交通运输系统基本问题解析

从根本上来说，交通运输系统就是实现物理位移的系统，即经过一个或多个中转站（如客货运枢纽或沿线各种站点等），沿着既定线路，把人和货物从一个地点运送到另一个地点。建设枢纽站不仅可以促进资源的共享，还可以为运输提供如加油等其他便利服务。因此，运输系统应该包括分散在各地的需要被运送的人和货物、客货运中转站等各组成部分在内。在电信业出现之前，人和货物的运输信息是随着要被运输的人或货物本身进行传播，或者是通过其他物理方法传播的，所以信息的传播速度就近似等于人和货物的运输速度。因此，从本质上说，人和货物的运输速度和相关的运输信息的传播速度是一样的。

交通运输的第一次革命与电信业几乎同时出现，它使人和货物运输信息的传播速度明显快于实物运输的速度。因此，一个现代化的运输网络从理论上可以看做是由两个主要部分组成：基于电磁能量传播的信息传播网络以及运送人和货物的实体运输网络。实体运输网络是实现运输必须具备的基本条件，而信息网络虽然不是必需的，但是它具有很强的实用性。

计算机的应用促进了交通运输系统的第二次重大革命，人们开始使用快速和精确的计算机，对整个系统的人和货物运输进行有效的控制和协调。在目前的运输系统中有效应用的例子包括铁路集中控制^[21]、空中交通集中管制、道路交通管理中心^[22]等。为了使这项工作简化并便于理解，协调和控制功能从一开始就被集成到集中控制单元中，至今为止这种做法仍然占据主流地位。早期由于计算机的昂贵成本及其庞大的体积，使人们不得不采用集中式控制。在集中控制模式下，首先要从被集中控制的单元系统的各个组成部分中获得相关信息，这些信息可能包括被运输单元的起点和终点，还可能包括有些单元在运输上的优先权、各中转点之间的运输路径及其被占用的状态，以及信息网络的状态等。然后，集中式控制单元会执行一个复杂的决策程序，其目的是使整个系统在符合预先设立的标准的前提下，实现高效运行。该程序为每个需要运输的单元逐个计算与运输有关的决策，最后，这些决策被传播到各单元中并依次得以实现。(www.xing528.com)

理论上，集中式控制计算机作出决策的速度可能会很慢，尤其是在系统中单元数量很庞大的情况下。而且，逐个阅读所有远程单元的资料，再将相应的决策传达给每个远程单元，这些都可能会大大降低决策产生和实现的速度。较慢的决策往往意味着不精确和不严密。此外，集中式控制单元在遇到自然和人为灾害时更容易失效。在现实中，目前许多运输网络的组成单元数量都在急剧增加，人和货物的流通速度不断加快，越来越迫切地需要更快、更精确的协调和控制。据估计，对于交通运输系统来说，即使使用当今最快的超级计算机进行集中式控制，可能也无法满足这种要求。最近，美国联邦航空管理局（FAA）提出一个“自由飞行”的概念^[23]，力图改善航空安全，提高国家空域系统（NAS）的效率。这个概念就是要将NAS中飞行器和空中交通管制者之间的集中指挥控制系统转变为分布式系统，允许飞行员在实际操作中可以根据效率和经济的情况动态地选择适合自己的路线。为了实现安全的“自由飞行”，美国联邦航空局必须建立引导系统来控制飞行路线。从根本上讲，目前的集中式控制方法要求针对组成单元X，Y，…的决策是连续的，但实际上这不一定是必要的。如果与X运输有关的资源和与Y有关的资源相互独立，那么对X和Y的决策从理论上来说是相互独立并可以同步进行的。

今天，交通运输已成为一个正经历着第三次重大革命的交叉学科。这次革命可能是最复杂的——要从集中控制模式转化到异步、分布式控制模式，该模式能通过新计算机算法使快速计算和高性能计算机网络实现一体化。智能运输系统（ITS）^[24]学科中归纳了所有交通运输上所取得的进展，并向人们提出利用其基本原理设计新颖的有创造性的交通运输工具的要求，这将在未来得到全面的科学验证。