系统工程大作业

1、系统工程大作业姓 名 ： 崔敏 饶培培 廖广旺 陈思路 谢超 李钦成 学 院 ： 机 械 工 程 学 院 班 级 ： 12 工 业 1 班 指导老师 ： 肖 华 秀 老 师 城市道路交通问题分析以武汉市为例摘 要：本文首先介绍了城市道路交通拥挤堵塞的相关概念及相关研究成果，介绍了目前城市道路交通状况，指出城市道路交通面临的主要问题有交通事故频繁发生，道路容量严重不足、汽车增长速度过快、公共交通系统不完善、交通管理技术水平低下、城市道路交通发展缺乏整体的交通发展战略等，然后以武汉市为例，具体分析了武汉市道路交通现状以及道路交通问题产生的原因，运用统计软件minitab，STELLA等对武汉市车辆

2、数据进行了主成分分析，最后根据武汉市的具体情况，给出解决城市道路交通拥挤问题的具体方法和策略。关键词：城市交通，交通事故，交通拥挤，解决方案一背景资料 近年来，随着国民经济的快速增长，人流、物流、信息流以前所未有的密度涌向大中城市并向周边辐射，城市化进程明显加快，城市规模不断扩大，人口不断集中。统计资料显示：超过百万人口的大城市数量从1978年的13个增加到2011年的42个，目前城市化水平已经达到50%。此种状态在带动城市交通需求高速增长，机动车辆增加的同时，也促进城市道路负荷加重，交通事故、交通堵塞日益加剧。交通拥堵使交通延误增大，行车速度降低、时间损失、燃料费用增加、排污量增大、城市环境

3、恶化、诱发交通事故，直接影响人们的工作效率和身体健康。 当前，城市道路交通拥堵及交通事故的发生已经成为阻碍城市快速健康发展的焦点问题之一，其所造成的经济、安全和环境等重大损失已引起社会各方的广泛关注。例如，武汉市城市主干道平均车速比十年前降低50%以上，市区38个交叉口中，严重阻塞的达到40%；为了缓解城市交通拥堵，武汉市政府对交通基础设施投资不断加大，但交通拥堵问题并没用得到明显缓解，城市交通需求与交通供给之间的矛盾日趋尖锐，道路交通拥堵现象越发严重。二 改进方案的生成 （一）交通事故分析及改进方案 针对交通事故的特点，探讨AHP-SWOT方法在道路交通拥堵评价中的具体应用。SWOT(优势劣

4、势，机会威胁)分析法是一种综合考虑系统外部环境和内部条件的各种因素，对其进行系统评价并从中选择最佳策略的方法，但是它缺少定量分析的过程。AHP(层次分析法)具有定性分析和定量分析相结合的优势，采用SWOT和AHP相结合的方法进行评价更加合理和准确。将AHP-SWOT方法应用于道路交通安全评价系统，分析道路交通安全系统所面临的机会和威胁、所处的优势和劣势，可为正确评价道路安全水平、制定合理的道路交通安全改善策略提供理论指导。1 SWOT分析法简介 1.1 SWOT分析法的原理 SWOT分析法又称态势分析法或斯沃特分析法，最早是由哈佛商学院的安德鲁斯教授于1971年在其公司战略概念一书中提出的，是

5、一种能够较客观而准确地分析企业现实情况的方法，在企业战略管理领域被广泛运用6-8。SWOT分析法是英文单词Strengths(优势)，Weaknesses(劣势)，Opportunities(机会)，Threats(威胁)的缩写。对于一个面临竞争的企业，通常可以将企业所处的环境分为内环境和外环境，其中内部环境分析包括企业的Strengths(优势)分析和Weaknesses(劣势)分析，而外部环境分析则包括企业面临的Opportunities(机会)分析和Threats(威胁)分析。由于SWOT具有简便、易行、分析范围全面、方法有效、目标具体、重点突出、容易被基层管理人员接受等特点，能够针对实

6、际情况提出新战略，减少时间和精力的浪费，故笔者试图对其在道路交通管理中加以运用。TOWS矩阵发展了SWOT分析，在TOWS矩阵中(见表1)，以外部环境的机会和威胁为一方，内部条件中的优势和劣势为另一方构建二维矩阵，共有4种组合，即SO，WO，ST和WT，用来帮助制订规划。表1 SWOT/TOWS矩阵     1)优势机会战略组合(SO战略)。当企业具有特定优势，外部环境为发挥这种优势提供机会时，可将企业外部机遇和内部优势匹配，制定发挥优势、抓住机会的优势机会战略。 2)劣势机会战略组合(WO战略)。当企业内部有明显劣势，但存在外部机会时，可采取措施克服劣

7、势，将外部机遇和内部劣势匹配，制定利用机会、克服弱点的劣势机会战略。 3)优势威胁战略组合(ST战略)。当企业自身有明显优势，但外部环境有威胁时，可将外部挑战和内部优势匹配，制定利用优势、减少威胁的优势威胁战略。 4)劣势威胁战略组合(WT战略)。将外部挑战和内部劣势匹配，制定减少内部弱势、规避外部环境威胁的防御性战略。1.2 层次分析法(AHP)简介 层次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)是美国运筹学家提出的解决定性和定量问题相结合的方法9。AHP基本思路：首先找出解决问题涉及的主要因素，讲这些因素按照关联、隶属关系构成阶梯层次模型，通过对各层次中各因素的

8、两两比较的方式确定诸因素的相对重要性，然后进行综合判断，确定评价对象重要性的总排序。1.3 基于AHP的SWOT分析法的主要步骤 第一步：选择SWOT分析的对象，明确其研究范围，进行SWOT分析。标准的AHP分析方法的应用要求一个SWOT组内的要素最好不要超过10个，因为两两比较的次数随着要素数目的增多而快速增加。 第二步：在每个SWOT组内对要素进行两两比较。进行比较时，运用特征值方法对这些要素的优先权数进行计算，优先权数反映了决策者对相关要素主要程度的考虑和理解。 第三步：对4个SWOT组进行两两比较，进行层次总排序。每个组中拥有最高优先权的要素被抽取出来代表这个组，然后对这4个要素的优先

9、程度进行比较和计算。 第四步：在战略规划和评价过程中使用得出的结果。这些要素的相关数值可以对战略规划过程起指导作用。在第二步中可以建立两两比较的矩阵见式(1)。在这个矩阵中，元素aij=1/aji；当i=j时，aij=1。     图1 AHP-SWOT法道路安全评价程序运行示意框图     采用AHP法确定权重，可以使用19标度法进行每两元素之间的相对比较，构造判断矩阵计算，求解判断矩阵的特征根。计算最大特征根max，找出它所对应的特征向量W，即为同一层各影响因素相对于上一层某因素的相对重要性的排序权重；而后进行

10、一致性检验即可。      2 AHP-SWOT法在道路交通安全评价中的应用    2.1 SWOT分析法的应用依据     SWOT分析方法是一种应用于制定发展战略的方法。应用SWOT分析法研究道路交通安全改善策略的主要原因在于：道路交通安全影响因素众多，各条道路其交通安全行为都有其内在的特征因素。通过客观分析影响道路交通安全事故的因素，了解道路安全系统自身的优势和劣势以及面临的机会与威胁，从而最大限度地发挥其保障作用。最终实现道路交通安全系统外部环境和内部条件的最佳组合，扬长避短，

11、为制定能够充分利用机会、避免威胁、发挥优势、克服劣势的道路交通安全改善策略提供理论依据。2.2 道路交通安全系统分析2.2.1 外部因素 道路交通安全系统的外部因素主要包括： 1)政策和法制环境，指那些制约和影响道路交通安全体系的宏观政策，如相关的国家和地方交通安全法规，有关驾驶员培训的制度，相关的救援制度等。  2)技术与经济环境，指影响道路交通安全系统发展的社会经济结构和经济政策以及科技发展，如汽车生产和销售政策，这些对交通需求有较大影响，同时车辆的经济性能往往也决定了车辆的安全特性，车辆的保有量和质量性能情况对交通安全有一定的影响。科技的发展对提高道路安全性能，减少伤

12、亡的发生具有重要意义。 3)社会与文化环境，指道路交通安全系统所处的社会风俗习惯、生活方式、文化传统、人口规模等因素。 4)地理气候环境，指道路所在地的地理、水文、地质以及温度、湿度、日照、风力、天气等气候条件因素。   2.2.2 内部因素 城市交通系统内部因素主要包括： 1)人，交通行为的主体，包括驾驶员、乘客、行人。驾驶员的素质以及行人的交通安全意识往往是影响交通安全的主要因素。 2)车辆，即交通工具。其中车辆的安全特性对道路交通安全有直接影响。 3)路，重要包括道路的线性与结构以及安全设施。 2.3 因素指标评价方法 对道路交通安全系统外部因素及内部因素进

13、行评价的目的是为了了解道路交通安全系统所处的外部环境的变化情况以及内部运行状况，从而科学、客观地确定道路交通安全系统所面临的机会与威胁，并对其进行评价，判断出各因素的相对重要程度，以便有针对性、有侧重点地制定符合地域特点的道路交通安全系统改善策略。道路安全水平的评价可采用层次分析法和专家打分法相结合的方法来进行评价。其中各因素的具体评分方法如下： 1)对定性指标，采用专家打分法确定其评价值，分值为33分，其具体打分标准如表2所示，确定内(外)部因素表现值的目的是为了初步判断该内(外)部因素是优势还是劣势，即当内(外)部因素表现很好(得3分)时表示有很好的优势(机会)，当内(外)部因素表现极差(

14、得3分)时表示有很大的劣势(威胁)。   表2 指标打分标准        2)对定量指标，从当前道路交通发展的特定阶段和特定水平出发，确定与之相适应的标准值，比较实际属性值与标准值之间的差距，按照各种定量指标(正项指标、逆项指标、区间型指标和适中型指标)的量化方法确定其评价结果。  3)加权求和，把各因素按其加权值分别进行排序，加权值为正的因素为优势(机会)因素，将其从大到小进行排序，排前者为较好的优势(机会)；加权值为负的因素为劣势(威胁)因素，按从小到大的顺序进行排列，排前者表明

15、较大的劣势(威胁)。3 实例分析     下面以武汉市洪山区南湖大道交通安全系统为例，对AHP-SWOT分析法在道路交通改善策略制定中的应用作一介绍。3.1 武汉市南湖大道交通改善AHP-SWOT分析     武汉市南湖大道道路交通安全系统的内、外部因素划分如表3所示，采用基于物元分析的层次分析法和专家打分法对各因素指标进行评价10，并根据加权值对其进行排序。武汉市南湖大道AHP-SWOT法评价步骤示意如图2所示，计算结果如表4所示。       

16、;  图2 AHP-SWOT法评价步骤示意图    表3 南湖大道道路安全系统主要内外因素     表4 南湖大道道路交通安全SWOT分析        3.2 武汉市南湖大道交通安全改善策略   根据SWOT分析法，针对道路交通安全的对策特性11-13，得出交通安全改善策略有SO战略、WO战略、ST战略和WT战略。 3.2.1 SO战略    1

17、)S1S2O2O3加快道路建设，提高道路等级；完善道路安全标志标线设施和防撞护栏。交叉口合理进行信号控制。 2)S3O2O6加强车况管理，加快淘汰旧车，提高车辆的整体安全水平；建立合理的事故紧急救援对策，减少事故伤害损失。    3.2.2 WO战略 1)W1O1O2O4改造交叉口的监控系统，强化夜间交通秩序管理；加强对驾驶员的安全奖惩工作。 2)W2W3O4对行人和电动车驾驶员进行交通安全普法教育，强化按道行驶，高峰期安排警力在交叉路口执勤。 3)W4O1O4针对新上牌车辆较为集中的高校，进行专项管理，进行提高驾驶技能的培训与讲座，加强安全行车宣传氛围

18、。 4)W5O2O5针对新建居民小区增多的现象，加强对道路开口的管理。新建小区对主干道路的开口必须进行交通影响评价，开口必须符合安全行车的要求。   3.2.3 ST战略  1)S1T1建设完善的路网系统，缓解主干路的交通压力。 2)S1T2疏解城区的功能，对个别企业和学校适当进行搬迁，减少交通吸引强度。   3.2.4 WT战略 1)W2W3T1建立快速公交系统，满足居民出行需求，减小道路交通压力。 2)W2W3T2规划自行车、步行交通系统，为慢行交通提供良好的交通环境。  4 结论 1)道路安全评价方

19、法的使用应该对道路安全的改善策略提供帮助。涉及SWOT分析法和层次分析法已发展相对成熟。通过两种方法的结合应用，提供了新的使用途径。该法易于掌握，不仅可以进行道路交通安全进行评价，而且对于进一步制定具体的交通安全改善措施和方法更具有重要的指导意义。 2)通过AHP方法计算出SWOT要素的优先权数，使得出的分析结果更加具有参考性，从而可以提高SWOT方法的可靠性和准确性，模型是合理可行的。 3)我们通过应用AHP-SWOT法分析了道路交通安全的优势、劣势、机遇和风险，揭示了应该用现代管理理论去创新管理道路交通安全工作，使道路安全管理工作实现： 由过去漫长的安全管理经验形成的“查处型”向现代高科技

20、安全管理的人本原理“预测型”转变； 由传统的安全管理模式向人文、科技和法制管理方面转变； 由“要我安全”向“我要安全、我懂安全、我会安全”的安全标准化轨道上转变。（二）交通拥堵问题分析城市交通总体运行状况1、总体状况随着“一体两翼”城市发展战略的实施，武汉城市发展由东西向转变为南北向，城市道路网络也相应呈现南北延伸态势。城市内部交通流特征随之变化，现状南北交通流量比例已占到城市交通65%以上。由于受到东西向重要交通走廊（铁路、运河、国道）的影响，南北向交通异常拥堵。但是武汉城市的单中心格局仍未改变，核心区的道路交通基本饱和，对外放射道路长时间保持高负荷运转，高峰小时机动车交通流量均大于4000

21、pcu/h。调查了解到，居民的出行时间分布主要集中于早晚两个高峰，早高峰小时系数达0.194，晚高峰为0.156，峰值交通量远大于平峰交通量，交通的潮汐流特征明显，增加了城市交通组织与管理的难度。（一）主成分分析的原理主成分分析法是一种降维的统计方法，它借助于一个正交变换，将其分量相关的原随机向量转化成其分量不相关的新随机向量，这在代数上表现为将原随机向量的协方差阵变换成对角形阵，在几何上表现为将原坐标系变换成新的正交坐标系，使之指向样本点散布最开的p 个正交方向，然后对多维变量系统进行降维处理，使之能以一个较高的精度转换成低维变量系统，再通过构造适当的价值函数，进一步把低维系统转化成一维系统

22、。 （2） 主成分分析法的计算步骤1、原始指标数据的标准化采集p 维随机向量x = (x1,X2,.,Xp)T)n 个样品xi = (xi1,xi2,.,xip)T ，i=1,2,n， np，构造样本阵，对样本阵元进行如下标准化变换： 其中，得标准化阵Z。 2、对标准化阵Z 求相关系数矩阵 其中, 。 3、解样本相关矩阵R 的特征方程得p 个特征根,确定主成分 按 确定m 值，使信息的利用率达85%以上，对每个j, j=1,2,.,m, 解方程组Rb = jb得单位特征向量 。 4、将标准化后的指标变量转换为主成分 U1称为第一主成分,U2 称为第二主成分,Up 称为第p 主成分。 5 、对m 个主成分进行综合评价 对m 个主成分进行加权求和，即得最终评价值，权数为每个主成分的方差贡献率 各个主成分的特征值 因子载荷矩阵 异常值图三、小结 在战略规划报告里，SWOT分析算是一个众所周知的工具了。优劣势分析主要是着眼于企业自身的实力及其