交通运输系统工程知识点

展示了交通运输系统工程各个部分之间的关系和流程，适用于交通运输系统工程、系统工程专业课的期末、考研复习。

交通运输系统工程

• 系统与系统工程的特点
  • 1. 系统的特性
    • 目的性：任何系统都具有某种目的，都要实现一定的功能，每个系统都具有特殊的功能。 系统是以实现某种功能为目的的，这是区别不同系统的主要标志。
    • 相关性：指组成系统的各个要素之间或者整体之间的相互作用，相互联系。
    • 整体性：系统整体功能大于各组成要素的功能总和。 这是系统的最基本特性。
    • 环境适应性：系统都存在与一定的环境之中，并不断的与外界环境进行物质、能量、信息交换。 系统必须适应外部环境的变化。
  • 2. 系统工程的特性
    • 系统工程SE （也叫大规模复杂系统的特点）
      • 一般以大规模复杂系统为研究对象。
      • 系统的功能和属性具有多样性。
      • 系统通常有多层且不同性质的要素组成。
      • 一般为人--机系统，而人及其组织或群体表现出固有的复杂性。
      • 由要素间相互作用关系所形成的系统结构日益复杂化和动态化。
• 硬系统方法论和软系统方法论
  • 硬系统方法论 （霍尔三维结构方法论HSM）
    • 定义：指“结构化”的系统，一般该类系统问题的目前状态和期望达到的未来状态是明确的可以确定的。
    • 特点：强调明确目标，核心内容是系统分析和优化。
    • 结构
      • 知识维
        • 为完成时间维中各个工作阶段，逻辑维中各步骤所需要的知识和各种专业技术。
      • 时间维
        • 表明系统工程的工作，从系统规划到系统更新按时间顺序，可分为7个阶段。
        • 规划阶段→拟定方案→研制阶段→生产阶段→安装阶段→运行阶段→更新阶段
      • 逻辑维
        • 表明系统的工作，在每一个工作阶段，按照系统工程的方法来思考问题和解决问题的思维过程，可分为7个阶段。
        • 明确问题→系统指标设计→系统方案综合→系统分析→系统选择→方案决定→实施计划
  • 软系统方法论 （切克兰德方法论SSM）
    • 特点：定性与定量相结合，以定性为主。 方法的核心是：比较与探寻。
    • 步骤
      • 现状问题说明→弄清问题的关联因素→建立概念模型→改进概念模型→概念模型与现实模型的比较→系统更新
      • 1、问题现状说明：说明现状，目的是改善现状。这一阶段主要是非结构化问题描述。
      • 2、弄清问题的关联因素：弄清楚与改善现状有关的各种因素及其相互关联的情况。
      • 3、建立概念模型：该步骤建议对现实世界进行系统思考。
      • 4、改善概念模型：对所建立的概念模型进行分析。提出改进方案、意见、思路等，并得到改进的概念模型。
      • 5、概念模型与现实模型的比较：将改进的概念模型与当前的系统进行比较，目的是发现两者之间的不同之处以及产生原因，一边进一步改善。
      • 6、系统更新：在以上分析的基础上，根据可能性与需要确定系统需要做那些调整、改进、变化，并具体实施。
  • 区别与联系
    • 区别
      • 研究对象不同：霍尔三维结构方法论适用于结构化系统和工程领域，切克兰德方法论适用于半结构化或非结构化系统和社会经济、管理领域
      • 基本方法不同：霍尔三维结构方法论是在一组约束条件下，使目标函数取得极值的过程，求的是最优解。切克兰德方法论侧重通过调查分析建立概念模型，以求得满意解。
      • 特点不同：霍尔三维结构方法论的特点是最优化，切克兰德方法论的特点是比较与探寻。
    • 联系
      • 目的都在于改善和优化系统，都具有阐明问题、建立模型、实施步骤的程序。
      • 都需要对问题现状进行分析，找出关联因素，进而解决问题。
      • 都是系统工程方法论，都以问题为导向，具有相应的逻辑过程。
• 运输系统分析
  • 系统分析的原则
    • 外部条件与内部条件相结合
      • 一个系统不仅受到内部因素的影响，还受到外部条件的约束。
    • 当前利益与长远利益相结合
      • 系统大部分是动态的，随时间及外部条件而变化。所以选择最优方案时，不仅要从当前的利益出发，还要考虑未来的利益。
    • 局部效益与整体效益相结合
      • 系统是由许多子系统组成的，但当各个子系统的效益都很好时，整体效益并不一定好。系统工程在争取系统总体最优时，必须全面考虑整体与局部以及局部与局部之间的关系。
    • 定量分析与定性分析相结合
      • 定性分析与定量分析是统一的，相互补充的。定性分析是定量分析的基础前提，没有定性的定量是一种盲目的、毫无价值的定量；定量分析使定性分析更加科学、准确，可以促使定性分析得出更广泛深入的结论。
  • 系统分析流程
    • 认识问题→探寻目标→综合方案→模型化→优化或者仿真分析→系统评价→决策分析
    • 前三步为“初步SA”，中间两步为“规范分析”，最后两步为“综合分析”。
  • 系统结构与系统功能的关系
    • 结构是完成功能的基础
      • 结构是系统的内在根据，功能是要素与结构的外在表现，一定结构总是表现为一定的功能，一定的功能总是由具有一定结构的系统实现的。
    • 不同的系统结构产生不同的系统功能和功能效率
      • 功能对结构具有相对独立性，同时还对结构具有反作用，功能在与环境的相互作用中会出现与结构不相适应的异常状态，就会导致结构发生变化，以适应环境的需要。
  • 系统结构化分析方法
    • 解释结构模型法（ISM法）
      • 定义：是一种系统结构表达及分析方法，可以把模糊不清的思想、看法化为具有良好结构的关系模型。 属于概念模型，结构模型是一种以定性分析为主的模型。
      • 适用范围：适用于变量众多，关系复杂而结构不清的系统。将模糊不清的思想转化为良好结构的模型。 ISM方法的作用就是把任意包含许多离散的，无序的静态的系统，利用系统要素之间已知的、但凌乱的关系，揭示出系统的内部结构。
      • 解释结构模型的建立步骤
        • 1、提出问题。
        • 2、建立系统要素关系表，要素集合S ：S=｛S1，S2...Sn｝。
        • 3、根据系统要素关系表，作出相应的有向图，并建立邻接矩阵A。
        • 4、通过矩阵运算，求出该系统的可达矩阵M。
        • 5、对可达矩阵M进行区域划分和分级划分，并绘制系统的层次结构图。
        • 6、建立系统结构模型。
• 运输系统预测
  • 预测的5个基本原理
    • 整体性原理：事物都有一个发展的过程，关键在于掌握规律。
    • 可能性原理：对预测对象发展的各种可能性进行的预测。
    • 相似性原理：预测对象与类似的已知事物的发展变化规律进行类比，对预测对象进行描述。
    • 可知性原理：事物发展过程的统一性，不但可以认识预测对象的过去和现在，也可以通过过去到现在的发展规律，推测将来的发展变化。
    • 反馈性原理：预测未来的目标是为了更好的指导当下，应用反馈原理不断的修正预测才会更好的指导当前工作，为决策提供依据。
  • 定性预测与定量预测对比
    • 定性预测
      • 优点：注重于事物发展的性质方面的预测，具有较大的灵活性，易于充分发挥人的主观能动作用，且简单迅速，省时省费用。
      • 缺点：容易受主观因素影响，比较注重人的经验和主观判断能力，从而容易受人的知识、经验、能力的多少大小的束缚和制约，缺乏对事物发展做数量上的精准描述。
    • 定量预测
      • 优点：注重于事物发展在数量方面的分析，重视对事物发展变化的程度做数量上的描述，更多的依据历史统计资料，较少受主观因素的影响。
      • 缺点：比较机械，不容易处理有较大波动的资料，更难于事物预测的变化。
  • 定性预测方法
    • 专家会议法
      • 步骤
        • 明确问题→发表意见→讨论找出满意答案
      • 规则
        • 1、参加会议人员不分等级，禁止对参与者或者其他人发表的意见作出任何为难，避免言辞上的武断等。
        • 2、“思想”的数量是首要的，数量越大，出现有价值的思想概率就越大。
        • 3、每个人的发言时间不宜太长，内容要精炼。
        • 4、不允许私下交谈，以免影响整个会议氛围。
        • 5、要重视那些不寻常的、看的远的、貌似不合实际的思想，欢迎自由的思考，思路越广、越新则越好。
        • 6、将上述思想进行组合、分类、公布以及改进。
    • 德尔菲法
      • 基本思想
        • 在重视专家长期累的经验和渊博的知识上，把专家知识、经验、智慧等无法量化的、带有模糊性的信息，通过函调的方式进行信息交换，进过几轮征询和反馈，逐步得出专家群体倾向相对一致的预测结论，达到预测目的。
      • 特点
        • 匿名性、反馈性、收敛性。
      • 优缺点
        • 优点：简单易行，可靠性较好，能充分发挥人的聪明才智，适用于没有足够信息资料的中长期预测；适用于难以用精确的数学模型处理需征求意见的人数较多、人员分散，经费有限，难以多次开会或者某种原因不宜当面交谈意见的问题。
        • 缺点：人为主观因素较大，预测需要的时间较长，预测结果具有一定的不稳定性。
      • 步骤
        • 1、预测准备：确定预测的课题以及各个预测项目→设立负责预测组织工作的临时机构→选择若干名熟悉所预测课题的专家。
        • 2、第一轮：由组织者发给专家第一轮调查表，调查表是开放的，不带任何框架，只提出预测问题。由专家围绕预测主题提出预测事件。→组织者要对专家反馈的调查表进行汇总整理，归并同类事件，排除次要事件，并用准确的术语提出一个预测事件一览表，作为第二轮调查表发给专家。
        • 3、第二轮：专家对二轮调查表所列的每个事件作出评论。→组织者收到第二轮专家意见后，继续汇总整理，数据统计，作出第三轮调查表给专家。
        • 4、第三轮：请专家重述争论点，对对立意见做一个评价，给出自己新的评价并解释理由。→组织者收到第三轮专家意见表之后继续汇总整理，统计专家观点，重点在争论双方的意见，形成第四轮调查表。
        • 5、第四轮：请专家再次评价和权衡，作出新的预测。→组织者收到反馈表后继续汇总整理，归纳总结各种意见。
        • 6、表述预测结果。由组织者把经过几轮专家预测而形成的结果以文字或者图表的形式表现出来。
    • 情景分析法
      • 实质：用来完成对事物所有可能的未来趋势的描述。
      • 分析结果
        • 1、事物未来可能发生态势的确定。
        • 2、各态势特性及其发生的可能性描述。
        • 3、各态势发展路径分析。
  • 定量预测方法
    • 时间序列预测法
      • 定义
        • 把被预测的量按照时间顺序排列起来，构成一个时间序列，从一组时间序列过去的变化规律，来推断今后变化的可能性及变化趋势，这就是时间序列预测法。
      • 原理
        • 1、承认事物发展的延续性。
        • 2、充分考虑到事物发展的偶然因素的影响而产生的随机性和不规律性。
      • 适用范围
        • 趋势变化、周期变化、随机变化。
      • 优点：简单易行，便于掌握，能够充分利用原时间序列的各种数据。 缺点：准确度较差，不能够向外延伸进行外推预测，只适用于短期预测。
      • 步骤
        • 收集资料→数据整理→建立模型→预测→预测值分析（对预测值进行精度检验）
    • 回归分析预测法
      • 预测步骤
        • 进行相关关系分析（法一：散点图；法二：相关系数法）→计算模型中的参数→建立回归预测模型→利用模型进行预测→相关性检验和预测值置信度检验
    • 投入产出法
      • 步骤
        • 定义系统范围与目标（确定系统包含的部门等）→数据收集与分类→构建投入产出表→计算技术系数矩阵→建立数学模型→模型求解与分析→应用与优化
      • 投入产出表结构
        • 第一象限：部门间交易象限（是投入产出表的基本部分）。 第二象限：最终用途象限。 第三象限：增加价值象限。 第四象限：直接购买要素象限。
• 运输系统优化控制
  • 估计作业时间的计算
    • 一时估计法
      • 对确定性问题，有同类作业所需时间作为参考，可以依据经验估计出一个时间，用t(i,j)表示。
    • 三时估计法
      • 对于不确定性问题，当无可靠的资料与经验来估计时间时，可以采取下列三种时间的平均值作为作业时间。t(i,j)=(a+4c+b)/6，即（乐观时间+悲观时间+4*最可能时间）/6。
  • 网络图优化
    • 优化方法
      • 工期优化
        • 指在满足既定的约束条件下，通过延长或缩短计算工期以达到要求工期的目的，使工期合理。
        • 计算工期大于要求工期的优化：压缩关键路线中关键工作的持续时间。
        • 缩短工期措施
          • 1、组织措施：在可能条件下采取平行作业或者交叉作业以缩短工期。
          • 2、技术措施：采取新技术和新工艺，进行技术革新和技术改造，增加人力和设备等。
          • 3、利用时差：从非关键路线中抽调适当人力、物力集中于关键路线，缩短关键路线的持续时间。
      • 费用优化
        • 寻求工程总成本最低时的工期或者按要求工期寻求最低成本的计划安排过程。
        • 既要时间最短，又要成本最低。
        • 工程总费用=直接费用+间接费用+赶工费用。
      • 资源优化
        • 分为“工期固定，资源均衡”和“资源有限，工期最短”。
• 运输系统评价
  • 系统评价概念
    • 根据系统确定的目标，在系统调查和系统可行性研究的基础上，主要从技术、经济、社会、环境等方面，就各种系统设计的方案能够满足需要的程度和占用的各种资源，进行评审，并选择技术上先进，经济上合理，实施上可行的最优或最满意方案。
  • 系统评价的内容
    • 系统技术评价、系统经济评价、系统社会评价、系统环境评价。
  • 系统技术评价的内容
    • 技术的先进性、技术的适用性、技术的可靠性、技术的可维护性
  • 系统评价的方法
    • 关联矩阵法、可能-满意度法、层次分析法、模糊评价发、费用-效益法。
  • 系统评价的原则
    • 系统评价的客观性
      • 保证评价人员的客观公正以及评价资料的全面、正确和可靠。
    • 系统方案的可比性
      • 所提出的各种替代方案，在保证实现系统的基本功能上应具有可比性和一致性。
    • 评价指标的系统性与合理性
      • 指标要包括系统目标所涉及的诸多方面，以保证评价指标的全面； 系统评价指标必须与国家政策方针一致，与相关行业的产业政策一致。
  • 系统综合评价的步骤（6步）
    • 明确系统目标→分析系统要素→确定评价指标体系→确定结构、评价准则→确定评价方法→进行系统评价。
  • 系统评价的步骤（6步）
    • 明确评价问题→进行评价系统分析（评价目的、评价立场、评价范围、评价时期等）→收集评价资料→确定评价指标→计算评价值→进行综合评价。
  • 运输系统综合评价方法
    • 评分比较法（关联矩阵法）
      • 是常用的系统综合评价方法，用矩阵的形式来表示各个替代方案有关评价指标及其重要度与方案关于具体指标的价值评定量之间的关系。对系统多指标进行综合评价。
      • 步骤
        • 明确评价对象（n个替代方案）→确定评价指标、评价尺度（n个评价指标X1，X2...）→计算指标权重（W1，W2...）→综合评价
      • 指标权重的确定
        • 逐对比较法 古林法
    • 层次分析法
      • 层次分析法（AHP）是将与决策有关的元素分解为目标、准则、方案等层次，在此基础上进行定性与定量分析的决策方法。
      • 分析步骤
        • 明确问题→建立层次结构模型→构造判断矩阵→层次单排序→层次总排序→一致性检验
    • 模糊综合评价法
      • 以模糊数学为基础，应用模糊关系合成的原理，讲一些边界不清、不易定义的因素定量化，从多个因素对被评价事物的隶属等级情况进行综合评价的一种方法。 具有结果清晰，系统性强的特点，能较好的解决模糊的、难以量化的问题，适合各种非确定性问题的解决。
      • 步骤
        • 确定评价指标和评价等级→确定各指标的权重（如使用AHP法）→构建各指标的模糊评判矩阵（即隶属度矩阵）→进行模糊合成运算（如加权平均、取大取小算子）→得到模糊评价结果，去模糊化处理或结果分析
• 运输系统决策
  • 确定型决策
    • 1、存在决策者希望达到的一个明确目标； 2、存在一种确定的自然状态； 3、存在供决策者选择的两个以上的决策方案； 4、不同方案在确定状态下的益损值可以计算。
  • 不确定型决策
    • 1、存在决策者希望达到的一个明确目标； 2、存在两种或以上的自然状态； 3、存在供决策者选择的两个以上的决策方案； 4、不同方案在确定的状态下益损值可以计算； 5、知道有n种可能的自然状态，但既不知道n种自然状态中会发生哪一种，也不知道每种状态发生的概率。
  • 风险型决策
    • 1、存在决策者希望达到的一个明确目标； 2、存在两者或以上的自然状态； 3、存在供决策者选择的两个以上的决策方案； 4、不同方案在确定状态下的益损值可以计算； 5、在n种自然状态中，究竟出哪一种状态，决策者无法确定，但是各种自然状态出现的概率可以事先估算或者计算出来。
  • 不确定型决策问题模型求解
    • 悲观准则（小中取大）：决策者认为事物不可能朝理想状态发展，只能采取“怀中求好”的决策法则。
    • 乐观准则（大中取大）：决策者人物事物朝着理想的状态发展，决策时采用“好中求好”的算法。
    • 折衷准则：介于乐观准则和悲观准则标准之间的一个决策，在进行决策前要求决策者确定一个折衷系数。
    • 遗憾值准则：决策者制定决策后，若情况未能符合理想，必将有后悔的感觉，其思路是：每一种自然状态下总有一个方案可以达到最好的情况，如果选择其他方案的结果达不到最优值，相应的差值就称为后悔值。 步骤：一般将一个方案中各个自然状态下的最大后悔值作为该方案的后悔值，然后从各个方案中，选择最小后悔值的方案作为最优方案。