交通运输中的系统工程运用研究

时间：2024-05-04

幸坚炬邓文静

【摘要】系统工程是一门高度综合性的，运用系统的思想和方法思考、解决问题的一门管理工程技术。近年来，系统工程不断向社会、经济、生态等方面发展，也开始广泛深入到交通运输工程中，对交通运输产生重大的影响。本文介绍了系统工程相关知识，并结合城市交通系统中的系统工程，对系统工程在整个交通运输系统中的运用进行了阐述。

【关键词】系统工程系统管理与控制城市交通

一、引言

经济发展带动城市化建设不断加速，城市人口集聚，伴随着机动车数量和道路交通量不断增加，满足了人们基本的交通需求，同时也促进了城市的繁荣发展。但同时带来了一些问题如交通设备条件不足，各大城市交通道路拥堵的现象日益严重，交通事故频发。

交通道路发生车辆拥堵，严重阻碍了人们正常的出行情况。这拥堵情况从表面上看，一是汽车保有量增长过快，二是道路增长相对过慢。以北京市为例，90年代汽车年平均增长率约为15%，而同期道路年增长率仅为3.5%。随着轿车加速进入百姓家庭，车多路少的矛盾将更加严重[1]。

城市交通道路状况面临着严峻的挑战，堵塞的交通情况不仅严重阻碍了人们生活出行，而且阻碍城市经济发展。城市交通对城市的发展具有重要的影响，对城市产业布局、城市土地利用、城市经济发展和人口迁移方向等有着重要的作用。

拥堵的城市交通情况会严重制约城市的发展和人们安全出行，而这个是各个城市化建设过程中普遍面临的问题。在交通运输系统健康安全运作前提下，如何充分将系统工程原理利用到交通运输系统中，发挥最大道路运输利用价值并造福人们，值得我们进一步深入研究。

二、系统工程相关知识

2.1系统工程的概念

从字面上理解，“系统”是指系统的思想和方法，“工程”强调实践性。系统工程是一门涉及自然科学（物理学、生物学、建筑学等）和社会科学（社会学、心理学等）综合性的管理工程技术。系统学是系统科学的基础学科，技术层面上就需要运用运筹学、控制论和信息论等学科指导。

2.2系统工程的特点

系统工程，是用系统的观点，科学合理地运用控制论、信息论、经济管理科学、现代数学、电子计算机和其它有关工程技术，按照系统工程的程序和方法，去建立优化系统的一门综合性的管理工程技术[2]。

所谓系统的观点，就是把新研究事物的看作由若干部分组成的整体。系统的重要工作是对信息进行获取、判断、加工、贮存、传递，然后输出必要的信息。对系统的分析和评价，是以技术经济指标为衡量依据的。同时，系统的设计、研制、试验、运用等过程都离不开各个管理科学分支的实质内容。现代数学的最优化方法，主要是指它利用了许多现代数学分支的理论，对构成系统的各个要素进行分析、归纳和总结，最后形成一个数学模型。通过不断调整相关变量及参数，准确地反映实际系统，将数学模型与实际情况相结合，数学模型的求解则可获得最优化方案，这就是系统的最优方案。

系统工程具有以下特点：

（1）系统工程是一门交叉学科，综合运用各种现代科学思想、理论、技术，对系统进行分析研究。

系统工程和传统工程不同，系统工程所研究的对象已不仅仅是特定的具体工程，研究的方法也不是单单的专业知识，它集中体现了各种现代科学知识和专业知识。例如设计一个产品，传统的方法指强调成本，而系统工程对目标的考虑需要从系统运行的全过程即时间方面以及综合运用各专业方面（经济学、环境学、法律学）。

（2）系统整体的最佳化是系统工程追求的目标。

在一项工程中，从目标选择、实施过程、事后评价都是建立在整体性原则的基础上。通过系统的思想对系统模型来调整，不断改进优化系统结构，使之体现整体系统最优化。

（3）任何系统都是人、设备和过程的有机组合，其中人是最主要的因素。

人是参与决策活动的主导者和能动者，在系统工程实施过程中发挥主导作用。因此在应用系统工程的方法处理系统问题时，要以人为中心，最终体现的作用也要表现“以人为本”的宗旨。

2.3系统工程方法论

系统工程研究的对象是复杂大系统。一般情况下，系统包含“硬件”单元，也包含“软件”要素，尤其是人的行为。因此，要有独特的思考问题和处理问题的方法，要用多种技术方案进行求解。这就是我们要讲的系统工程方法论。系统工程方法论除一般的数学描述方法和逻辑推理方法外，还有工程技术的规范和社会科学的艺术等[3]。系统工程方法论强调对系统的深入了解，进行系统识别，处理问题应注重系统整体性以及计算机手段的辅助作用等。

三、城市交通领域中的系统观

城市交通是一个复杂开放的巨系统，系统内部由多个要素组成。一般而言，城市交通系统可以分为四大系统，如图1所示。

要真正解决城市交通问题，不能孤立的眼光看问题，只想着从单方面着手处理城市交通问题。必须先认真分析系统内部各要素之间的关系，整理好内部各要素关系后，再结合外部环境，分析内部与外部环境的联系。通过用系统工程观点分析城市交通系统，具有以下几个方面特点。

（1）相关性

系统要素之间相互联系，某一要素若发生变化则会影响其他要素的状态变化。以道路系统为例，它是由主干道、次干道、支路、专用道路四个不同层次的道路组成，辅助以道路监测系统、交通信号指示系统等等，若交通信号指示发生故障，交通运输肯定发生混乱，造成更严重的道路拥挤情况。

（2）动态平衡性

在城市化建设中，城市通过修建高速公路、地铁、轻轨、快速公交车道等来缓解城市交通堵塞问题，堵塞问题得到一定的缓解，但很快被新产生的交通量抵消。经济发展，私人汽车购买力不断增强，汽车拥有量不断上升，在一定的道路数量下，城市道路又出现拥堵状况，城市交通系统就是在这种“拥堵——缓解——拥堵”的动态平衡中循环往复发展。

（3）整体性

城市交通系统是由几个子系统相互协作共同运行的，各个子系统不是单独发挥作用的，是协调于城市交通系统中，发挥着1+1>2的作用。

四、系统工程理论和方法在城市交通规划中的应用

城市发展是必然趋势。城市化建设和城市人口规模的增长必然影响道路交通量，同时城市用地是否合理规划也会影响城市交通情况。同时，由于现代生活节奏步伐加快，对于提高交通速度有了更高的要求。

实践证明，道路的建设速度远远跟不上交通量的发展速度，现有道路结构难以满足加快运行速度的要求[4]。因此，结合当前道路交通建设、城市化建设发展速度，交通规划更加需要结合系统工程理论和方法的应用。

（1）规划中注重各种分析方法的综合利用

在交通规划中，需要借助专家将理论知识提炼出来，把实践中成功的经验进行总结提升，形成体系指导工作。同时也需要结合现有的科学技术，将理论和各种信息结合起来，将理论知识与实践相结合，充分发挥综合系统的整体优势。

（2）交通规划更加注重交通网络的可靠性研究

可靠性测度作为一种概率测度，是反映运输系统的运行特征的有力工具[5]。我国大力发展交通设施建设，考虑的问题主要从费用最经济和减少拥堵情况出发，却忽略可靠性研究，这样容易导致路网服务水平的稳定性不高。所以，结合我国国情，将可靠性分析融入到道路交通规划中，在一定程度上改善现有的交通问题。

五、城市交通领域中的系统管理与控制

随着经济的发展，人口向城市聚集，城市道路交通运输问题日趋严重。这一方面体现在汽车保有量逐年激增，交通基础设施的快速建设也无法满足我国快速增长的交通运输现实及潜在需求，事故频发、交通拥堵等情况时常发生；另一方面也表现在目前的交通控制系统和管理水平的相对落后。因此除了不断加快交通基础设施建设之外，将现有的先进的科学技术手段充分利用到交通运输设施上，缓解交通拥挤情况、减少环境污染，是我国交通运输行业发展面临的更迫切任务。

智能交通系统的出现，有效地缓解了我国交通压力。时至今日，我国城市智能交通系统在城市交通管理、信息服务及发展决策等方面开始发挥越来越重要的作用，对于缓解日益严峻的道路交通拥堵状况起到了良好的支撑作用。例如，通过智能信号控制系统的建设，提高路口通行能力和路口间协调水平，缓解了道路拥堵情况，同时相应地提高了车辆的运行速度；通过信息服务系统的建设，调整了出行者的出行需求，促进了交通供给与需求间的均衡；通过违法监测系统等的建设，规范了出行者的出行行为，改善了交通秩序和安全水平，也相应地减少了交通拥堵的情况；通过智能公共交通系统的建设，引导市民使用公共交通，逐步改变城市的出行结构……

智能交通管理系统是城市交通管理发展的方向。现在城市智能交通体现在如下几个方面的趋势：

（1）交通管理控制的集成化

以城市交通信号控制为核心，以综合交通管理信息平台为支撑，整合包括视频监控、违法监测、智能调度、信息服务、主动管理、指挥决策等功能在内的集成化的城市交通管理系统是当前城市智能交通系统发展的一大方向。当前我国的众多大中小城市都建设了多个智能交通管理系统，并逐步推进系统的集成与应用。

（2）交通信息服务的多样化

传统的道路交通管理，交通参与者都是根据设置好的规则去实施。当路面发生重大事故或者塞车情况时，交通参与者并不能实时得到路面信息，造成更大的塞车情况。而智能交通管理的出现，给道路交通运输系统带来了质的变化。通过信息共享，体现以人为本的宗旨，以实现道路畅通和提高运输效率为目的，让道路参与者在信息充裕的条件下选择最佳的路线，不仅缓解道路堵塞问题，而且节约道路参与者的时间。

交通信息服务的多样化。一方面是信息技术的发展使得信息服务的手段不断增多，如智能手机的出现所催生出来的新的信息服务方式，例如滴滴打车、Uber，在一定程度上改变了出租车的运行模式，打车便捷在一定程度上减少了私人驾车出行的次数，有利于缓解道路上车辆多的问题；另一方面是提供信息服务的主体不断增加，有政府部门、交通运输企业（如公交公司）、汽车厂商、专业的交通信息服务商（如TomTom、Inrix）以及IT巨头（如Google等）等，使得出行者的选择日趋多样化，而信息服务内容的增加和实时性的提高也使得智能交通系统在调整交通需求方面开始发挥着越来越明显的作用。

（3）交通安全辅助的全面化

一方面通过实时的、多途径的信息服务来为驾驶员提供驾驶辅助决策，例如盲区监测、夜视辅助、超速提醒、车道偏离报警、碰撞报警等技术，另一方面则通过汽车自动驾驶技术的发展实现常态或异常情况下的辅助驾驶或自动驾驶，如自动泊车、主动巡航控制、车道保持等，从而大幅度降低由于人的失误导致的交通事故的发生，直接降低了交通事故的发生概率和严重程度，也间接缓解了由于交通事故导致的交通拥堵状况。

在国家大力鼓励创新发展的氛围下，在现有科技手段支持下，在“智慧城市”与“互联网+”日益得到重视和研究之下，城市智能交通系统的研究和发展将会进入全新时代，为我们的城市交通服务，在缓解城市交通问题发挥重要的作用。

六、城市交通系统管理与控制的绩效评价

绩效评价对于交通建设项目的综合评价有着很大的作用，通过精细化的综合管理，可以形成多方面的技术控制，并且能结合交通建设中项目管理的特殊性，形成多方面的综合运用。

科学的评论体系和评论方法是城市交通发展中的一个不可或缺的重要内容。随着城市社会经济的发展，评价体系在不断融入现代元素。

回顾道路交通评价的发展历程，呈现出的是螺旋式的发展过程，从最早的以工程造价为标准，到以交通服务水平为标准，再到增加了环境保护的内容，发展到现在的以可持续发展为标准。每一次的提高，都蕴涵着社会的进步和技术的发展，客观上反映了对城市交通系统认识的逐步深化[6]。

科学的评价体系形成质量、环境、费用三大综合评价体系的综合运用，具体体现在以下三方面的内容：

（1）质量评价

高度重视规划，确保规划先行。要解决城市交通问题，必须坚持从规划抓起，城市交通区与城市用地布局相协调，以城市主要功能区的分布为依据。

（2）环境效益评价

我们的经济生产活动对自然生态产生了改变，所以需要通过环境效益评价来综合评估和衡量。这里主要是考虑交通项目对城市生态环境的影响。城市交通道路规划必须对稀缺资源进行合理的分配，不能以破坏生态环境为代价进行城市交通道路建设。

（3）经济效益评价

建设城市道路，首要任务就是解决出行问题。按照规划建设道路，是否缓解交通堵塞问题、是否充分发挥这些设施的作用、是否降低出行成本、是否提高道路通行能力，这些都是经济效益评价的重要指标。