2.1 智慧交通系統需求和目的分析

2.1.1 智慧交通系統用戶主體分析

在對智慧交通系統的需求進行分析之前，需要首先明確智慧交通系統的用戶主體。用戶主體是智慧交通系統面向的主要用戶，是在相關服務領域內指定需求的主體。對智慧交通系統用戶主體的定義，是進行需求分析的前提與基礎[6]。

在用戶主體分析上，可以從三個角度確定交通系統用戶（圖2-1），一是系統外部用戶，即智慧交通系統使用者，包括乘客、貨主、駕駛員、行人等；二是系統內部用戶，即智慧交通系統的運營管理者，包括道路運營管理部門、城市公共交通部門、公路客運部門、公路貨運部門、鐵路運營管理部門（鐵路客運管理部門、鐵路貨運管理部門）、航空運營管理部門（航空客運管理部門、航空貨運管理部門）、水運運營管理部門（水運客運管理部門、水運貨運管理部門）；三是相關社會公共機構，包括公共安全負責部門（公安部門、消防部門、急救中心、抗震減災部門）以及其他相關部門（政府部門、學術機構、規劃部門、環保機構）。

2.1.2 智慧交通系統需求分析

在明確用戶主體的基礎上，本節從用戶角度出發對系統需求進行分析。需求可以定義為一種總體的意愿或對缺失的物品所表現出的愿望，它通常以一種模糊或寬泛的方式來表達，可以理解為“為什么要做”[5]。需求分析是構建智慧交通系統架構的重要依據，也是保障系統成功的關鍵要素之一。需求分析的任務是從用戶角度闡述用戶需要什么樣的系統功能和系統特性。需求是系統架構的基礎，也是架構前期最重要的工作[6]。

對于交通運輸系統來說，系統需求并不是一成不變的。隨著交通運輸的階段式發展，新的需求也在不斷涌現。這種涌現主要體現在以下三個方面：

1）技術的進步。系統需求跟技術進步是息息相關的，就像在無線電發明之前，人們也很難想到自己需要在空閑時間聽一聽收音機。在交通運輸領域，隨著計算機技術的快速發展，交通系統內部管理者和工作人員也開始希望交通運輸系統能實現自主化運行。

2）人的需求。人類的全部歷史表明，人的需求是隨著財富和知識的增長而擴大的，在交通運輸領域中同樣如此。以鐵路運輸為例，在20世紀80年代左右，我國鐵路運輸運力匱乏，當時人們對鐵路的需求主要集中于充足的運量，安全快速的運行。隨著鐵路的快速發展，旅客開始希望在乘車途中能享受到好的睡眠、好的食物和一定的休閑娛樂項目，對于人性化服務的要求也越來越高。人們對鐵路需求在快速、安全等需求的基礎上增添了舒適溫馨等新的需求。

3）環境的變化。系統需求的變化也離不開外界環境的變化。在20世紀，我國的交通運輸需求主要體現在三高目標上，即高品質服務、高安全、高效率。后來在能源匱乏、環境污染嚴重等世界背景下，人們對可持續發展的需求越來越大，在交通運輸領域也就產生了對節能環保的需求。主要希望交通系統通過利用新能源、節能減排等形式抵消自身產生的以二氧化碳為代表的溫室氣體排放量，助力實現“碳中和”，達到相對“零排放”。

可見，智慧交通系統的需求體系是在智能交通系統需求的基礎上，通過上述方式涌現出新的需求最終實現重構的。本節通過對我國交通運輸系統各階段需求進行分析，從用戶需求角度構建智慧交通系統的需求體系。

根據鐵路智能交通系統框架的研究成果，城市軌道運輸系統曾提出“高安全、高效率、高品質服務”的三大目標，在一定程度上可以表示早期交通運輸系統的系統需求。

其中，高安全主要指提升整個交通運輸系統的安全性。從交通參與者的角度，要求系統具有較高的穩定性和可靠性，能夠盡量不出現事故。從運營管理者和相關社會公共機構的角度，要求系統具備相應的應急救援與安全系統，能夠監測系統的安全運行，在事故將要發生時及時報警以避免事故發生，事故發生后及時處置。

高效率指提升交通運輸系統的運行效率。從交通參與者的角度，要求能夠快速便捷地實現自身或相關貨物的位移；從運營管理者的角度，要求系統具有更高的運量和穩定高效的運行效率。

高品質服務，對交通參與者來說，指在參與交通的各個環節內享受到的服務質量進一步提高；對交通管理者來說，要求系統在服務理念、服務方式上更新換代，利用先進技術提升服務品質。

如今，隨著社會的不斷進步，通信、傳感、控制等技術的快速發展，交通系統進入智慧交通階段，智慧交通系統在原有系統基礎上，也增添了智慧自主、人性服務等新的系統需求，下面將從系統用戶的角度對系統需求進行梳理。

從系統外部用戶來看，乘客、貨主、駕駛員、行人等智慧交通系統使用者對智慧交通系統的需求主要包括安全可靠、方便快捷、人性服務三個方面，見表2-1。

從系統內部用戶來看，運營管理、養護維修等交通系統工作人員對智慧交通系統的需求主要是安全可靠、經濟高效、智慧自主三個方面；從相關社會公共機構角度來看，政府部門、環保部門、公共安全部門等機構對智慧交通系統的需求主要是安全可靠、節能環保兩個方面，具體見表2-1。

由此，得到智慧交通系統安全可靠、經濟高效、方便快捷、節能環保、智慧自主、人性服務共六大系統需求。

2.1.3 智慧交通系統目的分析

如果說系統需求是智慧交通系統發展的一種較寬泛的意愿，目標則可以定義為系統計劃達成的事情，系統目標更多是對系統效果的描述，往往具有可量化的目標值，可以理解為“做成什么樣”。愛德華·克勞利曾在《系統架構：復雜系統的產品設計與開發》[5]一書中提出一種系統需求到目的的轉化方式，本節將以鐵路為例，對這種方法進行介紹，并從安全可靠、經濟高效、方便快捷、節能環保、智慧自主、人性服務六大系統需求出發，簡單給出智慧鐵路子系統的系統目標。

系統目標可以看作系統架構環節需要做出的決策。在設定系統目標時，應該依據下面5項標準來做決策：

1）有代表性的（Representative）：目標要能夠代表利益相關方所提出的需求，使得系統能夠通過滿足這些目標，來進而滿足利益相關方的需求。

2）完備的（Complete）：如果能夠滿足所有的目標，那么就可以滿足所有較為優先的利益相關者需求。

3）可以由人類解決的（Humanly Solvable）：目標是可以為人所理解的，而且能夠提升解題者找尋解決方案的能力。

4）一致的（Consistent）：目標之間不能相互沖突。

5）可達成的（Attainable）：目標必須能夠以可用的資源來實現。

《系統架構：復雜系統的產品設計與開發》一書中曾提出一種“To-By-Using”（為了-通過-使用）框架來對系統目標進行描述。

為了：對與特定解決方案無關的意圖所做的陳述。

通過做某事：對與特定解決方案相關的功能所做的陳述。

使用：對形式所做的陳述。

智慧交通系統目的見表2-2。

To-By-Using框架最為重要的一項目標，就是使人能夠在問題陳述中，關注“向主要用戶體現價值”這一意圖。比如，在分析智慧鐵路子系統目標時，是把旅客/貨主當成主要用戶的；在構造上述描述時，應該把系統對主要用戶所體現的價值，率先表達出來。依據上述方式，我們從系統需求出發得到智慧鐵路子系統的系統目的。