交通运输系统工程课件.ppt

1、系统工程（Systems Engineering, SE） 交通运输系统工程,Why? 时代特征及社会发展趋势 经济全球化 动态市场带来挑战和机会（变化） 社会加速信息化 创新开始成为时代的最强音 社会进入合作竞争新时代 （COOPETITION） 可持续发展引起普遍关注,引言: Why,“要学一点 系统工程”,引言: What,What? 引例：泡茶问题 开水没有，开水壶要洗，茶壶茶杯要洗，火已升了，茶叶也有了，想泡壶茶喝，怎么办?”,引言: What,一、问题描述 目标：喝到一碗清新的热茶。 条件：已有一个茶壶、一包好茶叶、一个 燃着的火炉和可用的凉水水源。 其它要求：以最节约资源的方式实

2、现目标。 研究任务：合理安排各道工序，设计一个 解决泡茶问题的行动计划。,引言: What,二、系统分析 1.列出泡茶所需的全部工序 2.确定每道工序所需的时间 3.确定各道工序之间的时间连接关系 4.定性分析有几种备选方案 5.计算每种方案所需的总时间 6.做出比较结论,工序分析,引言: What,引言: What,定性策划几个备选方案 甲：洗净水壶；灌上凉水；壶放在火上；等水开；水开后，以最快的速度洗茶杯，找茶叶；泡茶，待茶泡好；喝茶。 乙：洗净水壶；洗茶杯；找好茶叶；灌凉水；壶放火上；等水开；水开后，用准备好的茶杯、茶叶泡茶；等待茶泡好；喝茶。 丙：洗净水壶；灌凉水；壶放火上；洗茶杯；拿

3、茶叶；水开之前，可干一些其它事；水开，泡茶；喝茶。,引言: What,方案分析 甲方案总时间=1+0.5+0.3+15+2+2.2=21 乙方案总时间=1+1+1+0.5+0.3+15+2.2=21 丙方案总时间=1+0.5+(0.3+15)+2.2=19 建议方案：丙（满足目标、要求）,引言: What,几大步骤： 确定问题 目标分析 需求分析 方案策划 系统分析（统计、计算、比较） 决策建议 方案实施 系统原理：最优化、并行统筹、工序图法,引言: When,第1章 运输系统2 第2章 运输系统工程2 第3章 运输系统分析4 第4章 运输系统预测6 第5章 运输系统优化控制6 第6章 运输系

4、统综合评价4 第7章 运输系统决策4 第8章 运输系统模拟4,重点章,引言: Who/Where,Who/Where? Who 学生为主体，教师为主导。 Where 将课堂内外的学习结合起来！,引言: How,How? 建议： 注重系统思考 坚持问题导向 采用系统化方法 教学要求：上课及考核 教学参考书： 汪应洛主编，系统工程（第3版），机械 工业出版社，2003.8,引言: How,应用系统工程方法去解决运输系统的问题时，有两个重要的特点： 1、要从系统的观点出发； 2、要建立问题的系统模型。 我们将在论述系统思想和系统理论的基础上，较详尽地介绍系统工程的分析、预测、控制、评价、决策、模拟等

5、方法，以及如何在交通运输领域中应用这些方法。,第一讲 运输系统,一.系统思想的产生、 发展 二.系统的概念与特征 三.系统理论 四.系统分类 五.交通运输系统,本章重点,第一节 概述,系统思想的发展经历了三个阶段，即：“只见森林”（朴素的系统思想）阶段“只见树木”阶段“先见森林，后见树木”（科学的系统思想）阶段。 古代中国和古希腊在系统思想的产生与早期发展中具有突出地位和贡献。,一.系统思想的产生、发展,现代科学技术的发展以及计算机技术和信息技术的高度发展，使系统思想方法从一种哲学思维逐步形成了独特的系统理论，并在此基础上形成了一门专门的科学系统科学。,二、系统的概念与特征 1、 一切系统都具

6、有以下几个共同点： 第一，系统是由两个以上的要素组成的整体。 第二，系统的诸要素之间、要素与整体之间、以及整体与环境之间存在着一定的有机联系。 第三，系统要素之间的联系与作用必产生一定的功能。这种功能是由系统内部要素的有机联系和系统的结构所决定的。, 系统与要素之间的相互作用 系统通过整体作用支配和控制要素 要素通过相互作用决定系统的特性和功能 系统与要素的概念是相对的 定义：系统就是由两个或两个以上相互区别、相互联系而又相互作用的要素组成，在一定的阶层结构形式中分布，在给定的环境约束下，为达到一定目的而存在的有机整体。,三、系统的六大特性 整体性 一般来说，系统的整体功能大于各组成要素的功能

7、总和。 F Fi “三个臭皮匠，赛过一个诸葛亮”； 特殊情况：“一个和尚挑水吃，两个和尚抬水吃，三个和尚没水吃” 要使得整体的功能大于部分功能之和，组成该整体的各要素必须协调统一。,集合性 系统的集合性表现在：要素之间的相互区别性，且随时间变化而变化，具有一定的动态特征。 有序性（层次性） 表现在要素在系统中所处的地位不同，从而形成了不同的层次，该层次决定了系统内物质、信息和能量的流动。,相关性： 必须努力建立起系统各要素之间的合理关系，以消除相互间的盲目联系和无效行动。 目的性 环境适应性：,例：城市交通综合系统,四、系统理论 当代科学技术的发展有两个显著的特点： 一、向深度发展，科学研究的

8、对象越来越专一，学科分类越来越精细，新领域、新学科、新专业不断产生； 二、各学科之间、各技术之间以及科学和技术之间又相互渗透、相互交叉、相互移植，而使得科学技术日趋整体化、综合化。 系统理论就是现代科学技术整体化、综合化的产物。,系统理论包括： 1、老三论（形成于本世纪四十年代）：一般系统论、控制论和信息论。 2、新三论（形成于本世纪七十年代）：耗散结构理论、协同论和突变论。, 一般系统论,奥地利理论生物学家贝塔朗菲1945年发表关于一般系统论 研究复杂系统一般规律的学科 基本观点： 系统观点：整体性 动态观点：（动态性取决于相关性） 等级层次观点：有序性（结构或空间；发展或时间）, 控制论,

9、维纳于1948年出版了控制论一书 经典控制论现代控制论大系统控制理论 对系统方法的启示： 黑箱-灰箱-白箱法 功能模拟法 形式化、数量化、最优化方法, 信息论,美国数学家申农（C.E.Shannon）和维纳 （信息科学）以信息为主要研究对象，以信息的运动规律和应用方法为主要研究内容，以计算机、光导纤维等为主要研究工具，以扩展人类的信息功能为主要研究目标。 类比方法 统计方法 信息方法（运用信息的观点，把系统看作是借助于信息的获取、传递、加工、处理而实现其有目的性的运动的一种研究方法）, 耗散结构理论,耗散结构理论是十九世纪70年代由比利时物理学家普利高津提出来的。耗散结构是与平衡结构相对的。

10、主要观点如下： 1、开放系统是产生耗散结构的必要前提，同时也是耗散结构得以维持和存在的基础。 2、非平衡态是系统有序之源。 3、系统的涨落导致系统走向有序。, 协同学理论,协同学（Synergetics）理论也是在十九世纪70年代产生的，是由联邦德国的物理学家哈肯提出来的。 主要观点如下： 1、协同导致有序。所谓协同，就是协同作用。 2、自组织理论。所谓自组织，哈肯特别强调指的是系统在没有外部指令的条件下，其内部子系统之间能够按照某种规则自动形成一定的结构和功能，它具有内在性和自主性。自组织理论是协同学的核心。, 突变论,突变论是1972年，由法国数学家托姆（Rene Thom）提出来的。 突

11、变理论是从量的角度研究各种事物的不连续的变化的，并试图用统一的数学模型来描述它们。突变论以结构稳定性为基础，通过对系统稳定性的研究，说明系统的稳态与非稳态、渐变与突变的特征及其相互关系，揭示系统状态演变的内部因素与外界条件。,7、超循环理论（hypercycle theory） 1971，德国生物物理学家 M.艾根研究分子自组织的一种理论。 8、微分动力系统（differential dynamical systems） 60年代初，S.斯梅尔、廖山涛（北大数学教授） 系统科学的一个数学分支。主要研究随时间演变的动力系统的整体性质及其在扰动中的变化。,9、分岔理论（bifurcation th

12、eory） 50年代，苏联学者A.A.安德罗诺夫等 研究分岔现象的特性和产生机理的数学理论 10、泛系理论（pansystems theory） 1976，吴学谋（中科院武汉数理所研究员） 一种研究广义系统、关系的理论和方法，又称泛系方法或泛系方法论 11、灰色系统理论（gray systems theory） 1979，邓聚龙（华中科技大教授） 关于信息不完全或不确定系统的控制理论，应用在系统预测等方面。,12、复杂系统理论 以非线性自组织理论为核心的系统理论（欧洲学派） 以圣菲研究所（SFI）为代表的理论框架，其代表性理论是1994年霍兰提出的CAS（复杂适应系统）理论（美国学派） 以开放

13、的复杂巨系统理论为核心的理论体系（中国学派）,钱学森 “ 我认为把运筹学、控制论和信息论同贝塔朗菲（一般系统论）、普利高津（耗散结构理论）、哈肯（协同学）、艾根（超循环理论）等人的工作融会贯通，加以整理，就可以写出系统学这本书了。”,系统科学是在自然科学、数学科学和社会科学三大科学之外形成的一个崭新的科学技术学科。 按照钱学森同志的观点，系统科学包括：工程技术系统工程；技术科学运筹学、控制论和信息论；基础科学系统学；又从系统学这座桥梁系统观，达到人类知识的最高概括马克思主义哲学。所以系统科学体系可以表达为：工程技术、技术科学、基础科学和哲学四个层次 。 整体思想和联系思想是系统思想的核心与实质

14、。,五、系统分类,1自然系统和人造系统 2实体系统和概念系统 3封闭系统和开放系统 4静态系统和动态系统 思考题：系统工程研究什么样的系统问题？,五、交通运输系统,（一）交通运输系统的结构及特点 1铁路运输系统 2公路运输系统 3水运系统 4航空运输系统 5管道运输系统,（二）交通运输业的发展历程,以机器应用为标志的近现代交通运输业，大致经历了以下四个发展阶段： 一、以水运为主的阶段（18世纪-19世纪上叶）； 二、以铁路为主的阶段（19世纪30年代-本世纪30年代）； 三、公路、航空、管道三种运输方式崛起的阶段（本世纪30年代-50年代）； 四、五种运输方式协调发展的综合运输体系阶段（从本世

15、纪50年代开始）。,（三）交通运输系统的性质及地位与作用,1性质 （1）对于国民经济系统具有基础性； （2）对于空间、地域与时间具有较强的依附性，即具有不可挪动性； （3） 对社会和经济系统的贡献具有间接性和隐蔽性； （4）交通运输系统内部各种运输方式在一定程度上具有可替代性。,2交通运输系统的地位与作用,（1）交通运输系统是国民经济发展的先决条件。 （2）交通运输是实现流通的物质手段。 （3）交通运输是开发资源、联系城乡、发展横向联合、 实现生产力合理布局的纽带。 （4）交通运输业是国民经济的重要生产部门，又是工业 生产的巨大市场。 （5）交通运输是实行对外开放、发展对外贸易的必备条 件。

16、（6）交通运输对社会精神文明建设起着积极的促进作用。,思考题,1、选择一个你所熟悉的系统问题说明：(1)系统的功能及其要素；(2)系统的环境及输入、输出；(3)系统的结构(最好用框图表达)；(4)系统的功能与结构、环境的关系。 2、说明系统一般属性的含义，并据此归纳出若干系统思想或观点；,第二章 运输系统工程,第一节 系统工程 第二节 运输系统工程,本章重点,第一节 系统工程（SE）,一、系统工程的发展概况 二、系统工程在我国的发展及应用 三、系统工程的定义及研究对象 四、系统工程的内容 五、系统工程方法论 六、系统工程在科技知识体系中的位置 七、系统工程的技术内容,本章重点,第一节 系统工程

17、,一、系统工程的发展概况,二、系统工程在我国的发展及应用,上世纪50至60年代，我国的一些研究机构和著名学者为SE的研究与应用作了理论上的探讨、应用上的尝试和技术方法上的准备。其主要标志和集中代表是钱学森的工程控制论、华罗庚的统筹法和许国志的运筹学。 我国大规模地研究与应用SE是从70年代末、80年代初开始的。,1978年9月27日，钱学森、许国志、王寿云在文汇报发表题为“组织管理的技术系统工程”的长篇文章； 从1978年起，西安交大、天津大学、清华大学、华中理工大学、大连理工大学等国内著名大学开始招收了第一批SE专业硕士研究生； 1980年11月，中国系统工程学会在北京成立； 1980年10

18、月至1981年1月，中国科协、中央电视台会同中国系统工程学会、中国自动化学会联合举办“系统工程电视普及讲座（45讲）”，取得了良好的社会效果。,70年代末以来，应用SE理论和方法来研究与解决我国的重大现实问题，在许多领域和方面取得了较好的效果，如：人口问题的定量研究及应用（始于1978年）、2000年中国的研究(1983至1985年）、全国和地区能源规划（始于1980年）、全国人才和教育规划（始于1983年）、农业系统工程（始于1980年）、区域发展战略（始于1982年）、投入产出表的应用（始于60年代和1976年）、军事系统工程（始于1978年）、水资源的开发利用（始于1978年）等。 90

19、年代以来，系统工程在与企业发展结合、与现代信息技术结合、与实施可持续发展战略结合、与思维科学结合等方面已具有初步结果和强劲势头。,1、定义 系统工程是用系统科学的观点，合理的结合控制论、信息论、运筹学、社会科学、经济管理科学、现代数学的最优化方法以及电子计算机和其他有关工程技术，按照系统开发的程序和方法去研究和建造最优化系统的一门综合性的管理工程技术。 由此可总结出系统工程的四个主要特点： 1）“一个系统、两个最优”：目标和方法最优 2）以“软”为主 3）综合性强：应用知识和技术；各相关专业专家 4）咨询性：不参与决策,三、系统工程的定义及研究对象,2、研究对象 大规模复杂系统 该类系统的主要

20、特点有：规模庞大、结构复杂、属性及目标多样、一般为人-机系统、经济性突出等。 3、系统工程的本质特征 是一门“社会技术”学科，与其他工程相比，有三大不同： “工程”概念不同 研究对象不同 研究方法不同,四、SE的内容,SE是用来开发、运行、革新一个大规模复杂系统所需思想、程序、方法的总和（或总称）。 SE强调以下基本观点： (1) 整体性和系统化观点（前提） (2) 总体最优或平衡协调观点（目的） (3) 多种方法综合运用的观点（手段） (4) 问题导向及反馈控制观点（保障）,五、系统工程方法论（立足整体、统筹全局）,1、硬系统方法论 硬系统：即指“结构化”的系统，一般该类系统问题的目前状态和

21、期望达到的未来状态是明确的或可以确定的。 系统工程人员所要做的工作就是选择合适的方案是目前状态顺利过渡转化成未来状态。,方法特点： 强调明确目标，核心内容是系统分析和优化，多用定量分析方法。 适用范围： 大型的工程建设项目,代表：霍尔三维结构 A.D.Hall 1969,系统工程活动 矩阵：T-L,应用企业管理系统工程活动矩阵（框架H；内容C）,2. 软系统方法论（切克兰德）软系统：这类问题往往涉及人的主观因素、系统目标不够明确、评价指标不够清楚、目标是否达成取决于人的主观因素。分析过程：,方法特点： 定性、定量相结合，以定性为主， 方法核心不是最优化而是比较，从比较中学习改善现状的途径。 适

22、用范围： 企业管理、规划、政策制定、策略制定等战略问题的研究,3.两种方法论的比较,相同点： 问题导向；注重程序及阶段； 不同点： (研究对象或应用领域、基本方 法、核心内容或关键点、反馈机 制、),六、系统工程在科技知识体系中的位置,七、系统工程的技术内容,运筹学 概率论与数理统计学 数量经济学 技术经济学 管理科学 计算机科学等,八、实例,例：某市公交线路与公交车时刻表的拟定问题 问题描述：某市有公交车100辆，行驶路程达3000km，开始几年，经营状况良好，日载容量不超过可容载客量的50%，过了几年之后发现，路线行程增加很快，但乘客与可容载客量之比不断下降，而高峰与平均运输量只差增加很快

23、，如何把有限的车辆部署好，特别是高峰期，就成为一个严重问题，请结合系统工程的分析方法对该问题进行分析。,常见公交时刻表,分析过程如下： 目标的确定 拟制一套方法来制定、试验和鉴定行车时刻表，使政府有利可图同时使供需相对平衡。 模型的拟制 影响发车时刻表制定的因素：各站上下乘客量、行驶路线、行驶频率、调配车辆、跟车工作人员等 收集资料：实地调查 资料分析使用：起终点矩阵 制定行驶路线、确定发车频率、制定时刻表 模型检验,第二节 运输系统工程,交通运输系统工程：以交通运输系统的整个运输活动为对象，运用系统工程的原则和方法，为运输活动最优规划和计划，进行有效的协调和控制，并使之获得最佳经济效益和社会

24、效益的组织管理方法。 内容：运输系统的分析、预测、控制、评价、决策、模拟等方法，以及如何在交通运输领域中应用这些方法。,思考讨论题,1、请总结系统工程(学)的特点。 2、结合系统工程应用领域，说明系统工程在你所学专业领域的可能应用及其前景。,第三章 运输系统分析,第一节 系统分析概述 第二节 运输系统目的重审 第三节 运输系统结构分析 第四节 运输系统与环境的影响分析,本章重点,1.系统分析概念 系统分析（SA）是在对系统问题现状及目标充分挖掘的基础上，运用建模及预测、优化、仿真、评价等方法，对系统的有关方面进行定性与定量相结合的分析，为决策者选择满意的系统方案提供决策依据的分析研究过程。 S

25、A是SE的核心内容、分析过程和基本方法。,第一节 系统分析概述,系统分析中的逻辑,2、系统分析基本要素,目标 可行方案 模型(结构、数学、仿真) 费用 效果 评价,3、系统分析流程,初步SA,规范分析,综合分析,4、SA的特点,（1）问题导向 （2）以整体为目标 （3）多方案模型分析和选优 （4）定量分析与定性分析相结合 （5）多次反复进行,5、系统分析的准则,外部环境与内部条件相结合 当前利益与长远利益相结合 整体效益与局部效益相结合 定性分析与定量分析相统一,第二节 运输系统目的重审,一、原则 1、技术上先进； 2、经济上合理、有效； 3、与其他系统兼容、协调； 4、对客观环境变化的适应,

26、二、内容： 1、目的必要性 现有系统是否出现了不适应情况； 由于科技的进步，现有系统是否过于落后必须更新； 是否出现了功能超过现有系统的竞争系统； 系统的用户是否提出了新的要求。 2、目的可实现性 系统目的科学性；系统目的的可实现性 3、目的完善性 用户要求的多样性和本身多层次的体现 4、有无具体的指标体系 目的目标指标,第三节 运输系统结构分析,一、系统结构定义 系统内部各要素相互联系、相互作用的方式或秩序，使系统保持整体性及具有一定功能的内在根据。 二、系统结构与系统功能的关系 1、结构是完成功能的基础 2、不同的系统结构产生不同的系统功能和功能效率,三、运输系统结构分析的内容 1、系统组

27、成要素和系统结构分析 2、系统结构的稳定性分析：在其寿命期内可靠的完成系统应有的功能的能力 3、合理性分析：结构决定功能 运输系统是否优良体现在：与国民经济其他系统之间保持一种优化的比例关系；内部五种运输方式之间保持一种优化的比例。 合理的运输系统结构是什么样的呢？,运输系统的合理结构交通运输通道 定义：由公路、铁路、航空等多种运输方式线路组成的客货流密集地带，承担较大运量的中长途运输,是各种运输方式的最佳组合和补充。,四、系统结构分析方法结构分析法,原理：根据系统中各要素之间的关系来分析系统结构，利用图论中的关联矩阵原理建立结构模型，定量描述这些关系。 步骤： 1、提出问题 2、确定要素集合

28、S，并将各要素编号，记 3、找出各要素之间的直接关系，且引入如下二元关系： 以建立各要素之间的直接关系矩阵M；,4、通过对M的计算，得到可达矩阵T： 5、将T分解成两个集合： R(Si)：Si的母集合 A(Si)：Si的子集合 6、计算母集合与子集合的交集，满足R(Si)A(Si)=R(Si) 的要素就是系统的最上位要素。 7、去掉最上位要素重复步骤6，依次分出系统的第二层、 第三层直至最下层要素。 8、根据上述分析，画出系统的层次结构图。,递阶结构模型,例1 某系统由七个要素（S1，S2，S7）组成。经过两两判断认为：S2影响S1、S3影响S4、S4影响S5、S7影响S2、S4和S6相互影响

29、。这样，该系统的基本结构可用要素集合S和二元关系集合Rb来表达，其中： S = S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7 Rb = （S2，S1），（S3，S4），（S4，S5），（S7，S2），（S4，S6），（S6，S4）,第四节 运输系统与环境的影响分析,运输系统与环境的关系 互依关系：交通运输与国民经济 竞争关系：各运输方式 吞食关系：交通与环境 破坏关系：消弱,复习思考题,1、什么是系统分析?它与系统工程关系如何? 2、系统分析的要素有哪些? 3、你如何正确理解系统分析的程序? 4、系统结构分析的步骤是什么? 5、进行系统分析的原则及要求有哪些？ 6、请通过一实例，说明应用系统分析的

30、原理。,练习题：,1、某系统由五个要素（S1，S2，S5）组成。经过两两判断认为：S2影响S1、S3影响S4、S4影响S5、S5影响S1、S4和S2相互影响。试分析该系统中各要素的递解层级结构。 2、影响停车需求预测的因素主要有：规划区内土地利用状况、停车管理水平、机动车保有量、人口及社会经济状况等五个方面，试用系统结构分析方法分析各要素对停车需求预测的影响程度。,第四章 运输系统预测,“人无远虑，必有近忧” “凡是预则立，不预则废”,第四章 运输系统预测,第一节 概述 第二节 定性预测方法 第三节 定量预测方法,第一节 概述,一、预测的概念 根据客观事物的过去和现在的发展规律，借助科学的方法

31、和手段，对事物的发展趋势和状况进行描述分析，形成科学的假没和判断的一种科学理论。 二、预测的基本原理 整体性原理 可知性原理 可能性原理 相似性原理 反馈原理,三、预测的步骤 (1)确定目标 (2)确定预测要素 (3)选择预测方法 (4)收集和分析数据 (5)建立预测模型 (6)模型的分析 (7)利用模型预测 (8)预测结果的分析,四、预测的基本要素 时间 数据 模型 费用 精度 实用 在预测方法学上，15年-30年是最难预测的时间段,五、预测的分类,1、按预测技术的性质分类 (1)定性预测:专家调查法、市场调查法、主观概率法、交叉概率法、领先指标法、类推法等 (2)定量预测： 外推法：时间序

32、列方法； 因果法：回归分析法、经济计量法、投入产出法、系统动力学方法等 其他定量方法：灰色预测法、神经网络预测法等 2、按预测对象分类 (1)社会预测 (2)经济预测 (3)科学预测 (4)技术预测 (5)军事预测,六、运输系统预测,目的：系统投资、规划的需要； 系统评价的需要。 特点： 外部：影响因素复杂，全面考虑其他子系统的影响 ； 内部：系统的运输能力与需求往往会产生不一致、不协调的状况，预测时须考虑运量的特点：正常运量、转移运量、新增运量； 内部各运输方式之间的竞争决定了预测时要考虑某种子系统的建设对其他子系统的影响及对运量变化的影响。,第二节 定性预测方法,一、集思广议法（智暴法）

33、二、德尔菲法 三、对比类推法 四、前景分析预测法,一、集思广议法（智暴法） 步骤：明确问题；发表意见；讨论找出满意答案。 人员组成： (1)方法论学者即预测学领域的专家，一般担任会议的组织者； (2)思想产生者专业领域的专家，人数应占小组的50、60; (3)分析者专业领域内知识比较渊博的高级专家; (4)演绎者具有较高逻辑思维能力的专家。,与会人员遵循规则： (1)禁止对与会者或其他人发表的意见作任何非难，还要避免言词上的武断等； (2)“思想”的数量是首要的, 数量越大，出现有价值思想的概率就越大。 (3)要重视那些不寻常的、看得远的、貌似不太合实际的思想，欢迎自由奔放的思考，思路越广、越

34、新则越好。 (4)应将上述思想进行组合、分类、公布以及改进。,适用范围：智暴会议比较适合于所探讨的问题比较单纯，目标比较明确的情况。如果问题牵涉面太包含因素太多，那就要首先对所研究的问题进行分析和分解，然后采用此法。 例4-1,二、德尔菲法,思路：由预测的单位根据预测的目的、要求，设计意见征询表，有选择的聘请一组专家，向他们提供与预测问题有关的情况和资料，发给征询表，要求专家根据自己的经验进行判断，对征询表的问题作出回答。 1）德尔菲法的特点匿名性反馈性收敛性广泛性德尔菲法的优点是：便于独立思考，独立估测；即集思广益，又经济合理；利于探索性解决问题；具有广泛的应用范围。其不足是：易忽视少数人的

35、创意；缺少思想交锋和商讨；容易受组织者主观意想的影响。,2)德尔菲法程序： 建立预测工作组 选择专家 设计调查表组织调查实施 汇总处理调查结果 3)德尔菲的运用范围:缺乏足够的资料作长远规划或大趋势预测影响预测事件的因素太多主观因素对预测事件的影响较大 例4-2,三、对比类推法（经验判断法）,原理：利用事物之间的相似特点，把先行事物的表现过程类推到后继事物上去，从而对后继事物的前景作出预测的一种方法。 分类：依据类比目标的不同可以分为产品类推法、地区类推法、行业类推法和局部总体类推法。 预测步骤： (1)明确预测目标 (2)确定类比目标 (3)分析类比的可行性 (4)确定预测起始点 (5)测算

36、预测期间单位时间递增率 (6)具体计算预测期间各时间段的预测值,四、前景分析预测法,是一种辨识关键因素及其影响的方法。 两种方式表述：一类是对未来某种状态的描述；另一类是描述一个发展过程。 例4-3,各种方法对比,以上四种定性预测方法中，除类推法之外，其余三种的共同问题就是如何选择好专家，关键在于选择合适且全面的专家组，实施要点如下： 方向选择：根据预测的任务和内容，主要看专家就此问题提供多少有用信息，以本专业为主，适当聘请外部分和边缘、交叉学科的专家，开阔思路，提高质量。 人数的选择：以10-50人为宜，坚持自愿原则，尤其是德尔菲法，在调查表编制上要以方便专家回答为原则。 禁止对自己或他人发

37、表的意见，思想进行非难，允许发表不同意见。,第三节 定量预测方法,一、时间序列预测法 二、回归分析预测法 三、灰色预测,简单平均法,指数平滑法,一、时间序列预测法 原理：一方面，承认事物发展的延续性；另一方面，充分考虑到事物发展偶然因素的影响而产生的随机性。为了消除随机波动的影响，以历史时间、序列数据为基础，用概率统计的方法，运用一定的数学方法使其向外延伸，预测未来发展变化趋势。 适用范围：趋势变化、周期变化、随机变化 方法利弊： 优点是其预测结果人为的主观因素较少，简便易行，费用不大； 缺点是不能反映随机受到的外部环境影响，预测结果的可靠性、实用性较差，只适于进行短期预测。,1、简单移动平均

38、法,以历史数据的算术平均数、加权算术平均数和几何平均数等直接作为预测值。 (1)算术平均法 P62例4-4 (2)加权平均法 P63例4-5 思考题：一次简单移动平均预测法只能预测一期，二次移动平均预测法也是如此吗？,2、二次移动平均预测法,二次移动平均预测法适用于存在明显的线性上升或下降的时间序列。它依据两次移动平均数据，建立线性趋势预测模型进行预测。 预测模型： 参数确定： N的取值：一般地，对某种社会经济现象时间序列选择跨越期大致考虑如下： （1）发展趋势呈水平样式， N取值大小关系不大； （2）发展趋势呈脉冲式（即仅在某时期突然增加或减少，随后基本保持不变），为了消除随机干扰， N一般

39、取大值； （3）发展趋势呈阶梯式（即开始一段时期是某一平稳水平，另一段时期跳到另一平稳水平，发展趋势有拐点），为了让预测值灵敏地反映实际变化，N一般取小值。,例1:已知某公司年度销售额数据如表8.1所示，试用二次移动平均法，预测该公司2004年、2005年和2006年的销售额。,解：从销售额的观察值判断，该时间序列近似直线上升趋势，可用二次移动平均法预测。相应数据见表8.1第3、4列。,根据上图，从该时间序列数据对应的曲线来看，其发展趋势是呈阶梯式的，因此N取小值，这里取N=3。 参数： 预测模型为： 因此，该公司2004年销售额的预测值为： 462.3+15.6*1=477.9万元，同理，其

40、2005年、2006年销售额的预测值分别为493.5万元和509.1万元。,方法利弊：,移动平均预测法存在二个问题： 一是计算未来预测值没有利用全部历史资料，只考虑N期资料便作出预测； 二是当移动平均间隔中出现非线性趋势时，给较近期观察值以较大权数，较远期观察值以较小权数，进行加权移动平均，预测效果较好，当要为各个时期配合适的权数也非常麻烦。 为克服上述缺点，我们介绍指数平滑法,3、指数平滑法,原理：只需要本期的实际值和本期的预测值便可预测下一期的数据，不需要保存大量的历史数据。 指数平滑法包括一次、二次、三次指数平滑。 一次指数平滑法 式中， 为本期一次指数平滑值， 为上期一次指 数平滑值，

41、 为本期观察值， 为平滑系数。 预测模型为： 一次指数平滑预测法适用于时间序列水平变动状态的短期预测。,2、初始值的确定。 在预测实践中，一般采用这样的方法判断处理：当时间序列期数在20个以上时，初始值对预测结果影响很小，可用第一期观察值代替，即 当时间序列期数在20个以下时，初始值对预测结果有一定影响，可用第一、二期的平均值代替，即 3、平滑系数的确定。一般情况下，观察值呈较稳定水平发展，a取0.1-0.3；观察值波动较大时，a取0.3-0.5；观察值波动很大时，a取0.5-0.8。a越小，视历史信息越重要（修匀程度大），反之视当前信息越重要（修匀程度小）。如果指数平滑的目的在于用新的指数平

42、滑值去反映时间序列中包含的长期趋势，应取较小还是较大的值？如果目的在于更敏感地反映最新观察值的变化，又是如何？ 实际预测时，通常初选几个a值，经过试预测，对所产生的误差进行分析，选取其中误差最小者。,二次指数平滑法 模型： 在上述二次指数平滑处理的基础上可建立线性预测模型： 其中： 当实际数据的时间序列具有明显的线性趋势时，可采用二指。,例2：某百货公司1992-2003年营业额数据如下表所示，试用指数平滑法预测该公司2004-2006年的营业额。,解：该时间序列曲线如下图所示，即其变动趋势接近直线上升，因此这里应用二次指数平滑法。因观察值不足20期，这里的初始值用最初两期观察值的平均数，即1

43、24万元。另外，由于该时间序列曲线有一定的波动，取 。,从而可以分别计算该时间序列的一次指数平滑值和二次指数平滑值，见表8.2的第4、5列。进一步，求出参数 从而可以得到预测模型： 进一步，根据该预测模型，即可求出各年度的预测值，见表8.2的第6列。并计算出该百货公司2004年的营业额预测值为： 244.5+12.7*1=257.2万元，同理可计算出其2005年、2006年的预测值分别为269.9万元和282.6万元。,三次指数平滑法：数据具有曲线倾向 模型： 在三次指数平滑处理的基础上可建立如下非线性预测模型： 其中： 注：一般初值取X0=S（1）0=S（2）0=S（3）0,各种指数平滑法的

44、比较,使用要点 (1)模型中参数的选择 简单平均预测法：可选n=3，5或6; 指数平滑预测法：若时间序列比较稳定，则a的取值比较小；若时间序列变动较大，则a的取值应比较大，使预测能敏感地跟踪实际值的变化。可选a=0.1,0.3,0.5或0.9，哪个参数对应的预测值更接近实际值，就选择哪个。 对于时间序列预测法，n值的选择很重要。如果时间序列有周期性的变化，且为分月资料时，应取n=12；对分季度资料，应取n=4，这样才能消除季节变化的影响，显示出长期趋势。 (2)预测模型的检验：后验拟合法 比较预测对象的历史数据与预测模型计算值之差是否小于预测精度：,二、回归分析预测法,原理：根据事物内部因素变

45、化的因果关系来预测事物未来的发展趋势。 预测步骤： (1)进行相关关系分析 (2)初步建立预测模型 (3)计算模型中的参数 (4)检验模型 (5)利用模型进行预测 适用条件：适用于变量间存在相关关系的事物的预测。 方法利弊：需要的数据量较少，且置信度高时，预测精度也较高；计算量较大，模型求解较复杂。,类型：,三、灰色预测,我国学者邓聚龙教授创立了灰色系统。 交通运输系统属于典型的灰色系统。 1基本思路 将已知的数据序列按照某种规则构成动态或非动态的白色模块；再按照某种变化、解法来求解未来的灰色模型。 当一时间序列无明显趋势时，采用累加的方法生成一趋势明显的时间序列，按该序列增长趋势建立预测模型

46、，并考虑灰色因子的影响进行预测，然后采用“累减”的方法进行逆运算，恢复时间序列，得到预测结果。,第五章 运输系统优化控制,第一节 概述 第二节 网络图的组成 第三节 网络图的绘制 第四节 网络图时间参数的计算 第五节 网络图的优化,本章重点,第一节 概述,一、意义 二、方法 PERT（网络计划技术）：网络图、时间控制适用于无规律可循的一次性任务。 CPM(关键线路法)：成本控制适用于有先例可循、常规性任务。 PERT-CPM技术：时间、成本兼顾，适用范围更广。,三、PERT 以规定的网络符号及其图形表达计划中工作之间的相互制约和依赖关系，并分析其内在规律，从而寻求其最优方案的计划管理新方法。

47、1、基本思想： 统筹兼顾、求快、求好、求省 2、基本思路及原理： 分析分解画图计算调整优化 3、适用范围： 特别适用于生产技术复杂、工作项目繁多且联系密集的一些跨部门的工作计划编制，人力、物力、财力等资源的安排。,第二节 网络图的组成,一、分类 物质流网络：最大流问题、最小费用最大流问题、最短路问题。 信息流网络：信控 时间流网络：是本章讨论的重点。 组成、绘制、参数计算、优化。,二、（双代号网络图）组成三要素,1、工作：“ ”能够独立存在的实施性活动，分需要消耗时间和资源的实工作和不需消耗时间、资源的虚工作两种。 2、事项：“ ”表示工作开始或结束的时刻；它既不消耗时间，也不消耗资源。一个工

48、作只能用两个事项连接，两个事项之间有且仅有一个工作。 3、线路：从始点开始顺着箭头方向，连续不断的到达终点的一条通道。 关键线路：网络图的 所有线路中，路长最 长的线路。“ ” （不唯一）是优化的主体,第三节 网络图的绘制,三步走：任务的分解 作图 编号 一、任务的分解和分析 1、根据需要将任务分解成一定数目的工作； 2、分析确定各工作之间的先后衔接关系； 紧前工作、紧后工作、平行工作（如下图）,3、估计完成每个工作所需时间； 原则：切合实际、又要具有先进性 一点估计法：经验和历史数据确定 原则：采用“完成该工作可能性最大的时间”，而不要用“该项工作绝对需要的时间”来确定； 不要受工作重要性和

49、合同规定期限的影响； 从现有生产技术条件出发，对于要求保证质量的某些关键工作要考虑一定的返工因素； 野外露天工作，要考虑气候和地理环境等不稳定因素的影响。,可用： 检验估计的离散程度， 越小， 则D的代表性越好。 4、将结果汇总列表。,三点估计法：,二、绘图,双代号网络图 1、表示方法： 2、画图规则 网络图是有向的，自左向右排列，不允许出现闭合回路。,在同一网络图中，只允许有一个总开始事项和一个总结束事项。 箭线必须从一个事项开始，到另一个事项结束，其首位都应该有事项。 避免箭线交叉，若必须交叉，用“暗桥”。,错误,错误,必须正确地表达各项工作之间的网络逻辑关系，合理运用虚工作。 3、画图方

50、法：前进法（适用于列表中列出紧前工作的情况） 先把没有紧前工作的所有工作从起始事项列出，在箭头处画上中间事项，再在已画的工作后画出紧前工作为此工作的各项工作，并在箭头处画上事项，从左到右，依次进行，直到全部工作都画出；并将后面再没有工作的所有工作都指在终止事项上。,练习：判断如下网络图逻辑关系是否正确,三、编号,规则 1、对于一条箭线来说，箭头事项的号一定要严格大于箭尾事项的号。 2、一个事项只能编一个号，不允许重复编号。 3、一项工作的两个事项号，可以连续编，也可以间隔编。 4、可根据施工中的需要和管理中的要求进行编号。 编号方法 自左向右，逐列编号，每列自上而下或自下而上。 练习题1、2、

51、3,第四节 网络图时间参数的计算,双代号网络图时间参数包括：事件时间参数、工作时间参数和线路时间参数 网络图时间参数计算方法（1）公式计算法通过各项时间参数的相应计算公式，列式进行时间参数计算的方法。 （2）图上计算法它是根据分析计算法的相应计算公式，直接在网络图上进行各项时间参数计算的方法。 （3）表格计算法,一、公式计算法,1、事项时间参数 事项最早开始时间：ETJMAXETID（I,J） （IJ；2JN） 式中：EJ事件（J）的最早时间；ETJ紧前工作（I，J）起点事件（I）最早时间；D（I,J）紧前工作（I，J）的持续时间； 事项最迟结束时间：LTIMINLTJD（I,J） （IJ；2

52、JN1）式中LTI事件（I）的最迟时间；LTJ后续工作（I，J）终点事件（J）最迟时间；D（I,J）后续工作（I，J）的持续时间。 时差S(i)或S(j): S(i)= LTi- ETi S(j)= LTj- ETj 时差为零的事项成为关键事项，串起来就得到关键线路。,2、工作时间参数,工作最早可能开始和结束时间 工作最迟开始和结束时间 工作总时差,3、判断关键工作和关键线路,在双代号网络图中，总时差等于0工作就是关键工作，由关键工作组成的线路就是关键线路。关键线路的线路时间，就是该网络图的计算总工期，即 TNETN结束事件（N）最早时间 例：某工程由挖基槽、砌基础和回填土3个分项工程组成；它

53、在平面上划分为I、II、III三个施工段；各分项工程在各个施工段的持续时间，如下图所示。试计算该网络图的各项时间参数。,关键工作有：12、23、24、35、37、45、56、67、79和910等9项工作，关键线路有两条，总工期为18D。,二、图上计算法,（1）事件时间参数计算 假定ET10，按公式依次计算事件最早时间（ETJ）；假定LT10ET10，按公式依次计算事件最迟时间LTI（2）工作时间参数计算 工作最早可能开始（ESI,J）和结束（EFI,J）时间，按公式计算。工作最迟必须结束（LFI,J）和开始（LSI,J）时间按公式计算。（3）工作时差计算 工作总时差（TFI,J）和自由时差（F

54、FI,J）按公式计算。（4）判断关键工作和关键线路,第五节 网络图的优化,内容：时间成本优化；时间资源优化 一、时间成本优化 直接成本、间接成本和赶工成本,最低成本日程T的寻找方法,关键线路-成本法 成本斜率=（赶工成本-正常成本）/（正常时间-赶工时间） 例：P105 5-14 练习题：P112-114 1-6,第六章 运输系统综合评价,第一节 系统评价概述 第二节 运输综合评价 第三节 常用的系统评价方法,本章重点,第一节 系统评价概述,1.意义,2、概念,系统评价：评价价值 评价对象（What） 评价主体（Who） 效用：某主体对某种利益和损失所独有的感觉及反应 评价目的（Why） 评价

55、时期（When） 期初评价、期中评价、期末评价、跟踪评价 评价地点（Where） 评价方法（How） 系统评价是多方面要素（5W1H）所构成的问题复合体, 是对系统方案满足系统目标程度的综合分析及判定。,3、程序和方法,关联矩阵法（原理性方法） 层次分析法（评价要素多层次分布） 模糊综合评判法（多评价主体）,4、系统评价的原则 保证系统评价的客观性 （资料要全面、可靠、准确；人员的公正性） 保证系统方案的可比性 评价指标要形成体系（定性与定量相结合） 指标体系确定的原则 系统性、可测性、层次性、简易性、可比性、 定性与定量相结合、绝对指标与相对指标相结合 5、运输系统评价指标体系 政策性指标、

56、技术性指标、经济性指标、社会性指标、 环境性指标、时间性指标,第二节 运输综合评价,一、内容 技术评价：技术的先进性、适用性、可靠性、维护性 经济评价：现值法、年值法、回收率法等 社会评价 环境评价,二、运输系统经济评价 经济分析原理及方法 1、资金的时间价值：等额货币在不同的时间点上具有不同的价值。 2、现值：资金现在的价值。 3、终值：资金在将来某一时期的价值。 4、现金流程图：在时间坐标上用箭头的垂直线形象的表示现金流发生的时间和现金流的大小和流向。 水平线时间刻度，垂直线表示现金的流入和流出，长度根据金额大小按比例标出，箭头向上表示现金流入，向下表示流出。,现值与终值之间有如下关系：

57、（1）单利法： （2）复利法： 例6-7 以上两个公式为基本公式，其推导公式有： 一次整付之终值： 一次整付之现值： 分期等值支付之终值： 积累基金： 分期等值支付之现值： 资金回收资金： 例6-8、6-9,现值法 将各种方案不同时期的投资换算成现值进行方案比选，分为使用期相等与使用期不等两种情况，主要采用一次整付之现值和分期等值支付之现值。 （1）相同使用期的方案比较（较适合现值）例6-10 （2）不同使用期的方案比较（年值） 必须求出各方案试用期的最小公倍数，把各方案的使用期延长几倍，使各方案的试用期相等，并假设在延长的使用期中，各方案按照原来的使用期重复投资，然后按使用期相同的方法，计算

58、现值，进行方案比选。 例6-11,年值法 首先将方案的各项投资和运转费用换算成现值，然后用资金回收基金的换算方式换算成年值，进行方案比选，年值最少的方案便是经济上最合理的方案。 例6-12 回收率法（了解） 现值计算法和年值计算法,第三节 常用的系统评价方法,一、单项评价法 利用经济理论和技术水平对系统的某个方面做出定量评价的方法。 经济评价方法：价值分析法（现值、年值、回收率法）成本效益法（收益成本分析法、效用成本分析法）利润评价法 技术评价方法：可行性分析、可靠性评价,1、成本效益法：通过比较不同方案的成本和效益进行分析的方法 一般思路： 1）寻找成本（效益）与方案的特性参数之间的关系，建立成本（效益）模型。 （1）成本模型： （2）效益模型： 2）研究成本与效益的关系：一般取E/C或E-C为判别标准 （1）对单方案而言， E/C1或E-C0，认为经济上可行； （2）对多方案而言， E/C或E-C大者为较优方案。,2、可行性分析事前评价 设想所研究项目建成后会处于怎样的一种环境之中，将来如何运行，可获得什么经济效果，会产生什么社会影响等，这种设想愈符合将来的实际，就愈能为做出正确的评价提供可靠的依据。 一般程序： 确定目标和方向 收资资料 预测 初步分析 技术经济分析 优化比较，确定方案 决策，写出报告,例：工厂新增项目进行可行性分析 总