用系統(tǒng)工程的理論方法研究解決城市交通問題.doc

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)的理論和方法。近年來，隨著對系統(tǒng)工程認(rèn)識的深化及其本身的豐富和發(fā)展，系統(tǒng)工程的應(yīng)用已經(jīng)廣泛深入到城市交通規(guī)劃、建設(shè)、管理、評價的各個方面，并極大地推動了城市交通理論和實踐的發(fā)展。系統(tǒng)工程的理論、技術(shù)及方法已經(jīng)成為人們認(rèn)識交通問題、解決交通問題的重要理論基礎(chǔ)和工具。城市交通是一個復(fù)雜的大系統(tǒng)。 經(jīng)濟的快速發(fā)展、城市空間布局結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及人的觀念的變化，使城市交通系統(tǒng)運行中的不確定因素越來越多，矛盾越來越復(fù)雜。如何保證交通系統(tǒng)的健康運行，最大限度地發(fā)揮它的城市載體功能，是新形勢下城市交通發(fā)展面臨的一個嚴(yán)峻課題。一、用系統(tǒng)工程的觀點，充分認(rèn)識城市交通系統(tǒng)運行的本質(zhì)特征城市交通是一個由其內(nèi)部要素集合而成，復(fù)雜開放、隨機可控的大系統(tǒng)。一般而言，它可以分為載體子系統(tǒng)(包括各類交通網(wǎng)絡(luò)、場站等)、運輸子系統(tǒng)(包括運輸方式的構(gòu)成及運輸組織管理等)以及交通管理子系統(tǒng)。此外，城市交通大系統(tǒng)的外部環(huán)境同樣也可以劃分為若干個子系統(tǒng)，包括城市地理環(huán)境、城市形態(tài)與規(guī)模以及城市土地利用及社會環(huán)境等。城市交通的有效運行既取決于內(nèi)部諸要素整合協(xié)同，又受到外部環(huán)境的制約。從系統(tǒng)工程的角度來看，城市交通系統(tǒng)的本質(zhì)特征可以總結(jié)為以下幾個方面：、相關(guān)性。作為城市交通系統(tǒng)的組成要素，各個子系統(tǒng)都有其獨立的內(nèi)在構(gòu)成方式和運行機制，但各要素的獨立機能只能統(tǒng)一和協(xié)調(diào)于系統(tǒng)的整體之中，他們之間相互聯(lián)系、相互依存、相互制約。以道路系統(tǒng)為例，它是由若干個不同功能層次的道路按照一定的銜接關(guān)系或空間布局組合到一起，另外，還有一套與之適應(yīng)的配套設(shè)施，如安全設(shè)施、行人過街設(shè)施等等。但是道路子系統(tǒng)要高效運轉(zhuǎn)，不完全取決于它本身，還取決于與其相關(guān)客貨運輸系統(tǒng)以及交通管理等子系統(tǒng)的運行條件和水平。假如，客貨運輸系統(tǒng)是以私人小汽車和非社會化的自貨自運方式為主，而不是以公共客貨運為主，必然由于運行效率的低下而導(dǎo)致路網(wǎng)上的交通負(fù)荷成倍地增加。另外，城市交通本身運轉(zhuǎn)效率的高低也受到其外部環(huán)境子系統(tǒng)的制約。以城市土地利用為例。一個區(qū)域人流、物流的集中程度對人們的出行方式選擇有著極大的影響。在集中度低的情況下，人們在公共交通和私人交通之間就有相對大的選擇余地；在高集中度的情況下，城市交通要盡快實現(xiàn)大量的人和物的位移，而道路等基礎(chǔ)設(shè)施的固定性短期內(nèi)難以改變時，就必然促使人們對出行方式也就是交通工具做出選擇。而城市交通對城市土地利用也有明顯的帶動作用。城市的生長軸和生長點往往都與城市交通走廊的位置及走向密切相關(guān)。城市中心區(qū)城市土地利用布局的調(diào)整以及遠(yuǎn)郊衛(wèi)星城的建設(shè)也是以交通為先決條件。、動態(tài)平衡性。城市交通系統(tǒng)供求關(guān)系總是處于不斷運動、動態(tài)平衡之中。道路條件改善對城市交通擁擠狀況的緩解作用，往往會因產(chǎn)生的新的交通量而抵消。交通需求總是趨于超過交通設(shè)施供給能力。新的道路建設(shè)固然減低了出行時耗，但同時使?jié)撛诘慕煌ㄐ枨笞兂蓪嶋H的需求，于是，經(jīng)過一段時間之后，在新的水平上又形成了交通擁擠?？梢哉f，城市交通系統(tǒng)就是在這種“均衡不均衡均衡”的循環(huán)往復(fù)的過程中發(fā)展的。城市交通的這種動態(tài)平衡性也可以成為自適應(yīng)性。它不僅僅體現(xiàn)在上述的道路子系統(tǒng)中，在其他子系統(tǒng)，如客貨運輸、交通管理子系統(tǒng)等，甚至子系統(tǒng)之間也同樣存在。例如，在客運系統(tǒng)中，不同形式、不同功能的運輸方式之間存在此消彼漲的關(guān)系。而客運系統(tǒng)運行水平又直接受道路子系統(tǒng)和交通管理子系統(tǒng)的制約和調(diào)節(jié)。、結(jié)構(gòu)性。結(jié)構(gòu)性是系統(tǒng)有機聯(lián)系的反映。系統(tǒng)的組成要素具有不同的結(jié)構(gòu)形式時，該系統(tǒng)就會產(chǎn)生不同的功能和效果。對城市交通系統(tǒng)而言，各子系統(tǒng)內(nèi)部不同的結(jié)構(gòu)，是直接影響城市交通系統(tǒng)運行質(zhì)量非常重要的因素。以道路子系統(tǒng)為例。兩個同樣規(guī)模的路網(wǎng)，由于結(jié)構(gòu)不同，反映出來的容量大不相同。以青島和北京相比。青島市中心地區(qū)的路網(wǎng)密度和用地率都比北京市區(qū)高，但實際的運行效率卻比北京低。主要原因在于其路網(wǎng)結(jié)構(gòu)性缺陷比北京更為嚴(yán)重。二、用系統(tǒng)工程的理論和方法，搞好城市交通規(guī)劃城市交通規(guī)劃是城市交通發(fā)展中最具有前瞻性、全局性、戰(zhàn)略性的決策，是城市可持續(xù)發(fā)展的重要保障。隨著我國經(jīng)濟和城市化的快速發(fā)展，郊區(qū)化日趨明顯、人和車急劇增長、城市生態(tài)環(huán)境惡化等新情況、新問題不斷出現(xiàn)，對城市交通規(guī)劃提出了新的更高的要求。新形勢下，要緩解城市交通問題，適應(yīng)城市社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，交通規(guī)劃須更加注重系統(tǒng)工程理論和方法的應(yīng)用。、交通規(guī)劃目的更加多元化。系統(tǒng)工程理論指出，系統(tǒng)的目標(biāo)對系統(tǒng)的發(fā)展起著決定性的作用。要實現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展，交通規(guī)劃的目的必須多元化，城市交通規(guī)劃不僅要保證交通運輸通暢、安全、快速、舒適、便捷，而且要考慮城市經(jīng)濟、社會、人口、資源的協(xié)調(diào)發(fā)展。一是降低城市環(huán)境污染，改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量；二是提高單位土地的利用效率，減少對土地資源的過多占用；三是促進(jìn)城市體系、區(qū)域布局的健康發(fā)展；四是支撐城市經(jīng)濟發(fā)展，促進(jìn)經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟布局的調(diào)整。、交通規(guī)劃的決策過程更加注重各種分析方法的綜合。交通規(guī)劃應(yīng)從以基本依靠經(jīng)驗的定性分析為主階段，到調(diào)查研究基礎(chǔ)上的定量分析為主階段，邁向了到將定性定量有機結(jié)合的新階段。在交通規(guī)劃中，須更加注重將專家群體、數(shù)據(jù)和各種信息與計算機仿真有機地結(jié)合起來，把有關(guān)學(xué)科的科學(xué)理論與人的知識和經(jīng)驗結(jié)合起來，發(fā)揮綜合系統(tǒng)的整體優(yōu)勢去解決實際問題。、交通規(guī)劃更加注重先進(jìn)規(guī)劃方法的應(yīng)用。規(guī)劃目的的多元化，極大地增加了規(guī)劃研究內(nèi)容。交通規(guī)劃須更加注重交通系統(tǒng)與社會經(jīng)濟其他系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)配合，更加注重解決戰(zhàn)略規(guī)劃層面的問題。為分析復(fù)雜系統(tǒng)之間的關(guān)系，作為理論基礎(chǔ)，宏工程等先進(jìn)系統(tǒng)工程理論需逐步引入到交通規(guī)劃中。宏工程指的是關(guān)系全局的超大型工程項目的規(guī)劃、設(shè)計、決策和組織實施。這一理論力圖采用全新的綜合大系統(tǒng)的工程概念，運用定性定量參半的方法，采用協(xié)調(diào)折衷、互補共濟等尋求合適而非最優(yōu)的思想方法來解決自己的問題。支撐宏工程思想的分析方法有系統(tǒng)動力學(xué)()、結(jié)構(gòu)解析()、試誤分析()等。與傳統(tǒng)系統(tǒng)工程相比，宏工程更加重視包絡(luò)之外的整個系統(tǒng)環(huán)境。、交通規(guī)劃更加注重交通網(wǎng)絡(luò)的可靠性研究。在重大自然災(zāi)害，如地震等發(fā)生后，道路交通系統(tǒng)對于城市的救援與恢復(fù)起著至關(guān)重要的作用。在災(zāi)害情況下，道路交通系統(tǒng)功能對于城市系統(tǒng)總體功能的恢復(fù)具有重大影響，因而需要提供具有一定可靠性、能夠在災(zāi)害中發(fā)揮作用的交通網(wǎng)絡(luò)。城市交通規(guī)劃過程中，對地震等重大自然災(zāi)害預(yù)防和救援問題的科學(xué)研究設(shè)計，可以為城市的進(jìn)一步發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。三、用系統(tǒng)工程的理論和方法，搞好城市交通管理控制道路交通管理是最早將計算機技術(shù)引入管理控制的少數(shù)領(lǐng)域之一。自年代初世界上第一個計算機城市交通控制系統(tǒng)建成以來，已有多個系統(tǒng)在世界各地運行。我國的交通管理控制系統(tǒng)發(fā)展也比較快。目前，在一些城市，特別是大城市如北京、天津、上海等，交通管理控制中已經(jīng)采用了大量的現(xiàn)代技術(shù)，協(xié)助交通管理者管理和決策。如交通組織決策中的交通流量動態(tài)仿真模擬技術(shù)，交通信號控制中傳感器技術(shù)、視頻技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)等，指揮調(diào)度中的地理信息技術(shù)、全球定位技術(shù)等。但是從目前應(yīng)用的情況上看，系統(tǒng)集成性差、規(guī)模還比較小，總體水平還比較低，與發(fā)達(dá)國家還存在著一定差距。集先進(jìn)系統(tǒng)控制理論及信息技術(shù)各項成果的道路交通管理，稱之為智能交通管理系統(tǒng)()。在管理手段、管理方式上，它比傳統(tǒng)的交通管理有了一個質(zhì)的飛躍。、交通管理手段的智能化。傳統(tǒng)的交通管理對交通系統(tǒng)運行過程的控制，大都建立在人工及經(jīng)驗的基礎(chǔ)上?，F(xiàn)代技術(shù)的廣泛應(yīng)用以及整個系統(tǒng)的有效集成，使管理者的“大腦”擴展，“四肢”延長，從交通信息的采集、傳遞、處理到控制應(yīng)用，都可以由人操縱下的控制系統(tǒng)來替代。而管理者只需根據(jù)管理實際，設(shè)定好管理目標(biāo)，其他的都由智能化系統(tǒng)來保證實施，并反饋實施效果，自動完善。、交通管理方式的人性化。傳統(tǒng)的道路交通管理，以管理者的角度出發(fā)，按照集中管理的方式對道路使用者進(jìn)行控制和規(guī)范，各種道路交通控制手段，包括標(biāo)志、標(biāo)線和信號燈，在物理上都是迫使交通參與者這樣做或那樣做，在這里管理者是主動的，而道路的使用者是被動的。而智能交通管理在管理方式上與以前相比發(fā)生了本質(zhì)區(qū)別。它是在信息共享的條件下，實現(xiàn)人和物的高效率載送和運輸?shù)哪康?。通過向交通參與者提供各種信息，讓道路的使用者從不同的方案中選擇自己認(rèn)可的那一種，以誘導(dǎo)為主，而不是強迫為主。誘導(dǎo)式控制比傳統(tǒng)的集中式控制更符合人的本性，這時交通參與者在綜合考慮路網(wǎng)信息的基礎(chǔ)上按照利益最大化的取向來決定自己的行動，在有足夠的路網(wǎng)資源的條件下，系統(tǒng)的運行可以向最優(yōu)接近，這個最優(yōu)使路網(wǎng)的資源得到充分的利用，而交通參與者的總體平均旅行時間接近最小值。四、用系統(tǒng)工程的理論和方法，搞好交通評價城市交通項目綜合評價的方法很多，如價值分析評價法、單純矩陣評價法、模糊綜合評價法等。相對來說，交通評價的方法相對固定，而評價體系卻隨著城市社會經(jīng)濟的發(fā)展而變化?；仡櫟缆方煌ㄔu價的發(fā)展歷程，呈現(xiàn)出螺旋式的發(fā)展過程，從最早的以工程造價為標(biāo)準(zhǔn)，到結(jié)合交通服務(wù)水平，再到增加環(huán)境保護內(nèi)容，最后到現(xiàn)在的以可持續(xù)發(fā)展為標(biāo)準(zhǔn)。每一次的提高，都蘊涵社會的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，客觀上反映了對城市交通系統(tǒng)認(rèn)識的逐步深化。第一次提升，是在交通工程學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，交通流分析技術(shù)、交通設(shè)計技術(shù)、交通工程技術(shù)提供了強有力的支撐。第二次提升，引進(jìn)了環(huán)境科學(xué)的觀念，形成交通環(huán)境的研究領(lǐng)域，考慮到路網(wǎng)環(huán)境容量的交通規(guī)劃、交通公害(噪聲、廢氣)的防治、道路景觀設(shè)計等。第三次提升，則更加注重大型系統(tǒng)思想的應(yīng)用，把基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與社會經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展緊密聯(lián)系在一起。交通評價每一次的提高，都在上一次基礎(chǔ)上增加了新的評價因素，評價的系統(tǒng)性和科學(xué)性都向前進(jìn)了一步。從交通評價的共性來看，評價體系都應(yīng)該包括以下三方面的內(nèi)容：、經(jīng)濟效益評價。主要是從改善城市交通系統(tǒng)運行效率的角度來衡量經(jīng)濟效益。其具體表現(xiàn)為降低行車成本、減少出行時間、延長車輛使用壽命和提高路網(wǎng)通行能力等方面。這方面的評價指標(biāo)一般為定量指標(biāo)。、環(huán)境效益評價。主要是考慮交通項目對城市生態(tài)環(huán)境的影響。這方面的評價指標(biāo)有大氣污染、噪音污染等。、社會效益評價。一方面包括間接經(jīng)濟效益，如促進(jìn)了城市土地的升值，使產(chǎn)業(yè)分工得到合理調(diào)配等；另一方面，包括了無形效益。即，由于城市交通改善給社會帶來的無法用經(jīng)濟尺度計量的效