交通基礎/決策

決策是指在多個備選方案中選擇一個的過程。決策通常發生在交通專案的規劃階段，但一些最後時刻的決策也已被證明是成功的。為了最大限度地減少低效或冗餘，人們已經概述了幾種決策程式。這些是理想化（或規範性）過程，描述了在理想世界中如何進行決策，以及它們如何在官方檔案中進行描述。現實世界中的過程並不像這樣井然有序。

應用系統分析是利用嚴格的方法，透過應用分析方法來幫助確定大型問題的最佳計劃、設計和解決方案。應用系統分析側重於方法、概念以及問題與可用技術範圍之間的關係。任何問題都可以有多種解決方案。最佳解決方案將取決於技術可行性（工程）以及成本和估值（經濟學）。應用系統分析試圖從工程實踐的設計細節中分離出來，並將可行的工程解決方案與理想的經濟解決方案整合在一起。系統設計師面臨著與經濟學家相同的問題，即在給定的目標函式下“有效資源配置”。

系統分析起源於第二次世界大戰，特別是在雷達以協調的方式部署時。它傳播到其他領域，如戰鬥機戰術、任務規劃和武器評估。最終，在這些問題中使用數學技術被稱為運籌學，而其他統計和計量經濟學技術也正在應用。最佳化適用於資料不足（觀察值少於因變數）的情況，而統計學適用於資料過剩（觀察值多於因變數）的情況。第二次世界大戰後，這些技術傳播到大學。系統分析在數學方面得到了進一步發展，並被應用於各種各樣的問題。

有人說系統分析是

• "一套協調的程式，它解決了設計和管理的基本問題：即指定如何將人力、資金和物資結合起來，以實現更高的目標" - De Neufville
• "...主要是一種方法論，一種解決問題的哲學方法，以及規劃創新進步的方法" - Baker
• "努力系統地分析公共和私人機構在特定區域內對交通系統和服務進行改變時可用的選擇的專業人員" - Manheim
• "系統分析很難寫：簡短的一句話定義通常是微不足道的" - Thomas

從系統分析中誕生的最突出的決策過程是理性規劃，我們將在接下來討論，之後會給出一些批評和替代方案。

一個人如何（理性地）決定做什麼？

該圖示識了三個抽象層。第一層（頂行）描述了高層過程，我們可以將其概括為六個步驟。第二層詳細說明了第一層的許多組成部分。第三層，由藍色方框“抽象成模型或框架”標識，取決於手頭的問題。

影片

決策

概述資料

第一步是觀察性，審查和收集有關所考慮系統的資料。需要了解周圍的世界，包括指定系統。

問題（在下一步中定義）存在於一個更大的系統中，該系統包括

1. 目標 - 衡量有效性或績效
2. 環境 - 影響系統但不受系統影響的事物
3. 資源 - 完成工作的要素投入
4. 組成部分 - 系統的一組活動或任務
5. 管理 - 制定目標，分配資源並對組成部分進行控制
6. 1-5 中變數之間如何相互關聯的模型

詳細的目標在以下步驟中確定，用於分析問題的詳細模型在接下來的步驟中指定。

例如，在加州城際交通的情況下，有關現有需求狀況、現有供應狀況、未來需求預期以及擬議的供應變化的資料將是重要的輸入。技術和環境條件的變化是長期專案的關鍵考慮因素。我們還想了解預測的確定性，不僅僅是集中趨勢，還有可能出現截然不同的替代情景。

定義問題

第二步是更狹隘地定義問題，從某種意義上說，是識別需求。

與其是一個無定形的議題（城際交通），我們可能對一個更詳細的問題更感興趣，例如，如何服務於兩個城市（例如，洛杉磯大都市區和舊金山）之間現有和未來的需求。問題可能是需求預計會增長並超過供應。

制定目標

第三步是制定目標。對於大型交通專案或引起社群強烈興趣的專案，這可能涉及公眾。例如

快速、安全、清潔且經濟地服務於洛杉磯和舊金山之間未來的乘客需求。

目標需要可測試，流程圖中“制定目標”以下的過程更詳細地介紹了這個過程。

第一個方面是對目標進行操作化。我們需要衡量目標中的副詞（例如，我們如何衡量“快速”、“安全”、“清潔”或“經濟”）。有些是直接的。“快速”是旅行時間或速度的度量。但它需要考慮進出時間、等待時間和旅行時間，並且這些可能不具有相同的權重。

第二步是確定決策標準。每個副詞可能具有一定的價值，但備選方案可能不僅僅是在一個領域獲得最多的分數，而是要在所有領域建立至少最低的滿意分數。因此，一種非常快的模式必須透過特定的安全測試，並且速度更快並不一定意味著它也可能更危險（儘管一個理性的經濟學家可能會認為存在權衡）。

第三步是給這些標準加權。例如，速度與安全哪個更重要？在許多方面，這是一個價值問題，儘管經濟學可以嘗試用貨幣形式來衡量這些方面的價值，從而使評估成為可能。例如，許多負外部性已被貨幣化，給出了延遲的時間價值、汙染損害的價值以及生命的價值。

產生備選方案

檢查、評估和推薦備選方案通常是專業人士、工程師、規劃師和經濟學家的工作。最終選擇通常是重要專案的民選或任命官員的工作。

這裡有幾個子問題，第一個是**生成替代方案**。這可能需要相當的創造力。在主要替代方案中，可能存在許多子替代方案，例如，主要替代方案可能是出行方式，子替代方案可能是不同的路線。對於網路問題，可能存在許多替代路線的組合。如果分析師很幸運，這些是**可分離的問題**，也就是說，一個子路線的選擇獨立於其他替代子路線的選擇。

1. 演算法 - 對可用替代方案進行系統搜尋
   1. 分析
   2. 精確數值
   3. 啟發式數值
2. 有選擇地生成替代方案，主觀評估
   1. 致命缺陷分析
   2. 簡單的評分方案
   3. 德爾菲方法
3. 根據判斷生成替代方案，使用系統模型進行科學評估

一個關鍵問題是如何考慮多少個替代方案。原則上，可以生成無數個或多或少相似的替代方案，並非所有方案都是實用的，有些可能是微小的變化。在實踐中，使用停止規則來考慮合理數量的替代方案。可以使用替代方案的主要示例，微調將在分析第一組替代方案之後進行下一步。該過程可能是迭代的，隨著在分析過程中獲得更多資訊，逐漸縮小替代方案範圍並詳細說明替代方案。

可以提出幾個主要的替代方案，例如，擴充套件高速公路，擴充套件航空旅行，或建設新的高速鐵路，以及不建設的替代方案。

抽象成模型或框架

"所有模型都是錯的，有些模型比其他模型更錯" - 匿名

"所有模型都是錯的，有些模型是有用的" - 喬治·E·P·博克斯

術語**模型**在這裡指的是**系統的數學表示**，而**框架**則是**分析系統的定性組織原則**。這兩個術語有時可以互換使用。

框架示例：波特的競爭優勢鑽石

邁克爾·波特的競爭優勢鑽石

為了說明框架的概念，可以考慮波特的**競爭優勢鑽石**

邁克爾·波特提出了四個關鍵的競爭力決定因素，他稱之為“競爭優勢鑽石”，這些因素基於來自世界各地的案例。

1. 要素條件，例如專門的勞動力隊伍、專門的基礎設施，有時還有一些有選擇性的劣勢，推動創新；
2. 本土需求，或本地客戶推動公司創新，特別是當他們的口味或需求預示著全球需求時；
3. 相關和支援性產業，特別是國際競爭力的本地供應商產業，創造高質量、支援性的商業基礎設施，並刺激創新和衍生產業；以及
4. 產業戰略/競爭，包括地區產業之間激烈的本地競爭，這種競爭比外國競爭更具激勵性，以及影響個別產業對創新和競爭的態度的本地“文化”。

模型示例：四步城市交通規劃體系

在理性規劃框架內，交通預測傳統上遵循順序的四步模型或城市交通規劃 (UTP) 程式，該程式於 1950 年代首次在底特律地區交通研究和芝加哥地區交通研究 (CATS) 的大型機上實施。

土地利用預測為該過程奠定了基礎。通常，對整個區域進行預測，例如人口增長。這些預測為本地土地利用分析提供了控制總數。通常，該區域被劃分為區域，透過趨勢或迴歸分析，確定每個區域的人口和就業人數。

經典城市交通規劃體系模型的四個步驟是

• 出行生成 確定每個區域的出行起訖點頻率，按出行目的劃分，作為土地利用和家庭人口統計資料以及其他社會經濟因素的函式。
• 目的地選擇 將起訖點匹配，通常使用重力模型函式，等效於熵最大化模型。較舊的模型包括 fratar 模型。
• 出行方式選擇 計算每個起訖點之間使用特定交通方式的出行比例。該模型通常採用 logit 形式，由諾貝爾獎獲得者丹尼爾·麥克法登開發。
• 路線選擇 將特定方式的起訖點之間的出行分配到路線。通常（對於公路路線分配）應用沃德羅普的使用者均衡原理，其中每個旅行者選擇最短（旅行時間）路徑，前提是所有其他司機都這樣做。困難在於旅行時間是需求的函式，而需求是旅行時間的函式。

有關建模問題的更深入討論，請參見**建模**。

確定性能

這要麼是分析模型的輸出，要麼是主觀判斷的結果。

謝爾登 確定了許多用於技術預測的主要技術，這些技術可用於確定特定技術的預期效能，但可用於技術內部以確定各個專案的效能。這些列在下面的框中

"技術預測的主要技術

• 德爾菲方法：與專家小組進行的頭腦風暴會議。
• 名義小組法：德爾菲方法的一種變體，由小組領導人主持。
• 案例研究法：對其他技術中類似發展的分析。
• 趨勢分析：使用統計分析將過去趨勢擴充套件到未來。
• S 型曲線：使用 S 型曲線將過去趨勢擴充套件到未來的趨勢分析形式。
• 相關性分析：透過分析類似技術的過去發展來預測新技術的開發。
• 領先使用者分析：分析新技術的領先使用者預測該技術將如何發展。
• 層次分析法：透過分析影響其發展的力量層次結構來預測新技術。
• 系統動力學：使用詳細的模型來評估影響技術發展的主要力量之間的動態關係。
• 交叉影響分析：分析可能相互關聯的未來事件，這些事件可能影響技術的未來發展。
• 關聯樹：將技術的目標分解成更詳細的目標，然後分配該技術實現這些詳細目標的機率。
• 情景寫作：關於新技術如何被使用，開發出不同的未來視角。"

評估替代方案

將每個替代方案的效能在決策標準之間進行比較，並根據這些標準的重要性進行加權。將確定排名最高的替代方案，並將這些資訊提交給決策者。

計算最佳決策

分析師通常不是決策者。分析結果對實際決策的實際影響將取決於

1. 評估的確定性
2. 決策者對結果的信心
3. 替代方案之間評級的一致性

實施替代方案

做出決定。建設專案或實施計劃。

評估結果

**評估專案結果**包括將結果與目標進行比較，但也與預測進行比較，以便改進預測程式。分析和實施經驗會導致系統定義的修訂，並可能影響系統定義背後的價值觀。來自此“最後”步驟的輸出用作後續分析中早期步驟的輸入。例如，參見帕薩拉西，帕維特拉和大衛·萊文森（2010）交通預測準確性後建成評估。交通政策

與其他模型的關係

我們需要一個工具來“識別需求”和“評估選項”。這可能是交通預測模型。

問題 PRT：Skyweb Express

大都會政府委員會（該地區主要的交通規劃機構）正在研究雙子城是否應該在明尼阿波利斯市中心建造一個新的個人快速交通系統，他們要求您推薦如何對其進行分析。

1. 應該使用哪種模型？為什麼？

2. 應該收集哪些資料？

以 3 人為一組，花 15 分鐘思考一下您想執行哪些模型以及想要收集哪些資料，您會問什麼問題以及如何收集這些資料。每個小組都應該有一名記錄員，但所有小組成員都應該能夠向課堂展示研究結果。

思考問題

• "理性規劃"過程是否理性？
• 比較和對比理性規劃過程與科學方法？

理性規劃的一些問題

儘管如此，理性規劃模型仍然存在一些問題。

資訊不完整的問題

• 有限的計算能力
• 有限的解決方案生成能力
• 有限的輸入資料
• 分析成本

願望不一致的問題

• 目標衝突
• 評估標準衝突
• 依賴專家（人民怎麼辦？）

替代規劃決策制定正規化：它們是否非理性？

沒有人真正相信理性規劃過程是大多數決策的良好描述，因為它非常理想化。理性規劃過程的替代規範和積極正規化包括

幾種策略從規範上解決了與資訊不完整相關的問題

• 滿意度
• 分解 分層為策略/策略/運營。

其他策略描述了組織和政治體系的工作方式

• 組織過程
• 政治討價還價

一些兩者兼而有之

• 漸進主義

該論文Montes de Oca, Norah 和 David Levinson (2006) 雙子城的網路擴充套件決策。*交通研究委員會雜誌：交通研究記錄* #1981 pp 1-11 描述了雙子城公路建設的實際決策過程。