交通运输系统分析课件

课程性质与地位•《交通运输系统分析》是交通运输、交通工程、安全工程专业的专业基础课之一。•本课程以系统工程的原理和方法，认识和分析交通运输体系，讲述交通运输系统分析的基本理论和方法。•本课程培养学生掌握系统和系统分析的基本概念与方法，并着重培养学生了解和掌握交通运输系统分析的基本理论、基本方法和专业创新思维，使学生基本具备以系统思想和系统分析方法处理交通运输问题的能力。课程讲授内容•1、系统与系统工程•2、系统分析•3、交通运输系统分析导论•4、交通运输布局与规划•5、交通运输需求与供给分析•6、交通运输通道系统分析•7、交通运输枢纽系统分析•8、区域交通运输系统分析•9、交通运输系统分析案例学习方法与要求•掌握课堂讲授内容，认真完成课堂作业；•根据选题要求，提交专题报告；•掌握系统分析的基本方法；•注重应用分析。•主要参考书目•《交通运输系统分析》•张国伍西南交大出版社•《系统工程》汪应洛机械工业出版社•《系统工程理论、方法与应用》•汪应洛高等教育出版社•《运输经济学导论》•许庆斌荣朝和中国铁道出版社•第一章系统与系统工程•系统的概念与属性•系统工程的概念•系统工程的发展与展望•系统工程方法论•第一节系统的概念与属性•一、系统思想的发展•系统观的形成与科学的发展密切相关。•古代哲学思想近代科学现代科学发展•15c下半叶19c三大发现•整体、表象细节、局部系统观“只见森林”“只见树木”“先见森林后见树木”•从经验到哲学到科学、从思辩到定性到定量•系统思想是进行分析和综合的辨证思维工具。•从辩证唯物主义取得了哲学表达形式，从运筹学、控制论、各种工程学以及社会科学获得定性与定量相结合的科学方法，通过系统工程丰富了实践内容。•整体思想和联系思想是科学系统思想的核心与实质。•二、系统的定义•奥地利生物学家贝塔朗菲：处于一定相互联系中与环境发生关系的各组成部分的整体。•综合各种观点反映系统属性的定义：系统是由若干个可以相互区别、相互联系而又相互作用的要素所组成，在一定的阶层结构形式中分布，在给定的环境约束下，为达到整体目的而存在的有机集合体。•三、系统的属性•1、集合性•2、目的性•3、相关性：非迭加性、系统不可还原性•4、阶层性：对整体的影响程度、相互作用形式不同•5、整体性：系统“新质”、整体对部分的约束作用•6、环境适应性国家政策市场研究技术经济预测竞争状况企业能力资金来源资源条件社会需求生产可能生产组织与控制物、财、人、信息生产控制库存控制质量控制成本控制资金回收产品销售服务调查经营目标产品开发经营计划生产技术准备技术文件劳动力劳动手段劳动对象环境分析经营决策与计划投入转换产出工业企业生产经营活动过程示意图说明：(1)系统的功能及其要素；(2)系统的环境及输入、输出；(3)系统的结构(最好用框图表达)；(4)系统属性的表现。描述一个你熟悉的系统•第二节系统工程的概念•一、含义SystemsEngineering,SE以大型复杂系统为研究对象，按一定目的进行设计、开发、管理与控制，以期达到总体效果最优的理论与方法。•二、特点1、研究对象广泛；2、新兴交叉学科；3、定性分析与定量计算相结合的方法。•SE强调以下基本观点：•(1)整体性和系统化观点（前提）•(2)总体最优或平衡协调观点（目的）•(3)多种方法综合运用的观点（手段）•(4)问题导向及反馈控制观点（保障）•三、系统工程的理论基础1、一般系统论(主要观点：系统、动态、等级)贝塔朗菲1945年一般系统论属于逻辑和数学的领域，它的任务是确立适用于各种系统的一般原则。一般系统论沟通了自然科学与社会科学、技术科学与人文科学之间的联系，提出了研究各门学科的新的方法，使许多学科面貌焕然一新。一般系统论为系统思想的发展，使人类走向系统时代，奠定了理论基础。2、大系统理论大系统的结构方案、稳定性、最优化、模型简化3、经济控制论运用控制论方法分析经济过程4、运筹学•一、朴素的系统思想在古代的应用1、都江堰工程鱼嘴—岷江分洪；飞沙堰—分洪排沙；宝瓶口—引水工程；岁修养护制度。2、孙子兵法“道、天、地、将、法”3、田忌赛马4、丁渭修复昭应宫第三节系统工程的发展与展望•二、现代科技发展的需要20世纪40年代，美国电报电话公司贝尔研究所第一次提出“系统工程”概念；二次世界大战中的应用；战后经济发展的需要(例：北欧跨国电网工程）。•三、系统工程在我国的发展1956年，运筹学钱学森教授60年代，“两弹一星”中的应用70年代后期，列入重点学科阶段时间重大工程实践重要理论与方法贡献I1930美国发展与研究广播电视正式提出系统方法（Systemsapproach）的概念1940美国实施彩电开发计划采用系统方法，并取得巨大成功美国Bell电话公司开发微波通讯系统正式使用系统工程（SystemsEngineering）一词II第二次世界大战期间英、美等国的反空袭等军事行动产生军事运筹学（MilitaryOperationsResearch）,也即军事系统工程本世纪40年代美国研制原子弹的“曼哈顿计划”运用SE，并推动了其发展1945美国空军建立兰德（RAND）公司曾经提出系统分析（Systemsanalysis）概念，强调了其重要性系统工程的发展概况III40年代后期到50年代初期运筹学的广泛运用与发展、控制论的创立与应用、电子计算机的出现，为SE奠定了重要的学科基础IV1957H.Good和R.E.Machol发表第一部名为《系统工程》的著作系统工程学科形成的标志1958美国研制北极星导弹潜艇提出PERT（网络优化技术），这是最早的系统工程技术之一。1965R.E.Machol编著《系统工程手册》表明系统工程的实用化和规范化美国自动控制学家L.A.Zedeh提出“模糊集合”概念为现代SE奠定了重要的数学基础1961-1972美国实施“阿波罗”登月计划使用了多种SE方法，其成功极大地提高了SE的地位V1972国际应用系统分析研究所（IIASA）在维也纳成立SE的应用开始从工程领域进入到社会经济领域，并发展到了一个重要的新阶段。70年代SE的广泛应用在国际上达到高潮VI80年代SE在国际上稳定发展、在中国的研究与应用达到高潮四、系统工程的发展展望1、多学科渗透和交叉2、“软”科学3、对大系统和复杂巨系统的处理五、应用社会工程、宏观经济工程、区域规划、环境生态工程、能源、水资源、农业、工业企业、人口、军事、工程项目等。第四节系统工程方法论•一、霍尔（Hall）三维结构方法论知识维时间维逻辑维知识维（K）运筹学控制论社会科学工程技术……逻辑维（L）规划阶段设计阶段研制阶段生产阶段安装阶段运行阶段更新阶段时间维(T)明确问题指标设计方案综合模型化实施决策最优化•1、时间维•2、逻辑维运行规划拟订方案研制生产安装更新明确问题系统指标设计系统方案综合系统分析（模型化）决策系统选择（最优化）实施•明确问题：分析环境对系统的要求，收集资料。•1）问题的由来与背景；•2）问题的性质与条件提出者、决策者、目的、环境；资源分析：人、财、物、技术、时间•3）性质与条件的匹配程度•4）调整达到两者平衡设定问题的方法：直观经验法；预测法；结构模型法；统计分析法。•系统指标设计：目标及指标体系。方法：效用理论；费用/效益分析；风险估计。弄清问题目标选择方案设计建立模型决策最优化实施•二、切克兰德软系统方法论对于社会经济系统问题：与人有关、非结构问题、难以量化问题现状说明弄清关联因素建立概念模型比较改进概念模型实施目的是改善现状结构模型或有向图与改善现状有关满意(可行非最优)•两种方法论的比较相同点：问题导向；注重程序及阶段…不同点：研究对象或应用领域、基本方法、核心内容或关键点…•推荐阅读书目:•《系统哲学引论》欧文·拉兹洛商务印书馆•《一般系统论》贝塔朗菲社会科学文献出版社•《系统论的思想与实践》切克兰德•《系统思想的轮回》王诺大连理工大学出版社•第二章系统分析•系统生命周期的概念与阶段划分•系统分析的概念、要素与步骤•系统环境分析•系统目标分析•系统结构分析•系统评价•第一节系统生命周期的概念与阶段划分•一、系统生命周期的概念系统从开始到终了的时间。开始—提出或改造一个系统终了—系统脱离运行并为新系统替代•二、阶段划分系统问题的提出系统建立系统运行系统实施系统更新、改造或报废预备研究详细研究总体研究发展期实现期运行期系统设计系统实施系统运行系统分析•一、系统分析（SA）的概念在选定的目标和准则下，分析构成系统的各部分的功能和相互关系，利用定量的方法提供可用的数据，借以制定可行方案，推断可能产生的效果，寻求系统整体效益最大化的策略。系统分析是系统工程的核心内容、分析过程和基本方法。第二节系统分析的概念要素与步骤•二、作用承上——明确概念和目标，进一步探讨问题的实质启下——对系统设计实施的可行性评价，避免失误，保证设计最优。•三、特点1、以整体为目标2、以特定问题为研究对象3、运用定量方法4、凭借价值判断•四、要素1945年兰德公司提出系统分析的方法•1、目标（目的）系统的总目标，系统分析的根据和出发点要求：必要的、有根据的、可行的•2、替代方案性能、费用、效益、时间上互有优劣，能进行对比的方案•3、指标技术性能、适应性、费用与效益、时间•4、模型与模拟系统分析的基本方法，测算指标的依据•5、评价标准综合反映指标：费用效益比性能周期比费用周期比交通运输系统指标体系能力增长指标运输速度指标运输安全可靠性指标运输服务水平指标技术水平指标耗费性指标投资费用指标运输成本指标土地占用指标能源消耗指标效益性指标生产率指标企业效益指标环境生态效益指标社会效益指标要求：明确性——尽量单一，全面衡量指标；可计量性——能够量化；敏感性——分主次优先顺序。•6、决策原则：当前利益与长远利益相结合；局部利益与整体利益相结合；内部与外部条件相结合；定性与定量相结合。SA程序框图问题与系统的界定确定目标提出方案建立模型系统评价分析效果确定可行方案满意否？YN初步分析规范分析综合分析SA程序图是SA的一般过程，也为全课程提供了基本的逻辑框架，因而十分重要。在对其理解和应用上应注意以下各点：•1、重视做好初步SA5W1H(What/Why/Who/Where/When/How)方法是做好这段工作的基本线索。•2、在规范分析中一般需（或尽可应）建立结构模型、数学模型或仿真模型。•3、环境分析贯穿SA全过程，在SA中是十分重要和必不可少的。•4、在应用SA过程中，并不一定要（或能）遍历并完成每一个具体过程。•1、说明系统一般属性的含义，并据此归纳出若干系统思想或观点；•2、霍尔三维结构与切克兰德方法论有何异同点?•3、什么是系统分析?它与系统工程关系如何?•4、系统分析的要素有哪些?各自是何含义?•5、系统分析程序中各组成环节的关系思考题一第三节系统环境分析•一、系统环境分析的意义•1、系统分析的资料来源•2、问题的来源•3、环境提供外部约束•4、系统评价的基础•二、环境因素的分类•1、物理和技术环境事物属性所产生的联系构成的因素以及处理问题中的方法性因素。①现存系统新系统与现存系统的并存性和协调性改进或新建系统的数据来源现存系统指标是改进、新建系统评价的基础利用现存系统推广新技术②技术标准遵循效能性标准,对系统分析和设计具有约束作用。③科技发展因素④自然环境包括地理、矿产资源、气象、生态关系等。对交通运输系统的影响：线路港站的布局；线路港站的建设标准、投资；运营成本。•2、经济和经营管理环境影响系统经营状态和经济过程的因素①外部组织机构②政府作用③经营管理活动•3、社会环境来自人或集团关系的因素包括：大范围的社会因素—地域环境、社会规范小范围的社会因素—个体行为、价值分析第四节系统目标分析•一、目的一是论证目标的合理性、可行性、经济性、层次性、一致性；二是获得目标分析的结果——目标集。•二、目标集的建立总目标—分目标—子目标逐层分解。•三、目标冲突与利害冲突阻碍作用促进作用冲突互补无关强冲突弱冲突目标间关系可兼容并存绝对排斥冲突目标中属于专业性质的称为目标冲