交通運輸中的系統工程運用研究

幸堅炬 鄧文靜

【摘要】 系統工程是一門高度綜合性的，運用系統的思想和方法思考、解決問題的一門管理工程技術。近年來，系統工程不斷向社會、經濟、生態等方面發展，也開始廣泛深入到交通運輸工程中，對交通運輸產生重大的影響。本文介紹了系統工程相關知識，并結合城市交通系統中的系統工程，對系統工程在整個交通運輸系統中的運用進行了闡述。

【關鍵詞】 系統工程 系統管理與控制 城市交通

一、引言

經濟發展帶動城市化建設不斷加速，城市人口集聚，伴隨著機動車數量和道路交通量不斷增加，滿足了人們基本的交通需求，同時也促進了城市的繁榮發展。但同時帶來了一些問題如交通設備條件不足，各大城市交通道路擁堵的現象日益嚴重，交通事故頻發。

交通道路發生車輛擁堵，嚴重阻礙了人們正常的出行情況。這擁堵情況從表面上看，一是汽車保有量增長過快，二是道路增長相對過慢。以北京市為例，90年代汽車年平均增長率約為15%，而同期道路年增長率僅為3.5%。隨著轎車加速進入百姓家庭，車多路少的矛盾將更加嚴重[1]。

城市交通道路狀況面臨著嚴峻的挑戰，堵塞的交通情況不僅嚴重阻礙了人們生活出行，而且阻礙城市經濟發展。城市交通對城市的發展具有重要的影響，對城市產業布局、城市土地利用、城市經濟發展和人口遷移方向等有著重要的作用。

擁堵的城市交通情況會嚴重制約城市的發展和人們安全出行，而這個是各個城市化建設過程中普遍面臨的問題。在交通運輸系統健康安全運作前提下，如何充分將系統工程原理利用到交通運輸系統中，發揮最大道路運輸利用價值并造福人們，值得我們進一步深入研究。

二、系統工程相關知識

2.1系統工程的概念

從字面上理解，“系統”是指系統的思想和方法，“工程”強調實踐性。系統工程是一門涉及自然科學（物理學、生物學、建筑學等）和社會科學（社會學、心理學等）綜合性的管理工程技術。系統學是系統科學的基礎學科，技術層面上就需要運用運籌學、控制論和信息論等學科指導。

2.2系統工程的特點

系統工程，是用系統的觀點，科學合理地運用控制論、信息論、經濟管理科學、現代數學、電子計算機和其它有關工程技術，按照系統工程的程序和方法，去建立優化系統的一門綜合性的管理工程技術[2]。

所謂系統的觀點，就是把新研究事物的看作由若干部分組成的整體。系統的重要工作是對信息進行獲取、判斷、加工、貯存、傳遞，然后輸出必要的信息。對系統的分析和評價，是以技術經濟指標為衡量依據的。同時，系統的設計、研制、試驗、運用等過程都離不開各個管理科學分支的實質內容?，F代數學的最優化方法，主要是指它利用了許多現代數學分支的理論，對構成系統的各個要素進行分析、歸納和總結，最后形成一個數學模型。通過不斷調整相關變量及參數，準確地反映實際系統，將數學模型與實際情況相結合，數學模型的求解則可獲得最優化方案，這就是系統的最優方案。

系統工程具有以下特點：

（1）系統工程是一門交叉學科，綜合運用各種現代科學思想、理論、技術，對系統進行分析研究。

系統工程和傳統工程不同，系統工程所研究的對象已不僅僅是特定的具體工程，研究的方法也不是單單的專業知識，它集中體現了各種現代科學知識和專業知識。例如設計一個產品，傳統的方法指強調成本，而系統工程對目標的考慮需要從系統運行的全過程即時間方面以及綜合運用各專業方面（經濟學、環境學、法律學）。

（2）系統整體的最佳化是系統工程追求的目標。

在一項工程中，從目標選擇、實施過程、事后評價都是建立在整體性原則的基礎上。通過系統的思想對系統模型來調整，不斷改進優化系統結構，使之體現整體系統最優化。

（3）任何系統都是人、設備和過程的有機組合，其中人是最主要的因素。

人是參與決策活動的主導者和能動者，在系統工程實施過程中發揮主導作用。因此在應用系統工程的方法處理系統問題時，要以人為中心，最終體現的作用也要表現“以人為本”的宗旨。

2.3系統工程方法論

系統工程研究的對象是復雜大系統。一般情況下，系統包含“硬件”單元，也包含“軟件”要素，尤其是人的行為。因此，要有獨特的思考問題和處理問題的方法，要用多種技術方案進行求解。這就是我們要講的系統工程方法論。系統工程方法論除一般的數學描述方法和邏輯推理方法外，還有工程技術的規范和社會科學的藝術等[3]。系統工程方法論強調對系統的深入了解，進行系統識別，處理問題應注重系統整體性以及計算機手段的輔助作用等。

三、城市交通領域中的系統觀

城市交通是一個復雜開放的巨系統，系統內部由多個要素組成。一般而言，城市交通系統可以分為四大系統，如圖1所示。

要真正解決城市交通問題，不能孤立的眼光看問題，只想著從單方面著手處理城市交通問題。必須先認真分析系統內部各要素之間的關系，整理好內部各要素關系后，再結合外部環境，分析內部與外部環境的聯系。通過用系統工程觀點分析城市交通系統，具有以下幾個方面特點。

（1）相關性

系統要素之間相互聯系，某一要素若發生變化則會影響其他要素的狀態變化。以道路系統為例，它是由主干道、次干道、支路、專用道路四個不同層次的道路組成，輔助以道路監測系統、交通信號指示系統等等，若交通信號指示發生故障，交通運輸肯定發生混亂，造成更嚴重的道路擁擠情況。

（2）動態平衡性

在城市化建設中，城市通過修建高速公路、地鐵、輕軌、快速公交車道等來緩解城市交通堵塞問題，堵塞問題得到一定的緩解，但很快被新產生的交通量抵消。經濟發展，私人汽車購買力不斷增強，汽車擁有量不斷上升，在一定的道路數量下，城市道路又出現擁堵狀況，城市交通系統就是在這種“擁堵——緩解——擁堵”的動態平衡中循環往復發展。

（3）整體性

城市交通系統是由幾個子系統相互協作共同運行的，各個子系統不是單獨發揮作用的，是協調于城市交通系統中，發揮著1+1>2的作用。

四、系統工程理論和方法在城市交通規劃中的應用

城市發展是必然趨勢。城市化建設和城市人口規模的增長必然影響道路交通量，同時城市用地是否合理規劃也會影響城市交通情況。同時，由于現代生活節奏步伐加快，對于提高交通速度有了更高的要求。

實踐證明，道路的建設速度遠遠跟不上交通量的發展速度，現有道路結構難以滿足加快運行速度的要求[4]。因此，結合當前道路交通建設、城市化建設發展速度，交通規劃更加需要結合系統工程理論和方法的應用。

（1）規劃中注重各種分析方法的綜合利用

在交通規劃中，需要借助專家將理論知識提煉出來，把實踐中成功的經驗進行總結提升，形成體系指導工作。同時也需要結合現有的科學技術，將理論和各種信息結合起來，將理論知識與實踐相結合，充分發揮綜合系統的整體優勢。

（2）交通規劃更加注重交通網絡的可靠性研究

可靠性測度作為一種概率測度，是反映運輸系統的運行特征的有力工具[5]。我國大力發展交通設施建設，考慮的問題主要從費用最經濟和減少擁堵情況出發，卻忽略可靠性研究，這樣容易導致路網服務水平的穩定性不高。所以，結合我國國情，將可靠性分析融入到道路交通規劃中，在一定程度上改善現有的交通問題。

五、城市交通領域中的系統管理與控制

隨著經濟的發展，人口向城市聚集，城市道路交通運輸問題日趨嚴重。這一方面體現在汽車保有量逐年激增，交通基礎設施的快速建設也無法滿足我國快速增長的交通運輸現實及潛在需求，事故頻發、交通擁堵等情況時常發生；另一方面也表現在目前的交通控制系統和管理水平的相對落后。因此除了不斷加快交通基礎設施建設之外，將現有的先進的科學技術手段充分利用到交通運輸設施上，緩解交通擁擠情況、減少環境污染，是我國交通運輸行業發展面臨的更迫切任務。

智能交通系統的出現，有效地緩解了我國交通壓力。時至今日，我國城市智能交通系統在城市交通管理、信息服務及發展決策等方面開始發揮越來越重要的作用，對于緩解日益嚴峻的道路交通擁堵狀況起到了良好的支撐作用。例如，通過智能信號控制系統的建設，提高路口通行能力和路口間協調水平，緩解了道路擁堵情況，同時相應地提高了車輛的運行速度；通過信息服務系統的建設，調整了出行者的出行需求，促進了交通供給與需求間的均衡；通過違法監測系統等的建設，規范了出行者的出行行為，改善了交通秩序和安全水平，也相應地減少了交通擁堵的情況；通過智能公共交通系統的建設，引導市民使用公共交通，逐步改變城市的出行結構……

智能交通管理系統是城市交通管理發展的方向?，F在城市智能交通體現在如下幾個方面的趨勢：

（1）交通管理控制的集成化

以城市交通信號控制為核心，以綜合交通管理信息平臺為支撐，整合包括視頻監控、違法監測、智能調度、信息服務、主動管理、指揮決策等功能在內的集成化的城市交通管理系統是當前城市智能交通系統發展的一大方向。當前我國的眾多大中小城市都建設了多個智能交通管理系統，并逐步推進系統的集成與應用。

（2）交通信息服務的多樣化

傳統的道路交通管理，交通參與者都是根據設置好的規則去實施。當路面發生重大事故或者塞車情況時，交通參與者并不能實時得到路面信息，造成更大的塞車情況。而智能交通管理的出現，給道路交通運輸系統帶來了質的變化。通過信息共享，體現以人為本的宗旨，以實現道路暢通和提高運輸效率為目的，讓道路參與者在信息充裕的條件下選擇最佳的路線，不僅緩解道路堵塞問題，而且節約道路參與者的時間。

交通信息服務的多樣化。一方面是信息技術的發展使得信息服務的手段不斷增多，如智能手機的出現所催生出來的新的信息服務方式，例如滴滴打車、Uber，在一定程度上改變了出租車的運行模式，打車便捷在一定程度上減少了私人駕車出行的次數，有利于緩解道路上車輛多的問題；另一方面是提供信息服務的主體不斷增加，有政府部門、交通運輸企業（如公交公司）、汽車廠商、專業的交通信息服務商（如TomTom、Inrix）以及IT巨頭（如Google等）等，使得出行者的選擇日趨多樣化，而信息服務內容的增加和實時性的提高也使得智能交通系統在調整交通需求方面開始發揮著越來越明顯的作用。

（3）交通安全輔助的全面化

一方面通過實時的、多途徑的信息服務來為駕駛員提供駕駛輔助決策，例如盲區監測、夜視輔助、超速提醒、車道偏離報警、碰撞報警等技術，另一方面則通過汽車自動駕駛技術的發展實現常態或異常情況下的輔助駕駛或自動駕駛，如自動泊車、主動巡航控制、車道保持等，從而大幅度降低由于人的失誤導致的交通事故的發生，直接降低了交通事故的發生概率和嚴重程度，也間接緩解了由于交通事故導致的交通擁堵狀況。

在國家大力鼓勵創新發展的氛圍下，在現有科技手段支持下，在“智慧城市”與“互聯網+”日益得到重視和研究之下，城市智能交通系統的研究和發展將會進入全新時代，為我們的城市交通服務，在緩解城市交通問題發揮重要的作用。

六、城市交通系統管理與控制的績效評價

績效評價對于交通建設項目的綜合評價有著很大的作用，通過精細化的綜合管理，可以形成多方面的技術控制，并且能結合交通建設中項目管理的特殊性，形成多方面的綜合運用。

科學的評論體系和評論方法是城市交通發展中的一個不可或缺的重要內容。隨著城市社會經濟的發展，評價體系在不斷融入現代元素。

回顧道路交通評價的發展歷程，呈現出的是螺旋式的發展過程，從最早的以工程造價為標準，到以交通服務水平為標準，再到增加了環境保護的內容，發展到現在的以可持續發展為標準。每一次的提高，都蘊涵著社會的進步和技術的發展，客觀上反映了對城市交通系統認識的逐步深化[6]。

科學的評價體系形成質量、環境、費用三大綜合評價體系的綜合運用，具體體現在以下三方面的內容：

（1）質量評價

高度重視規劃，確保規劃先行。要解決城市交通問題，必須堅持從規劃抓起，城市交通區與城市用地布局相協調，以城市主要功能區的分布為依據。

（2）環境效益評價

我們的經濟生產活動對自然生態產生了改變，所以需要通過環境效益評價來綜合評估和衡量。這里主要是考慮交通項目對城市生態環境的影響。城市交通道路規劃必須對稀缺資源進行合理的分配，不能以破壞生態環境為代價進行城市交通道路建設。

（3）經濟效益評價

建設城市道路，首要任務就是解決出行問題。按照規劃建設道路，是否緩解交通堵塞問題、是否充分發揮這些設施的作用、是否降低出行成本、是否提高道路通行能力，這些都是經濟效益評價的重要指標。

七、總結

系統工程是用系統的觀點看問題，統籌全局，將系統的理論與實際生活相聯系。按既定的目標合理規劃、設計、試驗、建造實施、管理和控制系統，在現有的城市交通情況下融入系統工程方法，為解決城市交通問題提供新指導思想和指導方向。

交通運輸問題是不斷變化發展的，相信隨著科技日新月異，不斷學習借鑒系統工程的理論和方法，運用科學技術手段能夠對交通運輸更好地規劃。

參 考 文 獻

[1]徐強.我國大城市交通規劃存在的問題及解決對策[J].中小企業管理與科技.2008

[2]段益慶.PDCA模式在建筑施工現場安全管理中的改進應用研究[D].重慶大學，2007

[3]許國志，顧基發，車宏安.系統科學[M].上海：上?？萍冀逃霭嫔?，2000

[4]王春嬌.基于GIS的城市道路規劃設計管理系統研究[D].東北林業大學，2008

[5]劉海旭，卜雷，蒲云.道路交通網絡可靠性研究綜述[J].世界科技研究與發展，2004

[6]武長順.用系統工程的理論方法研究解決城市交通問題[J].道路交通管理，2003