《交通运输系统仿真》课程教学大纲

Transportation System Simulation

大连交通大学课程教学大纲

适用专业：交通运输　适用年级：2022~2025 级　开课单位：交通工程学院

一、课程说明

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。

二、本课程与其他课程的联系与分工

本课程与交通规划、交通运输系统工程、铁路运输综合实验等课程构成培养学生问题分析和使用现代工具能力的系列课程。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）。

三、课程目标及对毕业要求指标点的支撑关系

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。

课程目标对毕业要求指标点的支撑

注：用“√”方式描述课程目标与毕业要求指标点的支撑关系。

四、课程教学内容

教学内容

C1. 知识模块1——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。

C2. 知识模块2——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。

C3. 知识模块3——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。

C4. 知识模块4——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。

C5. 知识模块5——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。

建议学时及教学内容对课程目标的支撑

注：用“√”方式描述教学内容（知识模块或知识点）对课程目标的支撑。

五、课程的教学环节

本课程通过课堂讲授、课后作业、课程设计等教学环节保障课程目标的达成。

1．课堂讲授

本课程应用性与实践性较强，课堂教学应采用基于项目或案例的教学模式，以实际轨道交通运输组织和规划设计复杂工程问题为导向，系统讲解离散事件系统仿真的基本原理、研究框架、建模方法和软件工具使用。注重吸取国内外交通系统仿真研究的最新成果，不断丰富教学内容，特别注意引入前沿技术动态。

在课堂讲授过程中，结合相关知识点融入思政元素，强调仿真技术在解决社会、经济、环境等问题中的重要作用，引导学生认识到自身作为技术人员所承担的社会责任。例如，在讲授仿真在交通管理中的应用时，可以强调如何通过仿真优化交通流，减少拥堵和污染，为社会发展做出贡献。

2．课后作业

每个理论知识模块讲授完成之后，应布置相关命题作业。课后作业以个人或团队合作的方式完成，团队合作将采用随机分组形式，每组 3~4 人。课后作业将大量的使用软件工具，包括：AnyLogic 仿真软件平台；SPSS 或 Origin 等统计分析软件；Excel、Word、PPT 等办公软件。

3．课程设计

在课程的学习过程中，应布置相应的课程设计，并以团队合作方式完成。目的是掌握 AnyLogic 仿真软件的基本应用，能够综合运用课堂所学的理论知识，建立简单的离散事件系统仿真模型，培养学生复杂工程问题分析能力、建模能力、撰写设计报告能力、自主学习的意识和能力。

4．课程资源

课程资源通过学校课程平台发布。

六、考核方式

1．考核内容

课程将考核学生对系统仿真的基本理论、建模方法、前沿发展、各种软件工具的掌握程度，重点考核学生应用 AnyLogic 仿真软件进行建模与分析的能力，主要包括：

1. 课程作业1（应用案例讨论）。分析一篇最新的 WSC（冬季仿真会议）论文，提交论文翻译、分析报告和 PPT。
2. 课程作业2（电子表格仿真）。利用 Excel 软件编程实现单服务台排队系统仿真模型，并能够进行蒙特卡洛仿真实验。
3. 课程作业3（输入数据分析）。针对特定的交通问题，对其进行相关交通基础数据实地调研、数据采集、数据整理与分析，并撰写输入数据分析报告。
4. 课程作业4（仿真软件应用）。针对轨道交通运输组织和规划设计领域的问题自选题目，采用 AnyLogic 仿真软件对所研究问题进行仿真建模、模型验证和仿真实验，并对仿真实验结果进行分析与评价。
5. 闭卷考试。完成基于事件驱动的离散系统手工仿真计算，能够解释计算结果，并能够与理论模型进行比较分析。

2．考核方式

本课程的考核方式包括课程作业、闭卷考试、课程设计，成绩构成如下表所示。

七、课程目标达成度评价方法

1．多维度支撑加权法

考核方式对课程目标的支撑关系及权重分配：

课程目标达成度计算公式：

某项课程目标达成度 = Σ（权重 × 学生在该项考核方式的平均得分 ÷ 支撑某项课程目标的考核方式满分），对各考核方式求和。

2．问卷调查法

课程结束后向学生发放调查问卷，对课程目标（O1~O5）的达成情况进行自我评估，用于辅助分析教学效果。

八、建议教材与参考书目

1. 李季涛编. 交通运输系统仿真——使用 AnyLogic，北京：中国铁道出版社，2025.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. Andrei Borshchev. The Big Book of Simulation Modeling, Anylogic North America, 2013.

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执笔人：李季涛　课程负责人：李季涛　专业负责人：李季涛　教学副院长：王宇　修订时间：2024 年 7 月