系统工程课程设计--公交优化问题

系统工程课程设计--公交优化问题

1.引言

1.1 设计目的

解释结构模型法是现代系统工程中广泛应用的一种分析方法，能够利用系统要素之间已知的零乱关系，用于分析复杂系统要素间关联结构，揭示出系统内部结构。本次课程设计的目的是，通过对大学生身边实际问题的分析，掌握运用ISM方法对复杂问题进行建模的过程，提高学生系统分析以及运用计算机求解问题的能力，强化计算机实际应用能力。

1.2设计的意义

在课程设计的过程中将理论知识应用到实际的操作过程，使得理论与实践能很好地结合。与此同时应用一些相关的计算机知识，使设计者能很好地掌握以前没有掌握的各种知识，并且能在以后的实际生活和学习中能熟练准确地运用，以便降低解决问题的难度，提高解决问题的效率。

另外，在设计过程中通过小组分配任务，使得设计者明确如何准确按时的完成自己的任务，以及单独解决问题的能力得以提高，也明白了合作的重要性。

1.3设计的内容

在明确问题背景的前提下，通过分析问题，找出存在的主要影响因素，运用解释结构模型的方法解决问题，是原有问题得以优化，达到设计的目的。同时对用到的方法加以详细的阐述，对方法解决问题时的步骤做以具体的安排。

在现代社会高速发展的状态下，对兰州市的公共交通发展进行分析研究，找出其影响因素，运用解释结构模型（Interpretative Structural Modeling Method,简称ISM 方法）法对其进行优化更新，找到最优的方案。

1.4设计任务

在对实际问题实际调查过程中，明确现有问题的缺陷和不足，通过各种方法，找出解决实际问题的有效方法，再通过手工或者计算机的编程计算找到最优的方案，使最终的方案在原始方案的基础上得以优化，更进一步的改进原始的方案，从而满足现实的需求，以节省成本，赢取利润.。

此次课程设计是利用解释结构模型方法首先对影响兰州市公共交通的发展因素进行分析，确定关键的因素，然后利用此方法解决关键因素引起的关键问题，在通过逐层逐次的分解和分析之后，对兰州市公共交通的发展进行优化，找到最优的解决方案，以满足现实生活的需求。

2.基于ISM方法的兰州市公交优化问题系统分析

2.1案例背景

随着经济的发展，兰州市的机动化水平越来越高，交通拥堵等问题也日益突出。优先发展城市公共交通是世界上许多发达国家和发展中国家解决城市交通问题的最有效途径之一，也是符合中国国情的战略选择。为了充分地发挥公共交通的作用，提高公共交通的吸引力，缓解大城市的交通压力，应采取措施对公共交通进行优化。但是公共交通作为一个系统工程，其优化方法和措施很多，很难直观地区分措施的重要程度，故在进行公交优化时确定优化措施的主次及实施先后等问题存在一定的难度。为了在短时间内更有效地采取措施，分清主次，使公交发展更切实可行，促进公共交通的良好发展，在此次课设中采用解释结构模型来优化大城市的公共交通。

2.2 分析问题

影响兰州市公共交通发展的因素很多，根据实际情况和参考资料进行相应的分析，对优化措施进行归纳和总结，其构成要素见表2.1。

2.3该问题的调查问卷

通过调差问卷的形式，可以使问题现实化，问题结论更有可信度。在调差问卷的过程中能掌握实际生活中的实际的问题，在对实际问题的实际调查与研究过程中，运用具体的方法解决具体的问题，是具体问题具体化，最终找到最优的解决方案。调查问卷见附录（一）。

2.4 ISM的建立

1.系统中这12个要素是有机的联系在一起的，而这些要素之间又是相互影响，相互作用的，将这种影响及其作用关系用矩阵、及邻接矩阵来表示出来。矩阵的元素a

ij

=1

表示要素A

i 对A

j

有直接影响，否则a

ij

=0。在对本问题的系统分析中，建立邻接矩阵如

表2.2。

表2.1 系统的构成要素

表2.2 邻接矩阵

2.5 解决问题

在此设计过程中，为了使复杂问题简单化，明晰化，我们运用解释结构模型法（Interpretative Structural Modeling Method,简称ISM方法）解决问题。下面对此种方法做以全面的介绍。

2.5.1 ISM解释结构模型叙述

解释结构模型法（Interpretative Structural Modeling Method, 简称ISM 方法）是现代系统工程中广泛应用的一种分析方法，能够利用系统要素之间已知的零乱关系，用于分析复杂系统要素间关联结构，揭示出系统内部结构。核心思想：把复杂系统分解为若干子系统(要素)，利用人机交互，将系统构造成一个多级递阶的结构模型，如图2.1所示。

○○○○○○

○○

○○

递阶层次结构 都可用ISM 来建立结构模型，并据此进行系统分析。

物流领域：质量工程项目、业务流程再造、制造企业ERP 影响因素分析等。

1.解释结构模型的工作程序如下：

（1）建立系统要素关系表；

（2）根据系统要素关系表，作相应有向图，并建立邻接矩阵； （3）通过矩阵运算求出该系统的可达矩阵 M ； （4）对可达矩阵 M 进行区域分解和级间分解； （5）建立系统解释结构模型。 2.系统结构的矩阵表达：

(1)邻接矩阵：表示系统要素间基本二元关系或直接联系情况的矩阵。

(2)可达矩阵：表示系统要素间任意次传递性二元关系或有向图上两个节点之间通过任意长的路径可以到达的情况。

6

3

图2.3 可达矩阵图

3.可达矩阵的计算：

图2.2 有向图

（1）邻接矩阵+单位矩阵=新矩阵

即 A+I=A+I

（2）依次运算：

(A+I)1≠ (A+I)2≠ (A+I)3≠···≠ (A+I)r-1 =(A+I)r =M

即当(A+I)r-1 =(A+I)r时，矩阵(A+I)r-1就是可达矩阵

其中运算中用到的布尔代数法则为：

0+0=0，0+1=1，1+1=1

0×0=0，1×0=0，1×1=1

4.建立递阶结构模型的规范方法：

建立反映系统问题要素间层次关系的递阶结构模型，在可达矩阵的基础上进行，一般要经过区域划分、级位划分、骨架矩阵提取和多级递阶有向图绘制等四个阶段。

2.5.2 ISM建模过程

建立反映系统问题要素间层次关系的递阶结构模型，在可达矩阵的基础上进行，一般要经过区域划分、级位划分、骨架矩阵提取和多级递阶有向图绘制等四个阶段。

1.区域划分