《交通系統(tǒng)分析》課程教學(xué)大綱

《交通系統(tǒng)分析》課程教學(xué)大綱課程名稱：（中文）交通系統(tǒng)分析（英文）AnalysisofTrafficSystem課程編號：021030140課程性質(zhì)：□必修?選修課程類別：□通識課程?專業(yè)課程￡實踐教學(xué)適用專業(yè)：交通工程課程學(xué)時：理論學(xué)時32課程學(xué)分：2應(yīng)開課學(xué)期：第六學(xué)期先修課程：《運籌學(xué)》《交通規(guī)劃》任課學(xué)院、系部：能源科學(xué)與工程學(xué)院交通工程系一、課程簡介（需說明課程的性質(zhì)類別及其在專業(yè)人才培養(yǎng)中的地位和作用。）為了提高交通效率、保證交通安全、減少交通危害，有關(guān)學(xué)者、工程技術(shù)人員和交通管理者需要借助多種科學(xué)方法和手段對交通系統(tǒng)進行描述、分析、優(yōu)化、評價、預(yù)測、模擬，以期發(fā)現(xiàn)問題并對交通系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計和改造?！督煌ㄏ到y(tǒng)分析》這門課程就是在這種背景下應(yīng)運而生的。課程中主要講述交通系統(tǒng)優(yōu)化理論與方法、交通系統(tǒng)供求分析理論、交通系統(tǒng)預(yù)測理論、交通系統(tǒng)評價及決策理論理論、交通大數(shù)據(jù)分析技術(shù)等，涵蓋了系統(tǒng)分析理論中較重要的理論和方法。通過《交通系統(tǒng)分析》的學(xué)習(xí)，可以培養(yǎng)學(xué)生從系統(tǒng)觀的角度思考問題，綜合運用多種方法解決問題的能力?！督煌ㄏ到y(tǒng)分析》也是交通運輸學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)委員會交通工程教學(xué)指導(dǎo)分委員會所確定的系列主干課程之一，是我校交通工程專業(yè)的一門選修專業(yè)課。二、課程教學(xué)的目標及與畢業(yè)要求的關(guān)系（確定課程總目標和具體目標，并將課程思政設(shè)計融入到具體目標之中，同時需明確課程目標與畢業(yè)要求（指標點）的對應(yīng)關(guān)系。）（一）課程目標課程總目標：本課程包含交通工程本科生所應(yīng)掌握和了解的基本定量描述方法、優(yōu)化方法、預(yù)測方法、評價與決策方法、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握和了解交通系統(tǒng)分析的理論方法和手段，培養(yǎng)學(xué)生善于從系統(tǒng)的角度進行分析研究，并綜合使用多種工程技術(shù)方法解決交通問題的專業(yè)素養(yǎng)，達到能在具體的交通工程實踐中應(yīng)用的目的。通過本課程的理論教學(xué)具體達到以下目標：課程目標1：掌握系統(tǒng)、系統(tǒng)工程、系統(tǒng)分析、交通系統(tǒng)、交通系統(tǒng)分析的概念，通過典型案例介紹交通系統(tǒng)分析的基本步驟及需要注意的問題。案例分析中加入我國古代戰(zhàn)國時期李兵父子修建的都江堰水利樞紐這樣一個復(fù)雜的水利系統(tǒng)工程，通過講解都江堰水利樞紐的魚嘴、飛沙堰、寶瓶口、內(nèi)江、外江如何協(xié)同作用，做到豐水時泄洪排沙，缺水時引流灌溉農(nóng)田，造福天府之國四川盆地，突出從系統(tǒng)角度分析解決問題的重要性，并且說明我國自古以來就是一個先進文明的國度，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識的熱情，產(chǎn)生報效祖國的民族榮譽感。課程目標2：掌握數(shù)學(xué)最優(yōu)化技術(shù)的理論和方法（部分內(nèi)容運籌學(xué)講過，本課程只講非線性規(guī)劃），會對所研究問題建立優(yōu)化模型，尋找恰當(dāng)算法進行求解，找出最優(yōu)方案。案例分析引入交通流配流問題，用以突出優(yōu)化技術(shù)在交通工程領(lǐng)域的應(yīng)用。課程目標3：掌握交通系統(tǒng)的供給需求分析的基本理論，理解交通系統(tǒng)供給需求變化規(guī)律，以便使得學(xué)生在實踐中能夠從宏觀角度對交通供需情況做出正確判斷。借助交通需求的時間及空間演化特征說明我國經(jīng)濟發(fā)展對交通需求的影響，并提出交通需求空間演化的未來方向是“交通一體化”。課程目標4：掌握交通預(yù)測技術(shù)的理論與方法，會利用交通系統(tǒng)數(shù)據(jù)對所關(guān)注需求指標進行預(yù)測，確定該指標未來若干年后的數(shù)值，為進一步交通規(guī)劃設(shè)計提供依據(jù)。強調(diào)預(yù)測技術(shù)是各級政府機關(guān)、交通規(guī)劃設(shè)計人員進行規(guī)劃決策之前需要使用到的技術(shù)，預(yù)測結(jié)果的準確性并不能夠保證，但選用適當(dāng)?shù)念A(yù)測方法可以盡量減少誤差。讓學(xué)生對預(yù)測有正確的認識，根據(jù)實際數(shù)據(jù)盡量選用適當(dāng)?shù)念A(yù)測方法，避免產(chǎn)生較大誤差。課程目標5：掌握交通系統(tǒng)評價技術(shù)的理論與方法，會對各備選方案進行綜合評價，會對已運行設(shè)施的實施效果、服務(wù)水平等進行綜合評價。課程目標6：掌握交通系統(tǒng)決策技術(shù)的理論與方法，會正確判斷確定型、不確定型、風(fēng)險型決策問題，并選用適當(dāng)方法進行方案的決策。課程目標7：了解交通大數(shù)據(jù)的來源、交通大數(shù)據(jù)的融合分析技術(shù)，通過典型的交通大數(shù)據(jù)分析案例引導(dǎo)學(xué)生動手進行交通大數(shù)據(jù)分析。強調(diào)交通大數(shù)據(jù)分析現(xiàn)在已經(jīng)成為一門非常成熟的技術(shù)被廣泛應(yīng)用到許多領(lǐng)域，大數(shù)據(jù)分析所獲得的OD矩陣是進行交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的必備條件。（二）課程目標與畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系本課程目標支持的主要畢業(yè)要求如下表（各專業(yè)根據(jù)實際情況使用此表，非工程認證專業(yè)可刪除“指標點”列）：課程目標畢業(yè)要求1.掌握系統(tǒng)、系統(tǒng)工程、系統(tǒng)分析、交通系統(tǒng)、交通系統(tǒng)分析的概念，通過典型案例介紹交通系統(tǒng)分析的基本步驟及需要注意的問題。畢業(yè)要求2：工程知識：能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識用于解決交通系統(tǒng)復(fù)雜工程技術(shù)問題。畢業(yè)要求3：問題分析：具有邏輯思維、系統(tǒng)分析和發(fā)現(xiàn)問題的能力，能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和交通工程科學(xué)的基本原理，識別、表達、并通過文獻研究分析復(fù)雜工程問題，并獲得有效結(jié)論。畢業(yè)要求4：設(shè)計/開發(fā)解決方案：針對復(fù)雜交通工程問題，能夠綜合運用交通工程專業(yè)知識及計算機等技術(shù)手段提出解決方案，系統(tǒng)設(shè)計滿足交通需求的設(shè)施及體系等，并能夠在方案解決過程中體現(xiàn)創(chuàng)新意識。2.掌握數(shù)學(xué)最優(yōu)化技術(shù)的理論和方法（部分內(nèi)容運籌學(xué)講過，本課程只講非線性規(guī)劃），會對所研究問題建立優(yōu)化模型，尋找恰當(dāng)算法進行求解，找出最優(yōu)方案。畢業(yè)要求2畢業(yè)要求3畢業(yè)要求43.掌握交通系統(tǒng)的供給需求分析的基本理論，理解交通系統(tǒng)供給需求變化規(guī)律，以便使得學(xué)生在實踐中能夠從宏觀角度對交通供需情況做出正確判斷。畢業(yè)要求2畢業(yè)要求3畢業(yè)要求44.掌握交通預(yù)測技術(shù)的理論與方法，會利用交通系統(tǒng)數(shù)據(jù)對所關(guān)注需求指標進行預(yù)測，確定該指標未來若干一段時期后的數(shù)值，為進一步交通規(guī)劃設(shè)計提供依據(jù)。畢業(yè)要求2畢業(yè)要求3畢業(yè)要求45.掌握工程經(jīng)濟分析的基礎(chǔ)知識，掌握交通系統(tǒng)評價技術(shù)的理論與方法，會對各備選方案進行綜合評價，會對已運行設(shè)施的實施效果、服務(wù)水平等進行綜合評價。畢業(yè)要求2畢業(yè)要求3畢業(yè)要求46.掌握交通系統(tǒng)決策技術(shù)的理論與方法，會正確判斷確定型、不確定型、風(fēng)險型決策問題，并選用適當(dāng)方法進行方案的決策。畢業(yè)要求2畢業(yè)要求3畢業(yè)要求47.了解交通大數(shù)據(jù)的來源、交通大數(shù)據(jù)的融合分析技術(shù)，通過典型的交通大數(shù)據(jù)分析案例引導(dǎo)學(xué)生動手進行交通大數(shù)據(jù)分析。畢業(yè)要求2畢業(yè)要求3畢業(yè)要求4三、課程教學(xué)的基本內(nèi)容及教學(xué)安排（課程內(nèi)容需細化到章、節(jié)和知識點，并說明授課學(xué)時、實驗項目及類型或?qū)嵺`教學(xué)具體安排）（一）課程教學(xué)的內(nèi)容及學(xué)時安排知識單元知識點學(xué)時數(shù)課程目標線下授課線上授課實驗/實踐1.交通系統(tǒng)分析概述知識點1.1：系統(tǒng)知識點1.2：交通系統(tǒng)知識點1.3：交通系統(tǒng)分析2課程目標12.非線性規(guī)劃知識點2.1：什么是非線性規(guī)劃知識點2.2：非線性無約束極值問題知識點2.3：非線性約束極值問題8課程目標23.交通系統(tǒng)供求分析知識點3.1：交通系統(tǒng)供給分析知識點3.2：交通系統(tǒng)需求分析知識點3.3：交通系統(tǒng)供需平衡分析3課程目標34.交通預(yù)測分析知識點4.1：預(yù)測分析概述知識點4.2：預(yù)測分析方法知識點4.3：交通預(yù)測分析應(yīng)用及軟件簡介8課程目標45.交通系統(tǒng)評價知識點5.1：概述知識點5.2：工程經(jīng)濟分析基礎(chǔ)知識知識點5.3：系統(tǒng)評價方法知識點5.4：系統(tǒng)評價方法在道路交通工程中的應(yīng)用5課程目標56.交通系統(tǒng)決策分析知識點6.1：決策分析方法知識點6.2：系統(tǒng)決策分析在道路交通工程中的應(yīng)用4課程目標67.交通大數(shù)據(jù)分析知識點7.1：概述知識點7.2：分析示例知識點7.3：軟件簡介2課程目標7合計32四、本課程與其他課程的聯(lián)系（先修后續(xù)關(guān)系）本課程的先修課程是《運籌學(xué)》《交通規(guī)劃》，《運籌學(xué)》中講過線性規(guī)劃，它是系統(tǒng)分析中的一種重要方法，在本課程中的非線性規(guī)劃是比線性規(guī)劃更復(fù)雜的一種優(yōu)化方法，在講解非線性規(guī)劃時需要與線性規(guī)劃進行對比學(xué)習(xí)?！督煌ㄒ?guī)劃》中的交通配流問題需要作為非線性規(guī)劃在交通領(lǐng)域的應(yīng)用的案例，而且在交通系統(tǒng)供需分析中，交通需求的時空演化那里也需要具備一定的交通規(guī)劃知識，交通大數(shù)據(jù)分析那里提取數(shù)據(jù)的OD對的介紹也需要具備交通規(guī)劃的背景才能夠理解。本課程第六學(xué)期開課，沒有后續(xù)課程。五、教材與其他教學(xué)資源（含教學(xué)參考書或在線資源）（一）建議教材（建議選用新出版的國家級規(guī)劃教材）《交通系統(tǒng)分析方法》，主編：艾瑤等，成都：西南交通大學(xué)出版社，2018。其他教學(xué)資源《道路交通工程系統(tǒng)分析方法（第二版）》，編著：王煒，陸建，北京：人民交通出版社，2011?！哆\籌學(xué)教程》（第五版），主編：胡運權(quán)，北京：清華大學(xué)出版社，2018?！督煌ㄒ?guī)劃》（第二版），主編：王煒，陳學(xué)武，北京：人民交通出版社，2017。六、教學(xué)方法與學(xué)習(xí)建議（授課方式、重點、難點及后續(xù)自主學(xué)習(xí)建議）采用多媒體教學(xué)，注重理論聯(lián)系實際，重點使學(xué)生從系統(tǒng)優(yōu)化、系統(tǒng)預(yù)測、系統(tǒng)評價、系統(tǒng)決策四個方面掌握系統(tǒng)分析的基本理論、基本方法，難點是帶約束的非線性規(guī)劃的理論及算法的學(xué)習(xí)以及交通流配流模型的理解。每講授完一章后布置一次作業(yè)，每次3-4道課后習(xí)題，目的是加深學(xué)生對所學(xué)知識的理解和掌握，培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的能力。教學(xué)方式以課堂講授為主，輔以測驗、課后作業(yè)等。要求學(xué)生獨立完成布置的作業(yè)。七、課程考核及成績評定方式（要求平時考核、過程考核與終結(jié)性評價有機結(jié)合，并有具體細則和記錄。同時要求課程目標與知識單元和考試內(nèi)容對應(yīng)）（一）課程考核（說明考核方式及占總成績的比例）本課程以閉卷考試方式進行考核，總評成績＝平時考核成績（包括出勤、作業(yè)）＋結(jié)課考試成績+過程考核成績；平時成績占總成績的10-15％，過程考核成績占25%-40%；結(jié)課考試成績占總成績的50-60％。（二）課程目標與考核內(nèi)容的關(guān)系課程具體目標與知識單元和考試內(nèi)容的關(guān)系如下：課程目標知識單元考試內(nèi)容1．掌握系統(tǒng)、系統(tǒng)工程、系統(tǒng)分析、交通系統(tǒng)、交通系統(tǒng)分析的概念，通過典型案例介紹交通系統(tǒng)分析的基本步驟及需要注意的問題。1.交通系統(tǒng)分析概述系統(tǒng)、系統(tǒng)工程、系統(tǒng)分析、交通系統(tǒng)、交通系統(tǒng)分析的定義以及它們之間的關(guān)系交通系統(tǒng)分析基本步驟2．掌握數(shù)學(xué)最優(yōu)化技術(shù)的理論和方法（部分內(nèi)容運籌學(xué)講過，本課程只講非線性規(guī)劃），會對所研究問題建立優(yōu)化模型，尋找恰當(dāng)算法進行求解，找出最優(yōu)方案。2.非線性規(guī)劃無約束非線性規(guī)劃問題中的一維搜索算法的解析解法及數(shù)值解法：黃金分割法、牛頓法、拋物線法無約束非線性規(guī)劃問題中的多維搜索算法的解析解法及數(shù)值解法：最速下降法、牛頓法、阻尼牛頓法非線性約束集值問題中的解析解法：使用K-T條件求解和數(shù)值解法：可行方向法。還有轉(zhuǎn)化為無約束極值問題的內(nèi)點法、外點法和轉(zhuǎn)化為線性極值問題、二次規(guī)劃問題的方法3.掌握交通系統(tǒng)的供給需求分析的基本理論，理解交通系統(tǒng)供給需求變化規(guī)律，以便使得學(xué)生在實踐中能夠從宏觀角度對交通供需情況做出正確判斷?！?.交通系統(tǒng)供求分析交通供給與邊際成本的關(guān)系、交通供給曲線、交通供給的價格彈性、交通供給曲線的變動交通需求的時間演化、交通需求曲線、交通需求曲線的變動、交通需求的空間演化特征交通供需平衡過程、需求變動下的交通供需平衡過程、供給變動下的交通供需平衡過程4.掌握交通預(yù)測技術(shù)的理論與方法，會利用交通系統(tǒng)數(shù)據(jù)對所關(guān)注需求指標進行預(yù)測，確定該指標未來若干一段時期后的數(shù)值，為進一步交通規(guī)劃設(shè)計提供依據(jù)。◎4.交通預(yù)測分析預(yù)測的概念時間序列預(yù)測法回歸分析法灰色模型法馬爾科夫鏈法蒙特卡洛法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法5.掌握工程經(jīng)濟分析的基礎(chǔ)知識，掌握交通系統(tǒng)評價技術(shù)的理論與方法，會對各備選方案進行綜合評價，會對已運行設(shè)施的實施效果、服務(wù)水平等進行綜合評價?！?.交通系統(tǒng)評價什么是資金的時間價值資金的等值換算費用效益評價法關(guān)聯(lián)矩陣評價法層次分析法聚類分析法模糊綜合評價法6.掌握交通系統(tǒng)決策技術(shù)的理論與方法，會正確判斷確定型、不確定