14章交通运输决策支持系统
第十四章 交通运输的决策支持系统
决策支持系统(DSS)这一概念始于70年代初，由于它是提高企业竞争力、生产力以及决定经营成败的重要工具，因而发展迅速i引’泛应用于企业管理、银行业务、图民经济计划、交通运输等人类生活中众多领域。本章将重点阐述交通运输领域的DSS、首先对DSS作一个概要性的介绍，其次分析DSS在交通运输中发挥的作用，最后探讨交通运输DSS的主要组成及其开发方法。
第一节DSS概述
一、DSS的发展
计算机应用到管理活动中早在50年代初就开始了，在经历了数据处理’＜窟DP)、管理信息系统(M13)之后，才进入到DSS这*计算机应用的高级阶段，从而佼其服务对象、设计思想等方面发生了深刻的变化。
在EDP阶段，计算机主要应用于系统中某一环节的单项数据处理工作，由于未能提高应用系统的整体效率，于60年代初，人们提出了管理信息系统，使计算机在管理工作的应用朝前迈了一大步；MIS运用系统分析思想，切实了解系统中信息的全面、实际的情况，将多个环节的有关数据综合处理，改善信息处理的组织方式和技术手段，以取得提高信息处理的整体效率和管理水平之目的。随着计算机技术的飞速发
展，’管理科学、行为科学、系统科学等相应学科的建立完善，人们对管理过程的深化理解，使人们对计算机仅在管理部f．3完成例行的日常信息处理任务、解决结构化的简单的问题的状况越来越不满足，认为计算机应在人类的管理活动中做更多的工作，帮助人们解决更加实质数的问题，由此导致了DSS的产生。而1970年，美国学者M．S，Scott MOr协11的一篇文章《M已11agmonto比is边o 8y；tom》则标志着DSS研究的正式开始。至此以后，DSS在世界范围内得以迅速的发展。
目前，DSS已在应用、系统软件与理论这三个领域有了丰硕的成果。在应用方面，已有许多成型的、能应用的系统问世，，有些已经商品化。在开发的这些系统中，所面向的决策问题种类繁多，主要有市场预测、投资决策、计划、设计、物资管理等方面。在今后的发展中，DSS 将有更广泛的应用市场。在理论研究方面，人们在DSS的定义、DSS的开发方法、实现技术、模型及其管理系统、人工智能技术在DSS中应用等方面开展了大量的研究工作，发表了许多研究论文，出版了一批有关书籍，取得了一定的成果。而处于应用研究和理论研究课题之中的系统软件研制工作，近年来也取得了较大的进展。这三方面研究工作的同时展开，互为促进，必将使DSS的研究提高到一个叛的发展阶段，使其逐步定向成熟，为管理工作作办更大的贡献。
二、DSS的定义
自70年代初DSS提出以来，关于DSS的定义众说纷坛、各抒己见；至今末形成大家一致公认的你准化概念，这也说明DSS仍处于求成熟的发展阶段。这甩我们在以校研究的基础上，仅从DSS要达到的目标、它的服务对象及工作对象等主要方面，对DSS作一个轮廓性的描述：即DSS是以管理科学、运筹学、控制论和行为科学为基础，以计算机技术、仿真技术、。人干智能蹄、信息苏术为于段，面对半纬构化、非纬构化的决策问题，辅助支持决策者的决策括动士真相能作用的久中机集成系
统‘该系统以提商诀策阶效果为目标，在决策过程中以人一机交互的方式，为决策者提供决策所需的数据、信息和背景材料，帮助明确决策目标和进行问题的识别，提供多种决策的参考方案，并对其进行评价、选优，为决策者作出企确决策提供有力的支持。这里结构化的程度是按对某一决策过程的环境及原则能否用明确的语言加以说明和描述来加以划分的。如果能说明清楚，该问题为结构化的决策问题；反之为非结构化决策问题；处于二者之间的，即有所明确但不全面，有所分析但不确切的问题则称之为半结构化的决策问题。
上面描述的DSS具有以下的功能和特点：
(一)DSS是支持而非取代决策者
DSS强调的是对决策者的支持作用，以提高决策者在决策中所需的业务判断能力，积
累有关的信息和知识，而非提供决策结论，取代决策者。
(二)．DSS，解决的是半结构化、非结构化的决策问题
对于结构化的决策问题，已有相应的理论、方法加以解决。因而只有半结构化、非结构
化的决策问题才是DSS能够发挥作用的场所。
(三)DSS强调的是决策效果而非效率
对于决策者来说，在决策活动中所面临的；个重大问题即是决策是否正确，是否有效，
因为这是关系到事业成败的关键；所以，以支持决策为目的而建立的DSS理应以提高决策
的效果为目标。
(四)DS分支持决策的全过程
美国西蒙教授曾提出一个流行的决策模型，该模型将决策过程分办情报、设计和选择三个阶段。情报是指对数据的收集和处理、研究决策环境、分析和确定影响决策的因素或条件；设计是指发现、‘开发和分析各种可供选择的方案；选择则是确定可行方案，进行方案的评审符予以实施。作为DSSj，在决策过程的三个阶段都能给予支持。
(五)DSS是一个人一机协同作用的系统
DSS面对的是具有复杂多变的内外环境、多种目标和利益的决策问题b要在解决这类问
题中起到支持作用，必须在运行中充分发挥人、机各自所长，协同工作：即将计算机的快速
计算、有序的逻辑判断力、‘高速大容量的数据存取能力，与人的创造性、濒几应变力结合起来，使决策更为有效；
（六)DSS具有较高的灵活性、适应性
DSS面临的决策问题，、其环境是不断变化发展的，只有具有较强的灵活性才能适应事物
的变化要求。
(七)具有较好的用户友好性；易于为非计算机专业人员使用
“用户友好性”是用来衡量DSS人一机接口好与坏的。对用户友好性的评价关键取决 于用户，茬接口形式是用户熟悉的且易于为之所掌握的，则用户认为具有较好的用户友好性，茁则认为不好，要使DSS能应用于实际决策之中，必须具有乐于为用户接受和使用的接口界面,要不然即使DSS的功能再强也将被束之高阁
第二节DSS在交通运输中的作用
与其它行业一样，决策贯穿于交通运输管班的全过程和管理工作的各个方面。按运输管理的层次，我们相应地可将决策划分为高层、中层、基层这三个层次。
作为运输企业的高层决策，主要用于解决带有全局性、综合性、确定运输业发展方向和远景的重大问题。如确定交通运输业和围民经济发展的合理比例、合理的交通运输方式及交通运输结构、投资分配、合理的交通运输价格等问题均属高层决策。而中层决策主要用于局部性、短期的决策问题，为交通运输企业实现高层决策目标提供一些手段。·如交通运输企业内部人员分配，交通运输资源的分配，运营的服务指标、营运指标、运营调度的措施和方式等的确定。
为了最基层管理的业务决策，文要解决实际运营过程中生产性的决策问题，以便提高业务效率和更好地执行管理决策。如运营生产中的运营现场调度。
这些决策的正确与否和质量优劣，对于交通运输j比的发展，对于以最少的社会劳动消耗满足社会经济发展对交通运输的需求，对于保证交通运输有节奏的生产，保证交通运输安全，提高社会效益与经济效益
无疑起着关键性的作用。
然而，交通运输行业的特点决定了这个行业的计划指标、管理指标多，时间性、社会性强，且有较大的不平衡性与随机性，又由于交通运输行业是服务性质的基础公用设施，它和国民经济、闻家政策、地区环境、地区规划、人口等许多方面都有着密切的联系，因而在解决上述各层决策问题时，不仅考虑本行业的情况，而且还须顾及到有关各方面的现状。因而面对如此复杂、因素又不稳定的决策环境，要科学地、有效地、高质量地解决上述决策问题，不仅需要个人的智慧、学识和经验，也需要运用先进的理论、技术，更离不开现代化的管理手段——计算机。因此，在交通运输行业管理工作中引进集现代的管理方法、技术、手段于一身的DSS是有其重要性与必要性的。
DSS这一先进的现代化工具，府用到交通运输业，将有利于推动此行业的迅速发展。其作用主要体现在以下几方面：
(1) 提高交通运输决策的有效性，促进交通运输决策的科学化 决策是个过程，包括情报调查、设计及选择这几个阶段，具有系统性的特征。DSS在辅助决策时；对决策的上述各阶段均给予支持，使决策者们从浩繁的信息收集、检索、分析、对比等工作中解脱出来，充分发挥人的主观能动性和创造性；这不仅使决策者在决策时具有科学的基础，而且也引导决策者有计划地开展决策工作，推动决策活动的规范化进程；从而从多方面促进交通运输决策的科学化。
(2) 有利于提高交通运输系统的管理水平，加速管理工作的现
代化
DSS的运用需要‘定的工作基础，这不仅涉及技术设备等基础设施的提供，如需负责日常信息收集、存贮与处理的管理信息系统作为DSS 的基础；而且也涉及到交通运输管理内部的变革，如需改革不适应的组织结构，改变管理工作中的工作方式、活动方式与思维方式等，为DSS 真正发挥实效提供环境。这些变化将推动交通运输部f刁管理工作的现代化进程。
(三)推动和增强现代科学、技术在交通运输业的应用、研究
DSS以管理科学、行为科学、校制论答现代科学为基础，以计算机技术、通讯换术、人工智能技术等先进的科学技术为手段。因而，DSS运用到交通运输领域，必将促进人们进一步研究交通运输中的理论问题、整理分析专家们的经验；同时也促使人们探索现代理论与技术在交通运输中的应用问题，以推动软科学在交通运输业应用的深入性。从而也对交通运输业的、发展作出一定贡献。
第三节交通运输的决策支持系统
1、 交通运输决策支持系统的组成
由于交通运输行业的特点，使其决策问题具有多元多层的目标体系、复杂而；灵活的约束条件、事先无法确定的周围环境……，这些决定了交通运输决策支持系统(TIDSS)必须是智能化的DSS，也就是说TIDSS应具有一定的知识处理或完成一定的思维活动的能力，以便对复杂的决策问题，系统能启发、引导用户根据问题特点构造解决问题的思路；对非结构化的问题，系统能运用专家的推理知识加以解决，最终达到辅助决策者作出高质量的决策的目的。
这种带有智能性的TIDSS，从逻辑上看一般应由四库六子系统组成。四库在这里指的是数据库、知识库、方法库和模型库，六子系统则为以各库为基础的相应的于系统，即数据子系统、知识子系统、方法子系统、模型子系统，外加用户接口和系统调度子系统。它们的结构概念模型如图14—1所示。
图14—1TIDSS系统组织结构概念模型
其中，用户接口负责接收用户的各种请求，并提供给用户需要的信息，是TIDSS能力表达和实现的窗口。它的使用情况直接影响着系统的可用性和实用效果，是TIDSS的一个重要组成部件。
系统调度子系统是系统的指挥中心，具有问题识别、问题分析、系统控制与协调等功能。该子系统依靠专家知识分析用户提出的问题，对复杂问题或非结构化问题，则将其交由知识子系统处理；对一般的华结构化问题，则负责形成面向此问题的模块序列，组织相应的模型求解。在处理问题的过程中，调度系统将控制和协调各子系统的运行；此外该子系统允许用户与各子系统的单独联系，以增强系统的灵活性。
模型子系统是TIDSS用于支持多种决策活动所要求的主要工具。这些决策活动发生在方案设计和选择阶段，一般包括设计、演绎、分析、比较、优化与模拟等。模型子系统为达到支持这些活动的目的，存贮、维护和管理着相应决策活动所要求的模型。这些决策模型通常有两类：
一类为预制的定量且规范的模型，如运筹学、统计分析等模型；另一类则主要是由用户创建的一些描述性模型，如模拟模型、启发式模型、经验模型、进程模型等。这里模拟模型是指对决策过程的模拟，启发式模型包含了一些知识及启发式策略，经验模型是对一些规则的组织、对复杂决策过程的描述，进程模型用以定义解决问题的步骤、使用方法的步骤。
模型子系统除了管理模型外，作为TIDSS的一个组成部分，与系统内其它子系统建立了联系。模型子系统与会话子系统接口，使用户可以控制模型的操作、处理和使用；它与数据子系统、方法子系统的连接，可在模型运行时提取合适的数据、方法。
方法子系统负责维护、管理和存贮着各种决策处理求解方法、算法、方程、解法及使用它们的智能信息；该子系统与会话子系统的连接，以实现在处理决策问题时对各种决策方法的灵活调用。
知识子系统是TIDSS智能化的主要标志，它负责收集、存贮和处理在决策过程中所需的知识，这些知识包括特定的领域知识以及专家的决策知识和经验知识。在解决决策问题时，知识子系统通过知识推理分析，进行问题识别、分析，必要时还可经由与其它子系统的接口驱动相应的求解模块，达到解决问题之臣的。
数据子系统是了IDSS的基础部件，它负责执行所有有关原数据的任务，即维护、检索、管理和存贮TJDSS所涉及的全部数据和事实，此外还负责从外部数据库中获取原数据，以满足系统的需要。
上述的六个部件是TIDSS的基本组成要素。蹋然，对于不同的交通运输方式、不同管理层次、不同应用范围的专用决策支持系统而言，这六个部件是可以有所变更朗。这就要求在实际运用中根据决策的性质和要求，在TIDSS基本组成的基础上给予合理的增减，以增强系统的实用性。下面我们举一个北京铁路枢纽站群合理分工与布局的决策支持系统(11DSS)的例子，来说明此问题。
大家知道，北京铁路枢纽是我国铁路的重要枢纽之一，它由8条于线汇集而成，营业里程876．2公里，系统内有众多站、段，结构极其复杂。而TDSS的任务就是辅助专家对枢纽内，的站、段从总体上进行合理的分工与，拓局，以便挖掘潜力，发挥内部效益，提高铁路运输的综合运能。通过对TDSS面临的决策问题及DSS当时的发展状况的分析，在参照TIDSS砌系统结构的基础．上，我们选定三库四部件的组织形式作为1、DSS的系统结构，其模型如图14—2所示。
其中，数据子系统存贮、管理着枢纽内部、邻近枢纽及周围城市等内、外环境的有关信乱为模型子系统及知识子系统提供数据，也为用户查询提供信息。
模型子系统则存贮、管理着专家们进行分工与布局方案设计时所需的各种模型，以支持了案设计过程中的各类决策活动。
知识子系统负责存贮、管理专家的经·验性知识和与枢纽有关的专业知识，以便用户进行 智能杏询，辆助令家解决方宪设计中的复杂子问题。
TDSS的对话省理挟制子系统是用户与之联系的窗口，它以直观的形式与用户对话，并校制着TDSS的运行。
由于整个系统按照实际的需要设计，因而结构简单且具有实用性。
因14—2TDSS系统组织结构概念模型
二、TIDSS的开发
TIDSS是用于解决交通运输领域内决策问题的，所面临的决策环境随机多变，因而十分 强调系统的进化性、灵活性。这就要求TIDSS 的开发具有周期短、逐步求发展的战略思想，使TIDSS投入使用后，仍可不断地进行改进和完善，以适应多种变化。
目前，已有许多学者对DSS的开发方法进行了研究，其研究成果有些己应用于实践，指导人们进行DSS的开发工作，迭代设计法便是这些研究成果中的一种。这种方法提出了与决策过程无关的设计思想，分析问题全面、系统，是针对DSS的适应性要求发展而来的，基本上反映了开发TIDSS的设计思想，可用之指导TIDSS的开发工作。迭代设计法的主要设计步骤为：
(一)识别重要的子问题
设计者和决策者一道，找出重要的子问题，通过对这些问题的研究来建立工作联系和信息交流的途径。
(二)开发一个小而有用的TIDSS
这一步开发的系统只是所要求的最终系统的一个雏形，功能不完善，支持的决策范围也 有限，但用户可运行该系统来解决一部分决策问题。
(三)对系统雏形循环地进行功能细化、扩展和修改
对系统雏形循环地进行功能细化、扩展、修改，每次循环都要通过分析；—设计——实现——应用——评价等步骤。分析阶段主要是建立
者和用户一起分析决策问题及其涉及的范围，了解决策者在解决决策问题中常用的表达方法、开展的决策活动、辅助记忆信息的工具，决策者的决策风格、技巧和知识，从而明确所需的信息、知识、理论、方法、经验、决策者习惯的变互方式及决策者和TIDSS共同作用解决问题的方法，最终确定出TIDSS的目的、支持决策的范围及层次、服务对象、系统功能等等。在确定了待建系统的轮廓后，开发进入到设计阶段。设计阶段的工作是在分析阶段的基础上展开的，首先从总体上对TIDSS的结构进行工作，确定系统的组成部件、各组成部件的功能、各部件相互间的联系，然后开始各部件的设计工作，如输入／输出类型及其格式的确定，模型、方法、数据和知识的表示方法的选焊，各部件功能模块的没讨‘等粹。其中，设计的关键技术在于模型、数据与知识的表示方法的选挥，这对于系统的性能有很大的彤0队故而在设计中应慎重从事。实现阶段的任务则是对上述步骤提出的方案开始具体而详细的设计，也就是进行编程和调试工作。应用阶段的任务则主要有两项：一项是人员培训，教用户熟悉系统、掌握系统；另一项是系统的安装工作，将决策时所需的数据、知识、方法与模型在系统交互方式下输入到系统内，存贮到相应的库中。上述两项工作完成后，系统便可实际运行起来。
(四)评价系统
这是循环设计过程中的一部分，除了用户在实际运用系统后对之进行评价外，还包括对整个设计过程的评价，考虑系统的费用与其价值是否可取，如果费用过高，则系统就失去了发展的意义。
分析上述步骤，我们可看出迭代设计法与传统的信息系统设计法的一个显著区别：即迭代设计法不是一次就完成最终系统的设计工作，而是光快速开发一个可用的系统雏形，以后在实际使用中逐步将其发展、完善。这样做是因为DSS执行的不是例行性的任务，而是半结构化和非结构化的决策问题。系统在建立前，用户还不可能明确、完整地提出系统的功能要求，开发者刚开始也不能一下子就了解决策环境、决策任务及其程序，只有通过建立一个雏形，通过演示，使用户亲身体会到系统的可能潜力与局限性，才能提出恰如其分的要求，并从中得到启示，改进自己的决策方式；而开发者也可通过此系统雏形，了解用户的需要，用户的习惯，以便进一步明确整个系统，使其得以改进与完善。所以说系统雏形的开发是一个用户与开发者相互理解与学习的过程，也是系统进化的过程；系统雏形在以后的实践中经过多次循环往复，使系统功能不断得以加强，支持的范围逐步扩大，从而逐渐地发展与完善起来，满足用户的最终要求。
下面我们以铁路枢纽站群合理分工与布局的决策支持系统(TDSS)的开发为例，说明迭代设计法在实际中的运用。
(一)识别重要的子问题
在建立系统之前，我们与决策者共同就枢纽站群合理分工与布局的问题进行了认真的研究，将这一复杂的问题分成三个子问题：第一个子问题为进行枢纽相关因素的分析与调查，第二个子问题是进行枢纽站群系统分工与布局的方案设计工作，最后一个子问题为对设计出的方案进行分析与评价。在这三个子问题中，第二个子问题最为复杂，也最至关重要，为此要进行认真分析。由于枢纽内部站、段众多，因而直接对所有站段进行分工与布局有一定的困难。通过研究，将此子问题再行分解，使对枢纽的分工与布局分解为对客运子系统、货运子系统、编组子系统及机务子系统这四个子系统的分工与布局，最后综合以形成一个统一、协调的整体方案，这样简化了问题的复杂度。
通过对问题尤其是对其中重要子问题的分析，设计者不仅明确了枢纽站群分工与布局这一决策问题，同时也与决策者建立了工作联系和信息交流的途径，为今后工作的开展打下了基础。
(二)开发雏形系统
在对分工与布局决策问题分析的基础上，我们建立超了一个具有数据子系统、模型子系统、对话管理控制子系统这种二库三部件结构的TDSS雏形。该系统对于简单的、定量的子问题，能为用户提供方法和工具加以解决，如辅助用户了解枢纽内、外环境现状，预测枢纽的客、货运量，帮助剧户进行方案的评价、分析；对定性的、复杂的问题，则主要以人一机对话方式，辅助用户解决，如对客运、货运、编组等于系统分工与布局方案的设计工作。从而在一定范围内给用户以支持。
(三)对系统雏形的功能细化、扩展和修改
随着与决策者联系的深入，我们从专家那里获取了有关枢纽分工与布局的一些经验性知 识，将这些知识经过分析、整理、组织，形成了知识子系统，将之加到雏形上，形成目前的TDSS系统(其结构见图12—2)，从而减少了TDSS在解决复杂问题及定性子问题中的人一机对话，提高了系统的智能性，扩充了雏形系统的功能，为专家进行分工与布局方案的设计提供了更多的帮助。
(四)评价系统
当系统建立起来并投入运行后，设计者多与用户联系，听取用户的意见以便进行改进，
逐渐满足用户的要求。
经过上述四步，最终设计出符合用户要求的TDSS系统。
当然，在运用迭代设计法建立TIDSS的过程中，还必须结合TIDSS的应用环境，遵循以下几点开发原则：
(一)实用性设计原则
为使系统更能面向实际应用、应组织最终用户在研究开发的开始阶段就参与工作，根据他们的要求，所掌握的情况和信息以及决策分析的思路，在系统可实现的条件下，确定系统的开发深度和广度细节。同时在他们逐渐熟悉系统后，能提出更切合实际的要求。
(二)大系统分解、协调以求得整体最优原则
TIDSS是个复杂的大系统，必须运用大系统分解、协调技术，进行科学的分解和有效的协调，才能达到整体满意的效果。如若不然，每个子系统都追求最优，就无法形成整体上的最优。因而，为了整体最优化尚需在各子系统内进行协调和折衷。
(三)“用户友好性”为主的原则
为使非计算机专家能方便地运行T1DSS，必须配备用户友好性强的人一机接口。这个接口应以菜单、图形、符号等鲜明生动的方式；使用户易于评价中间结果和最终结果，并促使用户改进决策思路。
(四)有限合理性原则
由于现代化的决策手段需以现代化的决策体系为基础，因而了IDSS 的应用必将引起现有决策体系的改变。现行体制不变或完全改变，都将导致T咀SS应用的失败。所以TIDSS的设计应以实际为基础，使理想模式和现状模式相结合，实现凹DSS与实际决策体系的协调，真正实现逐步科学化。
(五)吸收性和简单性原则
在明03S开发中，要注意充分吸收国内、外先进的方法和工具，善于利用现有资源，避免一切从头开始的方式，有利于加速研制的进程，提高系统的质量。另外，在研究开发系统中，尽量运用简单的方法和工具，使系统简化，便于开发和今后的维护。