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城市规划系统工程学一、系统、系统工程学、城市规划系统工程学概论一、系统的基本概念1、什么是系统？“由相互依存、相互作用的若干元素构成并完成某一特定功能的统一体”太阳系城市建筑制度思想体系班集体居住区2、三个基本点：系统是由若干元素组成的；这些元素相互作用、相互依赖；具有特定的功能。虽然有关系统的定义有很多种，但大都包含了上述三个基本特征。3、对系统的描述系统的结构系统的环境系统的行为系统的功能3、对系统的描述1)系统的结构指的是组成系统的元素、元素间的相互关系以及系统间的层次关系，是系统元素在时间与空间有机联系与相互作用的方式，是系统内部的描述。每个系统分解成若干个子系统，子系统可以层层分解，分解为更小的子系统，最后层次是元素。元素是完成系统功能的最小单元。3、对系统的描述小区规划的规划对象系统建筑物活动场所道路绿化其他下一级子系统住宅公建老年人活动场所幼儿活动场所小区级道路组团级道路宅间级道路小区级绿化组团级绿化宅间绿化元素多层住宅高层住宅低层住宅商业幼儿园农贸市场其他元素子系统1）系统的结构3、对系统的描述2）系统的环境系统外界事物及诸要素的集合。系统与环境是相对而言的更大系统中的元素，往往是下一级系统中的环境。3、对系统的描述3）系统的行为系统的各种活动以及周围的影响，称为系统的行为。它是一系列输入与输出活动的集合。系统环境输入输出3、对系统的描述3）系统的行为系统的各种活动以及周围的影响，称为系统的行为。它是一系列输入与输出活动的集合。城市系统区域环境输入输出3、对系统的描述4）系统的功能系统与外部环境相互作用的能力，功能是系统对外部的影响。是系统对环境的作用和输出。4、系统的分类1）自然系统、人工系统（按自然属性分）自然系统：由自然物，自然形成的系统，称之为自然系统。海洋系统、生态系统，一座山、一片森林等等。人造系统：人工制造的系统称之为人造系统。一般是按照人们特定的希望有目的地、有计划地组织建造而成的系统。比如生产系统，一艘宇宙飞船、一栋建筑。复合系统：由自然和人工共同建造的复合系统。4、系统的分类2)实物系统、概念系统（按物质属性分）实物系统：凡是能看得见摸得着的，具体实体元素所构成的系统，都叫实物系统，又叫硬系统。概念系统：一切概念、原理、方法、制度、程序等概念性的元素所构成的系统称之为概念系统，又称为软系统。4、系统的分类3）封闭系统、开放系统（按系统与环境的关系分）封闭系统：不与环境发生联系的系统开放系统：与环境发生联系的系统封闭与开放是一个相对的概念。4、系统的分类4）静态系统、动态系统（按运动属性分）动态系统是系统的状态变量是时间函数。静态系统是表征系统运行规律的数学模型不含有时间因素。动态与静态也是相对而言的。4、系统的分类5）简单系统、复杂系统（按复杂程度分）简单系统：组成系统的子系统数量很少，因此他们的关系很简单；或者子系统数量多，但之间的关系比较简单。复杂系统：子系统数量很大，种类很多，他们之间的关系错综复杂。4、系统的分类6）黑色系统、白色系统以及灰色系统（按认知的程度分）。白色系统：信息完全明确的系统，如学校。黑色系统：信息完全不明确的系统，如遥远的星球。灰色系统：信息部分明确，部分不明确的系统，如城市系统。二、系统的思想系统思想的要点从整体把握系统，对系统作全面的分析；充分了解各环节的相互关系；体现整体最优的观点三、系统科学的形成认识处于总体思维阶段强调自然界整体性统一性细节的认识靠臆造和猜测古代朴素的系统观古代近代现代从总体到局部细节的研究实验、解剖和观察的方法孤立的研究与科学发展相抵触形而上学的思维方式更深入的了解局部细节，建立了事物整体与构成整体的各部门间的桥梁辩证唯物主义（科学的系统观）四、系统工程学的形成运筹学为系统优解提供了定量化方法和理论。计算机技术为定量化的系统分析提供了强有力的运算工具和信息处理手段。系统工程学第一部著作《Systemengineering》五、系统工程学系统工程:系统工程是一门正处于发展阶段的新兴学科，是一门复杂的跨学科的，带有普遍意义的工程技术，并与其他学科相互渗透、相互影响。自然科学社会科学系统科学（桥梁）研究系统工程的学科叫做系统工程学。系统工程学:六、系统工程学理论基础和方法1）思想方法上的整体性（整体最优）1、理论基础：运筹学、控制论、信息论、管理科学、模糊数学、统计数学、计算机科学技术。运用各种数学方法、计算机技术、模拟仿真技术和控制理论来实现系统的模型化和最优化。2、方法论六、系统工程学理论基础和方法2）方法和步骤的综合性界定问题确定目标系统设计，提出方案建立模型，系统分析系统综合评价，优选满意否建议方案，决策实施是否1234567使用系统工程学的方法思考和解决问题的步骤2、方法论六、系统工程学理论基础和方法（1）摆问题高层建筑影响因素系统社会因素经济因素儿童智力发育老年人活动治安问题…………修建费土地费管理费容积率基础设备……级差地价……安置电梯……水泵租金…………六、系统工程学理论基础和方法（2）选择目标确定目标时应注意以下原则：1）要有长远的观点2）要有总体的观点3）注意明确性4）多目标时应该区分主次、轻重、缓急六、系统工程学理论基础和方法（3）系统设计系统的设计就是按照系统的性质、目的、功能、形成一组备选方案，以便进行系统的分析和比较。六、系统工程学理论基础和方法（4）系统的分析建立模型，把系统（方案）的评价目标联系起来对系统的品质特征进行试验分析，实现对系统的定量分析。（5）系统的评价和优选通过系统的分析，选择较优的系统（方案）。（6）决策（7）实施七、建立模型1、什么是模型所谓模型是对于系统本质，主要特征的描述、模仿和抽象，用于某种特定的用途（目的），以方便的形式向决策人提供必要的知识。模型既反映原型，也不等于原型。七、建立模型2、模型的分类实物模型：非实物模型：数学模型逻辑模型自然科学中的一切公式、定理都是某种原型的模型。比如：F=ma八、城市规划系统工程学系统工程是一个总类的名称，还分门别类：有社会系统工程、经济系统工程、行政系统工程、生态环境系统工程、农业系统工程、交通运输系统工程等等。城市规划系统工程学:着重研究城市规划和建设中的系统问题。二、空间分布的测度（一）点状分布要素在空间上分布成离散的点，如城市商业网点的分布、郊区居民点的分布等。一、城市组成要素的空间分布类型（一）点状分布（二）线状分布要素在空间上的分布成连续的线，如道路、各种管网等。同样，分析其空间分布时，可忽略其宽度而简化为线对象。一、城市组成要素的空间分布类型（二）线状分布（三）离散的区域分布如城市中的工业区、居住区、城市建成区等。一、城市组成要素的空间分布类型（四）连续的区域分布如地形、人口分布、空间污染分布等。一、城市组成要素的空间分布类型二、点状分布的测度►（一）找出某些点的中心位置►思考：如图所示的点为区域内的居民点，我们要在区域内选择一个地方作为一个商场的选址，要求周围居民点到达商场整体上最方便。（即找到这些居民点的中心）1、中项中心当由两条互相垂直的线，分别将所有平面分布点以左右、上下等数量均分，这两条线交叉点即为中项中心。二、点状分布的测度►（一）找出某些点的中心位置2、平均中心又称分布重心，它是以任一坐标系，分别计算各点坐标x及y值的平均值：1,niixxn1niiyyn通常，中项中心与平均中心的位置不完全一致，但比较接近。中项中心精度较粗，适于轮廓分析。平均中心有利于计算机处理。二、点状分布的测度►（一）找出某些点的中心位置（0，0）（12，7）（6，3）（9，2）（9，4）（5，6）（8，6）（8，7）（10，8）（14，6）（15，4）（13，3）（12，1）=(5+8+8+9+6+9+10+12+12+13+14+15)/12=10.081,niixxn=(2+3+4+6+6+7+1+3+4+6+7+8)/12=4.751niiyyn中项中心平均中心注意：中项中心操作简单，但不精确；平均中心与中项中心的位置比较接近，但不完全一致，平均中心较精确，但操作起来较麻烦二、点状分布的测度►（二）点状分布的离散程度或集中程度的测度1、点状空间分布有三种模式：均等(离散)随机凝聚（集中）随机凝聚均等常用方法：利用中项中心来测度离散程度在中项中心基础上，再分别在左右、上下四个半片作四个1/4中项中心四条线，形成四个小矩形，每个小矩形面积和总面积的比就反映了他们对中项中心的离散程度。2134(1,2,3,4)iiqDiQQqqqq其中，qi为四个小矩形面积Di表达了不同方向的离散程度。Di＝1/4为均匀分布；Di－0为最大集中；Di－1为最大离散。（二）点状分布的离散程度或集中程度的测度q1q2q3q4Q=q1+q2+q3+q4;Di=qi/Q(i=1，2，3，4)Di＝1/4为均匀分布；Di－0为最大集中；Di－1为最大离散本例中，东北方向商业网点最集中，而西南方向最为离散项目城市规模与人口(万人)快速路主干路次干路支路机动车设计速度(km/h)大城市20080604030≤20060-8040-604030中等城市-404030道路网密度(km/km2)大城市2000.4-0.50.8-1.21.2-1.43-4≤2000.3-0.40.8-1.21.2-1.43-4中等城市-1.0-1.21.2-1.43-4道路中机动车车道条数(条)大城市2006-86-84-63-4≤2004-64-64-62中等城市-42-42道路宽度(m)大城市20040-4545-5540-5015-30≤20035-4040-5030-4515-20中等城市-35-4530-4015-20三、线状分布的测度（一）绕曲指数绕曲指数是指AB两点间实际最短线路长度和AB两点间直线距离的比值，一般以％表示。它反映了线路绕曲的程度。·100(%)ABDIAB间最短线路长度间直线距离三、线状分布的测度AB3M9M4M（一）绕曲指数绕曲指数是指AB两点间实际最短线路长度和AB两点间直线距离的比值，一般以％表示。它反映了线路绕曲的程度。·100(%)ABDIAB间最短线路长度间直线距离三、线状分布的测度AB3M9M4M绕曲指数=（3+9+5）*100%/（9+4）=131%直线距离公路里程绕曲指数（%）A100120120B5060120C90270300D5050100区位分析在某个中心特大城市周边，分布着4个小城市。这4个城市与中心城市之间的交通均为高速公路，其直线距离以及公路里程距离如下所示，试分析这四个城市的区位条件。100km50kmABCD从直线距离来看：B、D优于C优于A（但A为100、C为90，差别不远）从公路里程来看：D优于B优于A优于C从绕曲指数来看：D优于B、A优于C（A为300、C为100，差别较大）因此，从交通便利的程度上，我们判断这四个城市的区位条件依次为：D优于B优于A优于C（一）绕曲指数路网通达程度比较分析比较一下以下两个区域的城市之间的公路网，用绕曲指数来判断哪个区域的公路网路交通更加便利一些。（二）平均绕曲指数甲区域乙区域30km30km40km40kmBCDABCDAEABCDA-100140100113B100-100140113C140100-100113D100140100-113网络平均绕曲指数11340kmABCDEA-100100100105101B100-100140100110C100100-100100100D100140100-100110E105100100100-101网络平均绕曲指数104度量道路网络中各点之间联结的便捷程度的指标，称为联结度指数。联结度指数是道路网实际边数对其最大可能达到的边数的比值。（三）网络联结指数联结度指数=道路网实际边数/道路网最大可能达到的边数联结度指数越高，表示网络联结便捷度越好，交通越方便。乙区域联结度指数=4（1/2）*4*（4-1）=0.667联结度指数=7（1/2）