第一章運輸系統(tǒng)

概念介紹系統(tǒng)(Systems)交通系統(tǒng)、商業(yè)系統(tǒng)、金融系統(tǒng)、工業(yè)系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)、教育系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、文藝系統(tǒng)、軍事系統(tǒng)、社會系統(tǒng)等等。定義：系統(tǒng)一詞，來源于古希臘語，是由部分構(gòu)成整體的意思。一般系統(tǒng)論認(rèn)為系統(tǒng)是：由若干要素以一定結(jié)構(gòu)形式聯(lián)結(jié)構(gòu)成的具有某種功能的有機(jī)整體。在這個定義中包括了系統(tǒng)、要素、結(jié)構(gòu)、功能四個概念，表明了要素與要素、要素與系統(tǒng)、系統(tǒng)與環(huán)境三方面的關(guān)系。

系統(tǒng)工程(SystemsEngineering)是系統(tǒng)科學(xué)的一個分支，實際上是系統(tǒng)科學(xué)的實際應(yīng)用?？梢杂糜谝磺芯哂写笙到y(tǒng)的方面，包括人類社會、生態(tài)環(huán)境、自然現(xiàn)象、組織管理等，如環(huán)境污染、人口增長、交通事故、軍備競賽、化工過程、信息網(wǎng)絡(luò)等。系統(tǒng)工程是以大型復(fù)雜系統(tǒng)為研究對象，按一定目的進(jìn)行設(shè)計、開發(fā)、管理與控制，以期達(dá)到總體效果最優(yōu)的理論與方法。系統(tǒng)工程是一門工程技術(shù)，但是，系統(tǒng)工程又是一類包括了許多類工程技術(shù)的一大工程技術(shù)門類，涉及范圍很廣，不僅要用到數(shù)、理、化、生物等自然科學(xué)，還要用到社會學(xué)、心理學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、醫(yī)學(xué)等與人的思想、行為、能力等有關(guān)的學(xué)科。系統(tǒng)工程所需要的基礎(chǔ)理論包括，運籌學(xué)、控制論、信息論、管理科學(xué)等。

系統(tǒng)工程的目的是解決總體優(yōu)化問題。系統(tǒng)工程，分開來看，就是系統(tǒng)加工程。這兩個概念本身就是集大成的概念，他們要有意義必須加上定語。研究是科學(xué)領(lǐng)域里的規(guī)律和方法論。關(guān)鍵在于，從整體，從大局，從制高點來看事物。

交通運輸系統(tǒng)工程（學(xué)科）：這門學(xué)科的產(chǎn)生是伴隨著我國系統(tǒng)工程學(xué)科、交通運輸學(xué)科的發(fā)展而發(fā)展起來的，創(chuàng)建于1980年。

本課程的學(xué)習(xí)目的和學(xué)習(xí)重點學(xué)習(xí)目的：利用系統(tǒng)工程的思想和方法優(yōu)化交通運輸系統(tǒng)，為制定合理的交通運輸管理體系提供科學(xué)的理論依據(jù)。學(xué)習(xí)重點：運輸系統(tǒng)的分析、預(yù)測、優(yōu)化控制、綜合評價、決策以及模擬等。課程信息：學(xué)時：32學(xué)分：2成績評定：10%平時成績（作業(yè)+課堂表現(xiàn)）+90%期末考試成績（閉卷考試）附錄：交通運輸研究生專業(yè)及方向★

交通運輸規(guī)劃與管理（主要研究方向）區(qū)域及城市交通系統(tǒng)規(guī)劃；區(qū)域與城市交通運輸管理；交通系統(tǒng)特性理論；智能交通系統(tǒng)及控制；運輸經(jīng)濟(jì)與環(huán)境影響評價；交通系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展理論?！?/p>

道路與鐵道工程（主要研究方向）路面結(jié)構(gòu)設(shè)計與新材料；路面結(jié)構(gòu)水害分析與排水系統(tǒng)設(shè)計；瀝青與改性瀝青及其添加劑的研究；水泥混凝土路面、瀝青路面的長期使用性能；公路瀝青路面與水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)與加鋪層設(shè)計；軟土地基處理技術(shù)與工程效果評價；路基工程壓實、邊坡穩(wěn)定與防護(hù)技術(shù)研究；高速公路評價的基本理論與方法；現(xiàn)代高速公路路線幾何設(shè)計；GPS的基礎(chǔ)理論、ITS技術(shù)與工程應(yīng)用研究；高速公路運輸管理研究。★

橋梁與隧道工程（主要研究方向）橋梁結(jié)構(gòu)計算理論與分析方法研究；新型材料在橋梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究；橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性及工程對策研究；橋梁監(jiān)測、檢測及加固技術(shù)研究；隧道結(jié)構(gòu)分析方法、施工技術(shù)與監(jiān)控技術(shù)研究。★

交通信息工程與控制（主要研究方向）交通圖象處理與識別；道路、交通信息檢測技術(shù)與智能儀器；智能交通管理與控制；高速公路通信、監(jiān)控與電子收費系統(tǒng)；交通信息管理系統(tǒng)；智能運輸系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論；ITS與現(xiàn)代物流；都市圈軌道交通規(guī)劃研究?！?/p>

巖土工程（主要研究方向）樁基動力學(xué)研究；特殊地基與軟土地基處理；地鐵工程信息施工與監(jiān)測技術(shù)；環(huán)境巖土工程?！?/p>

載運工具運用工程（主要研究方向）物流技術(shù)；城市軌道交通運營管理；道路運輸管理；綜合運輸。緒論以機(jī)器應(yīng)用為標(biāo)志的近現(xiàn)代交通運輸業(yè)，大致經(jīng)歷了四個發(fā)展階段：以水運為主的階段（18世紀(jì)～19世紀(jì)上葉）；以鐵路為主的階段（19世紀(jì)30年代～20世紀(jì)30年代）；公路、航空、管道三種運輸方式崛起的階段（20世紀(jì)30年代～20世紀(jì)50年代）；五種運輸方式協(xié)調(diào)發(fā)展的綜合運輸體系階段（從20世紀(jì)50年代開始）。1.交通運輸方式水路運輸特點：沿海、內(nèi)河水運系統(tǒng)的投資少、運輸能力大、占地少、干線運輸成本和能耗低。在沿海和內(nèi)河有水運條件的地方，應(yīng)成為大宗和散裝貨物的重要運輸方式之一，也可以承擔(dān)沿海內(nèi)河的客運任務(wù)。一般來講，遠(yuǎn)洋航運比沿海、內(nèi)河水運的運輸能力更大、運輸成本和能耗更低。公路運輸特點：公路運輸系統(tǒng)建設(shè)周期短、機(jī)動靈活，可以對城鄉(xiāng)廣大地區(qū)實現(xiàn)門到門直達(dá)運輸，是短途客貨運輸?shù)闹袌粤α?。隨著公路狀況的改善，汽車技術(shù)的進(jìn)步，公路運輸將成為高檔工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品以及中距離客運的重要力量。鐵路運輸特點：鐵路運輸系統(tǒng)受自然條件影響較小，運輸能力大，運輸成本低和能耗較小、速度較快，通用性好，是中、長途客貨運輸?shù)闹髁?。航空運輸特點：航空運輸盡管成本和能耗高，但具有建設(shè)周期短、運輸速度最快、受地形限制較小等特點，在長途客運和精密儀器、鮮活易腐貨物運輸中有明顯優(yōu)勢。管道運輸管道運輸系統(tǒng)投資少、建設(shè)周期短、運輸能力大、占地少、受自然條件影響小，一般適合天然氣和流向較集中的原油和成品油運輸，也可以將煤炭等固體加工為煤漿后通過管道運輸。綜合運輸方式

水運、鐵路、公路、航空和管道五種運輸方式，正在逐步走向協(xié)調(diào)發(fā)展，形成一個整體，構(gòu)成一個現(xiàn)代化的交通運輸體系，應(yīng)此對于從事交通運輸管理的工作者來說，掌握運輸系統(tǒng)工程的方法，合理制定運輸測略，將具有十分重要的意義。應(yīng)用系統(tǒng)工程方法去解決運輸系統(tǒng)的問題時，有兩個重要的特點：

1.從系統(tǒng)的觀點出發(fā)；

2.建立問題的系統(tǒng)模型。所以，本課程主要在論述系統(tǒng)思想和系統(tǒng)理論的基礎(chǔ)上，詳盡的介紹了系統(tǒng)工程的分析、預(yù)測、控制、評價、決策、模擬等方法及其在交通運輸系統(tǒng)中的應(yīng)用。主要內(nèi)容:1.系統(tǒng)的概念。2.交通運輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點。重點:1.系統(tǒng)定義的理解。2.系統(tǒng)特性的理解。第一章運輸系統(tǒng)1.系統(tǒng)是由兩個以上的要素組成的整體。2.系統(tǒng)的諸要素之間、要素與整體之間、以及整體與環(huán)境之間存在著一定的有機(jī)聯(lián)系。3.系統(tǒng)要素之間的聯(lián)系與作用必產(chǎn)生一定的功能。共同點系統(tǒng)是由相互聯(lián)系、相互作用的諸要素組成的具有一定功能的有機(jī)整體。第一節(jié)系統(tǒng)的概念一.系統(tǒng)城市交通綜合系統(tǒng)道路交通條件交通環(huán)境條件路段交通系統(tǒng)路口交通系統(tǒng)交通設(shè)施系統(tǒng)公共交通系統(tǒng)行人交通系統(tǒng)交通管理系統(tǒng)企事業(yè)單位分布停車場分布公交站點分布居民住宅分布公共場所分布第三產(chǎn)業(yè)網(wǎng)點分布道路交通運輸系統(tǒng)汽車場站樞紐配套服務(wù)設(shè)施人客車貨車客運場站樞紐貨運場站樞紐裝運設(shè)施停車場維修站加油站通訊設(shè)施調(diào)度設(shè)施駕駛?cè)藛T乘務(wù)人員維修人員管理人員乘客二、系統(tǒng)特性:整體性、相關(guān)性、目的性和環(huán)境適應(yīng)性1.整體性整體性是指系統(tǒng)的各要素之間存在一定的組合方式，各要素之間是相互統(tǒng)一和協(xié)調(diào)的，系統(tǒng)整體的功能不是各組成要素功能的簡單疊加，而是呈現(xiàn)出各組成要素所沒有的新的功能。并且整體功能大于各組成要素的功能之和。例如：“三個臭皮匠等于一個諸葛亮”。當(dāng)然，相互作用及相互影響也可能是消極的，數(shù)學(xué)上稱其為“負(fù)”的。"三個和尚沒水吃"，其原因是他們的能量消耗在內(nèi)耗上。2.相關(guān)性相關(guān)性是指各要素是相互聯(lián)系、相互作用、相互依存、又相互制約的。（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上看是分層的（“層次性”）行政系統(tǒng)分為科、處、局、部、委…；軍事系統(tǒng)分為排、連、營、團(tuán)、師、軍…都是系統(tǒng)表現(xiàn)出的層次性。

（2）系統(tǒng)要素間的關(guān)聯(lián)性比如道路交通控制系統(tǒng)，由交通網(wǎng)、運輸工具、信號控制等要素在這個系統(tǒng)中是相互關(guān)聯(lián)的，通過它們之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，使交通網(wǎng)上的運輸工具有條不紊地運行。

4.環(huán)境適應(yīng)性環(huán)境適應(yīng)性是指系統(tǒng)隨環(huán)境的變化而存在的性質(zhì)。任何一個系統(tǒng)都存在于特定的環(huán)境之中并與環(huán)境不斷進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息的交換。系統(tǒng)離不開環(huán)境，而且必須適應(yīng)環(huán)境的變化，否則系統(tǒng)將不能存在。3.目的性

任何一個系統(tǒng)都有它的目的，否則，也就失去了這個系統(tǒng)存在的價值和意義。三、系統(tǒng)理論20世紀(jì)40年代形成的“老三論”一般系統(tǒng)論:1947年奧地利生物學(xué)家貝塔朗菲提出控制論:1948年美國數(shù)學(xué)家維納提出信息論:1948年美國科學(xué)家申農(nóng)提出20世紀(jì)70年代形成的“新三論”耗散結(jié)構(gòu)理論:比利時物理學(xué)家普利高津提出

協(xié)同論:聯(lián)邦德國物理學(xué)家哈肯提出

突變論:法國數(shù)學(xué)家托姆提出四、系統(tǒng)分類

系統(tǒng)是以不同的形態(tài)存在的，根據(jù)系統(tǒng)生成的原因、反映的屬性不同，可以對系統(tǒng)進(jìn)行各種各樣的分類：1．自然系統(tǒng)和人造系統(tǒng)——以系統(tǒng)形成的原因進(jìn)行分類?！褡匀幌到y(tǒng)是由自然物為要素形成的系統(tǒng)?！袢斯は到y(tǒng)是由人類制造、加工的要素形成的系統(tǒng)。2．實體系統(tǒng)和概念系統(tǒng)——以形成系統(tǒng)的要素是有形的還是無形的進(jìn)行分類?！駥嶓w系統(tǒng)是以礦物、生物等實體組成的系統(tǒng)。●概念系統(tǒng)是由概念、原理、原則、方法、制度等觀念性的非實體所組成的系統(tǒng)。4．靜態(tài)系統(tǒng)和動態(tài)系統(tǒng)——以系統(tǒng)的形態(tài)是否隨時間變化進(jìn)行分類。●靜態(tài)系統(tǒng)：不隨時間而發(fā)生變化的系統(tǒng)。●動態(tài)系統(tǒng)：隨時間而發(fā)生變化的系統(tǒng)。3．封閉系統(tǒng)和開放系統(tǒng)——以系統(tǒng)是否與外界環(huán)境有物質(zhì)、能量或信息交換進(jìn)行分類?！穹忾]系統(tǒng)與外界環(huán)境不發(fā)生任何形式的交換?！耖_放系統(tǒng)與環(huán)境有相互關(guān)系，能從環(huán)境得到輸入，并向環(huán)境輸出。在交通運輸系統(tǒng)中，實際上存在的系統(tǒng)大多是自然系統(tǒng)與人造系統(tǒng)復(fù)合而成的系統(tǒng)，如交通控制系統(tǒng)、交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、公路運輸系統(tǒng)等。一、交通運輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點第二節(jié)交通運輸系統(tǒng)鐵路運輸公路運輸水路運輸航空運輸管道運輸五個子系統(tǒng)交通運輸系統(tǒng)1.鐵路運輸系統(tǒng)優(yōu)點：1）全天候運輸；2）輸送能力、通過能力大，直達(dá)速度快；3）運輸成本較低。缺點：投資大、建設(shè)周期長、占用土地多。2.公路運輸系統(tǒng)優(yōu)點：1）機(jī)動靈活，運輸方便；2）實現(xiàn)門到門直達(dá)運輸；3）中短途運送速度快；4）始建投資少，資金周轉(zhuǎn)快；缺點：運量小，運輸成本高（汽車0.6、鐵路0.06元/

噸公里）；污染環(huán)境；交通事故率高。4.航空運輸系統(tǒng)優(yōu)點：1）運輸速度快，機(jī)動性大；2）建設(shè)周期短，投資少；3）舒適、安全。缺點：載量小、運輸成本高、受氣候條件限制。3.水路運輸系統(tǒng)優(yōu)點：1）載運量大，航道通過能力高；2）運輸成本低，投資少；3）運輸貨種不受限制。缺點：航運速度慢、換裝倒載環(huán)節(jié)多、受地理條件和季節(jié)氣候影響大。5.管道運輸系統(tǒng)優(yōu)點：1）運量大、運程短、占地少；2）受氣候條件的影響小，便于長期穩(wěn)定運輸；3）可在調(diào)度指揮系統(tǒng)中心實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制；4）耗能低、運費低，漏失污染少，安全性好。缺點：承運的貨種比較單一(主要是油、氣和煤炭)，僅適用于單向、定點、量大的貨物運輸。(1)交通運輸系統(tǒng)對于國民經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)具有基礎(chǔ)性。

交通運輸系統(tǒng)的基礎(chǔ)性表現(xiàn)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人民生活及其它社會經(jīng)濟(jì)活動諸方面對交通運輸系統(tǒng)有著普遍的需求性，交通運輸系統(tǒng)是社會經(jīng)濟(jì)最基礎(chǔ)的子系統(tǒng)，是其它子系統(tǒng)得以有效運轉(zhuǎn)的主要載體。(2)交通運輸系統(tǒng)對于空間、地域與時間具有較強的依附性，即具有不可挪動性?！窠煌ɑA(chǔ)設(shè)施(路網(wǎng)、港口、車站等)在空間和地域上不能挪用，必須就地興建。●運輸能力在時間上不能挪用。要長期有計劃地、持久地建設(shè)和積累。二、交通運輸系統(tǒng)的性質(zhì)及地位與作用1.交通運輸系統(tǒng)的性質(zhì)(4)交通運輸系統(tǒng)內(nèi)部各種運輸方式在一定程度上具有可替代性。在完成具體的運輸任務(wù)時，對運輸方式、運輸工具的選擇上在一定程度上可以優(yōu)化選擇。正是由于這種可替代性才使得發(fā)展綜合運輸體系成為可能。(3)交通運輸系統(tǒng)對社會和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)具有間接性和隱蔽性?！窠?jīng)濟(jì)效益主要蘊含在運輸對象擁有者身上。●運輸需求是從其它社會經(jīng)濟(jì)活動中派生出來的，交通運輸只是實現(xiàn)目標(biāo)的手段?！窠煌ńㄔO(shè)項目本身的效益主要是通過對國民經(jīng)濟(jì)所帶來的巨大效益來體現(xiàn)的。(1)交通運輸系統(tǒng)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展