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公共交通系统模拟

在交通仿真软件中，公共交通系统的模拟是一个重要的组成部分，它可以帮助交通规划师和工程师更好地理解公共交通网络的运行情况，优化线路设计，提高服务水平。TransModeler 提供了强大的工具来模拟各种公共交通系统，包括公交车、地铁、轻轨、有轨电车等。本节将详细介绍如何在 TransModeler 中进行公共交通系统的模拟，包括创建线路、设置运营参数、分析仿真结果等。

1. 创建公共交通线路

创建公共交通线路是模拟公共交通系统的第一步。TransModeler 提供了多种方法来创建和编辑线路，包括手动绘制、导入数据文件等。

1.1 手动绘制线路

1. 打开 TransModeler：启动 TransModeler 软件，进入主界面。

2. 新建项目：选择 “File” -> “New Project”，创建一个新的项目。

3. 绘制线路：

   • 选择 “Network” -> “New Transit Line”。

   • 在地图上点击起点，然后依次点击各个中间点，最后点击终点完成线路的绘制。

   • 可以使用 “Edit” -> “Move Node” 来调整线路的节点位置。

1.2 导入线路数据

1. 准备数据文件：确保数据文件（如 shapefile 或 CSV 文件）格式正确，包含必要的线路信息。

2. 导入数据：

   • 选择 “Network” -> “Import” -> “Transit Lines”。

   • 选择数据文件，点击 “Open”。

   • 在弹出的对话框中设置导入参数，如线路类型、运营时间等。

   • 点击 “Import” 完成数据的导入。

1.3 编辑线路属性

1. 选择线路：在地图上点击线路，选中后会高亮显示。

2. 打开属性编辑器：

   • 右键点击选中的线路，选择 “Properties”。

   • 在属性编辑器中可以设置线路的名称、类型、运营时间、站点等信息。

3. 设置站点：

   • 在属性编辑器中选择 “Stops” 标签页。

   • 点击 “Add Stop”，在地图上点击相应的节点位置添加站点。

   • 设置站点的名称、类型、停靠时间等。

1.4 示例：手动绘制公交车线路

假设我们需要在某城市的一个区域内手动绘制一条公交车线路。以下是具体步骤和示例代码：

1. 打开 TransModeler。

2. 新建项目。

3. 绘制线路：

   • 选择 “Network” -> “New Transit Line”。

   • 在地图上点击起点（假设为 A 点），然后依次点击 B、C、D 等中间点，最后点击终点 E 完成线路的绘制。

# 示例代码：手动绘制公交车线路importtransmodeler# 初始化 TransModeler 环境transmodeler.init()# 创建新项目project=transmodeler.create_project("公交线路模拟")# 绘制线路line=project.create_transit_line("公交车线路1","Bus")line.add_node(40.7128,-74.0060)# A 点line.add_node(40.7228,-74.0160)# B 点line.add_node(40.7328,-74.0260)# C 点line.add_node(40.7428,-74.0360)# D 点line.add_node(40.7528,-74.0460)# E 点# 设置线路属性line.set_attribute("运营时间","07:00-22:00")line.set_attribute("频率","10分钟")# 添加站点line.add_stop("站点1",40.7128,-74.0060,10)line.add_stop("站点2",40.7228,-74.0160,15)line.add_stop("站点3",40.7328,-74.0260,20)line.add_stop("站点4",40.7428,-74.0360,25)line.add_stop("站点5",40.7528,-74.0460,30)# 保存项目project.save("公交线路模拟.tmk")

2. 设置公共交通运营参数

公共交通的运营参数对模拟结果的影响非常大。TransModeler 提供了详细的参数设置功能，包括车辆类型、运营时间、发车间隔、速度等。

2.1 车辆类型设置

1. 选择线路：在地图上点击线路，选中后会高亮显示。

2. 打开属性编辑器：

   • 右键点击选中的线路，选择 “Properties”。

   • 在属性编辑器中选择 “Vehicles” 标签页。

3. 设置车辆类型：

   • 选择 “Add Vehicle Type”，在弹出的对话框中设置车辆类型、容量、速度等信息。

2.2 运营时间设置

1. 选择线路：在地图上点击线路，选中后会高亮显示。

2. 打开属性编辑器：

   • 右键点击选中的线路，选择 “Properties”。

   • 在属性编辑器中选择 “Schedules” 标签页。

3. 设置运营时间：

   • 选择 “Add Schedule”，在弹出的对话框中设置运营时间表，包括首班车时间、末班车时间、发车间隔等。

2.3 发车间隔设置

1. 选择线路：在地图上点击线路，选中后会高亮显示。

2. 打开属性编辑器：

   • 右键点击选中的线路，选择 “Properties”。

   • 在属性编辑器中选择 “Schedules” 标签页。

3. 设置发车间隔：

   • 在运营时间表中设置发车间隔，如 5 分钟、10 分钟等。

2.4 速度设置

1. 选择线路：在地图上点击线路，选中后会高亮显示。

2. 打开属性编辑器：

   • 右键点击选中的线路，选择 “Properties”。

   • 在属性编辑器中选择 “Vehicles” 标签页。

3. 设置速度：

   • 选择车辆类型，在属性编辑器中设置车辆的最大速度、平均速度等。

2.5 示例：设置公交车运营参数

假设我们已经创建了一条公交车线路，现在需要设置其运营参数。以下是具体步骤和示例代码：

1. 选择线路：在地图上点击线路，选中后会高亮显示。

2. 打开属性编辑器。

3. 设置车辆类型。

4. 设置运营时间。

5. 设置发车间隔。

6. 设置速度。

# 示例代码：设置公交车运营参数importtransmodeler# 初始化 TransModeler 环境transmodeler.init()# 加载项目project=transmodeler.load_project("公交线路模拟.tmk")# 选择线路line=project.get_transit_line("公交车线路1")# 设置车辆类型vehicle_type=line.add_vehicle_type("公交车",80,50)# 容量 80 人，平均速度 50 km/h# 设置运营时间schedule=line.add_schedule("工作日","07:00","22:00","10分钟")# 首班车 07:00，末班车 22:00，发车间隔 10 分钟# 设置速度vehicle_type.set_attribute("最大速度",60)# 最大速度 60 km/h# 保存项目project.save("公交线路模拟.tmk")

3. 模拟公共交通运营

在设置好公共交通线路和运营参数后，接下来需要进行仿真运行，以观察公共交通系统的运行情况。

3.1 创建仿真场景

1. 选择项目：在 TransModeler 中打开已经创建好的项目。

2. 创建仿真场景：

   • 选择 “Scenario” -> “New Scenario”。

   • 在弹出的对话框中设置仿真场景的名称、仿真时间等参数。

   • 点击 “Create” 完成仿真场景的创建。

3.2 设置仿真参数

1. 选择仿真场景：在项目管理器中选择已经创建好的仿真场景。

2. 打开仿真参数设置：

   • 选择 “Scenario” -> “Simulation Parameters”。

   • 在弹出的对话框中设置仿真参数，如仿真时间步长、交通需求、交通信号等。

3.3 运行仿真

1. 选择仿真场景：在项目管理器中选择已经创建好的仿真场景。

2. 运行仿真：

   • 选择 “Scenario” -> “Run Simulation”。

   • 在弹出的对话框中选择仿真运行模式，如实时模式、加速模式等。

   • 点击 “Run” 开始仿真运行。

3.4 分析仿真结果

1. 查看仿真结果：

   • 选择 “Scenario” -> “Simulation Results”。

   • 在弹出的对话框中选择要查看的仿真结果，如线路利用率、站点等待时间、车辆行程时间等。

2. 生成报告：

   • 选择 “Scenario” -> “Generate Report”。

   • 在弹出的对话框中设置报告的格式和内容，如 PDF、Excel 等。

   • 点击 “Generate” 生成报告。

3.5 示例：创建并运行公交车仿真场景

假设我们已经设置好了一条公交车线路的运营参数，现在需要创建一个仿真场景并运行仿真。以下是具体步骤和示例代码：

1. 选择项目：在 TransModeler 中打开已经创建好的项目。

2. 创建仿真场景。

3. 设置仿真参数。

4. 运行仿真。

5. 分析仿真结果。

# 示例代码：创建并运行公交车仿真场景importtransmodeler# 初始化 TransModeler 环境transmodeler.init()# 加载项目project=transmodeler.load_project("公交线路模拟.tmk")# 创建仿真场景scenario=project.create_scenario("工作日仿真","07:00-22:00")# 设置仿真参数scenario.set_simulation_parameter("时间步长",10)# 时间步长 10 秒scenario.set_simulation_parameter("交通需求","高")# 交通需求设置为高# 运行仿真scenario.run_simulation("实时模式")# 分析仿真结果results=scenario.get_simulation_results()print("线路利用率:",results.get_line_utilization("公交车线路1"))print("站点等待时间:",results.get_stop_wait_time("站点1"))print("车辆行程时间:",results.get_vehicle_travel_time("公交车线路1"))# 生成报告scenario.generate_report("公交线路模拟报告.pdf")

4. 公共交通系统优化

公共交通系统优化是交通仿真的重要目标之一，通过仿真可以发现系统的瓶颈和不足，进而提出优化方案。

4.1 优化线路设计

1. 分析线路利用率：

   • 选择 “Scenario” -> “Simulation Results”。

   • 查看线路利用率，找出利用率低的线路段。

2. 调整线路设计：

   • 在属性编辑器中调整线路的路径，增加或减少站点。

   • 重新运行仿真，观察优化后的效果。

4.2 优化运营参数

1. 分析车辆行程时间：

   • 选择 “Scenario” -> “Simulation Results”。

   • 查看车辆的行程时间，找出行程时间较长的路段。

2. 调整运营参数：

   • 在属性编辑器中调整车辆的速度、发车间隔等参数。

   • 重新运行仿真，观察优化后的效果。

4.3 优化交通信号

1. 分析交通信号对线路的影响：

   • 选择 “Scenario” -> “Simulation Results”。

   • 查看交通信号对公交车行程时间的影响。

2. 调整交通信号：

   • 选择 “Network” -> “Traffic Signals”。

   • 在属性编辑器中调整交通信号的相位、周期等参数。

   • 重新运行仿真，观察优化后的效果。

4.4 示例：优化公交车线路设计

假设我们发现某条公交车线路的利用率较低，需要对其进行优化。以下是具体步骤和示例代码：

1. 分析线路利用率。

2. 调整线路设计。

3. 重新运行仿真。

4. 观察优化后的效果。

# 示例代码：优化公交车线路设计importtransmodeler# 初始化 TransModeler 环境transmodeler.init()# 加载项目project=transmodeler.load_project("公交线路模拟.tmk")# 加载仿真场景scenario=project.get_scenario("工作日仿真")# 分析线路利用率results=scenario.get_simulation_results()line_utilization=results.get_line_utilization("公交车线路1")print("线路利用率:",line_utilization)# 调整线路设计line=project.get_transit_line("公交车线路1")line.remove_node(40.7328,-74.0260)# 移除 C 点line.add_node(40.7358,-74.0280)# 添加新的站点 F 点line.add_stop("站点6",40.7358,-74.0280,10)# 添加站点 F 点# 重新运行仿真scenario.run_simulation("实时模式")# 分析优化后的效果results=scenario.get_simulation_results()new_line_utilization=results.get_line_utilization("公交车线路1")print("优化后的线路利用率:",new_line_utilization)

5. 公共交通系统与其他交通方式的集成

在城市交通系统中，公共交通通常与其他交通方式（如私家车、自行车、步行等）相互影响。TransModeler 提供了多种工具来模拟这些交通方式的集成，以更全面地分析交通系统。

5.1 集成私家车交通

1. 设置私家车交通需求：

   • 选择 “Scenario” -> “Traffic Demand”。

   • 在属性编辑器中设置私家车的交通需求，如 OD 矩阵、流量等。

2. 运行仿真：

   • 选择 “Scenario” -> “Run Simulation”。

   • 观察私家车交通对公交车线路的影响。

5.2 集成自行车交通

1. 设置自行车交通需求：

   • 选择 “Scenario” -> “Traffic Demand”。

   • 在属性编辑器中设置自行车的交通需求，如 OD 矩阵、流量等。

2. 运行仿真：

   • 选择 “Scenario” -> “Run Simulation”。

   • 观察自行车交通对公交车线路的影响。

5.3 集成步行交通

1. 设置步行交通需求：

   • 选择 “Scenario” -> “Traffic Demand”。

   • 在属性编辑器中设置步行的交通需求，如 OD 矩阵、流量等。

2. 运行仿真：

   • 选择 “Scenario” -> “Run Simulation”。

   • 观察步行交通对公交车线路的影响。

5.4 示例：集成私家车交通

假设我们需要在公交车线路仿真中集成私家车交通，以观察私家车交通对公交车线路的影响。以下是具体步骤和示例代码：

1. 设置私家车交通需求。

2. 运行仿真。

3. 观察影响。

# 示例代码：集成私家车交通importtransmodeler# 初始化 TransModeler 环境transmodeler.init()# 加载项目project=transmodeler.load_project("公交线路模拟.tmk")# 加载仿真场景scenario=project.get_scenario("工作日仿真")# 设置私家车交通需求scenario.set_traffic_demand("私家车","高")# 私家车交通需求设置为高# 运行仿真scenario.run_simulation("实时模式")# 观察影响results=scenario.get_simulation_results()print("私家车交通对公交车线路的影响:")print("线路利用率变化:",results.get_line_utilization("公交车线路1")-line_utilization)print("站点等待时间变化:",results.get_stop_wait_time("站点1")-stop_wait_time)print("车辆行程时间变化:",results.get_vehicle_travel_time("公交车线路1")-vehicle_travel_time)

6. 公共交通系统仿真案例

为了更好地理解公共交通系统的仿真过程，本节将通过一个实际案例来展示如何在 TransModeler 中进行公共交通系统的模拟和优化。我们将详细说明每一步的操作，并提供相应的代码示例。

6.1 案例背景

假设某城市需要优化一条主要的公交车线路，该线路途经多个商业区和居民区，目前存在严重的拥堵问题。我们需要通过仿真来找出问题的根源并提出优化方案。

6.2 案例步骤

1. 创建项目：启动 TransModeler，创建一个新的项目。

2. 导入基础网络：导入城市的道路网络数据。

3. 创建公交车线路：手动绘制公交车线路，并设置站点。

4. 设置运营参数：设置公交车的车辆类型、运营时间、发车间隔、速度等。

5. 创建仿真场景：创建一个仿真场景，设置仿真参数。

6. 运行仿真：运行仿真，观察现有线路的运行情况。

7. 分析仿真结果：分析线路利用率、站点等待时间、车辆行程时间等指标。

8. 提出优化方案：根据仿真结果提出优化方案，如调整线路设计、优化运营参数等。

9. 重新运行仿真：实施优化方案后，重新运行仿真，观察优化后的效果。

6.3 案例代码

以下是一个完整的案例代码，展示了如何在 TransModeler 中进行上述步骤：

# 示例代码：优化公交车线路案例importtransmodeler# 初始化 TransModeler 环境transmodeler.init()# 创建项目project=transmodeler.create_project("城市公交线路优化")# 导入基础网络project.import_network("城市道路网络.shp")# 创建公交车线路bus_line=project.create_transit_line("主要公交线路","Bus")bus_line.add_node(40.7128,-74.0060)# A 点bus_line.add_node(40.7228,-74.0160)# B 点bus_line.add_node(40.7328,-74.0260)# C 点bus_line.add_node(40.7428,-74.0360)# D 点bus_line.add_node(40.7528,-74.0460)# E 点# 设置站点bus_line.add_stop("站点1",40.7128,-74.0060,10)bus_line.add_stop("站点2",40.7228,-74.0160,15)bus_line.add_stop("站点3",40.7328,-74.0260,20)bus_line.add_stop("站点4",40.7428,-74.0360,25)bus_line.add_stop("站点5",40.7528,-74.0460,30)# 设置车辆类型vehicle_type=bus_line.add_vehicle_type("公交车",80,50)# 容量 80 人，平均速度 50 km/h# 设置运营时间schedule=bus_line.add_schedule("工作日","07:00","22:00","10分钟")# 首班车 07:00，末班车 22:00，发车间隔 10 分钟# 设置速度vehicle_type.set_attribute("最大速度",60)# 最大速度 60 km/h# 保存项目project.save("城市公交线路优化.tmk")# 创建仿真场景scenario=project.create_scenario("工作日仿真","07:00-22:00")# 设置仿真参数scenario.set_simulation_parameter("时间步长",10)# 时间步长 10 秒scenario.set_simulation_parameter("交通需求","高")# 交通需求设置为高# 运行仿真scenario.run_simulation("实时模式")# 分析仿真结果results=scenario.get_simulation_results()line_utilization=results.get_line_utilization("主要公交线路")stop_wait_time=results.get_stop_wait_time("站点1")vehicle_travel_time=results.get_vehicle_travel_time("主要公交线路")print("现有线路利用率:",line_utilization)print("现有站点等待时间:",stop_wait_time)print("现有车辆行程时间:",vehicle_travel_time)# 优化线路设计# 假设分析结果显示 C 点利用率低，且影响整体效率bus_line.remove_node(40.7328,-74.0260)# 移除 C 点bus_line.add_node(40.7358,-74.0280)# 添加新的站点 F 点bus_line.add_stop("站点6",40.7358,-74.0280,10)# 添加站点 F 点# 优化运营参数# 假设分析结果显示发车间隔过长schedule.set_attribute("发车间隔","5分钟")# 优化交通信号# 假设分析结果显示某些交通信号对公交车行程时间影响较大project.import_traffic_signals("交通信号数据.shp")signal=project.get_traffic_signal("信号1")signal.set_attribute("相位","30秒")signal.set_attribute("周期","120秒")# 保存优化后的项目project.save("城市公交线路优化_优化后.tmk")# 重新运行仿真scenario.run_simulation("实时模式")# 分析优化后的仿真结果results=scenario.get_simulation_results()new_line_utilization=results.get_line_utilization("主要公交线路")new_stop_wait_time=results.get_stop_wait_time("站点1")new_vehicle_travel_time=results.get_vehicle_travel_time("主要公交线路")print("优化后的线路利用率:",new_line_utilization)print("优化后的站点等待时间:",new_stop_wait_time)print("优化后的车辆行程时间:",new_vehicle_travel_time)# 生成报告scenario.generate_report("公交线路优化报告.pdf")

6.4 案例分析

1. 现有线路利用率：通过仿真结果，我们发现现有线路的利用率在某些时间段较低，尤其是 C 点附近的路段。

2. 现有站点等待时间：站点1的等待时间较长，说明该站点的公交车辆到站频率不够。

3. 现有车辆行程时间：车辆的行程时间较长，特别是在高峰时段，拥堵问题较为严重。

6.5 优化方案

1. 调整线路设计：

   • 移除利用率低的 C 点，添加新的站点 F 点，以提高线路的效率和覆盖范围。

2. 优化运营参数：

   • 将发车间隔从 10 分钟调整为 5 分钟，以提高公交车辆的到站频率，减少乘客等待时间。

3. 优化交通信号：

   • 调整关键交通信号的相位和周期，以减少公交车在交叉口的等待时间，提高整体行程速度。

6.6 优化后的效果

1. 优化后的线路利用率：重新运行仿真后，线路的利用率显著提高，特别是在高峰时段。

2. 优化后的站点等待时间：站点1的等待时间缩短，乘客满意度提高。

3. 优化后的车辆行程时间：车辆的行程时间减少，整体运行效率提高。

6.7 结论

通过 TransModeler 的仿真工具，我们可以有效地分析现有公共交通系统的问题，并提出和验证优化方案。本案例展示了如何通过调整线路设计、优化运营参数和交通信号，显著提高公交车线路的运行效率和服务水平。这些方法和步骤可以应用于其他公共交通系统的优化，帮助城市交通规划师和工程师做出更加科学的决策。

7. 总结

在本章中，我们详细介绍了如何在 TransModeler 中进行公共交通系统的模拟，包括创建线路、设置运营参数、分析仿真结果和优化系统。通过实际案例的展示，我们进一步理解了这些步骤在实际应用中的重要性和具体操作方法。希望这些内容能帮助你更好地利用 TransModeler 进行公共交通系统的仿真和优化。