什么是运输系统工程?

[拼音]：yunshu xitong gongcheng

[外文]：systems engineering for transportation

系统工程在运输系统的规划、设计、管理和调度等方面的应用。这里运输系统是指由铁路运输系统、公路运输系统、内河和远洋运输系统、航空运输系统、管道运输系统与城市运输系统有机组成的综合运输系统。

第二次世界大战后期，美国在运输舰队中采用了运筹学的方法。到了60年代初，系统工程在运输系统中开始广泛应用，并出现了利用计算机对城市交通系统的在线控制。70年代起，运输系统工程成为发达国家运输业普遍采用的一项工程技术。它从小规模利用微型计算机对车场车辆调度、火车站点调用、飞机航班控制和轮船停靠码头调度的最优化发展到采用大型数字计算机进行运输系统中的长期规划、运输量的预测、运输政策仿真等全局性的工程。

运输系统有三个特点：

（1）运输系统作为国民经济的大动脉，在社会经济发展中具有重要的战略作用。它有利于开拓市场、沟通生产和消费领域的联系、促进劳动的区域分工、改善生产布局、缩短商品流通时间和加快资金周转速度。

（2）运输系统有复杂的内部结构。在规划和设计时，需要全面考虑运输网点的最佳布局及最优管理和最优调度等问题，还要确定各种运输方式结构的合理配比。从一个具体的运输系统来看，例如内河运输系统(图1),它是综合运输系统的一个分系统，又是由许多子系统构成的一个复杂系统。

（3）运输系统与周围的环境发生密切的联系(图2)。主要有自然环境、资源环境和社会经济环境诸因素，如水系的地理特征对建立内河运输网点的影响。又如,工业布局和产业结构、能源和资源的分布、社会经济发展战略、人民生活水平等也直接或间接地影响物流和客流的结构和数量。因此，只有在分析环境因素的基础上才能设计出合理的综合运输系统。

对运输系统进行开发时，首先要根据国民经济发展现状和趋势、资源分布和工业布局，利用统计资料、仿真技术和各种预测方法对运输量及其分布进行预测，再根据预测结果和自然环境及其他约束条件建立相应的系统模型。它是运输系统工程的主要内容。运输系统模型主要有四类。

（1）物流规划模型 例如某项物资有若干生产基地，需要将该项物资调到各消费地区。在已知各产地的供应量、各销地需求量和从某产地到某销地的单位物资运价的条件下，制定总运输费用为最小的调运方案。这类运输问题可归纳为一种特殊的线性规划问题，用表上作业法求解比一般单纯形法更为简便。表上作业法是以产销平衡为前提。当产销不平衡时，则需要把产销不平衡问题化成产销平衡问题。另外，在需要调用多种物资的情况下,这类问题也可用网络模型来求解。网络模型(见网络理论)由节点和边线组成(图3)。节点为站点，如产地或销地的车站、码头、飞机场等，边线为连接站点的运输线路，如铁路、水路、公路、管道、航线等。付运的货物、乘客作为边线上流过的“流”，在每条边线上有相应的投资、运行费和容量约束。这样一个运输网络可对运输规划提出运输费用最小的方案，并可用于长远运输规划中进行方案比较，以确定建设最优的运输系统。对于线性网络，可用最小费用、最大流法计算。对于非线性网络，可根据规划所要求的精度，采用分段线性化方法来逼近它的解。对于固定费用，可采用分枝限界法。

（2）路网规划模型 在物流规划中，运输网络不限于现有路网,可以新建和扩建新的通路,这样就将物资的供应、运输和需求等环节作为一个整体，建立起一个多发点和多收点的网络规划模型。这类问题大都可化为混合整数规划模型求解。混合整数规划的求解方法有割平面法、分枝限界法、本德斯分解算法等。

（3）管理调度模型 运输系统的管理包括体制的建立及日常运行方案和调度计划。例如，铁路管理体制的纵向层次有铁道部、路局、分局、站段；横向层次有车务、机务、工程、电气、车辆等很多并行的业务部门。通过管理系统模型，就可寻求最佳的管理体制结构。在制定运行方案时,要用系统的观点,强调方案各部分的相互依存、相互协调，根据运输计划、技术计划所规定的列车编组计划、运行图、车站的技术作业过程以及物资部门的生产规律、生产计划和装卸、搬运的生产能力，针对运输的全过程组织各个部门的协调动作，形成系统内部各个环节紧密联系的有机整体。在运行方案的基础上制定调度模型。调度模型可用于车辆调度、汽车的线路调度等场合。

（4）政策分析模型 为了保证运输系统的先行地位，使运输系统适应国民经济发展的需求，并保证运输系统本身的发展。需要根据系统内部结构和外部环境，以及系统的组织管理状况制订发展战略和相应的政策。制定政策分析模型，在综合考虑影响运输系统发展的所有因素、总结经验和科学预测的基础上分析政策的合理性和可行性。