通运输系统协调发展理论与模型研究.pdf
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1、第3 7 卷第6 期数学的实践与认识2 0 0 7 年3 月M A T H E M A T I C SI NP R A C T I C EA N D T H E O R YV 0 1 3 7N o 6M a r c h,2 0 0 7,、;建模;t l I I l。交通运输系统协调发展理论与模型研究张生瑞1,邵春福2(1 长安大学公路学院,陕西西安7 1 0 0 6 4)(2 北京交通大学,北京1 0 0 0 4 4)摘要:提出了交通运输系统协调度的评价分析模型从系统论的观点出发,提出了交通运输系统协调理论的概念,探讨了交通运输系统随时间而不断演化变迁的规律,给出了交通运输系统协调发展基本步骤
2、;并根据协调学原理,讨论了交通运输系统的协调性问题,提出了系统协调发展模型,对交通运输子系统内部及子系统之闯及系统整体的协调发展问题进行了研究,探讨了交通运输可持续发展的系统协调管理过程,为进一步研究交通运输系统的可持续发展奠定了基础关键词:交通运输;协调机理;协调模型;持续发展交通运输系统协调发展的研究中,可以概括为两个方面:一是交通运输系统与其它系统之间的协调问题,二是交通运输系统内部子系统之间的协调发展问题;前者主要探讨交通运输与社会、经济、环境、资源各个系统之间的协调发展,后者主要探讨交通运输系统内部因素之间的协调问题;本文应用系统原理,探讨交通运输系统的内部协调性问题,从理论上研究交
3、通系统各种运输方式之间的协调发展问题1交通运输系统协调发展概述按照系统论的观点,交通运输系统是一个随时间而不断演化变迁的系统,它也是由内部的各个子系统的相互运动达到协调作用的过程交通系统是一个开放系统,它不断与外界进行物质与能量的交换,其内部各种不同运输方式组成了交通系统的各个子系统每种运输方式都在各自独立地完成客货运输任务,自成体系地满足运输需求,但同时每种运输方式都要受到其它运输方式的共同作用,存在着方式之间的关联而形成的协同运动在初期阶段,由于各种运输方式之间的替代作用程度相当弱,这时出现运输方式的垄断,这主要是由运输方式的技术经济特征决定的例如,低价、大宗货物的运输,一般为铁路、水运所
4、垄断,小批量、多品种、短距离的运输供给则属公路运输的优势范围,航空由于速度优势承担了远程旅客运输的任务但这是一种不稳定状态,随着运输需求的变化或运输供给中的运输速度、价格、服务质量等控制变量的不断变化,各种运输方式之间的关联逐渐加强,导致运输方式之间的竞争日趋激烈,这时系统进人协同作用的第二阶段,即子系统之间的竞争局面,例如,以速度来看,铁路的提速,可以与航空运输竞争,而高速公路网的形成逐渐侵入了铁路所占据的市场;以服务质量来看,公路交通的特点及服务质量提高使旅行更加便利,吸引了更多的客源结收稿日期:2 0 0 4 一0 5 1 6基金项目:国家重点基础研究发展计划资助(2 0 0 6 c B
5、 7 0 5 5 0 0)万方数据2数学的实践与认识3 7 卷果就是由于运输需求的多样性和各种运输方式技术经济特点的局限性而使各种运输方式分享市场,各自占有一定份额然而,随着系统参量的继续变化,处于合作中的几个子系统的地位和作用也在变化,它们之间的竞争日趋尖锐,子系统之间的协同作用更加强烈,于是最终会达到更高一级的均衡,即运输方式之间的协作关系,形成一体化运输,这是交通运输系统中协同作用的主要表现形式但是,如何定量化描述交通运输系统的协调程度,国内外还未进行系统研究,本文作理论性探讨2 交通运输系统协调发展研究的基本步骤交通运输系统协调的基本思想是,通过某种方法来组织和调控所研究的系统,寻求解
6、决矛盾或冲突的方案,使系统从无序转换到有序,达到协调发展的状态系统协调的目的就是减少系统的负效应,提高系统的整体输出功能和整体效应n 矗 协调除了作为一种调节手段,或一种管理和控制的职能之外,有时也作为一种状态表明各子系统或各系统因素之间、系统各功能之间、结构或目标之间的融合关系,从而描述系统整体效应如何交通运输系统由多个交通运输方式子系统集成为一个具有特定目标的总系统,各运输方式之间势必相互关联,相互作用这种作用可能是相互牵扯约束,也可能相互依存推动交通运输系统协调是多目标优化问题,这些目标是相互作用,相互约束,处理这一类协调问题需要多目标评价、多目标优化方法和技术;而且,交通运输系统协调问
7、题涉及因素众多,各因素大多有各自独立的时间变化标准,一般需要运用多因素分析技术与系统的数据处理技术;需要说明的是,由于各因素的复杂性和各种参数的特征值在可观测性方面的差异,实际的交通运输系统协调问题可获取的解大多是非劣解或满意解 3“根据系统协调原理,交通运输系统协调步骤如下:S t e p1确定交通运输系统协调范围、协调问题的边界,明确协调过程所要达到的目的以及协调工作的详细程度;S t e p2 分析交通运输系统协调问题的影响因素,确定运输系统协调的目标与约束条件,选择适当的协调参数;S t e p3 对交通运输系统内x 万方数据6 期张生瑞,等:交通运输系统协调发展理论与模型研究33 交
8、通运输系统的协调发展模型交通运输系统的协调发展应包括子系统内部的协调发展和子系统之间的协调发展两方面1)子系统内部协调发展如果按交通运输方式划分,交通系统可分为公路、铁路、航空、水运4 个运输子系统(在此不考虑管道运输),对每个子系统,都有不同的子系统发展目标(指标),如公路交通系统中,我们可以考虑公路交通建设规模、等级结构、饱和度、连通性能等技术性指标,以及公路交通与社会经济发展适应性及环境影响分析等社会经济性指标设舡,为第i 个子系统的目标(指标)个数,0 j,为第i 个子系统第歹个子目标值,i 一1,2,3,4,歹一1,2,“对目标值D f 作如下规定;当对应的发展目标为越大越好型时,0
9、 i,为目标下限值(最基本要求值);当对应的发展目标为越小越好型时,0;j 为目标上限值(最基本要求值);当对应的发展目标为不大不小型,接近某一值为最佳,即所谓适度指标时,0“为最佳目标值对交通运输系统指标的类型,一般可分为:越大越好型、越小越好型、适中型三类指标,现分别讨论其效用函数如用x。表示第i 个子系统第歹个指标变量的值,u。,为第j 个子系统第歹个指标的效用函数 1 ,则有:1 6 1(Q;i X i)当x。为越大越好型指标时,定义:u-u=_ i 赫1(X 一o:)当x,为越小越好型指标时,定义:u z i J 一 _ 千丢罱o,(X:一0:)2当x j 为适中型指标时,定义:u
10、狮。F 赫式中U。表示了第i 个子系统第歹个指标对交通运输系统的效用贡献大小,正,、七:、五。为大于。的常数按上式构造的效用系数具有如下特点:U“反映了各子系统指标达到目标的满意程度当X;一O“时,对于正、逆指标均有U“=o,表示达到了最基本要求;当X 巧=0。,时,对于适度指标,u,=1,表示满意地达到了目标要求【,巧越大,效用越大,越满意,并且U i 一1,+1 这里效用表示了交通运输系统实现其目标所具备的能力或效率可以用来反映子系统内部协调发展状况定义子系统内部协调发展系数为:u。=凡,u=lA,是指标权重,凡=1,显然u,1,+1 J 篇12)子系统之间的协调发展交通运输子系统之间的协
11、调发展可以通过分析各子系统指标之间的相互影响,然后计算子系统之间的相互影响,进而考察子系统之间的协调发展情况具体模型通过以下步骤来说明S t e p1分析各子系统指标之间的相互影响设a 表示第i 个子系统的第歹项指标受第户个子系统的第q 项指标的影响系数,其中i,户一1,2,3,4,歹一1,2,以,q=1,2,以,a 轳可以通过定性分析或关联分析得到,并使d 宁 一l,+1 J 万方数据数学的实践与认识a 宁 o 表示正的影响(促进作用);口 o 表示负影响(抑制作用);d 垆一。表示无影响;特别地口Z 一1,并且口宁口Z,当i 户,g J 时S t e p2 计算各子系统指标受其他子系统的影
12、响用d 0 表示第i 个子系统的第歹项指标受第户个子系统所有指标的影响,则:7 pd 0 一略(3 2)q=1“p其中,y 舶为第户个子系统第q 个指标属性值的无量纲化值,且满足y 加一1,则d 0 u=1 1,+1 S t e p3子系统指标受其他子系统的综合影响,即子系统指标间协调发展系数口,可用下式给出:第i 个子系统的第歹项指标受其他3 个子系统的综合影响可表示为:4,d。,一一a 乎y 舶,i,户一1,2,3,4,J 一1,2,”i(3 3)嚣jV=14其中,B 一1,则a。,一1,+1 户=1S t e p4 子系统之间的协调发展系数在求得m,的基础上,就可以计算子系统之间的协调发
13、展系数c i(第i 个子系统与其他子系统的协调发展系数):c。=a i,y=1根据交通运输子系统内部的协调发展系数和子系统之间的协调发展系数,就可以考察整个交通运输系统协调发展的状况3)交通运输系统的整体协调发展指数定义交通运输的整体协调(度)发展指数为c:4c=p,(能、u。+仡c i)(3 5)鬲。4权重满足:乏:屈=1,胁+雎,一1,则有c 一1,+1 。一i。模型中目标值和观测值均大于o,并应进行无量纲化处理(o y。1,i l,2,3,4,歹=1,2,竹);是。、是:、走。为大于0 的常数其作用是调整计算结果数据的灵敏度是值越大,结果的灵敏性越好有了交通运输系统的整体协调发展指数,就
14、可以对系统的协调性进行分析,从而可以对交通运输系统的协调程度进行评价4交通运输可持续发展的系统协调管理过程在上述研究基础上,进一步提出区域交通运输可持续发展的系统协调控制的步骤:S t e p1根据区域的交通运输可持续发展战略规划和实际情况确定交通系统发展目标O=()。,0:,O,。)第i 个子系统目标可表示为:()i 一 O。0,O 抽),i=1,2,7 咒;万方数据6 期张生瑞,等:交通运输系统协调发展理论与模型研究5S t e p2 根据区域交通发展特征,确定交通系统变量,通过数据的观测和分析预测未来发展的趋势,即得到X 一 X l,X 2,X。),X i 一 X n,X,X);S t
15、e p3 通过上述模型计算交通运输可持续发展系统协调发展指数,分析系统协调发展状况;S t e p4 对系统进行协调控制对交通运输可持续发展的系统进行协调控制的目的是促进系统内部各要素的协同作用,使系统从无序的不可持续发展演变为有序的可持续发展对于交通运输可持续发展的系统协调控制,可以采用大系统协调控制的原理和方法,这里不做深入探讨,本文仅结合交通运输系统可持续发展特征,提出交通系统调控的主要手段首先,控制、引导交通需求总量,实行适度交通需求管理是协调控制的前提在稳定的社会经济发展和不断提高交通设施容量的前提下,适当控制、引导人们交通需求的净增量和交通消费方式,可以缓解对自然资源和环境承载力的
16、负荷强度,减轻或扭转交通资源消费需求与自然供给之间的失衡其次,调整交通运输结构、发展方式是进行交通运输系统可持续发展系统协调控制的关键因素交通运输系统的主要特征是初始投入多、资源消耗量大和环境影响显著,也是影响交通运输可持续发展的主要因素;在各种交通运输方式的污染比重分配上,德国一项研究的结论是:公路9 4,铁路3 1,航空o 7,水运2 2 5 ,这样,基于可持续发展的思想,目前以公路汽车运输为主导的运输格局实际上已向我们提出了一个新的问题,即如果在现有的技术支持下,在资源和环境的可预期约束里,在较大的区域发展差异面前,汽车运输能否或者是否应该主导一个长久的运输时期?如果政府采取各种措施,偏
17、重耗能低、污染轻的铁路与水运发展,而对汽车运输加以限制,对全社会运输需求的满足、社会经济发展是相对有利还是有害呢?这就要求政府协调管理,即通过交通政策引导、经济杠杆原理,依靠科技进步,促进交通运输结构的调整 6 3;同时,大力发展交通环保产业,改变依靠石油的“单一的”能源结构,确立交通与社会经济及资源环境协调发展的方式第三,在享受交通带来极大便利的前提下,唤醒人们资源危机感和环保意识,增强交通运输可持续发展观念,依靠全体公民的共同参与,促进交通与社会、经济、资源、环境之间协调发展5结束语交通运输系统与社会经济、人口、资源、环境协调发展是实现交通运输可持续发展的手段这就要求交通运输系统从传统的偏
18、重数量增长的发展模式转向强调改善发展质量的整体协调发展模式,从而实现交通与社会、经济、资源、环境之间协调发展,以达到交通运输系统的整体效益最优及发展的可持续性因此,交通运输系统可持续发展与系统发展协调性的关系体现了目的和手段的关系,协调就是为了保证实现可持续性目标本文对交通运输系统的协调发展有关理论问题进行了探讨,并对子系统内部及子系统之间及系统整体的协调发展指数的数量问题进行了研究,提出了交通运输可持续发展的系统协调管理过程,为进一步研究交通运输系统的可持续性发展奠定了基础 万方数据数学的实践与认识3 7 卷参考文献 1 2 3 4 5 6 曾珍香,顾培亮著可持续发展的系统分析与评价 M 科
19、学出版社,2 0 0 0 1 0吴大进等协同学原理与应用 M 华中理工大学出版社1 9 9 0 张生瑞严宝杰交通运输系统协调发展的理论分析 j 长安大学学报(自然版),2 0 0 2 2 2(2):5 l 一5 3毛保华运输系统协调理论研究 J 系统工程1 9 9 d,1 2(4):4 8 5 3 J o h nw h i t e I e g g T r a n s p o r t a t i o nf o ras u s t a i n a b l eF u t u r e,T h ec a s ef o rE u r o p e M B e l h a v e nP r e s s,19
20、9 3T h ew o r l dB a n k s u s t a i n a b l eT r a n s p o r t:P r i o r i t i e sf o rP o l i c yR e f o r m M ,T h ew o r l dB a n k 1 9 9 6 C o o r d i n a t i o nT h e o r ya n dM o d e lo fT r a n s p o r t a t i o nS y s t e mZ H A N GS h e n g r u i l,S H A 0C h u n f u 2(1。S c h。o lo fH i g
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- 通运 系统 协调发展 理论 模型 研究
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