第一章運(yùn)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(huì)系統(tǒng)等等。定義：系統(tǒng)一詞，來(lái)源于古希臘語(yǔ)，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(gè)定義中包括了系統(tǒng)、要素、結(jié)構(gòu)、功能四個(gè)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(gè)分支，實(shí)際上是系統(tǒng)科學(xué)的實(shí)際應(yīng)用。可以用于一切具有大系統(tǒng)的方面，包括人類社會(huì)、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(zhǎng)、交通事故、軍備競(jìng)賽、化工過(guò)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(duì)象，按一定目的進(jìn)行設(shè)計(jì)、開(kāi)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(huì)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(yùn)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(wèn)題。系統(tǒng)工程，分開(kāi)來(lái)看，就是系統(tǒng)加工程。這兩個(gè)概念本身就是集大成的概念，他們要有意義必須加上定語(yǔ)。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(diǎn)來(lái)看事物。

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

本課程的學(xué)習(xí)目的和學(xué)習(xí)重點(diǎn)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(yùn)輸系統(tǒng)，為制定合理的交通運(yùn)輸管理體系提供科學(xué)的理論依據(jù)。學(xué)習(xí)重點(diǎn)：運(yùn)輸系統(tǒng)的分析、預(yù)測(cè)、優(yōu)化控制、綜合評(píng)價(jià)、決策以及模擬等。課程信息：學(xué)時(shí)：32學(xué)分：2成績(jī)?cè)u(píng)定：10%平時(shí)成績(jī)（作業(yè)+課堂表現(xiàn)）+90%期末考試成績(jī)（閉卷考試）附錄：交通運(yùn)輸研究生專業(yè)及方向★

交通運(yùn)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(yùn)輸管理；交通系統(tǒng)特性理論；智能交通系統(tǒng)及控制；運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)與環(huán)境影響評(píng)價(jià)；交通系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展理論。★

道路與鐵道工程（主要研究方向）路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與新材料；路面結(jié)構(gòu)水害分析與排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)；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(zhǎng)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(jì)；軟土地基處理技術(shù)與工程效果評(píng)價(jià)；路基工程壓實(shí)、邊坡穩(wěn)定與防護(hù)技術(shù)研究；高速公路評(píng)價(jià)的基本理論與方法；現(xiàn)代高速公路路線幾何設(shè)計(jì)；GPS的基礎(chǔ)理論、ITS技術(shù)與工程應(yīng)用研究；高速公路運(yùn)輸管理研究?！?/p>

橋梁與隧道工程（主要研究方向）橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)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(duì)策研究；橋梁監(jiān)測(cè)、檢測(cè)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?！?/p>

交通信息工程與控制（主要研究方向）交通圖象處理與識(shí)別；道路、交通信息檢測(cè)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(fèi)系統(tǒng)；交通信息管理系統(tǒng)；智能運(yùn)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(dòng)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(cè)技術(shù)；環(huán)境巖土工程。★

載運(yùn)工具運(yùn)用工程（主要研究方向）物流技術(shù)；城市軌道交通運(yùn)營(yíng)管理；道路運(yùn)輸管理；綜合運(yùn)輸。緒論以機(jī)器應(yīng)用為標(biāo)志的近現(xiàn)代交通運(yùn)輸業(yè)，大致經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段：以水運(yùn)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(yùn)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(yùn)輸方式協(xié)調(diào)發(fā)展的綜合運(yùn)輸體系階段（從20世紀(jì)50年代開(kāi)始）。1.交通運(yùn)輸方式水路運(yùn)輸特點(diǎn)：沿海、內(nèi)河水運(yùn)系統(tǒng)的投資少、運(yùn)輸能力大、占地少、干線運(yùn)輸成本和能耗低。在沿海和內(nèi)河有水運(yùn)條件的地方，應(yīng)成為大宗和散裝貨物的重要運(yùn)輸方式之一，也可以承擔(dān)沿海內(nèi)河的客運(yùn)任務(wù)。一般來(lái)講，遠(yuǎn)洋航運(yùn)比沿海、內(nèi)河水運(yùn)的運(yùn)輸能力更大、運(yùn)輸成本和能耗更低。公路運(yùn)輸特點(diǎn)：公路運(yùn)輸系統(tǒng)建設(shè)周期短、機(jī)動(dòng)靈活，可以對(duì)城鄉(xiāng)廣大地區(qū)實(shí)現(xiàn)門到門直達(dá)運(yùn)輸，是短途客貨運(yùn)輸?shù)闹袌?jiān)力量。隨著公路狀況的改善，汽車技術(shù)的進(jìn)步，公路運(yùn)輸將成為高檔工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品以及中距離客運(yùn)的重要力量。鐵路運(yùn)輸特點(diǎn)：鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)受自然條件影響較小，運(yùn)輸能力大，運(yùn)輸成本低和能耗較小、速度較快，通用性好，是中、長(zhǎng)途客貨運(yùn)輸?shù)闹髁Α：娇者\(yùn)輸特點(diǎn)：航空運(yùn)輸盡管成本和能耗高，但具有建設(shè)周期短、運(yùn)輸速度最快、受地形限制較小等特點(diǎn)，在長(zhǎng)途客運(yùn)和精密儀器、鮮活易腐貨物運(yùn)輸中有明顯優(yōu)勢(shì)。管道運(yùn)輸管道運(yùn)輸系統(tǒng)投資少、建設(shè)周期短、運(yùn)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(yùn)輸，也可以將煤炭等固體加工為煤漿后通過(guò)管道運(yùn)輸。綜合運(yùn)輸方式

水運(yùn)、鐵路、公路、航空和管道五種運(yùn)輸方式，正在逐步走向協(xié)調(diào)發(fā)展，形成一個(gè)整體，構(gòu)成一個(gè)現(xiàn)代化的交通運(yùn)輸體系，應(yīng)此對(duì)于從事交通運(yùn)輸管理的工作者來(lái)說(shuō)，掌握運(yùn)輸系統(tǒng)工程的方法，合理制定運(yùn)輸測(cè)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(yùn)輸系統(tǒng)的問(wèn)題時(shí)，有兩個(gè)重要的特點(diǎn)：

1.從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)；

2.建立問(wèn)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(cè)、控制、評(píng)價(jià)、決策、模擬等方法及其在交通運(yùn)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(yùn)輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。重點(diǎn):1.系統(tǒng)定義的理解。2.系統(tǒng)特性的理解。第一章運(yùn)輸系統(tǒng)1.系統(tǒng)是由兩個(gè)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(diǎn)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(chǎng)分布公交站點(diǎn)分布居民住宅分布公共場(chǎng)所分布第三產(chǎn)業(yè)網(wǎng)點(diǎn)分布道路交通運(yùn)輸系統(tǒng)汽車場(chǎng)站樞紐配套服務(wù)設(shè)施人客車貨車客運(yùn)場(chǎng)站樞紐貨運(yùn)場(chǎng)站樞紐裝運(yùn)設(shè)施停車場(chǎng)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(jiǎn)單疊加，而是呈現(xiàn)出各組成要素所沒(méi)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(gè)臭皮匠等于一個(gè)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(gè)和尚沒(méi)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(yíng)、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(yùn)輸工具、信號(hào)控制等要素在這個(gè)系統(tǒng)中是相互關(guān)聯(lián)的，通過(guò)它們之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，使交通網(wǎng)上的運(yùn)輸工具有條不紊地運(yùn)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(gè)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(kāi)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(gè)系統(tǒng)都有它的目的，否則，也就失去了這個(gè)系統(tǒng)存在的價(jià)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(guó)數(shù)學(xué)家維納提出信息論:1948年美國(guó)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(shí)物理學(xué)家普利高津提出

協(xié)同論:聯(lián)邦德國(guó)物理學(xué)家哈肯提出

突變論:法國(guó)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(duì)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(shí)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(wú)形的進(jìn)行分類?！駥?shí)體系統(tǒng)是以礦物、生物等實(shí)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(shí)體所組成的系統(tǒng)。4．靜態(tài)系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)系統(tǒng)——以系統(tǒng)的形態(tài)是否隨時(shí)間變化進(jìn)行分類?！耢o態(tài)系統(tǒng)：不隨時(shí)間而發(fā)生變化的系統(tǒng)?！駝?dòng)態(tài)系統(tǒng)：隨時(shí)間而發(fā)生變化的系統(tǒng)。3．封閉系統(tǒng)和開(kāi)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_(kāi)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(yùn)輸系統(tǒng)中，實(shí)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(yùn)輸系統(tǒng)等。一、交通運(yùn)輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)第二節(jié)交通運(yùn)輸系統(tǒng)鐵路運(yùn)輸公路運(yùn)輸水路運(yùn)輸航空運(yùn)輸管道運(yùn)輸五個(gè)子系統(tǒng)交通運(yùn)輸系統(tǒng)1.鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：1）全天候運(yùn)輸；2）輸送能力、通過(guò)能力大，直達(dá)速度快；3）運(yùn)輸成本較低。缺點(diǎn)：投資大、建設(shè)周期長(zhǎng)、占用土地多。2.公路運(yùn)輸系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：1）機(jī)動(dòng)靈活，運(yùn)輸方便；2）實(shí)現(xiàn)門到門直達(dá)運(yùn)輸；3）中短途運(yùn)送速度快；4）始建投資少，資金周轉(zhuǎn)快；缺點(diǎn)：運(yùn)量小，運(yùn)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(yùn)輸系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：1）運(yùn)輸速度快，機(jī)動(dòng)性大；2）建設(shè)周期短，投資少；3）舒適、安全。缺點(diǎn)：載量小、運(yùn)輸成本高、受氣候條件限制。3.水路運(yùn)輸系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：1）載運(yùn)量大，航道通過(guò)能力高；2）運(yùn)輸成本低，投資少；3）運(yùn)輸貨種不受限制。缺點(diǎn)：航運(yùn)速度慢、換裝倒載環(huán)節(jié)多、受地理?xiàng)l件和季節(jié)氣候影響大。5.管道運(yùn)輸系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：1）運(yùn)量大、運(yùn)程短、占地少；2）受氣候條件的影響小，便于長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)輸；3）可在調(diào)度指揮系統(tǒng)中心實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制；4）耗能低、運(yùn)費(fèi)低，漏失污染少，安全性好。缺點(diǎn)：承運(yùn)的貨種比較單一(主要是油、氣和煤炭)，僅適用于單向、定點(diǎn)、量大的貨物運(yùn)輸。(1)交通運(yùn)輸系統(tǒng)對(duì)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)具有基礎(chǔ)性。

交通運(yùn)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(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)諸方面對(duì)交通運(yùn)輸系統(tǒng)有著普遍的需求性，交通運(yùn)輸系統(tǒng)是社會(huì)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(yùn)轉(zhuǎn)的主要載體。(2)交通運(yùn)輸系統(tǒng)對(duì)于空間、地域與時(shí)間具有較強(qiáng)的依附性，即具有不可挪動(dòng)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?！襁\(yùn)輸能力在時(shí)間上不能挪用。要長(zhǎng)期有計(jì)劃地、持久地建設(shè)和積累。二、交通運(yùn)輸系統(tǒng)的性質(zhì)及地位與作用1.交通運(yùn)輸系統(tǒng)的性質(zhì)(4)交通運(yùn)輸系統(tǒng)內(nèi)部各種運(yùn)輸方式在一定程度上具有可替代性。在完成具體的運(yùn)輸任務(wù)時(shí)，對(duì)運(yùn)輸方式、運(yùn)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(yùn)輸體系成為可能。(3)交通運(yùn)輸系統(tǒng)對(duì)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)具有間接性和隱蔽性。●經(jīng)濟(jì)效益主要蘊(yùn)含在運(yùn)輸對(duì)象擁有者身上。●運(yùn)輸需求是從其它社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中派生出來(lái)的，交通運(yùn)輸只是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的手段?！窠煌ńㄔO(shè)項(xiàng)目本身的效益主要是通過(guò)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)所帶來(lái)的巨大效益來(lái)體現(xiàn)的。(1)交通運(yùn)輸系統(tǒng)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展