交通运输系统演化特点研究

交通运输系统演化特点研究 运输业的发展规律和交通运输系统演化机制和规律问题，是交通运输发展中的重要的 理论问题。货物运输联盟是是交通运输系统的组成部分，交通运输系统发展到一定阶段的 产物，是交通运输业发展到相对高级阶段的产物。从系统的角度来分析交通运输系统的结 构、特点、交通运输系统的发展阶段、交通运输系统发展的规律、不同交通运输方式之间 协调发展和交通运输系统发展的动力机制等问题，从系统的侧面反映货物运输企业组建联 盟是交通运输业发展的必然。 1 交通运输系统结构 交通运输系统是一个复杂的巨系统，从不同的角度来分析，系统具有不同的层次和结 构。本文主要从以下几个方面来分析交通运输系统的结构。 1.1 交通运输方式子系统 1 铁路运输系统 铁路运输方式是现代最重要的货物运输方式之一，它对货物在异地的交换起了重要的 作用。铁路运输系统由路网系统，列车系统和通信系统等组成。对于陆上运输而言，铁路 运输的运送能力是最大的。特别是重载铁路的修建，使铁路运输的运送能力比以前有了相 应的提高。铁路运输采用大功率机车牵引列车运行，可承担长距离、大运输量的运输任务， 而且由于机车的运行阻力较小、能源消耗低，因此系统的运行价格较低。铁路运输具有高 度的导向性，只要行车设施无损坏，在任何自然气候条件下，列车均可以安全行驶，受气 候因素限制很小，因此铁路运输是较可靠的运输方式。铁路运输统一调度，并且具有专用 路权，先进的列车可以通过高科技电脑控制，实现全自动化，可以完全不受人为的控制， 因此能保证运输到发时间的准确性。除此之外，铁路运输还有运输速度快、通用性能好、 运行比较平稳、安全可靠和平均运距较高等优点。 2 公路运输系统 公路运输的快速直达性能够适应现代物流的发展要求。公路运输系统由公路运输工具 系统和路网系统组成。公路网的不断延伸，使得汽车运输在世界范围内迅速发展，并超过 铁路和其他运输方式。由于汽车运输途中不需中转，因此相对来说，汽车运输的运送速度 比较快。汽车除了可以沿公路网运行外，还可以深入工厂、矿山、车站、码头、农村、山 区、城镇街道及居民区，空间活动领域大，这一特点是其他任何运输工具所不具备的，因 而汽车运输在直达性上有明显的优势。汽车运输具有机动灵活、运输方便的特点。汽车运 输既可以成为其他运输方式的接运方式，又可以自成体系，机动灵活。汽车的载重量可大 可小，对起运量没有太大的要求。汽车运输对货物批量的大小，具有很强的适应性，既可 以单车运输，又可以拖挂运输。公路运输具有快速直达的特点，装卸搬运次数最少，运输 途中的货物撞击少，因此货物的破损率低、损耗小。除此之外，公路运输还有操作人员容 易培训、近距离中小量的货物运输运费比较便宜等特点。 3 水路运输系统 水路运输是最早采用的专业化的运输方式，目前为止，水路运输仍然承担着大量的运 输任务。水路运输系统主要有航道和船舶组成。在五种运输方式中，水路运输能力最大。 在远洋运输中，在货源充足、运距较长的情况下其优势更加明显。水路运输只需利用江河 湖海等自然水力资源，初期投资较小。水路运输所消耗的能源是最低的，因此水路运输的 成本是最低的，适用于运输费用负担较弱的原材料和大宗物资的运输。水路可以运送各种 货物，尤其是大件货物，特别是远洋运输，在我国对外经济贸易方面占有独特重要的地位。 船舶的运输能力大，不仅可以携带大量的燃料、粮食和淡水，还具有独立生活的各种设备。 水路运输还有平均运距长的特点。 4 航空运输系统 航空运输在各种运输方式中，具有高速、舒适、灵活、准时、安全、经济等特点。因 此，民用航空运输业务中的航线、民航机队、经营与管理、机务维修、航空港、空中交通 管制等系统，要有高新技术的装备和设施，以及良好素质的专业技术人员。航线是指连接 两点（城市）或多点之间的航空运输线。航线布局在一定程度上反映了一个时期航空运输 的发展水平。航线的确定反映了地区或城市的经济、政治、文化、旅游等活动的发展。航 空机队是航空公司的飞行系统。飞行机队由航空器和机组组成。飞机是航空运输的主要生 产工具，亦是航空公司经营的核心部分。机务维修是保障飞行安全的系统之一，维修工作 分为航线维修、翻修和修理等工作。航空港是为航空运输服务的机场系统。包括飞行区、 客货运输服务区和机务维修区。机场当局是航空港的管理机构。对机场的运行组织、旅客 服务、设施修理、发展规划等进行管理。 5 管道运输系统 管道用于货运，由于管道是静止的，货物是通过输送设备驱动货物并使之流向目的地。 管道运输是随着石油生产的发展而产生的一种特殊运输方式。这种运输方式具有运量大、 不受气候和地面其他因素限制、可连续作业以及成本低等特点。随着石油、天然气生产和 消费速度的增长，以后管道运输发展步伐不断加快。 1.2 交通运输设备系统 现代交通运输系统的共同特点是使用机械动力驱动运输工具在线路上运输人员和货物， 因此，运输设备系统是交通运输系统的一个重要划分层面。总的来说，交通运输设备结构 有两大子系统，固定设备子系统和移动设备子系统。这两个子系统组成完整的交通运输系 统的设备层面。 1 固定设备子系统 交通运输系统的固定设备子系统，包括线路、场站的土木建筑和相关的技术设备等。 主要包括铁路、公路、航道、管道、桥梁隧道、车站、枢纽、港口、码头、客货运设备、 航空港、机场、管路、油气泵站及相关的通信信号与控制设备。在交通运输系统之中，固 定设备投资额巨大，而且建设周期长，并且建成之后不能移动，属于一种沉淀成本。 2 移动设备子系统 交通运输系统移动设施主要指动力装置和运载工具，即铁路的机车车辆、公路的汽车、 城市中的电车、水上的各类船舶、航空线上的飞机等。这些设施都是在交通网上移动，故 称之为移动设施。 1.3 交通运输系统网络结构 交通运输网络是在一定空间范围内由几种运输方式的路线和枢纽等固定技术装备组成 的综合体。动输网络是运输生产的主要物质基础，其空间分布、通过能力和技术装备体现 了整个运输系统的状况水平，在运输业的发展中占有十分重要的地位。运输网的结构与水 平更直接影响着交通运输系统的功能。各种运输方式组成的综合运输网络还有其层次结构， 既包括了全国性的综合运输网，同时还包括在全国运输网覆盖下的各级地方运输网。一个 高水平的运输网络必然是一个从全国到各级地方的运输网，并且要层次完善、结构合理， 以实现其最大的功能。依据运输网同国民经济和生产力地域组合的关系，运输网络的结构 主要有以下几个方面： 1 骨干网络 骨干网络是指交通运输网络中的骨干和运输大动脉，它把全国主要工矿区、大城市、 重要港口和各类商品主产地联系起来，把各大经济区连成一个有机的整体。骨干网络明显 地体现了物质基础作用。骨干网络一般来说由铁路干线网络、高速公路网络、沿海航线和 内河重要干流航线组成。 2 开发线路网络 这部分网络是骨干线路向内陆地区、边疆地区和新开发区的延长。属于骨干网络的下 级路网，主要针对区域内的交通运输，同时也是骨干网络的补充。这种路网对开发资源、 改变原有生产力分布的不平衡性有巨大的作用。 3 给养线路网络 给养线路网络是指骨干路网和工业、农业以及矿产品地区，运送肥料、工矿设备、粮 食和日用品等给养物质。给养路线可以是铁路、公路，也可能是大河的支流或运河。由于 许多工农业地区并不分布在骨干路网上，因而必须有相关的路网来沟通其与骨干网络。 4 腹地线路网 这部分是分布在广大农村和工矿区内部的交通线路网，一般呈网状分布，像细小血管 一样分布在各个地方。这部分路网一般由三级以下公路和小河航线。 5 企业线路 这部分线路又称为专用线路，是为工矿企业和乡镇、农场内部生产服务的交通线，其 本身也是企业生产过程的组成部分，所起的作用是将企业与外部的运输系统连通起来。 2 交通运输系统特点 交通运输系统是一个复杂的巨系统，系统内部的任何一项设备单独存在无法实现运输 功能，仅靠交通运输系统本身是不能促进经济发展的。人们对运输的需求是一种派生需求， 社会经济系统对交通运输系统的的需求也是一种第二性的需求。因此交通运输系统有其自 身独特的特点。 2.1 交通运输系统的目的性 交通运输系统是一个人造系统，任何一个人造系统都具有目的性，交通运输系统也不 例外。交通运输系统的目的可以认为是为了完成社会和企业及个人的运输任务。具体的目 的还可以分为货物运输和旅客运输，货物运输是生产和流通的重要组成部分，目的是满足 生产企业或个人对物品空间位移的需求。旅客运输是满足人们工作、学习、生活和旅游的 需要，满足的是人们对其自身位移的需求。从社会层面来说，交通运输系统的目的是使使 用者，经营者和社会各方面的总效益最大化，让各方利益都达到均衡，增加消费者剩余和 提高社会总福利水平。 2.2 交通运输系统的整体性 从交通运输系统组成结构来看，目前有 5 种运输方式组成，也说是说交通运输系统是 由铁路、公路、水运、航空和管道子系统组成的一个统一整体。交通运输系统内部的各个 子系统互相独立存在，各自都有其独特的特点和适合的领域，同时也都有其不足之处。因 此各个子系统必须相互协调才能发挥各种运输方式的运输功能，满足社会经济发展需要。 2.3 交通运输系统的层次性 从一个国家的交通运输网络来看，交通运输线路网络结构具有明显的层次性。从路网 层面来看，有骨干线路网、支线路网和联络路线等；从枢纽规模来看，有全国性的综合路 网枢纽、区域性枢纽和地方性枢纽；从港口有规模来看，有国际性的贸易港口、国内区域 性港口和地方性港口等；公路线网有高速公路网、国道、省道和地方性公路；交通运输系 统的管理系统有国家级的管理、省区管理和市县级管理层次等。 3 交通运输系统的发展阶段 自有人类以来，人类社会发展历史与交通运输发展的历史密不可分，每一次交通方式 出现革命性变革之后，人类的活动范围都得到极大的扩张，同时带动整个社会经济的发展， 因此从某种意义上说，交通运输发展是人类社会发展的基础，是人类生产力水平高低的重 要标志。综合交通运输发展历史，其发展主要经历了以下四个阶段： 3.1 原始运输阶段 早期的人类，在原始社会以前，生产力极度落后，此时进行货物运输主要以人类自身 作为工具，即以肩扛、背驮或以头顶作为运输方式。就当时的生产能力及人类活动时空距 离而言，这种运输方式也基本上满足了原始人的需求。其后，随着时间的推移，人类开始 训养牛、马、骆驼、象等动物驮运或拉拽重物以减轻人类本身的负担，这主要是由于人类 在生产过程中出现了剩余产品，开始有了商品交换，靠人类自身已经无法满足运输货物的 需要，这就促使人类寻求一种相对先进的运输方式，由于当时人类生产力水平的局限性， 部分性情温顺且力量较大的野生动物就成为原始人进行改造的对像。以上两种运输方式是 人类社会最先使用的，其发展奠定了交通运输系统发展的基础，也是现代交通运输系统发 展的开端。 3.2 手工运输阶段 道路运输发展阶段，马鞍牛轭等器具的发明，使人类能充分利用动物的力量以增进运 输的效能，使运输的发展进入文明时代。这一阶段在人类社会发展史上大概处于原始社会 未期到封建社会末期。当时人类社会商品经济的发展阶段属于简单商品经济或小商品经济 阶段，这时的商品经济发展水平总的来说是生产规模小，社会化程度低，商品流通范围较 小，并从属于这一时期占统治地位的自然经济。因此这一时期社会经济对交通运输的需求 有了一定的发展，但总体来说要求还是处于较低的水平。这一时期交通运输设备较原始社 会有了较大发展，轮轴的发明、车辆的出现揭开了现代陆路运输发展的序幕，并成为现代 运输工具发展的基础。这时的运输对道路有了一定的要求，我国在秦朝就有自国都咸阳铺 设驿道通达各地。欧洲的罗马人也广铺道路，其范围不仅限于意大利境内，甚至连西欧、 小亚细亚以及北非都有他们铺设的道路系统。 水路运输方面，木筏是人类早期使用的工具，美洲的印第安人与北美的爱斯基摩人在 生活经验中总结出挖空木头可以增加浮力的道理，并造出了独木舟作为运输工具。在中国 的周朝或之前，就出现了独木舟；汉武帝时期曾建造了能乘载千余人的大木船。罗马时期 的运货船竟达到了可以装载 400t 以上的货物。罗盘发明之后，海上运输的时代才算真正开 始。航海天文历的绘制使得航海技术有飞跃发展。这些技术为以后商品流通范围的扩大提 供了重要的保障。 3.3 蒸汽运输阶段 商品经济是在封建社会末期小私有制商品生产者分化的基础上产生和发展起来的。 1769 年瓦特发明蒸汽机，蒸汽动力的划时代革命成倍地提高了社会生产力。以资本家私有 制和雇佣劳动为基础，以价值增殖为生产目的，在商品经济条件下，整个社会财富成了一 个商品的堆积，商品关系已渗透到社会生活的各个领域，到处都被买卖的原则所支配，成 了社会最普遍的关系。在社会分工条件下，市场是商品生产者出卖商品、购买生产资料和 生活资料的集结地，生产者、消费者与市场之间以及用于买卖的商品在不同地区市场之间 的空间距离上的位置移动，大批量原材料和大宗商品在各国市场间的远程运输，因此需要 更加先进的交通运输条件。手工运输阶段的交通运输设施及工具已远远不能满足商品经济 发展的需要，能适合商品经济时代的更加先进的运输方式就有了产生的社会条件。1825 年， 英国的乔治斯蒂芬森在斯克顿和达林顿之间铺设了世界上第一条客货两用的公共铁路。 很快美英和其它欧洲国家进入了铁路建设高潮，并扩展到非洲、南美洲和亚洲各国。从此， 铁路成了陆地交通的主要工具。水路运输方面，1807 年美国人罗伯特富尔顿提出了蒸汽 机作为船舶动力的方案，起名叫轮船。1836 年史密斯发明了螺旋推进器。1839 年轮船首次 安装了螺旋桨。到 19 世纪中叶被螺旋桨推进器所取代，1897 年，第一个复合往复式蒸汽 机及蒸汽涡轮先后由美国人首次成功应用于轮船上。20 后期，蒸汽涡轮取代了蒸汽机，先 由客轮开始，然后又用于货轮。 商品经济的快速发展促进交通运输条件的改善，交通运输系统在这个时期已经有了雏 形，初步形成了铁路，水路和公路为主的交通运输系统。但此时各种交通方式之间以竞争 为主，各种交通运输方式都想通过竞争占据主导地位，还未发展到联合的阶段。 3.4 现代运输阶段 随着经济全球化步伐的加快，世界各国和地区间经济、贸易以及人员往来的增多和彼 此依赖的加深，交通运输业增长方式必然发生转变，必须通过更多、更快的技术创新以适 应不断增长的需求和不断变化的形势。 公路运输方面，由于汽车的便利，世界上各先进国家均建有巨大的、经过改造的公路 系统，其中还包括超级高速公路，使得载货汽车、拖车能够运送大量的货物，极大地方便 了人们的生活。铁路运输方面所完成的改进包括焊接无缝钢轨、机械化养路设备、电子中 央控制系统、闭塞信号系统以及自动化的列车控制系统等。1964 年，日本首先推出了运行 速度高达 200km/h 以上的高速铁路系统新干线高速铁路，列车时速随后又提高到 300 km/h，自此拉开了铁路客运高速化时代。比较有代表性的是法国的 TGV 高速铁路系统， 德国 ICE3 高速列车系统等。2004 年 1 月，国务院确定到 2020 年，我国铁路营业里程将达 到 10 万 km；2008 年中长期铁路网规划 调整方案的出台，客运专线建设目标由 1.2 万 公里调整到 1.6 万公里以上预计到 2020 年，中国每小时 200 公里及以上时速的高铁建设里 程将超过 1.8 万公里。同时在大、中城市，轨道交通系统也有较大发展。目前已经超过 100 个城市建设了轨道交通系统。水路运输方面，由于科学技术的进步，船舶的载重量增加， 水上运输已经成为人们增进全球性性经济的纽带。在多种运输方式相互竞争的今天，量大 价廉和较为便捷的海上运输仍是全球性经济贸易的纽带。航空运输方面，美国的莱特兄弟 用双翼滑翔机实现了飞行的稳定性和操纵性，并研制成功了可装在滑翔机上的轻型汽油发 动机。1903 年，第一次实现了用螺旋浆作动力的飞行。此后，飞机以及航空发动机的不断 改进和完善，提高了运载能力、航程和速度，也推进了形成界范围航空网的过程。随着喷 气式客机的航行，出现了从欧洲经过北极飞往远东的新航线。航空港的建设、大型喷汽客 机的就航和飞行技术的发展，对航空运输业的发展起了很大作用。管道运输方面，20 世纪 后，大量油田的发现，使得油管运输成为一种重要的运输方式。随着技术的进步，油管运 输的货物已不仅用于原油以及汽油等，还可用来运送煤炭或石灰。 交通运输工具和技术的发展为交通运输系统发展提供了重要的物质基础，不同运输方 式在竞争的同时还进行分工协作、协调配合的重新整合，形成运输方式多样化、运输过程 统一化的交通运输系统。在系统内部各种运输方式之间有分工协作、有机结合、布局合理、 联结贯通的技术经济特点，涵盖了公路运输、水路运输、航空运输、铁路运输和管道运输 等运输方式，各种运输方式的协作、协调和协同，提高了运输效率和社会整体的经济效益， 交通运输系统的发展自此也走向成熟。 4 交通运输系统发展规律 4.1 系统结构演变趋势 全世界范围内，虽然自然地理条件有别，社会经济发展的水平及阶段各不相同，但交 通运输系统结构的发展变化趋势却呈现一定的共性。即：水路运输首先发展，随后有了铁 路；随着时间的推移，公路运输所占比重持续上升，水路运输和铁路运输比重逐渐下降； 航空运输有所增长，但所占比重不大。交通运输系统结构在演变过程中，往往是一种运输 方式替代另一种运输方式而变为主导运输方式，其次序为：铁路运输逐渐替代内河运输， 公路运输逐渐替代铁路运输。航空运输和管道运输表现为增长态势，不表现为占主导地位 的优势。运输结构变化的特点主要还是铁路、公路、水运之间承运比重的转换。交通运输 系统演变趋势主要是由各个交通运输方式自身条件所决定的，属于交通运输系统发展的内 因，各种交通运输方式的技术改进会对整个系统结构产生决定性的影响。总之，交通运输 系统内部各子系统的发展会对整个交通运输系统结构的发展起决定性的作用。 4.2 系统演变地区间差异 在交通运输系统结构演化过程中，都具有基本相似的趋势。但由于世界各地不同的国 家和地区自然地理条件、经济发展水平和各国经济制度等因素影响，交通运输系统结构在 发生重大变化的时间、变化的幅度等方面又表现出一定的差异性。这些差异之中，铁路运 输下降的幅度、航空运输及管道运输的比重等比较引人关注。造成这一现象的原因，公认 的原因是由各国的地理条件、社会经济状况、国家政策和制度等所决定的。交通运输系统 是社会经济系统的一部分，交通运输系统外的其它社会经济系统可看作其所处的环境，而 环境属于影响交通运输系统发展的外因，外因会影响交通运输系统的发展，但不会决定交 通运输系统的发展。 4.3 系统演变过程的扰动 在交通运输系统结构的演变过程中，在总体趋势不变的情况下，在某个特定的时期内， 某种运输方式在交通运输系统中的地位或总量会发生无规律的变动，与总体演变趋势相违 背。这种波动与影响结构演变的总体趋势和地区间差异无关，它是由特定的具体环境因素 所决定的。这些因素似乎与各个国家的具体个性因素无关，实际并非如此。这些因素实属 偶然的突发因素，这里称之为扰动因素。如战争对交通运输业的影响，突发性自然灾害的 影响等。这种影响会把交通运输系统发展从一种连续的形式突然地跃迁到根本不同的形式 的不连续变化，这种变化有时又被称为灾变，属于影响交通运输系统发展的外因，对此系 统的发展起影响作用而非决定作用，不能改变系统发展的总体趋势。 4.4 系统发展的区域差异 社会经济所处的发展阶段区域不同，交通运输系统中各运输方式的发展也不尽相同。 大容量运输方式在区域工业化初期和加速阶段的货运周转量增长较快，当工业化进入成熟 阶段后，即在后工业化时代或知识经济时代，大容量运输方式货运周转量增长速度很快进 入低速增长，甚至负增长。因此，一个区域在这两个阶段，交通运输系统结构中大容量运 输方式所占的比重通常占主导地位；工业化成熟阶段后，随着经济发展进入后工业化时代 和知识经济时代，公路运输相对地位明显提高。产生这种现像的原因是由于当区域处于工 业化发展初期阶段，社会经济发展以工业发展为主，因而需要大量的原材料运输和产品运 输；而在工业化成熟后，区域社会经济进入知识经济时代，经济发展主要以第三产业为主， 因而不再需要大量的运输活动。这种情况主要表现为区域间的差异，能反映区域间的经济 发展结构。 5 交通运输系统自组织演化机制研究 交通运输系统是开放的复杂巨系统，内部各层次、子系统之间构成一个相互联系、相 互包容的整体，具有一定的学习功能、自适应性和自组织性。交通运输系统发展虽表现出 多样性和复杂性，但演化过程具有“自发秩序”的存在。交通运输系统演化的初始条件、 内部诸要素具有随机性、偶然性特征，使交通运输系统发展受到不同外在环境的影响，发 展过程表现迥异，形成不同的交通运输功能、形态、结构。因此，没有也不可能有完全相 同的交通运输系统，但多数交通运输系统又具有类似的本质和生成发展规律，存在着系统 构成、功能、信息等方面的自相似性。总体上看，交通运输系统内部发展存在着自组织规 律性，对外部环境形成自适应能力。 物质、能量、资金、信息等要素在空间不断流动，通过分化和整合产生新秩序，构成 交通运输系统的开放性、远离平衡性、非线性作用及涨落等自组织要素和条件，使交通运 输系统具有典型的耗散结构特征。交通运输复合结构的形成，并非来自于系统外的特定干 预，而是在人的参与下，受交通运输系统内、外环境变化的随机影响，在社会、经济变动 和文化适应等多因素的综合作用下，内部要素非线性相互作用的结果，具有自组织机制。 探讨交通运输系统及演化过程的机理和特征，对于解析交通运输系统、透视其本质，理性 地把握交通运输系统发展方向，有序推进其现代化进程，使交通运输系统更好地为人类经 济、社会生活服务，在当前我国快速发展大运输体系的时代背景下尤为必要。 5.1 交通运输系统的自组织性 自组织是一个系统通过与外界交换物质、能量和信息降低自身的熵含量，受内在机制 驱动，自行从简单向复杂、从粗糙向细致方向发展演化，不断提高自身结构有序度和自适 应、自发展功能的过程。城市系统中的物质流、能量流、信息流、人口流、资金流等相互 作用、相互影响、相互制约，可以逐步培育起城市的自组织、自学习、自适应能力。交通 运输系统的自组织性主要体现在以下几个方面： 1.交通运输系统的开放性 一个系统之外的一切与它相关联并对系统产生影响的事物构成的集合称为该系统的环 境，交通运输系统所处的环境就是社会经济环境。交通运输系统在社会经济环境中存在、 运行、演化、延续，系统的结构、状态、属性、行为都在一定程度上与社会经济环境相关 并受其影响。因此，交通运输系统是一个典型的开放系统，与外界环境存在着各种要素的 交流。交通运输系统的开放性特征表现为两方面：第一，交通运输系统与社会经济系统保 持着广泛联系，不断从系统外引入负熵流（资金和技术） ，维持自身结构的有序。从交通运 输系统发展史来看，交通运输系统从低级到高级的发展过程中，开放度不断增强，聚集和 扩散作用场不断拓宽，使系统内外有更多的能量交换，促使交通运输系统逐步向更高层次 的有序结构发展。第二，交通运输系统的开放又是相对开放，开放度不可能一味扩大。完 全开放意味着丧失自我，容易成为环境或其他系统的附庸，所以交通运输系统有一定边界， 用于界定和过滤外来的物质、能量和信息，使外部输入平权化。开放性使交通运输系统处 于与周边环境不断发生相互作用的状态，有利于交通运输系统的成长和演化。 2.交通运输系统的非平衡性 交通运输系统一定程度的开放，使得交通运输系统与外部环境之间有了交流的可能， 而要真正形成作用“流” ，两者之间还必须存在一定的势差。交通运输系统在不同区域在地 理、生态、社会和经济系统等时空上的差异和不同运输方式之间规模上存在的差异，即交 通运输系统的非平衡性，正是形成“流”的重要原因。从区域范围看，交通运输系统的供 给能力与社会经济系统的需求能力的不平衡，就会引发社会经济系统中的资金和技术流向 交通运输系统，促进交通运输系统的发展；各种运输方式及其规模的不平衡，易于形成不 同运输方式之间优势互补，引发各种运输方式之间物质传送流动物质流；各种运输方式 在特定的自然环境中的分布上的不平衡性，造成各种运输方式之间非平衡性；在城市内部， 由于空间区位、用地属性及人口密度等不均衡导致各种交通运输设施小范围内不平衡等。 此外，非平衡特性还使交通运输系统的发展、演化成为可能。 3.交通运输系统的非线性 交通运输系统还是一个复杂非线性动力学系统，系统中各个要素或子系统并非简单的 并置或叠加，而是存在着普遍的非线性相互作用。任何一个要素的变化不只受另一个因素 的单一影响，往往受到多种因素的综合作用。一些因素对该要素的变化起正反馈效应，另 外一些因素则可能恰恰相反，同一因素也可能同时起到刺激和抑制的双向作用；而且，某 一要素的变化有时会“牵一发动全身” ，引起一连串的连锁反应产生“蝴蝶效应” 。对外界 刺激的响应上，交通运输系统往往表现出与外界刺激目的有本质区别的行为和结果，原因 就在于系统内部的非线性作用。城市系统内部的非线性作用一方面使远离平衡态的交通运 输系统容易形成新的有序结构，另一方面使交通运输系统的演化具有多样性和不确定性。 4.交通运输系统的涨落 交通运输系统呈现出的状态不仅是系统中单一状态的总和，而且是一个综合平均的效 应，内部存在着涨落现象，如运输设备增减、交通运输方式发展里程波动、道路拆建和新 的交通运输方式出现等。交通运输系统的涨落贯穿于交通运输发展的各个阶段及空间表现 上，促使交通运输系统功能与结构不断调适，推动交通运输系统的演化、发展。只要涨落 保持在一定限度内，系统的内部组织就能继续维持，对于系统的较小破坏，可通过自组织 性加以“治愈” ；如果涨落超过一定限度，会使系统失去稳定，可能逐步走向崩溃或转化为 新的组织结构。交通运输系统从单一的交通方式开始，通过涨落自行增强，自发地形成新 结构，新的空间组织形式一次又一次在涨落中涌现。 交通运输系统具备开放性、不平衡性、非线性相互作用和内部涨落等自组织判据条件， 可判定交通运输系统具有明显的自组织特征。 5.2 交通运输系统演化机制 交通运输系统是一定区域环境下的众多交通运输方式组成一个有机的整体网络，相互 作用、共同演化。交通运输系统的演化过程可分为两种不同的生成发展模式：一种是自然 聚集( 自下而上)，即自组织生长，是市场主导型，即在市场需求的基础上由市场机制引导 建立起的交通运输系统；另一种是在政府主导下建立起的交通运输系统，也可称为“自上 而下或组织型生长” 。这两种模式相互交错、相互溶合，共同作用。 “自下而上”是一个典 型的自组织过程，从原始运输方式到出现马车、轮船、马车、汽车、火车和航空运输等， 进一步发展为不同交通方式间的联合运输的变迁演化过程中，系统依靠自身聚集和辐射能 力的不断增强，自行地由低层次、小规模、单一的，向高层次、大规模和复合的交通运输 系统功能和形态转化，逐步发展为一个有机整体。交通运输系统发展不是一个匀速、线性 的过程，而是一个非线性、不可逆的动态演化过程，具有自组织机制。具体表现于以下几 方面： 1.系统内部竞争与协同 自组织系统演化的动力来自系统内部的两种相互作用力：竞争与协同。竞争是系统演 化最活跃的动力，一方面形成系统远离平衡态的自组织演化条件，另一方面直接推动系统 向有序的高级结构演化。子系统之间的协同使非平衡条件下子系统的运动趋势得以放大， 形成序参量逐渐占据优势地位，进而支配或伺服系统整体的演化。 形成耗散结构后，竞争与协同共同决定着交通运输系统的命运，承担着交通运输系统 演化的任务。由于内部元素发展的不平衡性，交通运输系统众多子系统之间不可避免地存 在着竞争与协同作用。竞争不仅体现在影响交通运输方式发展的技术因素选择上，还体现 于技术与组织人员以及组织人员之间，人们在交通运输系统规划、设计、使用上的不同认 识和观念，扮演角色和利益格局的差异，是产生竞争的直接原因。协同作用主要体现在技 术系统与组织人员之间，人与技术系统之间的协作显得尤为突出。竞争导致交通运输系统 内部新思想、新方法和新观念不断形成，防止系统进入平衡态，推动系统新质产生，促成 系统的动态有序；协同则能够保证新质逐步稳定下来，防止过度竞争导致交通运输方式之 间无序状态的产生，使交通运输系统演化的方向得以明确，并使得不同运输方式之间的合 作成为可能。因此，完善系统内部的竞争与协同机制是保证交通运输系统自组织演化顺利 进行的关键。 2.系统发展的渐变与突变 交通运输系统演化受到系统内、外因素的共同作用，表现为继承和创新、遗传和进化 的过程。系统内因素是指交通运输系统内部功能的变化，以及与之对应的各种调整，外部 因素是指文化、技术、政治、经济等间接对交通运输系统产生影响的因素。在结构不变的 情况下，交通运输系统能够自发地调整空间组织和发挥多种功能的潜能，取得与新功能相 互适应的关系，这种调节体现出系统演化的有机性和整体性，但过程较为缓慢，表现为系 统的渐变。当交通运输系统发展只有进行结构调整后才能适应新的功能要求时，交通运输 系统就会发生质的变化，形成突变；此时，交通运输系统结构对新功能做出适应，新功能 本身也在此过程中做出配合，逐步建立起一种新的动态平衡。以上这两种变化的原因属于 系统变化的内因，对系统变化起着决定性的影响。 当然，交通运输系统演化并不是一味扩张或收缩的单向过程，而是一个不断调整、不 断跃迁的过程，这种调整和跃迁形成交通运输系统发展中短暂或持续的振荡。各个子系统 相互关联、相互影响，使交通运输系统的演化呈现出一种复杂景象：渐变伴随着突变、继 承中伴随着创新。 3.系统结构的分叉与选择 分叉特征是指系统对初始状态的高度灵敏，所处环境各不相同，内部要素之间的相互 作用存在差异，导致城市演化轨迹千差万别，演化结果存在着不确定性，具有多种可能性。 分叉使交通运输系统的发展演化结构具有多种可能性。交通运输系统究竟实现何种可能性， 取决于发展过程中的选择。面对分叉，一些偶然性因素可能促使交通运输系统对发展做出 某种无意识的选择，没有任何他组织干预，属于自发选择；同时，作为交通运输系统的建 设管理者，往往从自身意愿出发对交通运输系统发展做出一定的规划、设计，面临交通运 输系统发展的分叉点而人为地做出选择，这种他组织安排也对交通运输系统结构发展产生 影响，但必须以自组织为基础，否则易产生负面效应。 交通运输系统结构的形成与发展是从一个或多个分叉点(生长点) 开始，最初的生长点 往往符合最佳区位原则，如军事要地、制造中心、商业中心、金融中心、交通枢纽城市等， 一旦形成这样的生长点，交通运输系统便开始其演化历程。交通运输系统演化过程中受到 政治、经济、科技、文化等多种因素的影响，规模不断扩大、功能不断增强，形态上表现 出分形特征。交通运输系统系统的自相似性和无标度性构造了自身的分形方式，形成嵌套 在不同层次演化、出现和交替的自组织整体复杂形态，反映出交通运输系统复杂性中存在 的规律性和自组织性。 4.系统演化的混沌与有序 交通运输系统作为复杂系统，各种因素的相互交织，建构着错综复杂的关系网络。交 通运输系统通过混沌的随机涨落，诱发现有结构的解体，催化新结构的形成，实现交通运 输系统的渐变及质的突变与跃升。交通运输系统发展包含着反应循环、催化循环和超循环 三个等级的循环，其中非线性的混沌因素起主导作用。但作为一个整体，交通运输系统又 是一种确定性系统，其所处的地域状况、社会经济结构等因素决定交通运输系统总体分布 状况是确定的。因此，交通运输系统表现为确定性中具有不确定性，而不确定性行为又包 容有确定性因素，系统发展进程既有混沌的一面，又具有有序特征。 交通运输系统发展的空间表现往往是有序的，而时间上却是混沌的。所谓空间有序是 指交通运输系统体系分布和单个交通运输方式的空间发展不是随机、不可预测的，而是在 一定自然和社会经济条件约束下，按特定的规律发展、演化。交通运输系统发展速度快慢 则与机遇有关，难于预测，在时间上表现出混沌性。 总之，交通运输系统演化是一个动态、长期、不可逆的过程，不断受到系统内外两方 面因素的影响，演化过程既遵循着必然性，又具有一定的偶然性，交通运输系统形态既有 机统一又丰富多彩，各子系统之间形成一种非线性的耦合。交通运输系统演化所达到的阶 段和进程不同，对应着不同的性质和规律，有着不同的结构和形态，在自组织机制下形成 多样性和复杂性。 6 交通运输系统发展动力机制研究 交通运输系统的发展主要有两个动力因素，一是不断追求自身发展，为经济社会提供 更好的运输服务；另一个是社会经济系统对交通运输系统不断提出新的需求，促使交通运 输系统不断向前发展。因此，科技是推进交通运输系统自身发展的动力，经济发展则对交 通运输有积极的拉动作用。 6.1 科技进步动力机制 近 200 年来现代交通运输的发展发生的几次重大变革，主要都是是科技进步导致出现 新的运输式。这些新运输方式包括：1807 年在美国出现的轮船运输，1825 年在英国出现的 铁路运输，1865 年在美国出现的管道运输，1887 年在德国出现的汽车运输，1903 年在美 国出现的航空运输。这些运输方式相继出现之后，使交通运输系统发展的重点发生转移， 并打破了原有运输体系而成新的运输体系，推动了交通输系统不断由低级向高级的演进。 交通运输系统发展重点的转移主要是技术进步所致，交通运输系统的技术进步大致可 归为两类：一是新的先进的运输方式的诞生，另一类则是原有的运输方式本身的技术性能 的改善等。对于第一类技术进步，可以认为将会带来整个运输结构的重大变革，如铁路的 出现，使得运河运输趋于消失从而导致整个运输结构的变化，同样公路运输的发展，使得 铁路运输的主导地位受到挑战，并开始逐步让位于公路运输。第二种技术进步是指原有的 运输方式的技术性能的改善。这种技术进步一般来说，只会对整个运输结构发生局部的、 小规模的影响，不会导致运输结构的大变革。如高速铁路是由于新技术的使用使得铁路运 力大增，高速公路也是通过对原有公路的技术改造而成，以及各种最新科技用于交通工具 的更新，使得传统的运输方式得到了很大的发展。 6.2 经济发展动力机制 随着社会经济的发展，产品生产和消费在位置空间上的背离矛盾不但不会消除，而且 会呈现扩大的趋势。这种趋势带来的直接影响就是对交通运输能力越来越大的需求。从系 统观来看，由社会发展所引起的对交通运输的需求就是交通运输系统所处的外在环境，环 境的需求促使交通运输系统适应社会环境的发展。因此社会发展是交通运输系统发展的外 部动力因素。 工业革命发生以前，这个阶段没有形成完整的交通运输市场，此时的社会经济发展对 交通运输系统的依赖性比较小，社会经济环境对交通运输系统发展的促进作用极其微小。 工业革命使得交通运输系统与社会经济发展的传统关系发生了根本性的变化，许多国家都 开始了大规模的水陆交通建设，交通运输系统对工业革命起到了决定性的影响。在时快速