随着世界社会经济的发展，交通运输业的发展和采掘业、农业和工业一样都经过手工业经营、制造业经营和机械经营以及计算机自动化科学经营等不同阶段。

一、关于建立综合运输体系

　　随着世界社会经济的发展，交通运输业的发展和采掘业、农业和工业一样都经过手工业经营、制造业经营和机械经营以及计算机自动化科学经营等不同阶段。不同的发展过程，表现在交通运输业是人力运输时期、水运时期、公路运输时期、铁路运输时期和综合运输时期(除了铁、水、公、航等，随着石油、天然气的采掘，管道运输也适应兴起)。各时期的发展是一个逐步渐进的过程：手工业时期以人力、畜力运输为主，当时手工业生产表现为短途运输较突出，主要靠人力，较长距离的运输则靠畜力。由于船舶的发展开始利用河道和海洋，随着商品经济的发展开始利用廉价水运进行货运，因此我国沿江沿海的城市(如中国的天津、上海、宁波、武汉等)都是随着水运的发展而兴起。在陆地上也开始修路筑路，通过人力车、畜力车等内陆上的运输也相应兴起，到了机械制造时期，特别是蒸汽机出现后，铁路、汽车的出现对运输业的发展产生巨大的刺激。随着煤炭、钢铁等采掘业的发展促进了铁路大发展，1825年世界上出现了第一条铁路，随后交通运输工具进入到以铁路为主的时期，美英法等国都出现了铁路建设高潮。随着微电子与信息的发展，世界进入后工业化时期，随着经济的发展、产业结构的调整以及交通运输业的发展发达国家已经进入到综合交通运输时期。现在世界上发达国家，铁路、公路、水运、航空与管道都得到了交通运输业的全面发展，综合交通运输所覆盖的这五种现代化运输方式各有其独特的优点同时亦有着不同的缺点，它们的发展也是随着各国经济水平、地理环境、客货运输要求的不同，每个国家的综合运输具体结构与表现内容亦不相同，如美国已由铁路建设高潮进入到铁路衰退时期，目前旅客运输以航空和高速公路汽车为主，货物运输则以铁路运输为主体，而西欧一些国家则在客货运输中铁路运输发展得更加突出些，亚洲的日本其五种运输方式相结合的综合运输发展的水平更加明显，今天日本的铁、公、水、航等都是高水平得发展。世界上海运随着集装箱运输和造船业的发展而发展与壮大，随着科技发展今天世界海运以集装箱运输为主，今天世界已出现一批几亿吨、几十亿吨吞吐量的现代化集装箱大港，更加带动了世界海运的发展。

　　铁路、水路、公路、民航和管道五种现代化运输方式各有其不同的技术经济特征和使用范围，随着社会的发展和科学技术的进步以及社会需求的变化，各种运输方式的技术装备和组织工作不断更新，其技术经济性能和使用范围也在不断变化，而充分发掘各种运输方式的优势，扬长避短，可以最大限度的节约运输建设投资和运输费用。

　　我国社会主义制度的建立，为实现各种运输方式相互协调，建设一个统一的综合运输体系创造了条件。在社会主义市场经济的环境下，必然要求充分发挥各种运输方式的优势，不断的更新技术和提高服务要求，因此如何在市场经济条件下实现如何利用交通运输资源，建立各种运输方式的合理分工，建立综合交通运输的科学管理机构，开辟广阔的运输市场是当前必须着手解决的一大问题。

　　早在1978年12月大的十一届三中全会通过实行改革开放政策以来，在我国交通运输业的发展过程中形成了这样一种指导思想和建设方针，就是要在不断提高经济效益和社会效益的前提下，在我国建立和完善铁路、公路、水路、航空和管道等几种运输方式的协调发展、逐步实现优势互补的综合运输体系，以适应国家实施的“改革开放”、国民经济建设和社会发展。在1991年党的十三届七中全会通过的《关于制定国民经济和社会发展五年规划和“八五”计划的建议》中，就明确提出了交通运输的发展“要着眼于综合运输体系的建设”。

　　组成现代运输业的是五种运输方式，每一种运输方式都各有其特定的运输网络和运输设备，各有其技术经济上的优势和运营上的特点以及其合理的使用范围。这些运输方式既是相互独立的，又是相互依存的。在社会化大生产的经济活动中，在国内及国际的统一的运输过程中进行合理分工与协作、相互连接、有机结合、发挥各自优势，实现运输的畅通。要力求在交通建设与投资上做到统筹规划、布局合理，在运输设备(包括固定设备与移动设备)数量和质量上做到相互衔接，成龙配套，在组织管理上做到协调配合、实现经济互利。党的十六大提出的“全面建设小康社会总体任务，需要加快建立便捷、通畅、高效、安全的综合运输体系，以最小的资源和环境代价满足经济社会对运输的总需求”。党的十七大又进一步提出建立我国安全可靠和方便快捷的综合运输体系。

　　当然，在我国各种运输方式之间随着市场经济的发展在市场经济环境下也存在竞争，但这种竞争是具有中国特色的社会主义条件下的竞争，是在合理的运输结构和统一的运输市场以及在充分利用外界环境下进行的。它主要表现在如何发挥各自的优势，扩大对旅客及货主的服务和提高效益与服务的质量上。各种运输方式就是要在社会主义市场经济体制和国民经济总目标的前提下达到分工协作、优势互补，在竞争的条件下求得各自生存和发展，不断使我国综合交通运输体系进一步合理化。

　　我国几十年特别是改革开放以来就确立发展综合交通运输体系为我国交通运输发展的重要方针，是符合我国实际的，具有现实和深远的意义。首先，我认为发展综合运输体系是当代中国交通运输发展的新趋势、新方向。我们把发展综合运输体系作为发展交通运输业的途径和方向，既符合我国运输生产的发展的国情，也符合世界交通发展趋势，综合运输的发展必将使我国交通运输业发生广泛而深远的变化。其次，发展综合交通运输体系亦是我国交通运输业发展的新模式。我们必须由过去运输业单一的、孤立的发展模式向综合的、协调的综合发展模式转变，这是一个重大的变化和进步，按照综合运输体系的要求进行建设，以取得巨大的政治上和经济上的效果。第三，发展综合运输体系是增强有效运输生产力，缓解我国交通运输紧张状况的途径之一。综合协调将产生一种新的生产力，在我国今天运输能力不足的情况下，建设和发展综合运输是一种少花钱多办事的有效途径。第四，对我们这样国土面积大，运输资源丰富的大国来说，必须要发展综合交通，发展综合运输体系是经济地发展运输业，提高经济效益的重要方法，运输业的根本任务是在提高经济和社会效益的前提下，完成运输任务。按照各种运输方式的技术经济特点，建立合理的运输结构，发展一体化的综合交通运输体系，使各种运输方式扬其所长、避其所短，既可扩大运输能力，又能提高经济效益。什么是综合交通运输结构，这里并没有什么固定的模式。在不同的国家、不同地区和不同的时期是不相同的。运输结构合理化的标准，最根本的是根据市场经济要求，根据我们的国情、省情、市情选择那种经济和社会效益最好的运输方式，我们国家交通运输业发展的基本方针是推动综合交通运输体系的建设。这时我的交通运输发展观。

　二、系统科学与系统工程

　　一、系统科学概念与系统工程学的引入

　　“系统”这个词来自拉丁语的systema，一般认为是“群”与集合的意思。在韦伯(Webster)大辞典中，“系统”一词意义为“有组织的或被组织化的整体”，是“形成复合整体的各种概念、原理的综合”，是“以有规律的相互作用或相互依存形式结合起来的对象的集合”。因此系统可定义为具有一定功能的，相互间具有有机联系的，由许多要素或构成部分组成的整体。一般系统论的创始人L.V贝塔朗菲(L.V .Bertalangfy)把“系统”定义为“相互作用的诸要素的综合体”，美国著名学者R.L阿柯夫(R.L.Ackoff)认为“系统是由两个或两个以上相互联系的任何种数的要素所构成的集合”。

　　综上所述，系统是可以分解的，一个系统可以是一个更大系统的组成部分，而该系统本身又可包含若干子系统，因此系统是有层次的，任何一个系统都有它的层次结构、规模、环境与功能。系统的反义词是混沌或混乱(Chaos)，混沌是指失序或杂乱无章的集合，系统的同义词是“组织”、“体系”等，但这些词义还不能完全反映各部分的有机联系。

　　20世纪以来，科学知识已发展成多种学科，系统科学是与自然科学和社会科学并列的基础学科，是一门独立于其它各门科学的科学。系统科学是在研究控制论、信息论、运筹学和一般系统论的过程中发展起来的，从系统科学这一研究系统的基础科学出发，结合其他基础科学，组成一系列研究系统共同问题的技术科学，这些科学统称为系统学。

　　控制论(cybernetics)是1947年由N.维纳(N.Wiener)提出的，从狭义上说，控制论研究的是工程中的伺服理论，从广义上说，它包括了许多领域，如工程控制论、生物控制论、经济控制论等。控制论的发展在科学上有重大意义，最优控制理论在自然、社会、经济领域中都有广阔的前景。

　　一般系统论(general systems theory)在上世纪40年代后期逐渐形成，它来源于观察生物和生命现象，一般系统论用于研究复杂系统时，找到了科学的统一理论和多学科相互关系的共同基础。1950年V.V贝特朗菲对一般系统论进行了描述，提出了不同学科间的沟通问题，一般系统多种学科虽然在科学方法上有相似性，但不同学科之间的沟通是很困难的，一个领域的科学概念和假设很难应用到另一个领域中去，例如在人体学和生命科学、社会科学和行为科学、人类学三者之间要找学科联系是相当困难的。而贝特朗菲则认为“在不同领域中，表现出了结构上的相似性和同构性”。因此，一般系统论的任务是找到不同学科之间的共同语言或科学术语，并注重强调系统的开放性。在不同学科领域里，有一种研究各学科间有序结构的方法，即对基本的行为单元，按其复杂性构成一个有层次的结构，有关系统或子系统生成的科学为系统学。显然定义学科的形成和发展有力地推动了系统科学的进展，作为一个系统对象可以归纳为六个特性即整体性、相关性、目的性和功能环境适应性、动态性和有序性。

　　按照系统的分类有几大类即：

　　(1)自然系统和人造系统。

　　(2)实体系统和抽象系统(或称为概念系统)。两类系统在实际中常结合在一起，以实现一定的功能，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。

　　(3)静态系统和动态系统。

　　(4)开放系统和封闭系统。

　　(5)简单系统和巨系统。若巨系统中子系统种类不多(几种、几十种)它们之间的关联关系又比较简单，就称作简单巨系统;如果子系统种类很多并有层次结构，它们之间的关联关系有很复杂，这就是复杂巨系统。如果这个系统又是开放的，就称开放的复杂巨系统，如生物系统、人脑系统、人体系统、社会系统。

　　综上所述，人类社会和自然界的发展可以用系统科学来分析分解，求得某类系统的答案。但对开放的复杂巨系统目前还没有形成从微观到宏观的理论，实践已经证明，现在能用的唯一能有效处理开放复杂巨系统(包括社会系统)的方法，就是“定性定量相结合的综合集成”方法。通过总结几个复杂开放巨系统地研究和分解，发现过程中通常是科学理论、经验知识和专家判断力相结合，提出经验性假设(判断或猜想)，而这些经验性假设不能用严谨的科学方式加以证明，往往是定性的认识，但可以用经验数据和资料以及几十、几百、上千个参数的模型对其确定性进行检测，而这些模型也必须建立在经验和对系统的实际理解上，经过主要计算，通过反复对比，最后形成结论，而这样的结论就是我们理解认识客观事物所能达到的最佳结论，是从定性到定量的认识。因此，定性定量相结合的综合集成方法，就其实质而言是将专家群体(各种有关专家)、数据和各种信息和计算机技术有机结合起来，把各学科的科学理论和人们经验知识结合起来，这三者本身也构成了一个系统。这个方法的成功运用，就在于发挥这个系统的整体优势和综合优势。近几年，国外有人提出综合分析法(multi-analysis)对不同领域的信息进行跨域分析综合，但不成熟，方法也太简单，而定性和定量相结合的综合集成方法却是真正的multi-analysis。

　　这个方法我们可以概括总结如下：

　　例如要解决某个复杂大系统问题，首先要由相关专家掌握的科学理论、经验知识和对实际问题的了解，共同对问题机制(运行机制和管理机制)进行问题的了解，共同对问题的症结所在，对解决问题的途径和方法进行讨论判断(经验性结论)并从系统思想的观点把上述问题纳入系统框架，建立边界，明确哪些是状态变量、环境变量、控制变量(政策变量)和输出变量(观测变量)，这一步对确定系统建模思想、模拟要素和功能具有意义。系统建模是指将一个实际系统的结构、功能、输入—输出关系用数学模型、逻辑模型等描述出来，用对模型的研究来反映对实际系统的研究。建模过程需要理论方法又需要经验和知识，还要有真实的统计数据和有关资料。有了模型就可以模拟系统和功能，这就是系统仿真。它相当于在实验室对系统做实验，即系统的实验研究。通过系统仿真可以研究系统在不同输入的反应，系统的动态特征以及未来行为的预测等等，这就是系统分析。在分析的基础上进行系统优化，优化的目的是找出使系统具有我们所承认的功能的最优、次优或满意的政策和策略。通过以上步骤获得定量结果再由多个相关学科专家进行共同再分析、讨论和判断，这里包括了理性的、感性的、科学的和经验的知识的相互补充。其结果可能是可信的，也可能是不可信的，在后一种情况下还要修正模型和调整参数，重复上述工作，这样重复多次直到各方向专家都认为这些结果是可信的，在做出结论和政策建议。这时，既有定性的描述，又有数量根据，已不再是先验的判断和猜想，而是有足够的科学依据的结论，具体上述方法可用下图来表示：

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　　综上所述，综合集成方法取得了很好的效果，在解决问题的过程中，专家群体和专家的经验知识起着重要的作用。上面说到这一综合的过程还没有使用机器，建立模型也是靠人动脑子思考，现在看，我们还可进一步在一个系统中加入“知识”这一极其重要的因素。这就牵涉到知识的表达和知识的处理，实际上，就是“知识工程”的问题了。知识工程是人工智能的一个重要分支，解决问题的办法着眼于合理地组织与使用知识，从而拼成“知识型”的系统。“专家系统”就是一种典型的知识型系统。专家的一部分作用通过“专家系统”来实现，所以“专家系统”也自然是系统中的子系统。在进一步来分析，在前面关于系统分类的讨论中，开放的特殊复杂巨系统居于最高层次，人作为这种系统中的子系统，人类创造各种机器来代替体力劳动和脑力劳动，其结果具有智能行为的机器必然是子系统。由人、专家系统及智能机器作为子系统所构成的系统必然是人、机交互系统，各自子系统互相协调配合，关键之处由人指导、决策，重复工作由机器进行，人与机器以各种通讯方式，例如自然语言、文字、图形等，进行人、机通讯，形成一个和谐的系统。现从对复杂巨系统的研究，已在探讨“知识型系统”的研究的方法问题。知识工程的核心问题是知识表达，即如何把各种知识，如书本知识、专门领域的有关知识、经验知识、常识知识等表达成计算机能接受并加以处理的形式，这是必须解决的基本问题。知识型系统与以往的动态系统不同，它的特点是“以知识控制的启发式方法”求解问题，而不能精确的定量处理。因为许多知识是经验性的，难以精确描述，对于知识系统不能像上面的一些控制系统那样建立数学模型，而只能采用定性的方法，如果系统中包括一些可以定量描述的部件，那么必然是采用定性与定量相结合的方法进行系统综合。目前已有许多工作是利用定性的物理概念与建模方法来建立定性模型，进而研究定性推理解。定性建模是一种把深层知识进行编码的方法，关心的是变化的趋势，例如增加、减少等，如当前研究国家经济物价等。定性推理指的是在定性模型上的操作运行，从而得到或预估系统的行为。这里着重的结构、行为、功能的描述及它们之间的关系。

　　总之，我们把系统的“开放性”和“复杂性”这两个概念拓展之后，对系统的认识就更加深刻。所概括的内容，久更为广泛。这种广泛性是现代科技的发展，尤其是新兴的知识工程的发展中抽象的概括而得来的，有着坚实的基础与充分的把握。在阐述了开放的特殊复杂巨系统属于系统分类中的最高层次之后，实际上就把系统科学与人工智能两大领域明显地加以沟通。这样一来各种以知识为特征的智能型系统，加相互合作的人工智能系统、分布式人工智能系统以及智能控制系统以及今天的智能交通系统等都属于一个统一的、明确的范畴。这就有利于建立开放的复杂巨系统的理论基础，这是当代科学发展的必然结果。

　三、系统科学与交通运输科学的融合

　　————交通运输系统等

　　如上所说系统就是许多部分所组成的整体，系统就是要强调整体，强调整体是相互关联、相互制约的各个部分所组成的具有独立功能的有机整体，而且这个“系统”本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分。系统工程就是从系统的认识出发，设计、制造和实施一个整体，以求达到我们所希望得到的效果。我们认为它是“工程”，就是要强调达到效果，要具体，要有可行的措施，也就是通过实干改造客观世界。系统有自然界本来存在的系统，如太阳系、自然生态系统就是系统工程。系统工程是要改造自然界系统，创造出人们所要求的系统。而现代科学技术对系统工程的贡献在于把一概念具体化。就是不能空谈系统，要有具体分析一个系统的方法，要有一套数学理论，要定量地处理系统内部的关系。而这些理论工具到了20世纪40年代才具备，所以系统工程的前身，即operations， analysis，Operation research。当然系统工程的实践一旦产生实际效果，社会上就有一股强大的力量推动它发展，因此也就促进系统工程理论的发展、理论与实际相互促进。现代科学技术对系统工程有一重大贡献就是计算机。没有计算机的巨大计算能力，系统工程的实践将几乎是不可能的。系统工程的进一步发展，还有待于性能更高的计算机的出现，这就是系统工程的历史。

　　结合我长期从事交通运输业的规划，布局与管理工作，对交通运输自身的认识，从1978年以来又学习系统科学的理论，于是我产生了把系统科学与交通运输科学进行融合，提出了交通运输系统的概念。把交通运输系统理论用到交通运输的规划、建设上来，实现交通运输业的发展，我们称之为“交通运输系统工程”。在钱学森院士、张仲俊院士、宋健院士及许国志院士的指导下，我走进了交通运输系统新学科的殿堂。现从以下方面对交通运输系统进行分析。

　　1.交通运输系统的功能

　　任何一个社会经济大系统的形成与发展都有其自身的独特功能，交通运输系统也不例外，它的形成和发展与其具有独特的功能是分不开的。交通运输系统的独特功能主要包括：生产功能、旅客和货物的运输功能、社会运行的循环功能以及国防功能。现分述如下：

　　1) 生产功能

　　组织生产是社会的基本功能，而任何生产包括工业、农业以及建筑业等物质生产部门都离不开运输。交通运输业是社会生产的必要条件。但是，它又不是消极的、静止的为社会生产服务。交通运输系统的不断完善与提高，为社会生产提供更方便、更廉价的运输条件，将有助于开发新的资源，发展落后地区经济，扩大原料供应范围和产品销售市场，从而促进社会上产的发展，建国以来，随着中国运输业的发展，运输网的扩大，加快了一些地区工农业生产的发展和新资源的开发，为新的工业基地的建立和城市的出现提供了条件，运输费用在某些产品的生产费用中占有很大比重。因此，在社会生产中如何考虑运输条件，最大限度的节省运输工作量，不断降低运输费用，是节省社会生产费用，提高社会劳动生产率的重要因素。

　　2)旅客和货物的运输功能

　　人们生活离不开运输系统提供的运输服务。随着人们生活社会化的发展，人们的出行次数不断增加，它包括了工作、学习、科学技术交流、旅游以及探亲、访友等，都要通过运输来实现其目的。

　　中国幅员辽阔人口众多，每天乘坐飞机、轮船、汽车、火车等交通工具的旅客成千上百万。旅客运输是交通运输系统最基本的任务之一，它直接关系到社会生产、工作、生活和国际交往等各个领域。随着我国改革开放政策的实行，城乡经济的发展，人民生活水平的提高，近年来全国客运量急剧增长。为此，加强交通运输系统的投资，增加交通运输系统设备，提高交通运输系统能力，是我国交通运输业面临的一项艰巨任务。

　　3) 国民经济系统的循环功能

　　要使国民经济得到高速的发展，有如人的机体一样，必须有良性的循环系统，把机体所需的营养物质输送到机体各个器官，而交通运输系统正式担负着这种循环功能。通过交通运输手段，把国民经济生产、流通和消费领域联系起来，把城市与城市、城市与农村联接起来，从而保证国民经济和人民生活水平以及工农生产的正常进行，今天发展的物流系统正是体现了这一功能。在国家实行对外开放、对内改革的基本国策的形势下，交通运输系统担负的循环功能尤为突出。交通运输系统所承担的循环功能具体表现在以下两个方面：

　　(1) 交通运输系统是一个国家实现良性经济发展的内循环系统的基本手段

　　(2) 交通运输系统是实现一个国家(或地区)经济外循环的基本手段。特别我国现在实施了改革开放，因此今天交通在外循环中起到更加突出的作用。

　　2. 交通运输系统的特点

　　交通运输系统的特点：

　　(1) 交通运输系统具有明确的目的性

　　交通运输系统的目的是要完成社会和企业以及个人的运输任务。其中货物运输是生产和流通的组成部分，通过运输工作才能完成商品的交换任务。旅客运输是满足人们工作、学习、生活和旅游的需要。为此，交通运输系统有其明确的目的和目标。

　　(2) 交通运输系统是一个整体，是实现旅客和货物的位移，即从始发地到目的地，完成这一过程才能实现“运输”，它的单位是“人公里”和“吨公里”。这个“整体”必须相互协调才能适应国民经济发展的旅客和货物的运输任务的需要。

　　现代交通运输系统是由五种运输方式(铁路、水路、公路、航空和管道)组成，这五种运输方式尽管都独立存在，而且它们各自都有其特点和适应的领域，但都是交通运输大系统的组成部分，共同组成一个国家或一个地区的交通运输“整体”。此外，就每一种运输方式来看，其内部亦是各种设备和组织管理组合成的一个整体，无论大交通系统还是五种交通子系统都包括集、装、运、卸、散五个过程。只有把由各种运输方式组成的大交通系统和每种运输方式的子系统所蕴含的这五种生产过程的相互协调、适应，才能发挥运输整体和每种运输方式可担负的运输功能。

　　(3) 交通运输系统具有鲜明的层次性

　　就全国交通运输网来看，有干线、支线和联络线;就交通运输枢纽来看，有全国过路网枢纽和区域性地方枢纽;港口有国际性港口、国内地区性港口以及地方性港口等;公路线有国道、省道和县道等;交通运输管理系统也有中央管理、省区管理和市县管理等层次。

　　(4) 组成交通运输系统的诸子系统的“元、部件”彼此间都是相关的，它们之间是以相互联系、相互关联的形式存在的。如交通运输设备子系统内有固定设备子系统和移动设备子系统，这两个系统之间存在着严密的相关性，具体表现为相互间的协调度。如果其协调度很低，势必影响到运输系统能力的发挥。

　　(5) 交通运输系统的发展与建设必须与其内外部环境相适应。其外部环境包括国家和地区的社会环境、交通建设的自然环境、经济环境、城市建设以及人口分布等;其内部环境包括交通资源分布(如河道、海岸线、港口资源等)、科学技术发展水平、经营管理状况等方面。一个国家和地区交通运输系统的开发和建设与其环境有着非常密切的关系。环境发生变化必然影响到交通运输系统的运营和建设。

　　(6)交通运输系统是一个连续性过程系统。

　　交通运输系统是一个连续性的过程系统。它的连续性表现为：运输生产过程的连续性和运输生产的连续性。其货物运输生产过程包括了集、装、运、卸、散诸环节组成的生产全过程。旅客运输过程包括进站、上车、运行、到站、出站等过程和环节。总之，它是由特定的作业过程，我们称之为过程单元组成。过程单元按照一定的方式相互连接在一起形成网络称为过程系统。诸过程单元是通过旅客和货物位移相互连接的。在完整的运输过程系统中，任何一个“过程”或单元出现故障和问题都直接影响系统功能的实现。为了保证过程系统的正常运转就要不断地解决和协调各个“过程”和“过程”、“单元”和“单元”间所形成的“结合部”。正由于交通运输系统是一个过程系统，必然在作业过程的诸多环节中所形成诸多的“结合部”，因此对交通运输系统的结合部的管理问题就具有特别重要的意义。

　　交通运输系统生产的连续性表现在时间上的连续。这个系统的生产一般全年、全月、全日地运转，不能有任何中断，如果发生运输中断就破坏了运输的正常生产。

(7)交通运输系统生产的多环节、多功能、超区域的特点

　　如前所述，结构复杂的交通运输系统，其运输生产过程表现为多环节之间的联合作业。如货物装车(船)、运行、卸车(船)、旅客运行的上车、运送、下车等环节，而且各个环节间要协调匹配。

　　一般工矿企业都是在一定的区域内进行生产，而交通运输系统生产和运行则没有区域的界限。旅客旅行由始发地到目的地，货物由发送站到到达站是根据运输具体目的的要求确定的，它们没有区域的界限，更不能限制在一个城市或地区，必要打破国家的界限，如国际航线、国际铁路联运以及远洋航运等。

　　(8)交通运输系统生产有网络型特点

　　交通运输网是由骨架(干线)线网、地方线网和厂矿支线、专用线网组成。包括交通运输系统中各子系统的交通网，如铁路网、公路网、水运网、航空网等共同合成组成全国运输网。交通运输系统的生产必须具备交通运输网的实体，为此交通运输系统的建设与发展，首先要从完善、加强、扩展交通运输网着手，不断地提高交通运输网的数量与质量，是发展交通运输系统的基本措施。

　　(9)交通运输的产品具有非实体性。交通运输系统具有强大的生产设备，包括固定设备(包括线路、港站、枢纽、管道等)和移动设备(包括车、船、飞机等)，通过人和货物的位移最后实现运输的目标“位移”，即场所的变更。其产品就“位移”，它没有实体存在，其产品的单位是“人公里”和“吨公里”。为此交通运输的存在只能是固定设备和移动设备的存在，而其产品是不能储存的，交通运输的产品是无实体性的。它们只能以交通运输设备的存在形式而存在，不能像其他工农业产品以实物形式存在，且交通运输的设备能力可储存，其产品是无法保存的，更不能转移。

　　(10)交通运输系统是一个动态系统

　　交通运输系统是一个动态系统，其动态性表现在两方面：一方面交通运输系统是国民经济大系统的组成部分，国民经济大系统随着时间的变化而变化，从而运输任务也随着时间变化而变化。另一方面是交通运输系统本身的动态性，即交通运输系统中的人流、物流、车流、船流以及飞机流等本身就是经常处在一个流动和运动的状态，要提高系统的水平就要加速它们的流动。研究交通运输系统，就要研究交通运输系统的动态性以及其表现的规律性。

　　3.交通运输系统的结构

　　1)交通运输系统中运输方式结构

　　交通运输系统中现代化的运输方式结构包括铁路、公路、水运、航空和管道等五种运输子系统。这些子系统各有优势，在一定地理环境和经济条件下有其各自的合理使用范围。

　　铁路运输子系统受自然条件影响较小，运输能力大、运输成本低和能耗较小、速度较快、通用性好，是中、长途客货运输的主力。

　　公路运输子系统投资省、建设周期短、机动灵活，可以对城乡广大地区实现门到门直达运输，它是短途客货运输的中坚力量。随着公路状况的改善，汽车技术的进步，公路运输将成为高档工农业产品以及中距离客运的重要力量。

　　沿海、内河水运子系统投资省、运输能力大、占地少、干线运输成本和能耗最低。在沿海和内河有水运条件的地方应成为大宗和散装货物的重要运输方式之一，也可以承担内河的客运任务。

　　航空运输子系统成本和能耗高，但具有建设周期短、运输速度最快、受地形限制较小等特点，在长途客运和精密仪器、鲜活易腐货物运输有明显优势。

　　管道运输子系统投资省、建设周期短、运输能力大、占地少、受自然影响小。一般适合天然气和流向较集中的原油和成品油的运输。

　　按照系统论和运输经济学的观点，建立合理的运输结构不仅要科学的确定各种运输方式在交通运输系统中的地位和作用，而且必须在全国范围内根据国民经济发展和具备的自然条件并且要考虑运输方式的合理分工和社会经济发展对运输的需求，做到宜铁则铁、宜公则公、宜水则水、宜空则空，逐步建立一个经济协调、合理发展的综合运输系统。因此运输系统的结构组合形式主要有以下几种形式：

　　(1)并联结构。各运输子系统间为一个并联关系。一般在区域面积大、经济发达国家或地区可能出现这种结构。当然并联方式可能是二种、三种、四种或五种运输方式。

　　(2)串联结构。各运输子系统间为一个串联关系。当然串联的运输方式可能是两种、三种、四种或五种，其中具体运输子系统亦可能不同，如铁——公——水或公——铁——水或水——铁——公 ......

　　(3)串并联结构。一个国家或地区交通子系统的组成结构大多数为串并联关系。

　　2)如果按交通运输设备的特点来分

　　现代化交通运输系统的共同特点是使用机械动力驱动运载工具在线路上运送人员和物资(管道运输是接受动力推进)，因此交通运输系统的设备结构基本上有两大子系统，即固定设备子系统和移动设备子系统。只有这两个子系统在综合运输能力的前提下相互协调，才能形成最优的综合运输能力。

　　(1) 固定设备子系统

　　(2) 移动设备子系统

　　交通运输系统设备的结构子系统就是上述两类设施子系统的合成，共同承担客货运输任务。如需要交通运输系统设备提供最优的综合运输能力，就要使两个子系统能协调配合，通过科学的运输组织，实现既有设备的最优综合运输能力。

　　3)如果按交通运输系统运输网结构来分

　　交通运输网是在一定空间范围(国家或地区)内有几种运输方式的线路和枢纽等固定技术装备组成的综合体。运输网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和水平，在运输业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。为此应该对运输网结构进行深入分析。运输网结构分析的在网络结构上有以下几个方面：(1)运输通道网络;(2)运输主干网;(3)集散网(微循环网)。它们包括：骨干线路、开发线路、给养线路、腹地线路、连接企业线路(或叫专用铁道、专用线)。在枢纽站点结构上讲有：(1)网络化的综合交通枢纽(包括①陆地性网络枢纽、②水陆结合的网络枢纽);(2)地区性综合交通枢纽;(3)单一运输方式的枢纽。

　4. 交通运输系统工程是一个开放的复杂巨系统

　　交通运输系统作为一个开放复杂大系统，它具有社会开放复杂大系统的特征，具体表现如下。

　　(1)交通运输系统的功能复杂

　　一般来说，大系统都是多功能的，也是多目标的。交通运输系统的多功能多目标表现为，它既具有运输基本功能还具有生产功能、工业功能、经济循环功能、客运服务功能、国防功能、城市功能以及区域功能等。为此，交通运输系统的开发建设涉及到多目标、多功能的实现。

　　(2)交通运输系统的结构庞大复杂

　　我国交通运输大系统包括庞大的固定设备和移动设备以及复杂的控制设备和管理设备等，还有上千万的职工队伍。它是一个庞大的系统。

　　(3)交通运输系统的信息复杂

　　交通运输大系统的信息不仅量大而且复杂。为了保证交通运输大系统的正常运转，需要做大量的信息收集、加工、传输等工作，交通运输大系统的信息包括两大类，即系统内部信息，它包括生产、调度、运行、运输工具、职工、客运和货运，以及有关规章、制度、政策、法规等;另一类为系统外部信息，由于交通运输系统是一个动态开放大系统，要求相关部门和相关地区(包括国内和国际)不断地提供各种有关的信息。如客流的分布与数量、货流的分布与数量、车船运行状况、国际国内和地区的经济信息、市场信息、政策法规信息以及相关资源、气象、地质、水文等方面的资料。只有不断地收集这些相关信息，通过加工、分析和传送，才能保证交通运输系统的正常运转和建设发展。

　　(4)交通运输系统大系统控制与协调

　　由于交通运输系统是一个复杂的大系统，为此，必须把这个系统分解成若干相关联的子系统进行控制。根据交通运输系统信息交换方式和关联处理的方式可分成递阶控制、分布式控制与分散控制三种形式，具体如下：

　　Ø 递阶控制系统

　　它对各子系统的控制作用是按照一定优先和从属关系的决策单元来实现的。他们形成了金字塔的结构。同级的各决策单元可以同时平行工作，对下级施加作用，同时又要受上级的干预。子系统可以通过上级相互交换信息。我国铁路运输系统就是按照这一控制模式进行的。这种递阶控制具有以下的基本性质：

　　①递阶由安排在一个“金字塔”或“锥形”结构里的所有决策单元组成。在锥形结构中每一级都有一定数量的决策单元平行地运转。

　　②递阶结构存在于有整体目标的系统中，构成这个递阶结构的全体决策者的目标是彼此协调的。

　　③递阶结构中不同级上的决策单元之间有往返的信息交换，但向下级信息有优先权，较低级对这一信息应作为命令对待，只要能做到，他们就应服从这一命令。

　　④递阶结过中，决策者所处的级别越高，越关心较长期的目标。

　　Ø 分布式控制系统

　　在这种系统中，各子系统的控制单元是按子系统的控制目标事先按一定方式分配给各子系统的控制单元，它们之间可以有有限的信息交换。这种布局使得控制的可靠性、灵活性都有所改善，同时也降低了通讯成本。我国海运港口管理就是采取这种模式。

　　Ø 分散控制系统

　　在这种系统中，每个子系统只能得到整个系统的一部分信息，同时也只能对系统变量的某一子集进行操作和处理，各自都有独立的控制目标，这正好和集中控制形成鲜明的对照。我国公路、内河的控制与管理就是采取这种控制模式。

　　协调是大系统控制中常用的一个基本概念，如图1-2所示的二级结构。

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图1-2基本的二级结构

　　上层的协调器控制下层的两个决策单元，它们有各自系统的模型和控制目标。协调器的任务是通过对下层决策的干预来保证它们分别找到的决策能满足整个系统控制目标的要求。所以协调器要不断地和下层的决策单元交换信息，一方面发出干预信号c，一方面接受从下级送来的有关个决策单元做出的决策和获得的性能指标值的信号f。干预信号也就是起协调作用，产生干预信号的原则就是协调策略。我国交通运输大系统的协调也正是采用这种模式进行整体和宏观的协调，保证全国交通运输系统的畅通。

　　(5)计算机管理是交通运输系统管理的重要手段

　　由于交通运输系统设备庞大、复杂，信息量大，因而计算工作量大，必须要有计算机的参与和支持，这正是大系统的又一特征。例如铁路，全国已建立了计算机网络系统，对全路的客运、货运、机车、车辆以及营运组织进行了计算机管理，建立了全路计算机计划管理系统，机车车辆实时管理系统，编组站、货运站管理系统，集装箱管理系统，全路统计分析系统，综合信息系统，同时还建立起来了沟通各铁路局间计算机网络，并运用计算机进行车流预报、车流调整等工作。

　　(6)交通运输系统具有庞大的职工队伍

　　交通运输系统除了固定设备、移动设备外还有庞大的职工队伍，这一特征亦是社会经济大系统的特征之一。交通运输系统尽管有庞大复杂的交通运输设备，但这些设备必须通过人来进行组织和管理才能实现其运输任务。要提高交通运输系统的水平，必须提高交通运输系统职工队伍的素质，通过人的参与不断地提高交通运输系统的管理水平，从而进一步提高交通运输系统的效益和效率。

　　综上所述，可以看出交通运输业不仅是系统对象，而且是典型的社会大系统。

　5. 研究综合交通系统的几个基本方法

　　结合自己多年来进行交通运输系统的研究和探索，我认为以下几个方法是可试行和推广的。

　　(1) 交通运输系统模拟

　　由于现代社会日趋“信息化”、“定量化”、“科学化”、“实验化”，所要解决的多数不同的系统问题，变得越来越复杂，在一个交通运输系统中(包括综合交通运输系统)包括若干子系统和错综复杂的种种因素，这些因素之间又存在这样那样的相互联系、相互制约的关系。目标总系统与各子系统之间、子系统与子系统之间以及要素与系统、要素与要素之间的随机性联系与变化对该子系统的运行都将带来的协调和扰动或干扰，相关信息的变化或不足而带来的随机性与不确定性，增加了系统运行的难度，使得单凭教学方法或建立一两个模型进行分析和研究是不能得出结果的。随着计算机的普及与发展，人们就用计算机模拟人类思想研究交通运输系统，这使计算机模拟尸体系统运行的方法于上世纪50-60年代就已兴起。当然，由于我们对交通运输系统的总体认识不清致使我们建立起交通运输系统的计算机模拟软件的可实践性与实际交通运输系统的逼真性上存在很大的差距，但我想随着我们对交通运输系统认识的不断加深，通过计算机进行交通运输系统的研究一定会逐步加深，求得满意解决。

　　(2) 交通运输动力学方法

　　系统动力学是由美国麻省理工学院(MIT)的福瑞斯特(J.W.Forrester)教授创造的，这个方法初期是由工业发展领域使用于工业企业管理，因而最早称为“工业动力学”。1961年福瑞斯特发表的《工业动力学》成为经典教材。随后，系统动力学的应用范围日益扩大，逐渐形成了一门比较成熟的新学科——系统动力学(System Dynamics)。

　　系统动力学是一门研究信息反馈系统的学科，也是一门认识系统问题和解决系统问题的学科。从系统动力学来说，它是采用结构的方法、功能的方法和历史的方法的统一。它是基于系统论、控制论以及信息论的相关理论，它也是一门问通自然科学和社会科学的模范模型。从系统内部的微观结构入手进行建模，同时借助计算机模拟技术来分析研究系统的结构、功能与行为的内在关系，从而找出解决问题的对策。具体内容包括：交通的需求与供给分析、交通运输系统的要素分析、交通运输系统基本因果关系分析、交通运输供需协调基本反馈机制分析、交通运输系统动力学的模型设计及参数估计以及检验。通过交通运输系统动力学方法研究可以求出不同的发展模式对国民经济的影响以及求出交通发展的不同政策的模拟分析，它偏重客观分析，可以求得不同政策交通系统发展的趋势预测。

　　(3) 交通运输系统的决策支持系统

　　决策支持系统(DSS)是以系统科学为基础，以管理科学、运筹学、控制科学、作为科学等为科学依据，以计算机技术、仿真技术、人工智能技术、信息技术为手段，面对半结构化、非结构化的决策问题，驱动决策者的决策活动，具有智能作用的人—机集成系统。该系统以提高决策的效果为目标，在决策过程中以人—机交互的方式，为决策者提供多种决策的参考方案，并对其进行评价、选优，为决策者做出正确决策提供有力的支持。对交通运输系统来说，按运输管理的层次，我们相应地将决策划分为高层、中层和基层这三个层次。交通运输系统决策支持系统的组成，这种带有智能性的TIDSS，从逻辑上看一般应由四库六个子系统组成。四库是指数据库、知识库、方法库和模型库，六个子系统则为数字子系统、知识子系统、方法子系统、模型子系统、用户接口子系统、词库子系统。它们的结构概念模型如下：

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　　IDSS系统组成结构概念模型

　　TIDSS是用于解决交通运输系统领域内的决策问题，所面临的决策环境随机多变，因而要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，仍不断地进行完善，以适应多种变化。

　　(4) 开放复杂交通运输巨系统工程开发的方法

　　一个城市、一个地区大型交通运输系统工程项目的建设是一项复杂的系统工程，它不仅是交通运输系统本身的技术，而且是一项涉及多种学科和管理因素的系统工程问题。这项工程的研制和开发不仅要精通本领域的专家知识，还应有与交通运输领域有交叉的相关学科的专家参与，并且存相应的进行系统分解、系统集成、人员管理与利益协调的能力。

　　它具体表现在：

　　①技术复杂

　　②管理层面复杂

　　③综合协调性较强

　　④项目投资风险大

　　⑤实用性与可操作性要求强

　　⑥系统接口多、可靠性要求高

　　⑦系统的技术发展快

　　⑧团队能力与创新和协作

具体方法如下：

　　定性与定量相结合的综合集成方法。1992年钱学森院士提出“从定性到定量的综合集成研讨厅体系”，从而使综合集成有了一个比较具体的操作方法，这个研讨厅体系在物理构成上具有三个主要部分：以计算机为核心的现代化高科技成果的集成和融合所构成的机器体系、专家体系和知识体系。这三个体系构成了人机结合体系，它不仅具有知识和信息采集、存储、传递、协调、分析与综合的功能，更重要的是具有产生新知识的功能，是知识的产生系统，既可用来研究理论问题，又可用来解决实际问题。

　　如果从逻辑上划分，综合集成研讨厅体系由五个部分组成，如图所示：

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　　综合研讨厅体系

　　上图所示，它在硬软系统工程方法的基础上，通过研究与探索硬、软方法的兼容，自然科学与人文社会科学的融合，理论(模型等)和实践(现实世界)的差距而形成的，并以综合集成为其基本特征。

　　上图中有关单元的意义简述如下：

　　现实问题：表示真实世界的问题的定义、识别与描述

　　模型：表示抽象世界的模型类型与结构

　　模型的解：模型参数估计与解的形式

　　真实的解：模型的解的含义

　　圆桌结论：上述四部分体系纽带与指挥

　　总之，定性与定量相结合综合集成方法，抓住了开放系统变量众多、关系复杂，难以准确描述的特征，采用定性研究和定量研究相结合的方式，将科学理论与人们的经验知识进行了有效的综合集成，所以特别适用于像交通运输这样的大型系统工程项目的开发，这类项目涉及多部门、多学科、多变量的复杂系统的规划、建设与管理，其综合集成研讨厅的组织形式(或称总体设计部)也已成为各种大型系统工程项目规划建设所必定采取的一种有效方法。

　　四、综合交通运输系统需要深入研究的问题

　　(一)交通量(包括客、货运量)、交通流(包括客、货流)的需求预测问题。交通运输需求一直是交通运输发展的出发点，长期以来，国内外对交通量、交通流的预测进行了大量的研究，并积累了不少经验，但这个问题一直没有解决的很好。现在我们如何利用综合交通运输复杂巨系统的理论方法进行研究尚处于起步阶段，我们如何通过钱老提出的由定性到定量综合集成研讨厅的方法进行探索和研究，需要我们今后能继续开展区域综合交通与大城市的、综合交通客货运输量与交通流及其分配的预测研究，特别是从宏观方面进行我国未来交通需求的研究，建立一套复杂系统工程的研究方法，为国家交通决策提供参考。

　　(二)综合交通体系与政策研究。综合交通运输体系包括固定设备系统、移动设备系统、客货运载设备系统、信息系统以及管理系统。本部分要研究综合交通发展目标，以发展为主线，全面提升交通运输供给能力和服务水平;以构建现代综合交通运输系统为主线，加强综合交通运输大通道和综合交通枢纽的开发与规划，整合交通资源，充分发挥各种运输方式的组合效率和整体功能;以协调发展为基本立足点，推动各种运输方式枢纽协调、点线的协调、港站协调、综合运输能力的协调以及管理的协调;以提高综合交通系统科技水平为手段，推动综合交通信息化和管理智能化建设。

　　(三)结合国家、城市和地区构造综合交通系统的组合模式与构成模式的效益、效率分解研究。这部分应与经济发展、交通资源利用、历史发展与环保和社会的需求结合起来进行优化与选择。各国、各地以及各城市都应根据具体条件进行优选，通过计算机模式分析取得研究成果。

　　(四)综合交通系统交通网络的结构与布局研究。要结合国家、省、市客货运输要求选择出一个分阶段发展合理的网络，要充分利用、保护我国的交通资源并处理好网络的结构模式与布局，这是综合交通系统建设的核心。避免各种交通线网的盲目发展重复建设，造成巨大的浪费。

　　(五)我国综合交通枢纽的布局与枢纽内部对外的运输网络的协调。包括城市间交通运输与城市内部交通运输的协调。

　　(六)综合交通系统的综合运输能力的研究。现在这项研究还是空白，目前我国的综合交通运输能力停留在各种运输能力的叠加，即各自能力的相加，没有综合系统能力的计算方法与规程。按照综合交通运输能力的实质，推算出的运输能力应该大于各种运输方式能力的数学叠加，当然各种运输方式自身也应有自身的综合运输能力算法和标准，这方面我曾做过一些工作，但需要继续深入研究。

　　(七)综合交通系统的规划与协调。这里包括综合交通系统协调、整体规划，而不是各种运输方式自身规划后再进行协调，前一种是各种交通系统的融合而后一种则是各种交通系统的调整，其结果是不同的。

　　(八)综合交通运输系统的管理问题。这里要处理好三个层次上的管理。第一层次是国家层交通网络上的管理;第二层次是分区网络具体交通运输网络上的管理;第三层次是网络基层的站线管理。这是我国交通运输系统管理必须解决的问题。

　　(九)综合交通运输系统的资金来源问题。它包括国家投资、地方政府投资、企业投资、个人投资、社会投资等。

　　(十)综合交通运输系统的综合评价指标与检验标准问题。即如何评价一个地区、一个城市的综合交通运输的发展水平，这方面通过深化建立结合不同条件下的若干套合理的评价指标，它对推动我国综合交通系统工程的实践是完全必要的。