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Abstract: urban roads and traffic engineering complex and delicate, this paper briefly introduces the roads and traffic engineering analysis function, the purpose and the steps, the model set up and run and how to qualitative and quantitative analysis were introduced, summarizes the roads and traffic engineering system analysis, the major content of urban road traffic system for analysis to provide the theory basis.
Key words: the city road; The traffic engineering; system
中图分类号：U412.37文献标识码：A 文章编号：
1概述
1.1城市道路与交通工程
城市道路与交通工程复杂而庞大，在规划、设计和修建时往往要涉及数以亿计的资金投入，而营运管理中每天都关联着数千辆车辆直接或问接的运行效率和经济性。工程系统分析是探讨规划、设计、修建和营运管理工程系统的方法，其任务就是为管理部门提供合理配置和使用资源、选择最佳方案的分析工具。城市道路与交通工程系统就是针对道路与交通工程规划、设计、修建和营运管理问题的特点综合系统分析方法论、优化技术、微观经济概念预测方法和决策理论等学科知识，进行资源配置和方案选择的方法。
1.2工程系统分析
工程系统分析是用来解决项目规划、工程设计、施工和经营管理中的一些重要问题。这些问题可大致分为两种类型：首先是资源配置问题，即如何经济、合理有效地把各种资源（劳力、资金材料、能源和设备等）组合在一起，以达到或实现系统预定的目的；其次是方案选择问题，即如何提出、分析比较和评价各种相互独立的对策方案，以选取实现系统目的和目标的最佳方案。系统分析的目的是为了改进现有系统的效率和效能，或者为了设计更有效地实现预定目的或目标的新系统，运用系统分析可以收到下述效果：①使决策者能充分考虑可能面临的各种不同选择；②能更有效地利用各种稀缺而昂贵的资源；③能以最少的消耗或支出达到预定的目的；④能在目标设定政策制定和贯彻、资源合理分配等方面加强决策能力；⑤能为决策者提供不同决策策略的有效分析。
因而系统分析是决策者改善政策、制定质量和实施有效领导的有力工具。
2工程系统分析的步骤
系统分析的基本过程，可分为以下五个基本步骤：
2.1明确目标
进行系统分析的第一步，首先要明确定义系统及其范畴，弄清各组成部分之问的关系及系统的环境；而后，大量采集反映系统行为、性状或性能的数据，通过对系统行为、性状或性能的评定指标和评价标准的选择，对现有系统的性能或状态作出定性的描述和定量的评价；然后，对系统目前和未来的需求进行调查和预测。通过与系统实际性能或状态作比较后，确定系统需解决问题的内容和范围，在此基础上进行价值分析后，提出可接受和可望实现的系统目的和目标。
2.2提出可选方案
提出选择方案的阶段可看作是对多个可能方案进行可行性分析，按系统的问题及所定的目的和目标进行初步筛选，得到值得进一步作系统分析和评价的可供选择的方案。
2.3分析和评价选择方案
对于上面提出的各个比较方案，要应用表征系统行为、性状或特性的一个或多个模型进行详细的技术、经济和政治可行性分析。通过计算分析，可以了解各个方案实施后系统的状态。
2.4方案选择与决策
系统分析员在结束分析工作后，应以概述的形式向决策者表述经过结构化的分析结果，即阐明问题所在，表明系统目的和目标确定的依据，说明所采用的评定指标和评价标准，提出可供考虑和选择的方案，讲清各个比较方案的实施效果，提出分析员对方案选择的建议和意见。
2.5实施与反馈
对选定的方案要付诸实施，在执行过程中和结束后，应对系统分析的结果进行验证，以修正或改善分析方法和所用参数，或者推荐新的方案或政策。
3模型的建立和运行
进行城市道路与交通工程系统分析，必须有一个使用工具，模型在系统分析中是非常有用的工具，建立和运行模型的目的，是使决策者能清楚地了解系统和问题的全貌，从而加强他们的直觉决策能力。模型被用以描述系统各组成部分的行为和性状，各单元之问以及它们同周围环境之问的交互作用。分析员可以应用所建立的模型来分析各种因素、变量和关系之问的因果依赖关系，推测各种变化、行动和决策可能给整个系统的行为、性状或性能带来的变化和影响，探索各种可能解并寻求最优解，评价各个方案对改进系统的效果。因而，建立和运行模型成为系统分析过程的中心环节，建立模型可以遵循下述四个步骤：①初步设计模型；②通过同已有观察数据的比较，进行初步证实；③应用模型对新的情况进行预测；④改进模型，直到模型结果同实际的偏差在允许误差范围内。
4定量和定性分析
系统分析需要从定量和定性两个方面进行。定量分析方法采用量化指标表述系统各单元和系统整体的行为和性能。量化关系反映系统各单元之间和系统同环境之间的交互作用。能使决策所面临的复杂而又不确定的问题表述得较为容易把握和便于分析。
通过定量化，可以将发生的事件记录下来，便于复查估价、比较和验证。量化可以使进行重复处理的系统仿真模拟成为可能，也可以使通过调节自变量对输出结果进行敏感性分析成为可能。而进行定性分析时主要考虑政策战略选择、价值分析、政治因素和超理性因素。
道路与交通工程系统分析主要有以下几项内容：
5.1线性规划
线性规划属运筹学的分支，使用线性规划的目的，一是在任务限定的情况下，使消耗的资源最省；二是在资源限定的情况下，被完成的任务能取得最佳的经济效果。线性规划问题的数学模型，是指数学标准型以及将非标准型化为标准型的步骤与方法。它的求解方法主要有图解法、单纯形法和人工变量法。线性规划在道路工程管理中，可用于道路规划、施工组织等活动。
5.2图论
图论亦属运筹学的分支，它是将庞大复杂的工程系统和管理问题用"图"来描述，然后用数学方法求得最优化的结果。例如，完成工程任务的时间最少、距离最短、费用最省等，在道路工程可用于道路规划、施工组织等管理活动。
5.3网络技术
网络技术属图论的分支，它是用于编制计划的一种有效方法，首先对所要做的工作进行项目分析，然后绘制出网络图，看是否达到预期要求，如果没有达到，则根据时问、费用、资源对原网络图作调整和优化，直至满意为止。网络图的表示方法可分为箭线图和顺序图，在道路工程管理中，主要用于施工组织和施工计划管理。
5.4预测
预测是根据事物以往的历史资料，通过科学方法和逻辑推理，对事物未来的发展趋势作出预计和推测，并对这种估计加以评价，以指导和调节人们的行动。
5.5决策
在许多可以采取的行动方案中选择一个最有利的方案。
5.6技术经济分析与评价
【Abstract】In this paper, the traffic safety law enforcement technology disciplines two characteristics -- the discipline characteristic is interdisciplinary, and relevant development direction: Traffic accident treatment technology, traffic safety law prevention treatment technology, driver safety education and promotion of technology undertook treatise, put forward the author's understanding.
【Key word】Traffic Safety LawTwo subjectsTraffic safety and smoothness
交通安全执法技术是以道路交通事件为研究对象，研发交通事件的预防与控制技术，运用工程、技术、指挥和管理等手段，预防与减少交通事件对交通安全畅通的影响和损失，掌握交通事件基本规律的一门综合性应用学科，是工学门类下国家一级学科公安技术所属的二级学科。作为本学科起着引领道路交通安全执法领域的科学进步和工程技术推广的重要作用。发展交通安全执法技术二级学科需要广大公安交通管理机关一线科学技术人员立足本学科实践前沿，掌握交通事件基本规律，综合当今科学技术、工程手段，在交通管理工作中不断摸索预防与减少交通事件对交通安全畅通的方法和工程技术途径。本文就公安交通管理工作实践，探讨交通安全执法技术二级学科相关方向发展。
一、本学科的特点认识
1、本学科的特点是交叉学科
根据本学科的研究内容来看，本学科属于交通工程学、传感与信息技术、安全科学、控制科学与工程等相关学科的新兴交叉学科，此外本学科还与其他学科有关，例如法律学、公安学、管理学等。
交叉学科（cross-discipline）主要是指基元学科以下具有交叉性的科学知识子系统；交叉科学（cross-science）是指已经形成和有待创建的各门交叉学科的集合体，是所有交叉学科的统称[1]。交叉科学的特征包括交叉科学的整合性、交叉科学的远缘性、交叉科学的宜人性。交叉科学的整合性指：拉近了传统科学部类之间的距离，特别是正在填平数学科学、自然科学与哲学科学、社会科学之间的鸿沟，使科学知识体系越来越成为一个有机的整体。交叉科学的成长和壮大，导致了哲学科学、社会科学的数学化和自然科学化，数学科学、自然科学的哲学化和社会科学化，极大地促进了哲学科学、社会科学向生产力的转化，加强了科学知识与社会实践的联系，推动了科学――技术――生产的一体化。交叉科学的远缘性是指交叉科学的各门学科产生于研究对象、研究思路差异较大的学科之间，是“远缘联姻”的产物。交叉科学的宜人性是指交叉科学的各门学科是在社会进步、经济繁荣的背景下，为满足人类正常生存和发展的需要，为解决环境、生态、生活质量、可持续发展等重大问题而形成和发展起来的[2]。
交通安全执法技术的一个特点就是它是交叉学科，学科名称本身就提醒我们它是牵涉到交通、安全、执法和技术四个层面的特点。本学科是在我们国家社会进步、经济繁荣的背景下，为满足减少道路交通拥堵、减少交通事故伤害和减少交通对环境的污染等人类正常生存和发展的需要，解决城市环境污染、提高人民生活质量和社会可持续发展等重大问题而形成和发展起来的，亟待有志于本学科的科学工作者进一步发展壮大。
2、本学科研究方法浅析
本学科的研究方法是工学、理学、管理学等相关学科研究方法的集成。作为工学、理学，它的研究方法偏重于采用模拟、试验、观察与观测、公式、定理等。管理学的研究方法偏重于案例分析、实证分析、计量分析、系统分析等。本学科以道路交通事件为研究对象，必然要使用案例分析、实证分析、系统分析等的研究方法，同时也要进行观察与观测、模拟、试验等工作，利用公式、定理工具建立道路交通事件模型。本学科研究方法特别要重视道路交通事件实际，在重视基础理论研究方法的同时充分整合相关研究方法，依具体研究目的与内容制定相应的研究方法。
本学科需要整合相关科学技术领域的发展成果，充分利用通信工程、成像技术、全球定位技术和计算机技术等成熟的技术产品和手段，收集交通事件情报，以利于研究交通事件规律。例如，电子警察――闯红灯违法抓拍系统，违法超速抓拍系统，流量采集和信息诱导系统等。
二、本学科研究发展方向认识
（一）、交通事故处理技术
道路交通活动在我国经济持续高速发展的今天，出现了事故频发的态势，维护道路交通活动安全是公安机关交通管理部门义不容辞的责任。《中华人民共和国道路交通安全法》第五条规定：国务院公安部门负责全国道路交通安全管理工作。县级以上地方各级人民政府公安机关交通管理部门负责本行政区域内的道路交通安全管理工作。县级以上各级人民政府交通、建设管理部门依据各自职责，负责有关的道路交通工作。第七十三条规定：公安机关交通管理部门应当根据交通事故现场勘验、检查、调查情况和有关的检验、鉴定结论，及时制作交通事故认定书，作为处理交通事故的证据。交通事故认定书应当载明交通事故的基本事实、成因和当事人的责任，并送达当事人。第七条规定：对道路交通安全管理工作，应当加强科学研究，推广、使用先进的管理方法、技术、设备。 按照法律的要求公安机关交通管理部门在进行交通事故现场勘验、检查、调查情况和有关的检验、鉴定结论时，应当加强科学研究，推广、使用先进的管理方法、技术和设备。同时积极做好道路交通事故安全预防工作。
交通事故处理技术包括以下内容：
1、交通事故现场勘查技术：研究道路交通事故现场测绘和肇事车辆、痕迹物证的固定、提取、勘验、记录和分析以及现场防护和清理等的理论、方法和技术。
2、交通事故处理与鉴定技术：研究道路交通事故现场重现、肇事车辆和速度鉴定、痕迹物证鉴识以及事故责任鉴定的理论、方法和技术。
3、交通事故防治技术：研究交通事故防治的理论、方法和技术。本技术应当重视我国当前道路交通安全严峻形势，应当充分吸收相关交通管理工程领域的技术成果，迅速转化为预防交通事故的工程管理措施。公安道路交通管理部门应当积极进行高速公路的相关交通事故防治技术的研究，遏制高速公路交通事故严峻的现实交通情况。
4、交通事故安全评价：研究交通事故安全水平和交通事故安全管理水平的理论、方法和技术。
5、交通事故安全预测：研究交通事故安全发生、发展趋势的理论、方法和技术，预测未来交通事故的特点和规模。
（二）、驾驶人安全教育和推广技术
在公安实践中，驾驶人管理属于源头管理，既要做好驾驶人的考试工作，又要做好驾驶人的审验工作。驾驶人的考试工作制度比较完善，利用了一定的科学技术手段，而驾驶人的审验工作比较滞后，没有跟上时代的进步。公安交通管理机关应当研究利用互联网平台等先进科学技术手段，为驾驶人提供方便、快捷的安全教育和审验制度，以减少交通安全违法事件。由于我国驾驶人众多，驾驶人安全教育和推广技术应当是本学科研究的一个重要发展方向。
（三）、交通安全违法防范处理技术
1、交通违法事件与防控技术，研究道路交通事件的自动检测和防控的理论、方法和技术。这是道路交通管理工作的最重要研究发展方向，此技术的研究起着维护道路畅通的重要作用。例如，电子警察――闯红灯、压黄线违法抓拍系统，使得24小时在重要路口路段，司机都能够感觉到被监控的压力，自觉遵守红绿灯的管控、遵守地面标线的指引，最大程度的保证了交通环境的安全性，电子警察被誉为永不下岗的交通警，从一个方面来说增加了警力。现在大力发展城市的智能交通系统中，360度高清摄像头能够清晰地抓拍到多种安全违法驾驶现象，在经过人工甄别，保证了被处罚安全违法驾驶人违法证据事实的可靠性，极大地纠正安全违法驾驶人的侥幸违法行为，维护了广大遵守安全法驾驶人的正当权益，保护了城市道路交通安全。
2、交通监控技术，研究道路交通监控、突发事件预警与信息、交通指挥决策的理论、方法和技术；
3、交通安全违法取证技术：研究发生安全违法事件时，执勤民警取证的相关技术手段和方法。
4、交通安全设施规划与应用技术：通过调查分析，研究确定安全设施建立的客观需求条件，触发交通安全设施实施决策的理论、方法和技术。
三、本学科发展的人才培养浅议
本学科的发展需要相关人才的培养。公安交通管理部门的科技人员，一方面来源于社会各大专院校，一方面来源于公安一线民警的自我成才。公安一线民警的自我成才依赖于成才者本身的科学技术素养，广大的本学科相关人才培养更依赖于社会各大专院校。作为本学科发展的人才培养应当特别重视大专院校的人才培养工作。警察学院作为社会大专院校，在培养本学科发展人才上有不可推卸的责任。交通管理工程系交通管理专业就是培养本学科交通安全执法技术专业人才的摇篮。交通管理专业又是一个跨学科的专业，专业人才培养要考虑服务本地公安工作，又要考虑相关专业基础知识和专业技能的培养。因此，在培养计划中要统筹本学科基础知识和技能的基础上，增加公安学、管理学相关学科知识内容，培养公安一线需求的综合性高级应用人才。
【参考文献】
[1] 王续坤著 交叉科学结构论 第11页大连理工大学出版社 2003年12月第一版
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）20-0067-03
交通设计是道路交通基础设施建设的灵魂，是有效衔接道路交通规划、建设、管理的纽带，交通设计可以促进城市规划与交通规划的结合，可以在进行设施建设之前对交通规划工作进行反馈，以避免资源浪费，并可以在设施建设前充分考虑交通管理措施实施的可行性，并为交通管理设施预留所需的资源。交通设计的概念形成于20世纪80年代初，完善于本世纪初，自2000年开始，伴随着国家公安部、住建部（原建设部）在全国范围内实施畅通工程，交通设计的概念及其作用开始被广大的交通规划、建设与管理部门接受并引入，2009年“交通设计”被教育部高等学校交通工程教学指导分委员会确立为交通工程专业的核心课程，近年来全国相关院校陆续开设了本课程。上海海事大学（以下简称我校）自2005年以来就将《交通设计》作为交通工程本科专业的核心专业课程一直开设至今，由于是一门新开设的专业课程，在教学实践过程中碰到很多的问题与困难，教研组不断在摸索中前行，积累了一定的教学经验与其他兄弟院校同行交流分享。
一、教学中存在的问题
1.教学缺乏合适教材。《交通设计》是一门新开的课程，在《交通设计》课程开设之初，全国没有一本正式的交通设计方面的教材，只有将同济大学杨晓光教授2003年编写的畅通工程科技丛书《城市道路交通设计指南》作为教学参考用书，2010年杨晓光教授正式出版了《交通设计》教材，全书分十一章，系统地阐述了交通设计的基本理论与方法及其应用技术，包括：绪论、交通设计理论基础、交通问题及其特征分析、交通设计基础与条件、城市道路交通设计、公共汽车交通设计、枢纽交通设计、停车场（库）交通设计、交通安全设计、交通语言系统设计、交通设计技术评价分析等[1]。并入选了普通高等教育“十一五”国家级规划教材，填补了这一空白，但由于我国不同院校交通工程专业的侧重点和方向各不一样，所以这唯一的一本教材很难满足全国不同院校交通工程专业的具体要求，特别是不符合我校在航运背景下的交通工程专业教材使用的需要，如缺少了港口地区及港口集疏运道路交通设计的内容，因此必须根据具体的交通设计工程案例，补充相应的教学内容。
2.教学内容需不断完善与更新。《交通设计》是一门年青的课程，其内涵与外延还处在不断地变化与完善的过程中，虽然交通设计目前唯一的一本教材出版仅二年，但其中许多内容就需更新，最近两年，国家制订或修编了一系列与交通设计密切相关的工程技术规范，如新编的《城市道路交叉口规划规范》（GB50647-2011））和《城市道路交叉口设计规程》（CJJ152-2010）已于2011年正式实施，修编的《道路交通标志与标线》（GB5768-2009）中的总则、道路交通标志、道路交通标线前三部分于2009年正式实施，后续的作业区、速度管理、铁路平交口、自行车和行人控制、学校区域五部分的内容还在编制过程中，《城市道路交通规划设计规范》和《城市道路设计规范》正在修编过程中，《城市快速公交设计规范》以及《交通信号控制设计规范》的编制也在酝酿当中，这些相关规范的内容需要及时反映到日常的教学内容中来，这就需要任课老师紧跟学科发展前沿，及时对教学内容进行完善与更新。
3.学生相关基础知识储备缺乏。《交通设计》是一门学科交叉的课程，所涉及的知识面较广，与其他学科关系密切，交通设计必须融入到城市设计之中，并在交通土木工程设计的基础上进一步考虑道路使用者与管理者对道路功能的要求，交通设计和交通管理与控制是两个不可分割的孪生兄弟，因此交通设计方案必须与交通管理与控制方案相互协调，学生既需要掌握以上相关课程的理论基础知识，又必须有较强的实际动手能力，如AutoCAD绘图能力以及微观交通仿真软件的使用与操作能力，所以在开设《交通设计》课程之时必须对相关的课程体系进行梳理和完善，让学生有必要的知识储备。
4.理论与实践结合度不够。《交通设计》是一门实践性很强的课程，教学内容中既有理论知识又有工程实践。在最初的《交通设计》课堂教学中，采用以系统讲授为主的封闭式教学方法，即以教师为中心，以课堂讲述进行教学，缺乏大量工程实例和有效直观的演示手段，缺乏理论知识与交通设计实践的紧密结合，学生的实际动手能力偏低，分析、解决实际问题的能力不高，很难对课程内容有深刻的理解和认识，导致实践环节成了对某些理论的简单验证，失去了实践本身的意义。
二、教学改革措施
1.课程体系的调整与优化。针对《交通设计》与其他课程联系紧密的特点，教研组对整个交通工程专业的课程体系进行了调整与优化，将《交通设计》课程安排在大三下学期，在此之前在大二上学期开设了工程制图以及计算机辅助设计课程，使学生能有扎实的画图能力，为将来的实践操作打下基础，在大二下学期开设了交通工程学、交通工程系统分析、工程测量，在大三上学期开设了交通规划、城市规划原理、道路勘测设计等基础专业课，为《交通设计》课程的开设提供知识储备，在大三下学期开设《交通设计》课程的同时并行开设交通管理与控制、交通仿真等课程，使得交通设计方案和交通管理与控制方案能够相互协调，并能通过交通仿真的手段对以上方案进行直观的演示与评价。
2.教学内容补充与完善。针对统一的交通设计教材不能反映我校交通工程专业行业背景的问题，我们在教学过程中仅将其当作参考教材，不完全依照教材的内容来授课，而是结合教学进度补充港口地区及港口集疏运道路交通设计的内容，在教学过程中参照最新的技术标准和规范，使学生掌握最新的知识。
3.教学方法和教学手段改革。采用先进的多媒体技术、案例分析、专题报告等多种教学方法和教学形式，充分调动学生学习的兴趣，激励学生的学习积极性和主动性。（1）课堂多媒体教学：通过多媒体教学，增加课堂信息量；将实物图片、现场录像、动画演示等加入到课件中来辅助教学，丰富教学内容，使得教学内容形象直观，缩短理论与实际的差距，增加了学生的感性认识。（2）案例分析讨论：《交通设计》是一门实践性很强的课程，单凭理论讲授缺乏针对性，结合课程教学需要，可适时引入案例进行分析讲解，来解释和说明相关理论和技术知识。例如我们在教学过程中结合自己承担的一些横向咨询项目，适时地将洛阳市中州路交通设计、合肥市宿松路交通设计等具体工程案例引入到教学过程中，引导学生领会案例的内涵并参与到具体的案例调查，例如在讲授第三章交通问题及其特征分析时，除了讲述课本上的通用知识外，还将学生分成几个小组，每组同学以学校周边某条道路的交通设计为实际的教学案例进行调查，以专题的报告的形式分析每条道路交通设计的优缺点及可采取的一些改进措施，加强理论与实际的联系，从而激发学生的学习兴趣，提高了学生参与教学的积极性和主动性。（3）组织专题报告：充分发挥学生参与的主动性，培养学生广泛猎取知识的能力、归纳总结和语言表述能力，同时可以及时掌握和了解交通设计的发展动态。例如在讲授第六章公共汽车交通设计的内容时，我们就补充了快速公交以及地面有轨电车交通设计的内容，布置了我国主要城市BRT建设模式以及地面有轨电车在我国的适用性研究二个报告题目，要求学生利用节假日时间完成杭州市BRT及上海张江有轨电车的调研任务并用相应的专题报告，由学生主讲，促进了教学相长。
4.加强实践教学环节。该课程是一门实践性很强的专业基础课，实践教学是课程教学的一个重要环节，也是课程建设的难点，除了用以上的案例教学以及专题报告的方式增强学生的动手能力外，在课程教学结束后还安排了一周的课程设计的环节，在课程设计过程中，在电子地形图、交通流量和流向等基础资料给定情况下，要求学生模拟某城市中心区某复杂交叉口群的交通设计，主要考核学生综合运用已学过的理论和技能去分析和解决实际问题的能力。通过给定的设计条件，学生提出设计思想，提交设计成果。学生通过分析相交的基础资料，完成交叉口群的交通组织设计、渠化设计和信号控制设计，并要求利用VISSIM微观交通仿真软件对交通渠化设计方案和信号控制方案进行建模、仿真、评价比选，确定最佳设计方案，使学生充分了解交通设计的基本程序和步骤，进一步强化对相关知识的理解，培养学生参考及应用有关规范，能从学科的高度来认识、分析和解决实际问题的能力。
《交通设计》课程是交通工程专业的主干课程，其重点在于培养学生进行交通问题分析和方案优化设计的基本技能[2]，我校结合交通工程专业培养目标与人才培养计划，改革教学方法和教学手段，提高学生的学习兴趣，达到全面提升教学效果的目标，在我们教研组的指导下，该专业学生的交通设计成果分别获得了第五届与第七届全国大学生交通科技大赛三等奖与优秀奖的好成绩。
参考文献：
[1]杨晓光.交通设计[M].北京：人民交通出版社，2003.
中图分类号: 文献标识码:A文章编号:1007-9416(2010)05-0000-00
1 课题研究的背景[3]和意义
2001―2008年我国化工企业共发生较大及其以上级别事故119起,其中,死亡510人,重伤105人,轻伤377人。从2001年到2008年我国化工企业较大及其以上级别事故发生总趋势为波动上升,且单事故中伤亡人数在逐渐增加。尤其是从2004年开始,化工企业较大及以上级别事故的发生数量居高不下。目前,我国正处于经济快速上升期,工业发展正在不断加快,化工企业的生产技术日趋复杂,势必导致事故的多发性以及事故危害的日趋严重。城市消防救援对减少事故的损失意义重大,但在实际工作中往往由于消防救援路程不畅等各种迟滞因素使得消防人员丧失了对事故早期救援的良好时机。因此,对消防救援中最优路径选择问题的研究很有必要。
2 最短路径问题的基本理论
2.1 传统Dijkstra算法概述
传统Dijkstra算法过程的具体描述如下:
1)如果(u,)之间没有直接存在弧,则置w(u,)为 。S为已找到的从u出发的最短路径的终点的集合,初始状态为空集。那么,从起点u到图上其余各项点 可能到达的最短路径长度的初值为d(u,)= w(u,), 是与起点邻接的点。2)选择 ,使得d(u, )=min{d(u,)/ ∈V-S}。
3)修改从顶点V∈S出发到集合V-S任一顶点唯可达的最短路径长度,如果d(u, )+w( , )
2.2 建立最优路径数学模型
在道路交通网中,综合考虑各种因素把各条道路的通过时间作为权值赋予相应的路段,就得到一个赋权图G(V,E),对每一边e=( , )对应权值为w(e),设P为从起点 到终点 的所有路径的集合,若R是G中从 到 的一条路,则R∈P,定义路R的权为R中所有边权之和,计为w(R),即w(R)=∑w(e)。求一条从 到 的最短路,即求从 到 的的一条权最小的路 使 w ( )=min w(R)就是救援最优路线的基本模型。
3 针对Dijkstra算法和线性规划对具体算例的分析应用
3.1 最短路径问题的数学模型和解决
如图3.1所示,假设E点发生了化学事故,消防部队接到报警信息后出发,如何选择最短的路程到达目的地?
解决思想:此例中我们可以把从S到E的行驶过程分成5个阶段,即S E,其中必至少有一条距离最短的路线。记d(X,Y)为交叉路口X和Y之间的直接距离(如果这两个路口之间没有道路直接相连,则可以认为直接距离无穷大),用L(X)表示出发地点S到路口X的最优行驶路线的路长。则可以建立模型:L(S)=0;L(X)=min{L(Y)+d(Y,X)},X S ,Y X。为了解决问题更加迅速,便于处理更加复杂的路网,采用LINGO软件处理这个问题。为了简洁起见,只给出程序的有效结果
3.2 最大流问题
之前的例子只是单纯的考虑最短路径的问题,并没有考虑出警的警力资源和道路通行能力的因素。现在假设道路的通行能力有限制,而警力资源足够充足。如何保证最大的警力资源到达救援现场且不浪费多余的救援力量出警?现在请看图3.2:
位于S的消防部队接到E点发生化学事故的求援报警时,正处于交通高峰期,每个路段的通行最大流量有限制。假设我们的消防部队救援资源充足,如何保证最大的救援力量到达现场?如图所示,每个交叉口之间表明了在出警前得知的道路最大通行能力。建立数学模型:设最大流为 , 为点i到点j的流量, 为点i到点j的最大容量。我们可以推导出最大流的数学规划表达式为:
根据数学规划表达式我们用LINGO软件求解最大流问题。
为了简洁直观,我们只保留有用的结果。Global optimal solution found.
由程序运行结果知:能到达事故现场的最大救援力量为11,F(i,j)为该道路上的通行量。
上面的实际问题中,在交叉路口之间道路的质量,红绿灯和车流量等各种因素的影响下,通过单位长度的道路所花费的时间也各不相同。因此,除了考虑最大救援力量外,还需考虑最大救援力量全部到达的最小时间。如图3.3:括号内第一个数字是所在道路的通行最大流量,第二个数字是通过该道路的单位时间。设 为弧上(i,j)上的流量, 为弧(i,j)上的单位消耗时间, 为弧(i,j)上的容量,d是节点i处的净流量,则最大资源的最小消耗时间的数学规划的表达式为:
当 为网络的最大流是,数学规划表示的就是最大流的最小时间问题。
用LINGO软件求解该问题,运行结果如下:Objective value: 116.0000
因此,最大救援力量全部到达的最小时间为116单位。
4 结语
本文通过Dijkstra算法和动态规划的基本原理,针对消防救援工作中最短路径、最大救援力量、最佳救援时间等存在的一系列问题进行了层层深入研究,针对具体算例设计了数学模型并运用LINGO软件编写解决该类问题的通用程序来实现该数学模型。通过求解所得到的结果说明了该模型对消防救援工作选择最优路径,减少救援时间具有实际应用价值,可以帮助消防部队在接到报警后更好的利用较短时间分配救援力量和选择最佳的救援路径,以争取更多救援时间,取得更好救援效果,减少人员伤亡和财产损失。
参考文献
[1] 卢开澄,卢华明.图论及其应用.(第二版).北京:清华大学出版社,1995.
关键词： 出租车；城市网格；合乘制；公交化
Key words： taxi； city grid；carpooling；bus-like operation
中图分类号：P208 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）14-0025-03
0 引言
出租车是一个城市交通不可或缺的部分，它具有方便、快捷、舒适和服务面广等特点。出租车对城市的重要性毋庸置疑，据统计，城市中平均1/4的公交客运是由出租车承担的[1]。然而，当前城市出租车的运营方式大都是盲目和粗放的，其表现特征是：一方面城市出租车空载率高，单位车辆平均搭载人数少；另一面公众抱怨打不到出租车，造成出租车运营效率低下，社会总体运营成本居高不下。
出租车合乘运营，作为一种缓解城市交通拥堵，方便公众出行的新型营运模式近年来引起了较多学者和城市交通管理部门的重视。国内学者如黄肇义、杨东援、夏凯旋、雷孟林、曹忠于等人开始通过分析国外的拼车发展，从理论上研究了在我国发展合乘的可行性和实现方式[2-4]。卢川、覃运梅、刘耀霞、张瑾、周和平等人对出租车合乘制从经济分析到路径选择等做了可行性探讨[5-9]。国内一些城市如南京和重庆，相继出台了鼓励出租车合乘的政策。但从现有理论研究和城市试点的运营情况来看，采用合乘运营模式后，诸如运营线路选择、调度方式、合乘收费方式等问题未得到合理、科学的解决，试点效果不甚理想。
本文提出一种基于城市网格划分的出租车公交化运营模式，该模式下通过城市网格划分，设立出租车停靠站点，将出租车停靠点由无限多变为有限多，减少出租车“扫马路”的现象。同时，借鉴城市公交车的载客方式，在沿途网格划分的合理经济区域内拼载其他乘客，以提高提高出租车的运营效率，降低出租车对城市资源的占用。
1 基于网格划分的出租车站点设置
目前的出租车是即招即停的运营模式，这种运营模式虽然在一定程度上方便了乘客的打车，但同时也极大地增加了社会成本。据杭州市2012年4月的所作的一项统计分析，该市26个交通道口上下班高峰时出租车所占经过汽车总数超过30%的就有22个。加剧道路拥堵和出租车空载率已构成当前出租车运营模式最最主要弊端。如果采用出租车定点停靠的方法，一方面可以通过将乘客聚集到相对集中的站点，降低出租车空驶率；另一方面可以减少出租车“扫马路”现象，缓解道路拥堵，从而大大降低出租车运营的社会成本。
所谓出租车定点停靠，就是将城市主城区按照网格划分方法划分为N个单元，每个单元设置一个出租车站点，出租车在经网格化后固定的站点上下客，如图1所示是杭州市主城区网格化出租车站点设置的示意图。目前城市公交站点辐射半径大概为300米，考虑到出租车乘客对便利性的要求，出租车网点可以设为辐射半径为100米。网格内出租车的停靠点设置在人流密集的主干道上，旅游景点、大型百货商场等人口密集的地方可以相应多设一些停靠站点。
2 推行出租车合乘的影响因素
采用基于网格划分的出租车定点停靠运营模式为出租车合乘提供了可能与便利。当出租车搭载一名乘客后，在该站点（或沿路）候车且目的地路径在该网格上的其他乘客均可选择合乘，可以有效提高出租车满载率和缓解道路拥堵。网格化出租车合乘的另一个好处是消除了出租车绕路情况的可能。即便如此，网格化出租车合乘运营也存在现实的影响因素，如未有效解决，将影响合乘的推行与实施。
首先是乘车成本（费用和时间）的分担问题。合乘制能否顺利推行，其关键是该模式是否会为出租车司机和乘客同时带来利益。如图2所示，Ae表示第一个乘客的乘车点，As表示第一个乘客的下车点；Be表示第二个乘客的乘车点，Bs表示第二个乘客的下车点。很显然，由于第二位乘客的加入合乘，导致第一位乘客乘车路程和时间将略有变长。
其次是行车路径的优化问题。行车路径是否最短不但影响到乘客支付费用的多少，同时也是缓解道路拥堵，降低社会成本的关键。对行车路径进行优化，将每次行车的路径降到最小值是出租车合乘制必须解决的问题。
3 出租车合乘的运营模型
采用合乘制实现基于城市网格化的出租车公交化运营不但需要综合考虑出租车司机的收益与乘客的出行成本，同时还应考虑社会出行总成本。这就要求对出租车司机收益最大化、乘客出行成本最小化以及出租车运行路线最小化分别进行计算。
3.1 出租车合乘运营的目标函数
3.1.1 路径最短 所谓的最短路径问题，就是在一个网络中，相邻节点间的线路长度是已知的，要从某一起点到某一终点之间，找出一条路线长度最短的通路。最短路径算法是交通流分配中最基本的算法，几乎所有的交通流分配方法都将它作为一个基本子过程反复使用。最短路径算法的设计问题是图论、运筹学和交通规划领域的学者们广为关注的问题，并设计出了多种方法[10]。
最短路问题的分析分为两类：①起点到终点的最短路问题；②任意点之间的最短路问题。本文所涉及的出租车合乘不但需要解决出租车从起点到两个终点的最短路径，同时还需要计算终点间的最短路径，即分析任意点间的最短路程。本文利用矩阵迭代法[11]来求解最短路径。
出租车合乘路线选择模型中，合乘的乘客必须是在合乘站点上车去往同一方向的两个不同目的地，且目的地之间距离相近。在获得两组乘客的目的地后，出租车司机可以按照道路交通网络选择最短路径并且在行驶过程中不再搭载其它乘客。
如图3所示，如果出租车司机要将两位乘客A和B分别送到各自的地第6点和第8点，则首先要找出从出发点1到目的地6的最短距离a、出发点1到目的地8的最短距离b和目的地6和8之间的最短距离c。然后用最短距离a和最短距离b中的最小值与最短距离c相加就得到出租车将两位乘客送达两个目的地所需最短距离。最后，通过反推法找出出发点到两个目的地的最短路径。
通过反向追踪法找最短路径。首先从最短路径的起点开始，根据起点到各节点的最短路权来搜索最短路径的每个节点直到路网的终点。设r为起点，s为终点。
①从起点r开始，寻找与r相邻的节点i满足
dri+Lmin （i，s）=Lmin （r，s）（1）
其中，dri为r到i的距离；Lmin （i，s）为i到s的最短路权；
Lmin （r，s） 为r到s的最短路权。
②再找到i到相邻点j，满足dij=Lmin （i，s）-Lmin （j，s）
3.1.2 时间成本 目标函数中的时间成本由系统中全部合乘出行者的时间成本共同构成。这里的时间成本主要是指车辆运行中的时间：■■■■■x■■t■q■■（2）
式中： k∈K，K表示车辆的集合；v，u∈H，H为乘客各需求点的集合；i，j∈G，G为路网中各节点的集合；tij为（i-j）的运行时间； q■■为u点上第k台车至v的客流量。
3.1.3 费用最小 目标函数中的费用成本是指出行者乘坐出租车需要支付的费用。但是在合乘时，由于出租车搭载多个乘客，各个乘客出行目的地的各异，合乘费用应由合乘者共同分担。对于不同出行者需要制定不同的费率，保障出行者之间的公平性。
我们需要综合考虑路径最短、时间成本最低和费用最小三个指标。为了将三者统一起来，设定一个时间费用转化系数α和β，通过转化系数α和β的转化，最终构成以时间费用总成本为目标的目标函数：
MinZ=α（Lmin （i，s）-Lmin （j，s））+■■■■■x■■t■q■■
+β■■■R■■q■■P■■（3）
式中：tij（i-j）q■■ukvu，v∈Hk∈K，Ki，j∈G，GHr0（D■■-N■■L■）+C■■N■■？燮■■R■■q■■P■■？燮r■■（■■D■■-N■■L■）+C■■N■？坌kR■■
3.2 出租车合乘运营的约束条件 采用合乘制出租车运营模式，必须保证在乘客可以在忍受的范围内牺牲一点方便性，必须满足乘客和出租车司机在经济上的心理预期，同时出租车的最大乘客数量不能大于4人。
3.2.1 司机收益
r0（D■■-N■■L■）+C■■N■■？燮■■R■■q■■P■■？燮r■■（■■D■■-N■■L■）+C■■N■，？坌k；式中：N■■为第k辆车在当前路径距离下非合乘载客人数； D■■为第k辆车在当前路径距离下非合乘载客距离；N■■ 为第k辆车接受预约的乘客总数；D■■为第k辆车经过需求点（u-v）的距离。
3.2.2 乘客收益 必须保证乘客合乘付出费用低于单独乘车费用。每一辆车的每一位乘客在合乘时的费用要小于非合乘时的费用，即满足R■■
4 结论
基于网格划分的城市出租车合乘就是在将城市主城区进行网格化划分的基础上，设置相对固定的出租车上下客站点，乘客可以在网格划分的合理经济区域内进行拼车搭乘，以此来提高公众出行的便利性并减少因道路拥堵等造成的社会成本。文章通过建立出租车合乘运营的目标函数及约束条件，研究了出租车司机、乘客利益最大化及出租车行车路径的数学模型，以期为改变目前粗放的出租车运行方式，推行城市出租车合乘运营提供参考。
参考文献：
[1]陈洁行，沈悦林，龚勤，卢亚萍.城市出租车营运管理创新探讨——以杭州市为例[J].生活品质，2010（1）：59-60.
[2]雷孟林.卡普若干问题研究.城市问题，2007，（10）：67-71.
[3]夏凯旋，明升.国外汽车共享服务的理论与实践[J].城市问题，2006（4）：87-93.
[4]曹忠于.车辆合乘研究——现状调查与对策分析：（硕士学位论文）.上海：华东师范大学，2005.
[5]卢川，吴群.城市居民出行合乘出租车问题的研究[J].道路交通与安全，2007（10）：52-55.
[6]覃运梅，石琴.出租车合乘模式的探讨[J].合肥工业大学学报，2006，28（1）：77-79.
[7]刘耀霞，张爽.车租车合乘[J].交通与安全，2008（6）：188-191.
[8]张瑾.出租车“拼车”问题研究及其服务系统设计实现：（硕士学位论文）.兰州交通大学，2009.
南水北调西线工程大规模的跨流域调水改变了原有水资源的时间、空间分布状况，相应地引起了调水区、受水区的自然环境、生态环境和社会经济发展的变化，并产生诸多有利的和不利的影响；同时，在施工和运行调度管理等方面，西线又是一个复杂、庞大、艰巨的系统工程，存在着许多世界性的难题。如：如何正确评价南水北调西线工程调水后对促进受水区社会经济发展以及生态环境改善的作用、对调水区可能引起的自然环境和生态环境变化？如何评价西线调水对黄河水资源的补偿作用？如何分析不同调水量的供水目标和供水范围？如何优化确定合适的坝高与洞线长度？如何研究远景规划中的后续水源的战略性问题？等等，对工程的规划决策及工程建成后的运行管理都有着重要意义。未雨绸缪，必须认真研究这些问题。
为解决南水北调西线工程实施中的一些世界性难题，通过全数字化数据平台的构建和数字仿真技术的应用，建立全新的数字化研究环境和虚拟调水工程环境，依靠大尺度、高精度情景数字模拟研究和实际验证，构建复杂系统优化决策模型，为回答西线调水中涉及国民经济建设和生态环境建设的重大战略问题以及工程的可行性和科学性问题提供工作平台。
2目的
南水北调西线工程虚拟仿真及应用研究的目的：为解决南水北调西线工程实施中的一些世界性难题，集成全数字摄影测量、遥感、地理信息系统、全球定位系统、计算机辅助设计、数字三维仿真和多源空间数据无缝集成(SeamlessIntegrationofMulti-sourceSpatialData)等高新技术，建设南水北调西线工程勘测设计一体化数字集成平台和虚拟环境，完成多比例尺、多数据类型资料的数字集成，以功能强大的系统软件与模型为支撑，为相关科学家、工程规划设计人员高效的工作提供详实灵活便捷的数字流域研究环境，通过对南水北调西线工程调水区、输水沿线、受水区和后备水源区的数字仿真手段，对调水工程的可行性、有效性及存在的可能方案进一步予以综合分析与论证。可在调水线路沿线依据其地形、地震、工程地质等条件，对不同调水实施方案的投资规模、工程实施条件进行比选，并初步估计其生态环境影响；依据调水前提对受水区社会、经济与生态环境效益做出分析，提出客水分配与利用的优化模式；通过对后备水源区的相关研究，探讨后续扩大调水的可行性及其影响。为水资源跨流域配置方案的优化选择提供全新的高技术支撑工具，加快南水北调西线工程的准备，为规划决策及工程实施提供科学依据。
3南水北调西线工程虚拟仿真及应用研究主要内容
研究内容主要包括两个方面，第一个方面，针对南水北调西线工程研究多信息源集成的数字平台和虚拟仿真的关键技术，构建一个涵盖调水区、输水沿线、受水区的数字平台和虚拟仿真系统；第二方面，在数字平台和虚拟仿真系统的支持下，对西线调水工程中的不同调水量、供水目标、外调水和内地水分配利用、输水路线以及对生态环境影响等问题进行系统分析和优化研究。
3.1南水北调西线数字集成系统研究
研究如何以南水北调西线（含后备水源区）跨流域调水工程规划勘测设计准备工作为需求背景，在调水线路区、受水区、水源区构建一体化的数字集成平台，提供数字仿真研究数据基础。主要内容包括：
3.1.l空间数据库设计及关键技术研究——1)数字化集成平台设计、数据标准规范制定、数据字典和表结构设计。研究数据库应包含的内容、数据项、涵盖范围、组织策略等；2)海量多数据源、多类型、多要素、多尺度、多时相空间数据库管理系统的研究。在以往工作积累的基础上根据本项目的要求，完善大型空间数据库管理系统，使之能够管理图形数据、影像数据、三维高程数据和属性数据等多类型数据，探讨数据库多源数据逻辑一致性协调与管理方法。完善系统安全管理设计，最大限度地实现空间数据库系统与虚拟现实系统、计算机辅助设计系统的互操作。
3.1.2南水北调西线数据库集成——开展西线调水环境与工程数据库建设。分别在调水工程线路、受水区和调出区建设多比例尺系列的多要素地理环境空间数据库，作为宏观和典型区域环境虚拟仿真研究的数据本底。在各方面数据条件允许的情况下具体内容为：1)区域背景影像数据库,覆盖全部区域，配合1/5万、1/25万尺度分析需要，拟采用2000年ETM影像图为基础，对图像时相不佳的图像以2000年以后的夏季影像更替后制作成相应比例尺影像图；在需用1/1万数据的工程线路典型区段，如地图条件不能满足需要的情况下，不排斥使用高分辨率卫星立体对影像数据。2)区域电子地形图、数字高程模型（DEM）数据库：1/25万数据覆盖全部工作区，1/5万数据覆盖调水区线路两侧、受水区黄河干流两侧300m高程区间，1/1万数据覆盖工程线路典型区段。3)区域土地覆盖、土地资源数据库：1/25万土地覆盖数据库覆盖全部工作区域，1/5万土地覆盖数据库覆盖调水区线路两侧、受水区黄河干流两侧200M高程区间，1/1万土地覆盖数据库覆盖工程线路典型区段。依据影像数据参照2000年1/10万土地利用现状图解译编绘制作。1/100万土地资源数据库覆盖全部工作区域，由已有成果移植修编完成。4)区域构造地质、水文地质、地勘数据库：1/20万普通地质空间数据库覆盖全部调水水源区;1/20万或更大比例尺普通地质电子地图、水文地质电子地图覆盖调水工程典型地段。5)区域气象、水文数据库：兼顾受水区、重点在调水区和后备水源区，尽可能长地搜集时间序列基本气象(如气温、地温、降水、风速、蒸发、辐射等参数)、水文（流量、水位、悬移质含量、水质等参数）数据，在展布观测站空间位置的基础上，内插构成各要素的空间等值线分布或沿程分布数据库。6)区域社会经济、人文综合基础数据库：在全部工作区以县为基本单位的人口、耕地面积、产值等社会经济状况统计数据，工程沿线展布到图斑。将重要文物、重点宗教设施等标定在电子地形图数据基底上构综合数据库层面。7)区域水资源数据库：以受水区水资源利用三级分区数据库为基础，补充调水区相应分区构成覆盖全部工作区的水资源及利用分区数据库；以地形数据为基底将全部工作区水利工程现状和规划资料展布在二维空间上。8)生态环境数据库：生物多样性、林草地表覆盖度、土壤类型和质量、土壤侵蚀、人口承载力、荒漠化、盐碱地、主要野生动植物分布等。
3.2南水北调西线虚拟仿真系统研究
虚拟仿真系统是在数据集成平台软硬件环境的支持下，研制模拟仿真、综合分析的工具。内容包括：
3.2.1空间分析与仿真基本算法研究及开发扩展GIS的空间分析功能，研究三维叠置分析、三维缓冲分析、三维最优路径与工程优化分析，为虚拟仿真研究提供基本三维空间分析函数库。
3.2.2工程沿线可视化的三维虚拟地理环境构建构建南水北调西线工程沿线可视化的三维虚拟地理环境，模拟地表质地、地表覆盖、道路交通、高程、坡度、气候等地理环境因素为不同调水方案工程实施研究提供三维地理环境。
3.2.3工程沿线可视化的三维工程施工虚拟环境构建构建南水北调西线工程沿线可视化的三维工程施工虚拟环境，模拟不同调水方案的各种工程参数，提供进行线路投资空间三维分布的计算手段；以三维工程施工虚拟环境提供解决坝高与洞线长度优化、多库联调输水方式优化等技术问题的工具。
3.2.4工程沿线可视化的三维地质虚拟环境构建在三维虚拟地理环境的基础上，结合南水北调西线工程沿线的活动断裂带、地震烈度区划、崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害资料，对不同选线方案主要地质灾害危害和风险性进行虚拟研究和评估提供可视化平台和手段。
3.2.5虚拟系统集成应用在虚拟系统工具组件开发的基础上，根据调水区、受水区、水源区不同的应用目标，在数据集成平台的支持下，结合各专业模型，使虚拟系统平台将水资源优化配置、调水方案优化、调水线路及联合调度、生态环境影响等仿真模型能够完整地集成在一起，形成一个面向具体应用的虚拟仿真系统。
3.3南水北调西线水资源合理配置研究
西北地区作为21世纪我国新的经济增长点，在国家粮食安全、能源、原材料工业等方面拥有无可替代的作用，突出的区位优势和相对薄弱的水资源条件，形成了该区域可持续发展的主要矛盾。在西部大开发和西部地区严重缺水的背景下，依据受水区对水资源的内在需求，就水资源开发、利用、配置、保护、管理等问题，进行受水区不同水平年的需水预测和缺水识别；论证南水北调西线外调水与当地水结合利用方式；对不同调水量的供水目标及供水范围进行分析，为确定西线各期调水工程合理的供水范围、供水线路提供决策手段和方法。主要内容包括：
3.3.1受水区水资源演变内在规律研究区域产水量变化的趋势，将直接影响水资源危机发生的频次和程度。伴随着工业化和城镇化进程以及不当用水方式，受水区生态环境有继续恶化的趋势。事实上，所研究的受水区的生态退化是水危机即将发生的重大征兆。根据流域水循环演变趋势，利用区域水资源二元演化模型，模拟受水区水资源在一定演变速率情景下流域供水和缺水变化趋势，揭示未来水资源演变对受水区供水和缺水形势的影响。
3.3.2不同水平年需水与缺水预测随着人口增加和经济发展，西北地区水资源需求不断上升，而脆弱的生态环境和资源型缺水的自然条件，加剧了城市与农村、工业与农业、经济与生态之间的用水竞争。以经济社会发展的长期态势和生态环境建设的需要为基础，在西部大开发的宏观战略指导下，结合受水区土地功能分区的分析，研究受水区不同水平年的需水预测，进行水资源供需形势和对经济发展影响展望，分析缺水性质以及缺水分布等态势。
3.3.3供水工程方案研究利用数字动态模拟系统，对受水区的不同供水线路、供水工程进行虚拟仿真，为确定供水工程的规模指标，分析供水工程的可能性、可行性，提供技术方案和建议。
3.3.4水资源合理配置研究根据受水区缺水分布和调水区的不同输出水量方案，利用虚拟研究环境平台，针对不同供水范围和供水目标，进行技术和经济合理性分析，提出不同来水条件下的水资源合理配置方案。
3.3.5外调水与当地水置换方式研究基于虚拟仿真环境，对南水北调西线外调水与当地水结合利用方式进行研究，主要内容包括：对黄河流域各支流进行流域水量的综合平衡，合理确定从各支流的引水量，合理确定受水区的用水规模，进一步确定支流向黄河干流的入流减少量，并通过水资源供需分析，合理确定南水北调西线工程需要对黄河干流增加的补水量。
3.3.6沿线输水方式优化布置及调度研究西线调水区的蓄水水库分处不同的河流，在同一年份其水量丰枯不同，为满足调水需要，对多库联合调度进行研究。输水方式若采用无压流，则输水隧洞断面大，但衬砌要求相对简单；若采用有压输水则断面可缩小，但衬砌要求高，不同方式的输水能力也不同，通过对输水方式进行优化研究，对合理确定西线工程的输水方式提供技术方案和建议。
3.4南水北调西线后备水源战略研究
在建立的南水北调西线远景调水区虚拟仿真平台的基础上，重点研究西线调出区自然变化和人类活动影响下的水资源状况，远景调水区调水线路评价以及可调水量分析，主要内容有：
3.4.1水源区水资源评价。调出区人迹罕至，水文、气象资料极度缺乏通过对时空变异规律的分析，提出不同类型地区水文、水资源仿真模拟模型，从而在过去工作的基础上，进一步摸清调出区不同地区、不同海拔、不同时间水资源的数量与质量，较好地填补这一地区水资源时空分布和垂直变化的空白，为西线调水奠定可靠的物质基础。
3.4.2远景调水区工程线路与规模研究根据我国地势西高东低的特点，在大量空间数据支持下，采用地理信息技术，在可预见的时间尺度内，进一步探讨和评价西线调水可能实施的路线和调水路线上各种参数以及配套的工程型式和规模。在综合分析的前提下，客观反映各种调水线路的优缺点和存在的主要问题，为西线南水北调远期决策服务。
3.4.3远景调水区可调水量研究可调水量在一定程度上取决于水源区的各种限制条件,通过中长期社会经济发展需水分析、丰平枯不同频率下的影响模拟、流域生态系统用水预测、调水工程系统水量损失仿真以及调水区可能外援的水量，然后结合受水区的实际需要，拟定不同调水线路的调出水量。
3.5南水北调西线调水对生态环境影响研究
3.5.1调水对受水区土地利用/覆盖影响研究在对受水区土地利用和生态环境评价基础上，研究不同调水量对土地利用/覆盖变化和生态环境的影响。进一步分析西线调水对生态建设的影响；研究西线调水对风沙带的影响。
3.5.2调水对调出区生态环境影响研究在不同调水方案基础上，研究不同调水量对调出区土地利用和生态环境的影响。分析调水对水源调出区在不同的水量调出方案(包括不同年调水总量和季节分配方案)，对土地利用和生态环境变化的影响。模拟供水量的时空变化对旱涝灾害调节与防灾减灾的影响，并提出综合应对策略。
