運輸系統工程

中文名稱： yunshu xitong gongcheng 運輸系統工程

中文名稱：systems engineering for transportation

第二次世界大戰後期，美國在運輸艦隊中採用了運籌學的方法。到了60年代初，系統工程在運輸系統中開始廣泛應用，並出現了利用計算機對城市交通系統的在線控制。70年代起，運輸系統工程成為發達國家運輸業普遍採用的一項工程技術。它從小規模利用微型計算機對車場車輛調度、火車站點調用、飛機航班控制和輪船停靠碼頭調度的最優化發展到採用大型數字計算機進行運輸系統中的長期規劃、運輸量的預測、運輸政策仿真等全局性的工程。

運輸系統有三個特點：①運輸系統作為國民經濟的大動脈，在社會經濟發展中具有重要的戰略作用。它有利於開拓市場、溝通生產和消費領域的聯繫、促進勞動的區域分工、改善生產佈局、縮短商品流通時間和加快資金週轉速度。②運輸系統有複雜的內部結構。在規劃和設計時，需要全面考慮運輸網點的最佳佈局及最優管理和最優調度等問題，還要確定各種運輸方式結構的合理配比。從一個具體的運輸系統來看，例如內河運輸系統(圖1[內河運輸系統]),它是綜合運輸系統的一個分系統，又是由許多子系統構成的一個複雜系統。③運輸系統與周圍的環境發生密切的聯繫(圖2[運輸系統與周圍環境])。主要有自然環境資源環境和社會經濟環境諸因素，如水系的地理特徵對建立內河運輸網點的影響。又如,工業佈局和產業結構能源和資源的分佈、社會經濟發展戰略、人民生活水平等也直接或間接地影響物流和客流的結構和數量。因此，只有在分析環境因素的基礎上才能設計出合理的綜合運輸系統。

對運輸系統進行開發時，首先要根據國民經濟發展現狀和趨勢、資源分佈和工業佈局，利用統計資料、仿真技術和各種預測方法對運輸量及其分佈進行預測，再根據預測結果和自然環境及其他約束條件建立相應的系統模型。它是運輸系統工程的主要內容。運輸系統模型主要有四類。

1.物流規劃模型 例如某項物資有若干生產基地，需要將該項物資調到各消費地區。在已知各產地的供應量、各銷地需求量和從某產地到某銷地的單位物資運價的條件下，制定總運輸費用為最小的調運方案。這類運輸問題可歸納為一種特殊的線性規劃問題，用表上作業法求解比一般單純形法更為簡便。表上作業法是以產銷平衡為前提。當產銷不平衡時，則需要把產銷不平衡問題化成產銷平衡問題。另外，在需要調用多種物資的情況下,這類問題也可用網絡模型來求解。網絡模型(見網絡理論)由節點和邊線組成(圖3[網絡模型])。節點為站點，如產地或銷地的車站、碼頭、飛機場等，邊線為連接站點的運輸線路，如鐵路、水路、公路、管道、航線等。付運的貨物、乘客作為邊線上流過的“流”，在每條邊線上有相應的投資、運行費和容量約束。這樣一個運輸網絡可對運輸規劃提出運輸費用最小的方案，並可用於長遠運輸規劃中進行方案比較，以確定建設最優的運輸系統。對於線性網絡，可用最小費用、最大流法計算。對於非線性網絡，可根據規劃所要求的精度，採用分段線性化方法來逼近它的解。對於固定費用，可採用分枝限界法。

② 路網規劃模型 在物流規劃中，運輸網絡不限於現有路網,可以新建和擴建新的通路,這樣就將物資的供應、運輸和需求等環節作為一個整體，建立起一個多發點和多收點的網絡規劃模型。這類問題大都可化為混合整數規劃模型求解。混合整數規劃的求解方法有割平面法、分枝限界法、本德斯分解算法等。

③ 管理調度模型 運輸系統的管理包括體制的建立及日常運行方案和調度計劃。例如，鐵路管理體制的縱向層次有鐵道部、路局、分局、站段；橫向層次有車務、機務、工程電氣車輛等很多並行的業務部門。通過管理系統模型，就可尋求最佳的管理體制結構。在制定運行方案時,要用系統的觀點,強調方案各部分的相互依存、相互協調，根據運輸計劃、技術計劃所規定的列車編組計劃、運行圖、車站的技術作業過程以及物資部門的生產規律、生產計劃和裝卸、搬運的生產能力，針對運輸的全過程組織各個部門的協調動作，形成系統內部各個環節緊密聯繫的有機整體。在運行方案的基礎上制定調度模型。調度模型可用於車輛調度、汽車的線路調度等場合。

④ 政策分析模型 為了保證運輸系統的先行地位，使運輸系統適應國民經濟發展的需求，並保證運輸系統本身的發展。需要根據系統內部結構和外部環境，以及系統的組織管理狀況制訂發展戰略和相應的政策。制定政策分析模型，在綜合考慮影響運輸系統發展的所有因素、總結經驗和科學預測的基礎上分析政策的合理性和可行性。