交通運(yùn)輸中的系統(tǒng)工程運(yùn)用研究

幸堅(jiān)炬 鄧文靜

【摘要】 系統(tǒng)工程是一門高度綜合性的，運(yùn)用系統(tǒng)的思想和方法思考、解決問題的一門管理工程技術(shù)。近年來，系統(tǒng)工程不斷向社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)等方面發(fā)展，也開始廣泛深入到交通運(yùn)輸工程中，對(duì)交通運(yùn)輸產(chǎn)生重大的影響。本文介紹了系統(tǒng)工程相關(guān)知識(shí)，并結(jié)合城市交通系統(tǒng)中的系統(tǒng)工程，對(duì)系統(tǒng)工程在整個(gè)交通運(yùn)輸系統(tǒng)中的運(yùn)用進(jìn)行了闡述。

【關(guān)鍵詞】 系統(tǒng)工程 系統(tǒng)管理與控制 城市交通

一、引言

經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶動(dòng)城市化建設(shè)不斷加速，城市人口集聚，伴隨著機(jī)動(dòng)車數(shù)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(shí)也促進(jìn)了城市的繁榮發(fā)展。但同時(shí)帶來了一些問題如交通設(shè)備條件不足，各大城市交通道路擁堵的現(xiàn)象日益嚴(yán)重，交通事故頻發(fā)。

交通道路發(fā)生車輛擁堵，嚴(yán)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(duì)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(jìn)入百姓家庭，車多路少的矛盾將更加嚴(yán)重[1]。

城市交通道路狀況面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，堵塞的交通情況不僅嚴(yán)重阻礙了人們生活出行，而且阻礙城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展。城市交通對(duì)城市的發(fā)展具有重要的影響，對(duì)城市產(chǎn)業(yè)布局、城市土地利用、城市經(jīng)濟(jì)發(fā)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(huì)嚴(yán)重制約城市的發(fā)展和人們安全出行，而這個(gè)是各個(gè)城市化建設(shè)過程中普遍面臨的問題。在交通運(yùn)輸系統(tǒng)健康安全運(yùn)作前提下，如何充分將系統(tǒng)工程原理利用到交通運(yùn)輸系統(tǒng)中，發(fā)揮最大道路運(yùn)輸利用價(jià)值并造福人們，值得我們進(jìn)一步深入研究。

二、系統(tǒng)工程相關(guān)知識(shí)

2.1系統(tǒng)工程的概念

從字面上理解，“系統(tǒng)”是指系統(tǒng)的思想和方法，“工程”強(qiáng)調(diào)實(shí)踐性。系統(tǒng)工程是一門涉及自然科學(xué)（物理學(xué)、生物學(xué)、建筑學(xué)等）和社會(huì)科學(xué)（社會(huì)學(xué)、心理學(xué)等）綜合性的管理工程技術(shù)。系統(tǒng)學(xué)是系統(tǒng)科學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科，技術(shù)層面上就需要運(yùn)用運(yùn)籌學(xué)、控制論和信息論等學(xué)科指導(dǎo)。

2.2系統(tǒng)工程的特點(diǎn)

系統(tǒng)工程，是用系統(tǒng)的觀點(diǎn)，科學(xué)合理地運(yùn)用控制論、信息論、經(jīng)濟(jì)管理科學(xué)、現(xiàn)代數(shù)學(xué)、電子計(jì)算機(jī)和其它有關(guān)工程技術(shù)，按照系統(tǒng)工程的程序和方法，去建立優(yōu)化系統(tǒng)的一門綜合性的管理工程技術(shù)[2]。

所謂系統(tǒng)的觀點(diǎn)，就是把新研究事物的看作由若干部分組成的整體。系統(tǒng)的重要工作是對(duì)信息進(jìn)行獲取、判斷、加工、貯存、傳遞，然后輸出必要的信息。對(duì)系統(tǒng)的分析和評(píng)價(jià)，是以技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為衡量依據(jù)的。同時(shí)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、研制、試驗(yàn)、運(yùn)用等過程都離不開各個(gè)管理科學(xué)分支的實(shí)質(zhì)內(nèi)容?，F(xiàn)代數(shù)學(xué)的最優(yōu)化方法，主要是指它利用了許多現(xiàn)代數(shù)學(xué)分支的理論，對(duì)構(gòu)成系統(tǒng)的各個(gè)要素進(jìn)行分析、歸納和總結(jié)，最后形成一個(gè)數(shù)學(xué)模型。通過不斷調(diào)整相關(guān)變量及參數(shù)，準(zhǔn)確地反映實(shí)際系統(tǒng)，將數(shù)學(xué)模型與實(shí)際情況相結(jié)合，數(shù)學(xué)模型的求解則可獲得最優(yōu)化方案，這就是系統(tǒng)的最優(yōu)方案。

系統(tǒng)工程具有以下特點(diǎn)：

（1）系統(tǒng)工程是一門交叉學(xué)科，綜合運(yùn)用各種現(xiàn)代科學(xué)思想、理論、技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析研究。

系統(tǒng)工程和傳統(tǒng)工程不同，系統(tǒng)工程所研究的對(duì)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(yè)知識(shí)，它集中體現(xiàn)了各種現(xiàn)代科學(xué)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)。例如設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)品，傳統(tǒng)的方法指強(qiáng)調(diào)成本，而系統(tǒng)工程對(duì)目標(biāo)的考慮需要從系統(tǒng)運(yùn)行的全過程即時(shí)間方面以及綜合運(yùn)用各專業(yè)方面（經(jīng)濟(jì)學(xué)、環(huán)境學(xué)、法律學(xué)）。

（2）系統(tǒng)整體的最佳化是系統(tǒng)工程追求的目標(biāo)。

在一項(xiàng)工程中，從目標(biāo)選擇、實(shí)施過程、事后評(píng)價(jià)都是建立在整體性原則的基礎(chǔ)上。通過系統(tǒng)的思想對(duì)系統(tǒng)模型來調(diào)整，不斷改進(jìn)優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使之體現(xiàn)整體系統(tǒng)最優(yōu)化。

（3）任何系統(tǒng)都是人、設(shè)備和過程的有機(jī)組合，其中人是最主要的因素。

人是參與決策活動(dòng)的主導(dǎo)者和能動(dòng)者，在系統(tǒng)工程實(shí)施過程中發(fā)揮主導(dǎo)作用。因此在應(yīng)用系統(tǒng)工程的方法處理系統(tǒng)問題時(shí)，要以人為中心，最終體現(xiàn)的作用也要表現(xiàn)“以人為本”的宗旨。

2.3系統(tǒng)工程方法論

系統(tǒng)工程研究的對(duì)象是復(fù)雜大系統(tǒng)。一般情況下，系統(tǒng)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(dú)特的思考問題和處理問題的方法，要用多種技術(shù)方案進(jìn)行求解。這就是我們要講的系統(tǒng)工程方法論。系統(tǒng)工程方法論除一般的數(shù)學(xué)描述方法和邏輯推理方法外，還有工程技術(shù)的規(guī)范和社會(huì)科學(xué)的藝術(shù)等[3]。系統(tǒng)工程方法論強(qiáng)調(diào)對(duì)系統(tǒng)的深入了解，進(jìn)行系統(tǒng)識(shí)別，處理問題應(yīng)注重系統(tǒng)整體性以及計(jì)算機(jī)手段的輔助作用等。

三、城市交通領(lǐng)域中的系統(tǒng)觀

城市交通是一個(gè)復(fù)雜開放的巨系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)部由多個(gè)要素組成。一般而言，城市交通系統(tǒng)可以分為四大系統(tǒng)，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(rèn)真分析系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間的關(guān)系，整理好內(nèi)部各要素關(guān)系后，再結(jié)合外部環(huán)境，分析內(nèi)部與外部環(huán)境的聯(lián)系。通過用系統(tǒng)工程觀點(diǎn)分析城市交通系統(tǒng)，具有以下幾個(gè)方面特點(diǎn)。

（1）相關(guān)性

系統(tǒng)要素之間相互聯(lián)系，某一要素若發(fā)生變化則會(huì)影響其他要素的狀態(tài)變化。以道路系統(tǒng)為例，它是由主干道、次干道、支路、專用道路四個(gè)不同層次的道路組成，輔助以道路監(jiān)測系統(tǒng)、交通信號(hào)指示系統(tǒng)等等，若交通信號(hào)指示發(fā)生故障，交通運(yùn)輸肯定發(fā)生混亂，造成更嚴(yán)重的道路擁擠情況。

（2）動(dòng)態(tài)平衡性

在城市化建設(shè)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(chǎn)生的交通量抵消。經(jīng)濟(jì)發(fā)展，私人汽車購買力不斷增強(qiáng)，汽車擁有量不斷上升，在一定的道路數(shù)量下，城市道路又出現(xiàn)擁堵狀況，城市交通系統(tǒng)就是在這種“擁堵——緩解——擁堵”的動(dòng)態(tài)平衡中循環(huán)往復(fù)發(fā)展。

（3）整體性

城市交通系統(tǒng)是由幾個(gè)子系統(tǒng)相互協(xié)作共同運(yùn)行的，各個(gè)子系統(tǒng)不是單獨(dú)發(fā)揮作用的，是協(xié)調(diào)于城市交通系統(tǒng)中，發(fā)揮著1+1>2的作用。

四、系統(tǒng)工程理論和方法在城市交通規(guī)劃中的應(yīng)用

城市發(fā)展是必然趨勢。城市化建設(shè)和城市人口規(guī)模的增長必然影響道路交通量，同時(shí)城市用地是否合理規(guī)劃也會(huì)影響城市交通情況。同時(shí)，由于現(xiàn)代生活節(jié)奏步伐加快，對(duì)于提高交通速度有了更高的要求。

實(shí)踐證明，道路的建設(shè)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上交通量的發(fā)展速度，現(xiàn)有道路結(jié)構(gòu)難以滿足加快運(yùn)行速度的要求[4]。因此，結(jié)合當(dāng)前道路交通建設(shè)、城市化建設(shè)發(fā)展速度，交通規(guī)劃更加需要結(jié)合系統(tǒng)工程理論和方法的應(yīng)用。

（1）規(guī)劃中注重各種分析方法的綜合利用

在交通規(guī)劃中，需要借助專家將理論知識(shí)提煉出來，把實(shí)踐中成功的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)提升，形成體系指導(dǎo)工作。同時(shí)也需要結(jié)合現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)，將理論和各種信息結(jié)合起來，將理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，充分發(fā)揮綜合系統(tǒng)的整體優(yōu)勢。

（2）交通規(guī)劃更加注重交通網(wǎng)絡(luò)的可靠性研究

可靠性測度作為一種概率測度，是反映運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)行特征的有力工具[5]。我國大力發(fā)展交通設(shè)施建設(shè)，考慮的問題主要從費(fèi)用最經(jīng)濟(jì)和減少擁堵情況出發(fā)，卻忽略可靠性研究，這樣容易導(dǎo)致路網(wǎng)服務(wù)水平的穩(wěn)定性不高。所以，結(jié)合我國國情，將可靠性分析融入到道路交通規(guī)劃中，在一定程度上改善現(xiàn)有的交通問題。

五、城市交通領(lǐng)域中的系統(tǒng)管理與控制

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人口向城市聚集，城市道路交通運(yùn)輸問題日趨嚴(yán)重。這一方面體現(xiàn)在汽車保有量逐年激增，交通基礎(chǔ)設(shè)施的快速建設(shè)也無法滿足我國快速增長的交通運(yùn)輸現(xiàn)實(shí)及潛在需求，事故頻發(fā)、交通擁堵等情況時(shí)常發(fā)生；另一方面也表現(xiàn)在目前的交通控制系統(tǒng)和管理水平的相對(duì)落后。因此除了不斷加快交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)之外，將現(xiàn)有的先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段充分利用到交通運(yùn)輸設(shè)施上，緩解交通擁擠情況、減少環(huán)境污染，是我國交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展面臨的更迫切任務(wù)。

智能交通系統(tǒng)的出現(xiàn)，有效地緩解了我國交通壓力。時(shí)至今日，我國城市智能交通系統(tǒng)在城市交通管理、信息服務(wù)及發(fā)展決策等方面開始發(fā)揮越來越重要的作用，對(duì)于緩解日益嚴(yán)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(hào)控制系統(tǒng)的建設(shè)，提高路口通行能力和路口間協(xié)調(diào)水平，緩解了道路擁堵情況，同時(shí)相應(yīng)地提高了車輛的運(yùn)行速度；通過信息服務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)，調(diào)整了出行者的出行需求，促進(jìn)了交通供給與需求間的均衡；通過違法監(jiān)測系統(tǒng)等的建設(shè)，規(guī)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(yīng)地減少了交通擁堵的情況；通過智能公共交通系統(tǒng)的建設(shè)，引導(dǎo)市民使用公共交通，逐步改變城市的出行結(jié)構(gòu)……

智能交通管理系統(tǒng)是城市交通管理發(fā)展的方向?，F(xiàn)在城市智能交通體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面的趨勢：

（1）交通管理控制的集成化

以城市交通信號(hào)控制為核心，以綜合交通管理信息平臺(tái)為支撐，整合包括視頻監(jiān)控、違法監(jiān)測、智能調(diào)度、信息服務(wù)、主動(dòng)管理、指揮決策等功能在內(nèi)的集成化的城市交通管理系統(tǒng)是當(dāng)前城市智能交通系統(tǒng)發(fā)展的一大方向。當(dāng)前我國的眾多大中小城市都建設(shè)了多個(gè)智能交通管理系統(tǒng)，并逐步推進(jìn)系統(tǒng)的集成與應(yīng)用。

（2）交通信息服務(wù)的多樣化

傳統(tǒng)的道路交通管理，交通參與者都是根據(jù)設(shè)置好的規(guī)則去實(shí)施。當(dāng)路面發(fā)生重大事故或者塞車情況時(shí)，交通參與者并不能實(shí)時(shí)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(xiàn)，給道路交通運(yùn)輸系統(tǒng)帶來了質(zhì)的變化。通過信息共享，體現(xiàn)以人為本的宗旨，以實(shí)現(xiàn)道路暢通和提高運(yùn)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(jié)約道路參與者的時(shí)間。

交通信息服務(wù)的多樣化。一方面是信息技術(shù)的發(fā)展使得信息服務(wù)的手段不斷增多，如智能手機(jī)的出現(xiàn)所催生出來的新的信息服務(wù)方式，例如滴滴打車、Uber，在一定程度上改變了出租車的運(yùn)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(shù)，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(wù)的主體不斷增加，有政府部門、交通運(yùn)輸企業(yè)（如公交公司）、汽車廠商、專業(yè)的交通信息服務(wù)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(wù)內(nèi)容的增加和實(shí)時(shí)性的提高也使得智能交通系統(tǒng)在調(diào)整交通需求方面開始發(fā)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(shí)時(shí)的、多途徑的信息服務(wù)來為駕駛員提供駕駛輔助決策，例如盲區(qū)監(jiān)測、夜視輔助、超速提醒、車道偏離報(bào)警、碰撞報(bào)警等技術(shù)，另一方面則通過汽車自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展實(shí)現(xiàn)常態(tài)或異常情況下的輔助駕駛或自動(dòng)駕駛，如自動(dòng)泊車、主動(dòng)巡航控制、車道保持等，從而大幅度降低由于人的失誤導(dǎo)致的交通事故的發(fā)生，直接降低了交通事故的發(fā)生概率和嚴(yán)重程度，也間接緩解了由于交通事故導(dǎo)致的交通擁堵狀況。

在國家大力鼓勵(lì)創(chuàng)新發(fā)展的氛圍下，在現(xiàn)有科技手段支持下，在“智慧城市”與“互聯(lián)網(wǎng)+”日益得到重視和研究之下，城市智能交通系統(tǒng)的研究和發(fā)展將會(huì)進(jìn)入全新時(shí)代，為我們的城市交通服務(wù)，在緩解城市交通問題發(fā)揮重要的作用。

六、城市交通系統(tǒng)管理與控制的績效評(píng)價(jià)

績效評(píng)價(jià)對(duì)于交通建設(shè)項(xiàng)目的綜合評(píng)價(jià)有著很大的作用，通過精細(xì)化的綜合管理，可以形成多方面的技術(shù)控制，并且能結(jié)合交通建設(shè)中項(xiàng)目管理的特殊性，形成多方面的綜合運(yùn)用。

科學(xué)的評(píng)論體系和評(píng)論方法是城市交通發(fā)展中的一個(gè)不可或缺的重要內(nèi)容。隨著城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，評(píng)價(jià)體系在不斷融入現(xiàn)代元素。

回顧道路交通評(píng)價(jià)的發(fā)展歷程，呈現(xiàn)出的是螺旋式的發(fā)展過程，從最早的以工程造價(jià)為標(biāo)準(zhǔn)，到以交通服務(wù)水平為標(biāo)準(zhǔn)，再到增加了環(huán)境保護(hù)的內(nèi)容，發(fā)展到現(xiàn)在的以可持續(xù)發(fā)展為標(biāo)準(zhǔn)。每一次的提高，都蘊(yùn)涵著社會(huì)的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，客觀上反映了對(duì)城市交通系統(tǒng)認(rèn)識(shí)的逐步深化[6]。

科學(xué)的評(píng)價(jià)體系形成質(zhì)量、環(huán)境、費(fèi)用三大綜合評(píng)價(jià)體系的綜合運(yùn)用，具體體現(xiàn)在以下三方面的內(nèi)容：

（1）質(zhì)量評(píng)價(jià)

高度重視規(guī)劃，確保規(guī)劃先行。要解決城市交通問題，必須堅(jiān)持從規(guī)劃抓起，城市交通區(qū)與城市用地布局相協(xié)調(diào)，以城市主要功能區(qū)的分布為依據(jù)。

（2）環(huán)境效益評(píng)價(jià)

我們的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)自然生態(tài)產(chǎn)生了改變，所以需要通過環(huán)境效益評(píng)價(jià)來綜合評(píng)估和衡量。這里主要是考慮交通項(xiàng)目對(duì)城市生態(tài)環(huán)境的影響。城市交通道路規(guī)劃必須對(duì)稀缺資源進(jìn)行合理的分配，不能以破壞生態(tài)環(huán)境為代價(jià)進(jìn)行城市交通道路建設(shè)。

（3）經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

建設(shè)城市道路，首要任務(wù)就是解決出行問題。按照規(guī)劃建設(shè)道路，是否緩解交通堵塞問題、是否充分發(fā)揮這些設(shè)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(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。

七、總結(jié)

系統(tǒng)工程是用系統(tǒng)的觀點(diǎn)看問題，統(tǒng)籌全局，將系統(tǒng)的理論與實(shí)際生活相聯(lián)系。按既定的目標(biāo)合理規(guī)劃、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、建造實(shí)施、管理和控制系統(tǒng)，在現(xiàn)有的城市交通情況下融入系統(tǒng)工程方法，為解決城市交通問題提供新指導(dǎo)思想和指導(dǎo)方向。

交通運(yùn)輸問題是不斷變化發(fā)展的，相信隨著科技日新月異，不斷學(xué)習(xí)借鑒系統(tǒng)工程的理論和方法，運(yùn)用科學(xué)技術(shù)手段能夠?qū)煌ㄟ\(yùn)輸更好地規(guī)劃。

參 考 文 獻(xiàn)

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