研究方向：公交一体化规划及运营管理。

一、 前言

城市轨道交通规划课程设计是在进行了城市交通规划相关的理论教学内容后进行，是城市轨道交通运营管理专业教学计划中实践教学的重要组成部分，是贯彻理论联系实际、培养高素质人才的重要实践环节。本实践教学环节拟通过对交通规划的核心内容——四阶段交通需求预测模型的手动计算和Visum软件的操作运用，巩固和增强学生对交通发生与吸引、交通分布、交通方式划分与交通分配四阶段的深刻理解。课程设计要求学生能运用所学的理论模型和算法，首先对我国城市轨道交通网络客流需求预测现状进行分析，对关键问题成因做出解释，并利用Excel、VISUM软件或编程等手段进行城市轨道交通线网客流预测，对线网方案进行评价优选和提出改进意见。

二、 课程目的意义

首先，通过学生独立完成一个完整的交通需求四阶段预测实例练习，巩固和增强学生对交通发生与吸引、交通分布、交通方式划分与交通分配四阶段的深刻理解。

其次，利用德国PTV公司的VISUM仿真软件，进行交通分配软件实现，让学生充分利用所学专业知识以及发挥创造力。鼓励学生从身边熟悉的线路入手进行调查，探寻规划问题的产生原因，并讨论将来可行的行车方案；并利用软件的仿真功能，以及易于改变参数的优势，研究地铁票价的改变对线路客流的影响。这有助于学生利用学习的理论知识思考现实的交通问题以及提出新的观点。

再次，增强学生解决实际问题的能力和统筹规划能力。由于课程设计是身边的实际问题，与理论相比更为复杂，对实际问题的分析和解决方案的构思锻炼了学生解决实际问题的能力。另外，学生为解决实际问题需对其进行较为深入的调查，而教师没有规定调查的具体内容，也没有明确的调查方案提供，调查的时间、内容、方式等都由学生自己确定，锻炼学生统筹规划能力。

三、 城市轨道交通规划课程设计内容

（一）交通的产生与吸引量预测

利用现状各交通小区人口数量与调查的现状出行产生量进行分析，从而得出交通发生量的预测模型（如一元线性回归模型），并完成预测年的交通发生量计算。

根据现状调查不同出行目的的比例和影响出行的各类土地面积，得到不同土地利用类型的出行吸引率，据此计算预测年各交通分区的吸引交通量。

若各小区的交通产生量之和不等于交通吸引量之和，则用调整系数法进行调整。

（二）交通分布

采用常用的交通分布方法——增长系数法之福莱特法进行交通分布预测，，从而得到规划区内的OD分布交通量（允许误差为 5%）。

（三）交通方式划分

采用二元Logit模型进行交通方式划分，从而分别得到各交通小区预测年公共汽车和轨道交通的OD分布交通量。

（四）利用Visum软件交通分配

利用Visum软件建立轨道交通线网模型，编辑线路运行图，并输入轨道交通OD分布交通量。Visum提供三种分配模型，分别是Tsys、基于发车间隔和基于时刻表三种分配模型，其中基于时刻表的分配模型较适用于城市轨道交通流量的分配，因该模型分配时考虑具体的行车时刻信息，且可以反映票价及换乘对出行路径的选择的影响。

（五）综合练习

通过改变visum仿真软件中的相关模型参数，比较模型运行结果及评价指标的变化，深入理解各因素如何影响客流变化。列车发车间隔、换乘走行时间关系乘客在地铁系统中的运行时间，票价关系到乘客出行的经济成本，这三个因素都是乘客选择出行路径的重要因素。课程设计中请学生对以上三个因素对应的模型参数进行更改，分析因素影响机理，加深相关理论知识理解。

四、 课程设计预备知识

（一）交通流需求预测前三阶段计算模型

1.交通的发生与吸引

交通的发生与吸引是交通需求四阶段预测中的第一阶段，是交通需求分析工作中最基本的部分之一。本阶段的任务是求出对象地区的交通需求总量，即生成交通量，然后在此量的约束下求出各个交通小区的发生与吸引交通量。

交通生成量、交通发生与吸引交通量的预测方法都可分为原单位法、增长率法、聚类分析法和函数法。在交通需求预测时，要求各小区的发生交通量之和与吸引交通量之和相等。如果它们之间不满足上述关系，则可以采用调整系数法进行调整：一般以发生交通量为目标，调整出行吸引量，满足发生交通量之和等于吸引交通量之和。

2.交通的分布

交通分布预测就是根据预测的各交通小区的产生量和吸引量，确定各交通小区之间的出行分布量，即将出行生成预测获得的各小区出行发生与吸引交通量转换成各小区之间的空间OD量，即OD矩阵。

总的来说，交通分布模型可分为两大类：增长系数法和综合法。其中，增长系数法适用于短期的交通分布研究，往往比较简单，主要应用于交通网络没有发生重大变化的短期预测中，常用方法包括增长系数法、底特律法、福莱特法等；综合法是在对分布交通量的实际分析中，剖析OD交通量的分布规律，并将此规律用数学模型表现，然后用实测数据标定模型参数，最后用标定的模型预测分布交通量，其方法包括 重力模型法、介入机会模型法、最大熵模型法等。

3.交通方式划分

交通方式划分目的在于预测各小区之间各种出行方式的客流承担比例和客流量大小。根据方式选择的基本单位进行分类，交通方式划分模型包括集计和非集计模型。其中，集计模型是以交通小区为单位将利用者的方式选择集计起来进行说明的模型，常用方法为转移曲线法；非集计模型以个人为单位构造模型来确定各交通方式的选择概率，然后再将每个人的方式选择结果集计起来，预测分担交通量的模型。常用方法为Logit模型、Probit模型等。由于Logit非集计交通方式划分模型适用范围广、所需数据量小、可操作性强等优点，在交通方式划分中得到了越来越广泛的应用。本次课程设计采用两元Logit交通方式划分模型进行方式划分预测。

（二） VISUM软件知识

VISUM 是一种将私人交通和公共交通集于一体的宏观交通模型，它由需求模型、路网模型、影响模型和分配模型组成，其中：

1.需求模型（demand model）

包括需求计算的相关资料，即出行产生和吸引的土地利用资料、不同需求成分集（demand segments）和出行产生率。不同需求成分反映不同出行群体（person groups）和出行目的，说明不同出行群体出行需求量的分散程度（level of disaggregation）。需求模型采用基于起讫点的方法（如基于家庭的工作出行）或采用活动链的方法，通过各类型需求的交通方式来计算出行需求。

2.路网模型（network model）

这是一个包含私人交通和公共交通系统的相关信息的多方式路网（multimodal super network）。它由交通小区、节点、公共交通停靠站、路段以及与时刻表一致的公交线路组成。VISUM 提供了先进而编辑的方法来编辑和核对路网数据。

3.交通分配模型

本课程设计主要用VISUM软件完成交通分配和线网评选工作，交通分配是指将预测获得机动车OD交通量，按照一定的规则，符合实际地分配到路网的各条道路上，并求出各条道路的交通量。交通分配的基础是道路阻抗，即在某条路径上运行时受到的阻力。路径阻抗在交通流分配中可以通过路阻函数来描述。交通网络上的路阻，应包含反映交通时间、交通安全、交通成本、舒适程度、便捷性和准时性等等许多因素。交通分配的常见模型有：最短径路算法、全有全无法、增量加载分配法、系统最优法、随机用户均衡分配法等。

五、课程设计总结及建议

总体而言，该课程设计任务量比较大，是手动Excel计算与VISUM软件应用计算的有机结合，结果显示课程设计结果良好，大部分同学在规定的时间里，自己独立完成了该课程设计，起到了巩固知识，将知识系统化，锻炼了学生的整体、连贯性思维和理论结合实际的能力。

但是从这次设计的结果来看，也存在一些问题，主要问题在于：

第一，学生对交通分布福莱特法的掌握度不够，表现在计算结果不准确，计算误差较大。

第二，学生对前三阶段计算结果缺乏深入定量的分析，尤其是图表分析，表明学生的创造性分析能力尚需进一步培养。

第三，VISUM软件应用方面，部分学生还存在操作错误，尚未全面、熟练地掌握本软件在轨道交通客流分配中的简单应用。

由此，对课程设计提出建议如下：在课程设计进行之前的课程学习中，在讲解相关知识点时，应更深入进行模型及算法的实例讲解与分析。并且今后应进一步加强对VISUM软件的深入学习。

[ 参 考 文 献 ]

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[3] 夏雨.关于高等教育的几点思考[J].大学教育，2012，（5）.

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[5] 陈颖雪，刘志钢，胡华.城市轨道交通规划仿真实验设计[J].沿海企业与科技，2011，（9）.