交通运输系统仿真

Transportation System Simulation

课程编号: 0030108805
学分: 2
学时: 32
周数: 8 周
开课学期: 第 V 学期
课程性质: 专业必修（专业基础课）

课程简介

本课程的授课对象是交通运输专业本科生，属于专业必修课。系统仿真是目前研究复杂系统所广泛使用的分析工具，本课程讲授系统仿真的一般理论、技术、方法及其在轨道交通运输组织和规划设计领域中的应用。

通过学习，学生应能掌握系统仿真的基本理论和方法，交通基础数据采集与处理技术，初步具备交通运输系统建模能力、实验设计能力、分析与解释仿真输出结果能力，最终目的是使学生理解如何使用仿真方法进行辅助决策。课程强调以“实验”的观点和信息技术手段，在大量的客观交通数据基础上，解析交通现象，构筑轨道交通运输组织和规划设计领域复杂工程问题解决方案的仿真模型。

先修课程

概率统计（A）C 语言程序设计（Java 程序设计、Python 语言程序设计）

课程目标

O1
掌握离散事件系统仿真的基本原理、方法和一般过程，能够完成事件驱动的手工仿真计算；能够解释仿真结果，并与理论模型进行比较分析。
O2
能够使用电子表格软件建立排队系统仿真模型，并能够进行仿真实验。
O3
能够对交通系统建模相关的基础数据进行收集及处理，并能够运用 SPSS 或 Origin 等现代统计分析工具，对收集的数据进行分析与解释。
O4
能够运用 AnyLogic 软件，建立解决轨道交通领域运输组织或规划设计等复杂工程问题的仿真模型；能够进行简单的实验设计；能够对系统设计方案进行分析评价，并理解其局限性。
O5
了解仿真应用领域的国际发展趋势和研究热点。

毕业要求指标点支撑矩阵

课程目标	指标点 6.1	指标点 6.3	指标点 11.2
O1	●	·	·
O2	●	·	·
O3	●	·	·
O4	·	●	·
O5	·	·	●

6.1: 了解轨道交通运输组织和规划设计领域常用的现代仪器、信息技术工具、工程工具和模拟软件的使用原理和方法，并理解其局限性。
6.3: 能够针对具体的对象，开发或选用满足特定需求的现代工具，模拟和预测交通运输领域相关问题，并能够分析其局限性。
11.2: 了解交通运输专业领域的国际发展趋势、研究热点，理解和尊重世界不同文化的差异性和多样性。

教学内容与学时

合计 32 学时

模块	教学内容	学时	支撑目标
C1系统仿真基本理论	仿真的本质；系统、模型和仿真的基本概念；仿真的类型；解析模型与仿真模型的区别；仿真研究的一般过程；仿真软件；仿真建模的抽象层级；仿真建模的常用方法；当前仿真研究与应用中关注的焦点。	6	O1 O5
C2离散事件系统仿真	仿真模型的组成元素与逻辑组织；事件调度和时间推进算法；基于事件调度法的手工仿真；面向过程的仿真建模；仿真中的随机性问题。	10	O1
C3排队系统建模与仿真	排队系统性能指标；随机数与随机数生成技术；用电子表格进行排队系统仿真；基于 AnyLogic 仿真软件的排队系统仿真。	8	O2 O4
C4输入数据分析	仿真常用的统计模型，包括离散分布、连续分布、泊松过程、经验分布；输入建模，包括数据收集与数据辨识、分布类型假设、参数估计、拟合优良度检验；拟合非平稳的泊松过程；选择无数据的输入模型。	4	O3 O4
C5仿真模型的检验和验证	仿真模型的检验；输入-输出变换的验证；输出分析的统计量和分析方法；仿真的实验设计与输出分析；系统设计方案的比较与评价。	4	O4

考核方式

考核环节	分值	形式	成果	对应目标
课程作业1（应用案例讨论）	10	团队合作	演示文档、论文翻译、分析报告	O5
课程作业2（电子表格仿真）	10	个人	Excel 程序	O2
课程作业3（输入数据分析）	15	团队合作	调查数据、分析报告	O3
课程作业4（仿真软件应用）	30	团队合作	设计报告、仿真模型	O4
闭卷考试	30	个人	课程试卷	O1
课堂表现	5	个人	教学记录	—

教学单元

第 1 章 · 课件01系统仿真基本理论知识点 61 本章教案
第 2 章 · 课件02离散事件系统仿真知识点 56 本章教案
第 3 章 · 课件03排队系统建模与仿真知识点 49 本章教案
第 4 章 · 课件04输入建模知识点 46 本章教案
第 5 章 · 课件05仿真模型的检验与验证知识点 40 本章教案
第 6 章 · 课件06仿真实验设计知识点 41 本章教案

教学质量

《交通运输系统仿真》课程总结

2023级

2025~2026学年第1学期开设，交通运输23级1~4班，选课124人；主讲教师李季涛。
考核方式达成度（平均得分÷满分）：课程作业1为0.76（7.58/10），作业2为0.70（6.95/10），作业3为0.70（10.56/15），作业4为0.71（21.18/30），闭卷考试为0.71（21.2/30），课堂表现为0.99（4.98/5）。
课程目标达成度：O1 0.71、O2 0.70、O3 0.70、O4 0.71、O5 0.76；对应毕业要求指标点6.1为0.70、6.3为0.71、11.2为0.76，全部达成。
与2022级相比（O1~O5：0.73/0.70/0.71/0.70/0.86），O1~O4基本持平、考核结果趋于稳定，O5明显下降，原因是学生广泛使用大模型完成作业，评价过程要求更为严格。
学生自评：各课程目标“完全达成”与“较好达成”合计均在87%以上，无人选择“没有达成”。
存在问题：闭卷考试第二大题得分仍然偏低；第一大题占70分、比重较高，部分学生存在“及格就行”的思想。
改进措施：增加一次独立的案例教学，帮助学生理解解决企业实际问题时的研究过程、培养知识应用能力；鼓励学生利用课程作业4成果参加大创竞赛；加强课后答疑，提升学生使用AnyLogic建模的能力。

《交通运输系统仿真》课程目标达成度调查问卷分析报告

2023级

问卷面向交通运输2023级学生，围绕五项课程目标采用“目标对应题项法”自评，回收有效问卷90份。
各目标“完全达成”与“较好达成”合计：原理方法与手工仿真94%，电子表格排队仿真95%，数据处理与统计分析91%，AnyLogic建模与方案评价88%，前沿认知与国际趋势92%。
“基本达成”占比约6%~12%；除前沿认知有1人自评“没有达成”外，其余目标均无人选择“没有达成”。
交叉分析显示多项能力呈强正相关：原理掌握与电子表格建模、基础数据处理与仿真建模、AnyLogic建模与数据分析、前沿认知与软件建模均呈递进协同关系，低水平段的差距更为明显（存在能力门槛效应）。
结论：课程教学能有效支撑核心能力培养，但应关注低达成群体，强化原理、数据处理与建模之间的联动训练。
调研改进建议：后续增加细分维度与开放性问题；对低达成群体设计追踪调查；增加“学习过程投入”“教学资源使用频率”等情境变量；强化能力间关联测量；对异常个案扩大样本验证。

《交通运输系统仿真》课程学业评价要求

2022~2025级

2025年10月10日由交通工程学院交通运输系发布；总评100分=课程作业1（10）+作业2（10）+作业3（15）+作业4（30）+闭卷考试（30）+课堂表现（5）。
工作方式：作业1、3、4为团队合作（随机分组，每组3~4人），作业2、闭卷考试、课堂表现为个人。
课程作业1：检索并分析一篇最新WSC（冬季仿真会议）论文（建议2021年以后），按仿真研究一般过程分析其研究过程，提交论文原文、分析报告与课堂陈述用演示文档。
课程作业2：用Excel实现铁路车站自动售票机单服务台排队系统仿真，输出平均排队等待时间、逗留时间、服务台利用率等指标，并完成50次以上的蒙特卡洛实验；到达间隔服从指数分布（均值2~6分钟自设），服务时间服从三角分布（0.5/3/7分钟）。
课程作业3：针对特定交通问题实地调研，不少于50个有效样本并附现场照片；计算均值、方差、变异系数，绘制直方图与Q-Q图，用卡方或K-S检验（手工计算）并借助统计软件计算p值，选取较好的理论分布。
课程作业4：自选铁路运输或城市轨道交通领域的实际工程问题，用AnyLogic完成逻辑建模、模型实现、检验与验证、实验设计、结果分析并提出建议；报告须写明组内分工，每项任务仅由一人完成，无明确分工的成员该项作业记零分。
闭卷考试：针对特定问题完成基于事件驱动的离散系统手工仿真计算，解释结果并与理论模型比较；课堂表现依据学习态度、课堂纪律与参与程度，按教学记录评分。
各项作业均给出优秀/良好/中等/及格/不及格五档评分标准，评分侧重选题意义、模型与结果正确性、工作量、报告规范性与创新性。

参考书目

Jerry Banks 著，王谦译. 离散事件系统仿真（原书第5版），北京：机械工业出版社，2019.
Averill M. Law 著，范文慧等译. 仿真建模与分析（原书第5版），北京：机械工业出版社，2017.
刘亮编. 复杂系统仿真的 AnyLogic 实践（第2版），北京：清华大学出版社，2023.
Andrei Borshchev. The Big Book of Simulation Modeling, Anylogic North America, 2013.