第一章 交通运输系统工程绪论

– 静态系统是指系统状态变量不随时间改变的系统 ，具有相对稳定性。 • 城市的规划布局、车间平面布置系统。 – 严格来讲，静态系统是很难找到的，事实在某个 考察期内，其内部结构参数随时间的变化较小， 或者为了研究方便忽略了结构参数的变化。 • 如城市布局规划，在一定时期内可以认为城 市规模、布局不变，看作是静态系统。
第1章 绪论
系统的特性 • 阶层性
–阶层:在一个整体中所处的地位不同形成阶层； –系统中的各个组成部分在系统中的地位不同， 从而形成不同的层次，并存在一定的层次结构， 这是系统空间结构的特定形式； –一个系统相对于其构成要素来说是系统，相对 于有它和其他系统构成的大系统来说是子系统， 这就是系统的阶层性。 –例如教育系统的层次划分。
气有浩然，学无止境
交通运输系统工程
主讲人 白书战 博士 讲师
2013年6月12日
求真务实，开放拓新
交通运输系统工程课程简介
• 纵观交通运输的发展历史，可以看出，铁路、公路 、水运、航空、管道运输，正在从单一的运输方式 发展为相互补、协调运作的现代化的交通运输大系 统，因此，对于交通运输领域来说，树立交通运输 的系统观念，掌握交通运输系统工程的思想和方法 ，将具有十分重要的意义。 • 交通运输是一个大规模的复杂系统，对其进行系统 分析、系统的建模及仿真、系统的网络优化、系统 的评价及决策等，势必会用到系统工程理论，“交 通运输系统工程”就是将系统工程的思想及方法普 遍应用于交通运输领域的一门科学。
第1章
绪论
系统的分类
– 概念系统是由概念、原理、原则、方法、制度、 程序等观念性的非物质实体所组成的系统。 • 组成要素为概念性的东西 ，而不是实体物质。 • 这种系统以软件为主体、依附于动态系统的形 式来表现的。 • 科学技术理论、工程设计思想、计算机程序设 计、法律法规、研究报告。
第1章
绪论
系统的分类
第1章
绪论
系统的定义 • 系统的共同点：
– 系统是由多个要素所构成的整体。要素是构成系统的最 基本的部分，没有要素就无法构成系统，单个要素也无 法构成系统。 – 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。要素之间若没有任何联系 和作用，也不能称之为系统。 – 系统和要素之间的联系与作用必然产生一定的功能。功 能是系统所发挥的作用或者效能，并且具有各个要素个 体所不具备的功能，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。
第1章
பைடு நூலகம்绪论
系统的分类 • 自然系统与人造系统
– 这是以系统形成的原因为标准来分类的； – 自然系统是由自然物为要素所组成的系统，特点是 自然形成的。 – 自然系统一般表现为环境系统。
• 森林系统、人类系统、海洋系统、矿藏系统、植物系统 、生态系统、原子核结构系统、大气系统等。
第1章
绪论
系统的分类
第1章 绪论
• 随着科学技术的发展，交通运输的各个分支在其设 备构成、组织管理、规划设计等方面都取得了巨大 进步，交通运输系统的整体协调、综合最优等理念 也已成为共识，交通运输系统工程作为一门新科学 也取得了可喜的发展。 • 本课程将讲解系统工程的基本原理，并将系统工程 的思想及方法应用于交通运输的规划、建模仿真、 预测、评价和优化决策过程中。
第1章
绪论
系统的分类 • 动态系统和静态系统
– 这是以系统的形态是否随时间变化为标准进行分 类的。 – 动态系统是系统状态变量随时间而改变的系统， 即系统的状态变量是时间的函数。 • 它有输入和输出及转换过程，一般都有人为 的因素在内。 • 交通运输系统、生产系统、社会系统、概念 系统。
第1章
绪论
第1章 绪论
系统的相关概念 • 系统与环境
– 系统：是由相互联系、相互作用的两个以上要素 组成的具有一定功能的有机整体。 – 环境：指的是是对系统有影响但与系统任何要素 的相互联系或相互作用又都弱于系统要素间任何 相互联系或相互作用的那些实体的集合； – 系统与环境的划分是相对的； – 边界：系统与环境之间的界限就是边界，它是包 含系统所有基本成分并有效完整地隔离系统与其 环境的物理或者概念的界限。
第1章
绪论
系统的特性 • 整体性
– 系统是由两个或两个以上的要素组成的，但并不 是各个要素的简单集合，要素只是构成系统的必 要条件，而不是全部条件； – 所谓的整体性就是：系统的各要素之间存在一定 的组合方式，要个要素之间是相互统一协调的， 系统整体的功能不是各组成要素功能的简单叠加 ，而是呈现出各组成要素所没有的新功能，并且 一般来说，系统的整体功能大于个组成要素的功 n 能之和。
第1章 绪论
系统的相关概念 • 输入与输出
– 输入：环境对系统的影响和作用称为系统的输入； – 输出：系统对环境的影响和作用称为系统的输出； – 通过输入和输出，系统与其环境之间进行物质、能 量和信息的交换，产生相互作用。 – 输入输出物质、能量和信息的同时，系统本身也在 发生着变化，系统也在不断经历着产生、发展和衰 亡的过程。
第1章 绪论
系统的特性
• 城市交通综合系统
• 城市交通综合系统是一个庞大的动态系统，它本身的状态 是随时间变化而变化的，其结构如下，试总结其特征。
第1章
绪论
系统的相关概念 • 要素与涌现性
S=（T,R） –S：系统；T：系统要素的集合；R：系统要素相 关性集合。 –系统不仅要包含它的各个要素，而且要包含各 要素间的相互联系和作用，如果没有要素间的关 系，则只是一个集合，而不是系统。 –整体涌现性：有系统要素间的相互作用产生、 所有系统要素及其总和都不具有的、只有总体才 有的性质叫做系统的整体涌现性。它是由规模效 应和结构效应共同产生的。
第1章
绪论
系统的相关概念 • 组织和结构
–组织和结构是两个有差别的概念； –组织指系统内部各要素彼此之间的组成关系， 有了这个关系，得以相互组合而达成某一目标； 组织仅指有序结构；有组织的系统就是具有有序 结构的系统。 –结构是指系统要素间的相互连接的形式或方法 ；结构表面系统要素在空间或时间位置上的相对 稳定性。 –任何系统都有一定的结构。
–实践中，实体系统和概念系统在多数情况下是 相互结合、密不可分的。
• 系统不仅具有实体部分，而且还必须有赖于形成 的概念部分 • 实体系统是概念系统的基础，而概念系统又往往 为实体系统提供指导和服务 • 如机械工程是实体系统，而用来制造某种机械所 提供的方案、计划、程序则属于概念系统。 • 实体系统是概念系统的基础，而概念系统往往为 实体系统提供指导和服务。
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系统的特性
– 系统整体功能大于其组成部分要素功能的综合，这不仅 是在量的方面，更着重于质的方面。例如多个零件组成 的汽车。俗话说”三个臭皮匠，顶个诸葛亮“就充分体 现了要素与整体间的关系。 – 要使得整体功能大雨部分功能之和，组成整体的要素必 须要协调统一。“一个和尚挑水吃，两个和尚抬水吃， 三个和尚没水吃”。 – 一切从整体出发，在认识和改造系统时，必须从整体出 发，全局考虑，从系统、要素、环境的相互关系中探求 系统整体的本质和规律，以交通运输系统的各个子系统 只有统筹兼顾、保持一定的比例，才能够在动态中平衡 、协调发展。 – 例如一个科研团队，要有整体意识，服从整体，才能发 展。
第1章 绪论
系统的特性 • 目的性
– 任何系统都有特定的功能，而人工建造或改造的系 统一定具有特定的目的，否则就失去了这个系统存 在的价值和意义； – 系统整体的功能和目的指的是原来个组成部分不具 备或不完全具备的，只是在系统形成后才具备的。 – 系统的目的一般用更具体的目标来实现，复杂的系 统都具有不止一个的目标，即总目标有各个分目标 组成。 – 例如生物系统的目的：增殖个体，繁衍物种，保存 生命
第1章
绪论
系统的分类
– 实际上，大多数系统是自然与人造相结合的复合 系统。 • 例如社会系统，看起来是一个人造系统，但 它又是和自然系统密切相关的 • 了解自然系统的形成及其规律，是建立人造 系统的基础。 • 人造系统与自然系统的和谐相处。
第1章
绪论
系统的分类
• 实体系统和概念系统
–这是以形成系统的要素是有形的还是无形（物质及 精神）的来分类的。 –实体系统是以矿物质、生物、能源、机械等实体组 成的系统。 • 系统的构成要素是具有实体的物质。 • 这种系统以硬件为主体，以静态系统的形式来表 现。 • 人-机系统、机械系统、电力系统等。
第1章 绪论
系统的相关概念 • 同构与一般系统
–同构性：如果两个系统的结构是完全相同或者相似 的，这两个系统就表现出相同或相似的整体特性--涌现性，这两个系统称为同构系统，它们之间的关 系称为同构性； –系统间的同构关系至少要满足以下性质： • 反射关系：如果系统S1是系统S2的同构系统，系 统S2也必是S1的同构系统，反之亦然； • 传递关系：如果S1是S2的同构系统，并且S2是S3 的同构系统，那么S1也必然是S3的同构系统。
第1章
绪论
系统的定义 《中国大百科全书》解释系统（System）：系 统是由相互联系、相互作用的两个以上要素 组成的具有一定功能的有机整体。
• 系统的三个基本特征 –系统是由若干元素组成的； –这些元素相互作用，相互依赖； –系统整体具有特定的功能。
第1章
绪论
• 系统与要素间的相互作用：
–系统通过整体支配和控制要素 –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
系统的特性 • 集合性：
– 集合：把具有某种属性的一些对象看作一个整体 ，从而形成集合； – 要素：集合里的各个对象称为集合的要素； – 系统由两个或两个以上的相互联系的要素组成的 ，所以具有集合性。 – 计算机系统：硬件，软件
第1章
绪论
系统的特性 • 相关性