交通运输系统工程讲义.doc

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1、交通运输系统工程第一章 系统的基本概念第一节 系统的定义与属性系统工程研究的对象是系统，系统的概念是系统工程的核心和基本的概念。 物质世界是由无数相互联系，相互依赖，相互制约，相互作用的事物和过程所形成的统一体。辩证唯物主义体现的物质世界普遍联系及其统一性的思想，就是系统思想。 系统思想从经验到哲学的科学；从思辨到定性到定量。一、系统的定义对系统要领的一般认识系统意识 由若干环节组成的链状事物，环环相扣，由此及彼的链状事物就是我们所说的系统。 认识系统的链和环的关系要注意两个方面的因素： 1、认识对象系统的全部组成环节； 2、认识这些环节联结部分的形成和特点。系统意识思考、研究、探索和处理某一

2、事物时，要有意识地把它看成一个系统，明确链-环关系，从系统的角度去分析和认识问题。系统的定义：系统是由若干个可以相互区别、相互联系而又相互作用的要素所组成，在一定的阶层结构形成中分布，在给定的环境约束下，为达到整体的目的而存在的有机集合体。二、系统的属性 1、目的性系统具有明确赋予的、预期的目标。 2、集合性组成系统的元素是多个，至少有二个。 3、相关性系统组成的元素是相互依存、相互作用、相互制约。 4、阶层性系统有一定的层次结构，分解成子系统。 5、整体性任何一个元素离开整体功能就失去意义。 6、环境适应性适应环境系统变化以获取生存和发展的能力。第二节 系统的分类、结构与功能一、系统的分类1

3、、按自然属性分类： 自然系统自然界自然生成的一切物质和现象。 人造系统为了生存和发展应用自然规律构造的系统。2、按属性分类： 实体系统概念系统的形态化。 概念系统实体系统的“灵魂”。3、按运动属性分类： 动态系统系统内部结构参数随时间变化而变化。 静态系统系统内部结构参数不随时间变化而改变。4、按系统与环境间的关系分类： 开放系统系统与外界环境之间有物质、能量、信息交换的系统。 封闭系统系统与外界环境之间不存在物质、能量、信息交换的系统。5、按反馈属性分类： 开环系统通过本系统的。 闭环系统仅在本系统内部进行循环的。6、按规模大小和复杂程度分类： 大系统系统具有结构复杂、规模庞大、参量众多、功

4、能综合多样。 小系统系统比较小，简单。7、其他分类： 根据某些特征标志：目的系统、控制系统、行动系统、对象系统、因果系统等等。二、系统的结构 系统是由元素的集合和元素之间关系的集合两部分所构成。 例如：铁路网；公路网；城市交通等。三、系统的功能 系统的输入（能量、物质、信息）通过系统的处理（转换） 系统的输出（产品、成果、能量、物质、信息） 当元素组合成为系统之后，元素之间发生了各种联系，从而使系统的功能发生了量的增加和质的飞跃。 系统工程的任务：在于提高系统的功能，特别是提高系统整体的处理与转换的系统能力和效率。 第二章 系统工程的基本概念第一节 系统工程的基本概念及其定义1、从字义上理解系

5、统工程u 系统工程包括系统与工程两个方面,既要从系统看工程,又要从工程看系统,前者指的是用系统的观点和方法去解决工程问题。而后者是指用工程的方法去建造系统。形象地说,工程通常指硬件建设和措施,系统方法常比作软件.这两方面的结合,就使传统的工程增加了内容。u 系统方法主要是系统分析与设计的方法,其中包括系统模型与优化方法,预测和决策方法等。u 工程的方法是处理具体工程问题时的科学方法,包括构思(结构与原理)、原则技术的、经济的、政治和和社会的)、计算(对某种关键部分的原理性和整体输出、试验(结构、材料和参数和设计等一些环节。u 以系统思想为指导,用系统方法和工程方法为工具,去建造人们所需要的新系

6、统或改造原有的老系统,使其更加合理、更加完善、更加科学。2、从系统工程与一般工程的区别上理解系统工程 从系统工程与一般工程的区别上看,系统工程具有高度的综合性,这主要体现在以下三个方面:1) 研究对象的综合性 系统工程不把研究局限在某一特定范畴。它可以把工程作为对象,但各种自然现象、生态群体、社会现象,人类的、社会的等等也都是它的研究对象.2应用学科知识的综合性 系统工程应用学科知识的综合性与研究对象的综合性是分不开的。它不仅如同一般工程学那样,应用数学、物理、化学等基础自然科学,而且对控制论、信息论、管理科学、工程技术学科、社会学、经济学、法学以至一些边缘科学也要加以综合运用。3) 评价效益

7、的综合性 系统工程是从总体最优出发考虑功能、组成、协调、规划、效果等组织管理性质之类的问题、尤其要考虑社会效果问题。3、从系统工程学的组成来理解系统工程1系统思想 系统思想是将研究对象作为系统来考虑,把系统环境作为一个外部系统,系统的输入目标作为一个系统,并把二者结合起来考虑建立转换过程系统。合理地解决系统内外的各接口的协调,以获得系统的最优输出。2) 系统工程的程序体系 把建立系统的过程分成几个步骤按一定的程序展开,保证系统思想能在每个部分、每个环节上体现出来。系统程序包括二个方面的程序、一是系统开发程序,即解决给定系统问题的步骤,如系统开发、工程规划、设计、建设、试验和运行等:二是价值开发

8、程序,它要求获得最大效益,以此为目的的程序就是价值开发程序。3) 最优化方法 一个系统性的问题按照程序展开到具体的环节, 应用最优化方法构造数学模型时。 系统工程是在其开发、设计、建造和运行中所采用的思考方法、程序体系和最优化方法的总和.系统工程的定义:系统工程是用系统科学的观点,合理地结合控制论、信息论、经济管理科学、现代数学的最优化方法以及电子计算机和其它有关工程技术,按照系统开发的程序和方法去研究和建造最优化系统的一门综合性的管理工程技术。 系统工程的四个特点:l) 一个系统、两个最优 一个系统是指以系统为研究对象,要求综合地、全面地考虑问题。 二个最优是指系统的目标是总体效果最优,同时

9、实现这些目标的具体的方法或途径也要求达到最优。2) 以软为主 系统工程是以软技术为主的工程技术,它是一大类新的工程技术的总称。3综合性强 一方面是应用知识和技术的综合性,另一方面是开展系统工程项目,要由各有关专业和各方面的专家参加协同工作。4) 咨询性 系统工程人员一般不参与决策,他们主要是给决策人员提供和分析评价备选的方案,他们有较强的独立性,工作更具科学性和公证性。第二节 系统工程的方法论 系统工程的方法论一般可以用“三维结构”来描述：一、时间维（工作阶段） 对一个具体的工程项目,从规划起一直到更新,一般可分成以下7个阶段: (l) 规划阶段; (2) 设计阶段; (3) 研制阶段(系统开

10、发); 4) 生产阶段; (5) 安装阶段; (6运行阶段; (7) 更新阶段。 上述7个阶段是依时间先后顺序排列的,故有“时间维”之称。 每个阶段有相对独立性和不同的中心任务。二、逻辑维(思维过程) 在使用系统工程方法来思考和解决问题时,可以将每一个阶段分为若干逻辑步骤,称为逻辑维或思维过程。通常它可以分为7个步骤:1、提出问题抓住问题的实质, 着手调查研究(主要从二个方面入手): 1)环境方面的调查研究 新系统产生于环境,新系统的约束条件决定于环境,决策的依据来自环境,研制所需资源取自于环境,最后,系统的质量也只能放在环境中进行评从。环境因素可以分为物理和技术的环境,经济和事物的环境,以及

11、社会环境。 物理和技术的环境主要包括: (1)己有系统;(2)用于已有系统的方法:(3)己执行的技术标准:(4)内部技术情况:(5自然环境:(6过渡因素(7目前和未来的研制条件:8外部技术情况: 经济和事物环境主要包括: (1组织结构:(2)组织人员:(3政策法令:4决策者倾向:(5)价格结构:(6)新系统的经济条件:7)会计事务运用. 社会环境主要包括: (1)大规模的社会因素:(2)个别人的因素。 2)需求方面的调查研究 需求方面调查研究有以下6项要点: (l)需求的一般指标:2)资源和其它约束:(3)计划情况和市场特性:(4竞争情况:(5)使用者的要求:(6)需求研究的设计要求。2、选择

12、目标(系统功能指标设计或列写目标函数) 选择目标是十分重要的步骤,它关系到整个工程的方向、范围、投资、工程周期、人员和物资分配等一系列问题。正确地选择具体的评价系统功能的目标。将有利于方案的比较。选择目标应注意以下几条原则:(l要有适当长远的观点,选择对系统未来发展具有重大影响的事项为目标:(2) 要有总体观点,着眼于系统的总体效果:(3) 目标务求具体明确,最好能定量表述:(4) 对多目标应进行合适的排序:(5目标是可行的,而且要明确实现目标的约束条件:(6注意标准化。 我国一般工程项目制定目标时,主要考虑下述4个方面:(l运行目标,其中包括技术指标: (2经济目标,包括直接与间接的经济目标

13、: (3社会目标,包括顶目符合法律、法规等: (4) 环境目标,包括防止污染与美化环境等方面。3、系统综合(形成可能的系统方案): 系统综合主要是按照问题的性质及总的功能(目标要求形成一组备选系统方案,方案中要明确所选系统的结构和相应参数。方案首先应是可行的,即技术上能达到,资源上有保证,设备能力可提供的方案。4、系统分析(建立模型): 为了对众多的备选方案进行分析比较,需要建立各种模型,把这些方案与系统的评价目标联系起来。5、系统评价(优化系统) 在一定的限制条件下,我们总希望选择最优的系统。在单目标系统中,如果备选方案的个数不多时,很容易从中找出最优方案。但当备选方案的个数很多, 就要采用

14、一些单目标最优化方法来选出最优方案。如果评价目标有好几个,而且彼此之间又有矛盾, 此时,就需采用多目标最优化方法进行评价,通过对诸方案排序以选择出最优方案。6、方案决策: 有时,最优方案可能有儿个,或者除了定量目标外,还要考虑一些定性目标。这时必须根据全面的要求,最后决策一个或几个方案试行。三、实施维(实施计划)。 根据最后选定的方案,具体实施整个计划。如果实施中比较顺利或者遇到困难不大,略加修改即可实施,那么整个步骤即告一段落。 有时则会遇到较多的问题,就有必要回到前面所述逻辑步骤中认为需要的那一些,开始重新做起。 第三节 系统工程的基本原理和工具1、反馈控制原理 反馈控制它能够在存在扰动的

15、情况下,力图减小系统的输出量与参考输入量之间的偏差。随着系统概念系统思想的不断发展,反馈控制原理在各种类型的管理系统和决策系统中得到了广泛的应用。 规划目标是规划管理系统的输入量,它是当前状态的反映,规划管理部门根据规划目标指导和监督规划执行部门,执行的结果和在执行过程中环境的变化所影响执行结果的情况都作为该管理过程的反馈信息。管理部门将反馈信息与原规划目标进行比较后再作相应调整。这样的管理过程就是反馈控制过程。 对于系统的规划、设计、管理或控制, 利用反馈控制原理,可以提高系统的质量。在反馈系统中,还有个稳定性问题。为了达到一定的目标而执行一种政策,其效果往往不会马上表现出来,需要有一个时间

16、过程,这个时间过程称为时间滞后效应。在反馈控制系统中,当效果不符合要求时,可以强化执行政策的措施以加速过程, 当产生超调后,反馈控制系统将采取相反的措施使它回降。根据各种信息,不断地修正措施或控制作用是可以保证系统的稳定性的。2、最优化原理 在管理控制或决策过程中,有最优决策问题。最优决策与系统过去的历史无关(此称为系统的无记忆性或马尔柯夫性,它仅取决于系统当前的状态和欲采取的策略。因此,在反馈系统中,为了实现最优决策,反馈信息应包含反应当前状态的全部信息。3、协调原理 只有整体系统中各个局部(也称子系统能够协调地工作,才能实现整体系统的最优化管理或控制。协调工作必须由上级决策者进行,上级决策

17、者主要依靠调动原料或资源(人力、物力、财力)实施协调。协调的方法不一。 总之,由许多子系统组成总体系统是一种合理的结构。子系统是分布的或分散的。例如,城市交通管理系统中,整体系统的管理是由分散在各路口的信号灯(或交通警)实施管理的,这样的系统必须在上级决策者的协调下五作才有可能实现系统的总目标。4、系统工程的主要工具 运筹学；建模；电子计算机。第三章 系统分析第一节 系统分析的基本概念一、系统分析的定义 系统工程的对象是大系统。这种大系统的特征就是规模庞大,结构复杂、目标多样、功能综合、因素众多,而且因素中有许多是矛盾的和不确定的。因此,对这样的大系统,如果不采取相应的措施,就难以对其有关的重

18、大问题进行正确的决策。要想对系统进行优化设计,对系统的有关重大问题做出正确的决策,关键步骤是系统分析。 例如我们研究城市发展规划问题时知道:城市是一个十分复杂的系统,它的基本特征是规模、密度、构造、形状和格式。城市规模和密度的特点表现为城市用地的多少和城市与建筑占地的比率。城市构造与其组成部分的排列有关,每个城市在它的应用区划和空间方法上都表现出一定的特征,这可以从城市中住宅、商业、生产、文化、游览等的区划上表现出来。 城市并非是一个静止的形态,使现代城市充满活力和变化的是聚散效应,即一种人和与人有关的物资、能量、信息的聚散活动.如果某一定的区块(有适当的大小)其聚散强度达到一定的水平,就可以

19、被认为是一个城市.聚散强度越大,城市等级就越高。显然,要使城市系统总体优化,就必须把这样一个复杂的大系统按照政治、经济、社会、文化科技、交通运输、市政等进行分类、分级,即分系统地进行分析,从规划、建设、管理入手达到预定的目标。可想而知,用一般的方法处理是很困难的,应当借助系统分析方法。 所谓系统分析,就是为了使系统的目的能最好地实现,而对系统应如何构成进行的分析,具体地说,系统分析是从系统长远和总体的最优出发,在选定系统目标和评价准则的基础上,分析组成系统的各个层次的分系统的功能和相互关系,以及系统与环境的相互影响:在调查研究,收集资料和系统思维推理的基础上,产生对系统的输入、输出及转换过程的

20、种种假设:在确定和不确定的条件下利用定性和计量方法,探索若干可能互相替代的方案:并建立模型或用模拟方法分析对比各个不同方案,同时研究探讨可能产生的效果,综合资源配备最佳的方案,为决策者提供判断最优系统方案所需的信息和资料。 系统分析着重研究系统建立的一些基本问题:如系统的目的、功能、环境、费用、效益、可靠程度等。尤其着眼于未来的目的和政治经济形势的变化,以及未来科学技术发展,在此基础上研究一个或几个组合目标。对于涉及社会、经济因素等更复杂系统的系统分析,其环境的约束条件也是变化的,因而对系统的未来目的应当作一个变量看待。二、系统分析的特点由系统分析的定义,可以总结出它的四个特点:1、以整体为目

21、标 在一个系统中,处于各小层次的分系结队都分别具有特定的功能及目标,彼此分工合作,才能实现系统整体的共同目标。构成系统的所有要素都是有机整体的一部分,它们不能脱离整体而独立存在。系统总体所具有的性质,是其各个组成部分或要素所没有的,因此,如果只研究改善某些局部问题,而其它分系统被忽略或不健全,则系统整体的效益将受到不利的影响。所以从事任何系统分析,都必须考虑发挥系统总体的最高效益,不可以只局限于个别分系统,以免顾此失彼。 系统总体目标和局部目标分别同系统结构层次的高低相适应,低层次系统的局部目标从属于高层次系统的总体目标。在正常情况下,实现系统的局部目标是达到系统总体目标的手段,个别要素的局部

22、目标只有与系统的总目标相适应时才能顺利实现。2、以特定问题为对象 系统分析是一种处理问题的方法,其目的在于寻求解决特定问题的最佳策略。许多问题都含有不确定的因素,而系统分析就是针对这种不确定情况,研究解决问题的各种方案及其可能产生的结果。不同的系统分析所解决的问题当然不同,即使对相同的系统所要求解决的问题,也要进行不同的分析,拟订不同的求解方法。所以系统分析必须以能求得解决特定问题的最佳方案为重点。3、运用定量分析方法 科学研究方法,不能单凭想象、臆断、经验或者直觉,在许多复杂的情况下,必须要有准确可靠的数字和资料作为科学决断的依据。在有些情况下,利用数学方法描述有困难时,还要借助于结构模型解

23、析法。4、凭借价值判断 从事系统分析时,对系统中的一些要素,必须从未来发展的观点,用某些方法进行科学预测,或者类比以往发生过的事实,来推断其将来可能产生的趋势或倾向。由于所提供的资料有许多是不确定的变量,而客观环境又会发生各种变化。因此,在进行系统分析时,还要凭借各种价值观念进行判断和优选。三、系统分析在道路交通工程中的应用 在道路交通工程中应用系统分析,主要有以下五个方面:1、制定规划方案 例如国家级道路网规划,即对路网结构,特别是高等级公路线路走向、等级、标准,公路主枢纽定址,枢纽设施等进行规划,又如城市综合交通规划中的道路网、客货运输、静态交通设施、交通管理系统的规划等等。这些例子都是以

24、特定系统为对象,综合社会、政治、经济、资源和技术等各方面的情况,运用规划理论和方法寻求各种规划方案,然后在保证整体系统协调一致的前提下,根据系统的总目标从中选出满意的方案。2、重大的道路交通工程项目的可行性研究 一条高速公路,一个大型立体交叉工程,一个大型桥梁工程,一个太城市的现代交通管制系统的投资没有一个不是数千万元乃至儿亿元的大型工程项目。这样的项目,按照规定,工程立项耍进行可行性研究,要对工程项目的确定、项目投资以及经济的社会放益和:程对环境的影响等诸方面用系统分析方法进行论证。3、大型道路交通工程项目施工的管理 大型道路交通工程项目投资巨大,建设周期较长,因此,管理工作十分重要.且管理

25、工作对建设质量,如期完工,节约工程费用能起到保证作用。这样的管理工作,从施工计划的制定到协调实施,采用系统分析方法是行之有效的。4、交通运输系统的运行技术管理 大型交通运输系统中主要是客流、物流、信息流的流动。用系统分析方法从三流入手,方有可能制定出安全、可靠、经济合理的优化运输计划并加以实施。5、交通工程设施的系统设计和建设 城市交通监控系统、大型停车场、收费站、修理厂、枢纽站等的设计和建设都应按系统的要求进行设计和建设。第二节 系统分析的内容、准则和程序一、系统分析的主要内容 系统分析的主要内容包括以下五个方面:1、阐述系统的目标 选定系统的总目标是系统分析的起点。表述目标耍与客观相一致。

26、目标要尽可能明确。因此,要对涉及系统的各种因素进行具体的计量与测定。2、调查系统的环境 系统的环境包括技术、经济和社会等外部条件构成的对系统的约束,它与科学、技术、政治、经济、文化、教育、人口和气候等因素密切地联系着。环境独立于系统控制之外,但直接或间接对系统运行发生程度不同的影响作用。3、调查系统的资源 这是系统内部用以进行工作的手段、包括物资、人力和信息资源。系统本身能对它加以控制、转换并提高其利用率。4、研究系统的要素 系统是由很多要素(元素)组成的,因此,系统分析要研究各要素的特点和作用以及它们之间的作用方式,把握住系统的结构,即要素的组织程序。5、实行系统的管理 实行系统的管理是通过

27、系统设计、计划编制及执行来实现的,它包括目标的设置,资源的分配和工作成果的控制等等。在分析准备中要利用预测,以便对各种不确定性有所考虑和采取应变对策。二、系统分析的准则 (l)系统要素同外部环境相结合: (2)当前利益和长远利益相结合: (3)分系统利益和整个系统利益相结合: (4)定量分析与定性分析相结合。三、系统分析的要素和程序1、系统分析的组成要素 由上述系统分析的概念和特点可以了解到,为了进行系统分析,通常应考虑下列六个要素:l)目标 目标是系统目的的具体化,它应当是一个总体性的东西,对系统目标要给出具体的定义。经分析后,确定的目标应当是必要的、有根据的、可以达到的。2)替代方案 替代

28、方案是选择方案的前提,没有足够的方案就谈不上优化。与此同时。只有在具体指标(例如技术、经济、环境)上有可比性才称得上是替代方案。3)指标 指标是方案比较的在则,是衡量总体目标的具体标志。分析的指标包括有关性能、费用与效益以及时间等方面的内容。性能是技术论证的主要方面:费用与效益是经济论证的标志:时间是一种价值因素,进度或周期是其具体表现。4)模型 根据目标要求,用若干参数或因素体现出对系统本质方面的描述,以分析的客观性,推理的一贯性和可能有限的定量化为基础。使用模型进行分析,是系统分析的基本方法.通过模型可以预测出各种替代方案的性能、费用与效益和时间等指标的情况,以利于方案的分析与比较。模型的

29、优化与评价,是方案论证的判断依据。5)标准 标准是评价方案优劣的尺度.它必须具有明确性、可计量性和敏感性。6决策 有了不同标准下的方案优先排序之后,决策者还要根据分析结果的不同侧面、个人、的经验判断以及各种决策原则进行综合的、整体的考虑,最后做出选优决策。2、系统分析的程序 系统分析方法不同于一般的技术经济分析,它应当从系统的总体最优考虑,采用各种分析工具和方法,对系统进行定性和定量的分析。它不仅分析技术经济方面的有关问题，而且还分析包括政策、机制和信息等各方面的问题。系统分析没有一组特定的技术方法,因为它必须随着分析对象的不同、分析问题的不同而相异。一般米说,系统分析的程序大致如下:l划定问

30、题的范围(限定系统边界 系统分析首先要明确问题的性质,划定分析的范围,进而研究问题的要素、要素间的相互关系、它们同环境的关系等。2设立目标 目标往往要经过大量的调查和分析比较以后才能明确地形成。目标可能是单一的,也可以是多项的,对于多目标问题要注意协调。3)收集资料 建立模型或拟订方案,都必须要有资料作为依据,方案的可行性论证更需要准确可靠的资料数据。收集资料通常多借助于调查、实验、观察、记录以及引用外国资料等方式.4)建立模型 建立模型就是找出说明系统功能的要素及其相互关系,即系统的输入、输出和转换关系以及系统的目标和约束等。由于表达方式的不同,模型一般可以有图式模型、数学解析模型、实体模型

31、和仿真模型等。5)分析替代方案的效果 利用己建立的各种模型对替代方案可能产生的结果进行计算和测定,考察各种指标达到的程度,经过比较找出优化的方案.6综合分析与评价 在上述分析的基础上,再考虑各种特定因素,对比系统目标达到的程度,采用选定的标准来衡量。评价结果应能最终选择一个或儿个可行方案提供决策者参考。第三节 系统分析的目标、方案、评价与决策一、系统目的的分析与确定1、对象系统的分析与确定 掌握并明确作为系统分析对象的系统,分析系统的概念和定义是否确切、完整与合理。2、对象系统的结构分析 系统要素集分析、系统相关性分析、系统阶层性分析和系统整体性分析。3、对象系统的环境分析 物理和技术环境分析

32、、社会环境分析、经济和经营管理环境分析以及系统与环境的边界分析。4、系统目的和目标的分析与确定 分析和明确建立系统的目的。不仅要求系统在技术上是先进的,在经济上是合理的,同时要考虑到它与其它系统的兼容性,以及对客观环境条件变更的适应性。一个系统如果具有多个目的时,则应划分主次并用目的树形式来表示。 这要求做好二项工作: 一是论证目标的合理性、可行性与经济性: 二是把若干目标归纳为目标系统,使目标关系变得清楚并使目标集形成一个目标树.5、系统功能的分析 分析为满足系统技术条件所应具备的各种功能,建立系统功能结构图,定义系统的功能技术条件。其次,分析和阐明这种功能的约束条件等。最后,对在一定环境条

33、件下所能达到的功能,必须用定量指标表示其应达到的程度。6、分析系统成功的可能性 建立系统的概略模型并根据该模型探讨成功的可能性。若有把握成功则进入核心部分的第二步,否则采取下述措施之一: (1)修改概略模型: (2)重新对功能技术条件进行分析:重新对目的、目标进行分析和确定。二、拟订替代方案(建立系统模型1、建立系统模型的重要性和要求 用系统工程方法研究问题时,由于系统规模太太,或者因其太复杂,往往无法直接分析和试验,故一般利用模型来代替真实系统,通过对模型的分析来求得问题的解决。同时由于模型比现实容易操作,建立系统的模型后,只要改变模型中的某些参数值就可以计算出系统的某种结果,这比在真实系统

34、中进行试验要容易得多。此外,通过建立系统的模型可以对影响系统的主要因素了解得更清楚。有些变量在现实系统中要很长时间才能看出变化情况,但用模型研究时可以很快看出变化规律,从而能迅速地抓住其本质物征。所以说,系统模型化是系统分析过程中的重要一环。 对模型的一般要求如下:1现实性即在一定程度上能够确切反映系统客观实际情况。2) 简洁性尽量使模型简单明了,以节约模型建立和计算的时间。3适应性随着模型建立时的具体条件的变化,要求模型具有一定的适应能力。 对模型所提出的要求中,存在着一些矛盾的因素,如模型过于复杂,虽然能满足现实性的要求,但建立和求解相当困难和费时,同时也影响到适应性的要求,那就不能算是好

35、模型。因此,必须根据具体情况而定,一般是力求达到现实性,在此基础上尽量简化,最后尽可能满足适应性的要求。 在系统分析中,模型之所以起着比较重要的作用,其原因在于即使还没有建立实体系统以供观测和试验之前,就可以凭借模型来有效地求得系统的设计参数和确定各种制约条件。因此,对大规模的复杂系统,模型化尤为重要。2、建立模型的步骤系统模型化时,就建立数学模型而言,大致步骤如下:l)分析模型的使用目的和要求,并确定模型的功能。2)根据目的要求,从时间和空间等方面来明确系统和环境的边界条件。3)确定构成系统功能的最小单元,也就是说把系统划分成若干可以模型化的单元(或分系统,它可以根据模型的使用目的来确定。4

36、)分析和掌握模型化对象的特点,主要因素和逻辑结构,最后建立模型。3、建立模型常用的几种方法l)直接分析法 当问题比较简单时,按问题的性质和范围直接做出模型,称为直接分析。2)模拟法 有些模型的结构性质虽已清楚,但对该模型进行数量描述及求解却很困难。构造出类似的模型,处理时却简单得多的模型,此法就叫模拟法。3)数据分析法 通过描述系统功能的数据分析来搞清楚系统的结构模型,这种建模的方法称数据分析法。如回归分析就是一种数据分析法。4概率统计分析法 利用概率统计的基本知识和方法分析问题并建立模型,称为概率统计分析法.如排队问题的建模。5试验分析法 当现有数据分析不能确定个别因素(变量)对系统工作指标

37、的影响时,有时有必要在系统上做局部试验,以搞清哪些是本质的变量及其对指标的影响。如环行交叉口通行能力分析时采用的阻车观测法。6) 想定法 有些系统结构并不很清楚,又没有很多的现成数据可以利用,也不允许在系统上做试验。例如,我们想研究的系统是未来的、复杂的、涉及人的因素的大系统,由于这些系统中很多因素不确定,而我们又想通过模型来预测这类系统的一些数量行为,这时我们可以采用“想定法飞它的思路是人为地(但是科学地设想一些情况,也就是事先设定的一些不定情况,再用前述的方法构造出一些模型,推出一些结果,然后根据这些结果加以讨讼,分析其是否可行。如果不行再重新想定,或者以后在过程中不断修改.因此,这种构模

38、法,往往不是一次成功,需要多次迭代进行。 在系统模型的基础上,要对其进行优化。系统最优化的方法很多,随所建立模型的不同而异。在道路交通工程系统中,有许多最优化问题及相应的方法。如道路网规划中有最短路问题、最大流问题、最小费用最大流问题:在交通管理系统中有随机服务系统的优化问题:在道路施工管理中,有材料的最优分配问题等等。进行系统最优化时,首先必须根据问题的性质,探讨最优化方法的应用。 对于一些确定型问题,可以采用数学规划理论和方法进行优化:对于路网规划和施工技术管理中的优化问题一般可以用图论和网络技术进行优化。三、评价与决策 在系统分析中,为实现某一系统的目的或目标,往往可建立多个替代方案,各

39、个替代方案经过模型化、最优化后,分别得到相应的最优解。系统评价就是指依照各项评价标准对各个替代方案的最优解进行评价,从中选择最满意的方案。1、系统分析的评价标准系统分析的评价标准有以下几项: l) 功能是指拟建立系统的作用及完成任务的能力. 2费用是指建立系统所需的物化劳动及活劳动,流动费及非正常或意外情况的损失费用等 3) 可靠性是指系统的各个层次在规定期限和正常条件下,运行成功的概率。 4时间指建立系统所需要的时间,它直接影响到系统的价值。 5维护的方便性常指为保持系统正常运行所需的维护修理工作的速度和方便程度。为表示某些标准的重要程度,往往赋以它们不同的权数以便通盘考虑和恰当评价。2、系

40、统分析的评价方法系统分析评价的方法很多,主要介绍以下几种:1)直观判断评价方法关联矩阵法和正交辅助矩阵法. 关联矩阵法当存在儿个评价因素,而且它们之间又没有约束时,可以用关联矩阵法进行评价。 正交辅助矩阵法2）经济评价法第四章 交通运输布局与规划第一节 交通运输布局一、生产布局与交通运输布局 1、生产布局又称“生产分布”、“生产配置”,是指社会物质生产部门(工业、农业、运输业等)在一个国家或地区的空间分布、结合形成,以及区域之间的经济联系等。 它是生产发展的一个重要方面,随着生产的发展而变化。 生产布局的规律和特点取决于社会生产方式,并受社会历史、经济条件、技术水平、自然条件、人口和劳动力条件

41、诸因素的综合影响。 2、交通运输布局又称交通运输配置, 是指铁路、公路、水运、航空和管道等五种现代化运输方式的线路(包括铁路线、公路线、水运航道和航线、航空线及管道等)、车站(包括河港、海港、航空港等)的土木建筑物及相关技术设备和交通运输工具组成的交通运输网的地域分布。 交通运输布局取决于工农业生产的特点、水平和布局、当地的自然条件、各种运输方式的技术经济特征、城镇居民点分布、国防要求,以及现有运输布局状况。 交通运输是生产过程的延续,是社会生产和再生产的条件。要求产品的总劳动耗费或社会成本达到最低,通过考虑交通运输这个环节,对生产布局的合理化具有重要作用。 交通运输的发展和变化,必然对生产布

42、局有相当的影响； 交通工具的改进,会给生产布局带来难以估计的后果； 交通线的建设和交通网的完善,对工业基地的建立和农业商品基地的形成都起着重要作用； 布局新的城镇。 生产布局状况可以通过交通网中货物的运输反映出来,可以通过货物的流量、流向分析,发现生产布局中存在的一定问题。 不同的社会生产方式,决定不同的运输布局规律。 交通运输布局是宏观国民经济和社会生产布局的一个方面； 运输部门与各部门和地域都有着特定的供求关系； 国民经济各个部门对交通运输业的质和量要求也各有不同。 从地域空间来看： 工业、农业、采掘业、商业和国防需要,以及人口、生产力与社会经济生活的地区分布决定了交通运输布局； 生产布局

43、和交通运输布局的发展是相互制约的； 工农业部门生产的发展和技术改进,给交通运输提供了物质物质条件和运输需求； 交通运输是生产过程在流通领域中的继续,为国民经济发展提供运输服务。二、交通运输布局的系统分析 系统分析是一个有目的、有步骤的探索和分析过程。 交通运输布局的任务和目的是快速、准确、经济地为国民经济发展提供运输服务。 交通运输系统担负着国民经济发展的运输任务要适应国民经济的发展,不仅要在发展的规模、结构、速度上相适应,而且要在空间布局上相适应。 在交通运输系统中,各种运输方式都有其具体的技术经济特征,且担负着不同的运输任务。为使交通运输畅通,以便担负起国家和地区的旅客、货物运输任务,则必

44、须形成全系统的的综合能力,既要有符合国家需要的担负干线和长途运输中任务的铁路、沿海和内河水运能力。同时,还必须有相当的担负支线、短途运输任务的公路、内河航运的能力。交通运输布局是实现各种运输方式相互协调、相互合作的手段和方法。1、影响运输布局的因素4 国民经济的发展需要是影响交通运输布局的首要因素；4 自然条件重要因素；4 技术条件重要因素；4 名胜古迹旅游地重要影响。2、交通运输布局的基本原则 第一、交通运输布局要满足国民经济发展的要求,同时要起到促进国民经济各部门及对外贸易的发展作用,并要与工业布局和人口分布相适应。 由于运输生产不改变劳动对象的属性,只改变运输对象的空间位置,因而运输成果具有非实体性、非储存性等特点,不能以丰补歉,也不能调拨,这就决定运输布局要满足社会运输需求。 在进行运输布局时不仅要使交通运输系统包括综合运输网)协调,交通运输枢纽内各种运输方式相互协调,而且要适应工农业布局、外贸及旅客、货物在国家和地区间的流动等方面的要求。 交通运输布局最终要符合国家建设与国民经济发展的要求。 第二、交通运输布局要以科学的客、货运输需求预测为基础。 它所担负的客、货运的多少是国民经济和人民生活对它需要的数量尺度。因此,交通运输布局和改造的标准与规模直接取决于客、货运输需求。 第三、交通运输布局要因地制宜,充分考虑各地区的自然条件和特点。 地形、