CC BY
29
УДК 004.94
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ ГОРОДА
Писаный Николай Павлович
Студент 3 курса кафедры Агроинженерия Красноярского государственного аграрного университета Ачинский филиал Россия, город Ачинск Зайцева Елена Ивановна Научный руководитель Старший преподователь кафедры Агроинженерия Красноярского государственного аграрного университета Ачинский филиал Россия, город Ачинск
Аннотация: С помощью разработанной имитационной модели была решена частная задача планирования бюджетных расходов на строительство, содержание и капитальный ремонт жилого фонда с целью достижения устойчивого роста обеспеченности населения жильем при комплексном развитии города в целом.
Ключевые слова: прогнозирование, имитационная модель, технологии поддержки принятия решений.
COMPUTER MODELLING OF THE SOCIAL ECONOMIC DEVELOPMENT OF THE CITY
Nikolay P. Pisanii
Student of 3 course of the Agroengineering chair Krasnoyarsk state agricultural university Achinsk branch Russia, city of Achinsk Zaytseva Elena Ivanovna Research supervisor Senior teacher of the Agroengineering chair Krasnoyarsk state agricultural university Achinsk branch Russia, city of Achinsk
Abstract: By means of the developed imitating model the private problem of planning of the budgetary expenses on construction, the contents and capital repairs of housing stock for the purpose of achievement of steady growth of security of the population with housing at a complex development of the city was solved in general.
Keywords: forecasting, imitating model, technologies of support of decision-making.
Город — специфическая пространственная среда, которая формируется в процессе развития общества, и является одним из высших проявлений цивилизации. Город заключает в себе непреходящие ценности и уникальный опыт человеческой культуры. Город возникает первоначально как специфический вид окружения, противопоставленный естественной среде. Город характеризуется высокой компактностью, плотностью освоения, коммуникационной насыщенностью городского пространства по сравнению с сельской местностью. Концентрация ресурсов в одном месте позволяет сосуществовать большому количеству людей и эффективно сотрудничать.
В современных условиях социально-экономическое развитие городов является важной стратегической составляющей муниципального управления, наряду с административно-правовым регулированием и бюджетной (финансовой и инвестиционной) политикой. На практике разработка стратегии социально-экономического развития связана с составлением долгосрочного и краткосрочного плана развития городской территории. Выработанная стратегия во многом определяет содержание основных направлений деятельности органов местного самоуправления: управление социально-экономическим развитием, управление бюджетом и финансами, управление экономикой и предпринимательством, управление имуществом и землепользование, управление внешнеэкономической деятельностью, охрану окружающей среды и другие.
Основными функциями отдела социально-экономического развития являются прогнозирование и анализ комплексного социально-экономического развития города, формирование сводного плана развития города, управление социально-экономическим развитием - выдача рекомендаций органам управления, необходимых для принятия и воплощения решений в жизнь на основе исследования проблемной ситуации, системного анализа.
Выработка стратегии социально-экономического развития, принятие решений на уровне муниципального управления предполагает информационно-аналитическую поддержку муниципальных органов власти и хозяйствующих субъектов территории - создание информационной системы принятия решений, центральной составляющей которой является системное моделирование городских систем.
Анализ и моделирование социально-экономических, городских систем необходимо выполнять с учетом следующих характерных особенностей:
Город рассматривается как сложная слабоструктурированная система, методологией исследования которой является системный анализ, со всеми вытекающими из этого последствиями: наличие большого количества сложных взаимосвязанных причинно-следственных связей между факторами, рассматриваемыми в описании сложной системы, результат действия которых не всегда очевиден при принятии решений (контриинтуитивность), необходимость исследования стохастических систем в условиях неопределенности, неоднозначности;
Город - социальная система, поэтому в ней доминируют и учитываются природные и психологические (связанные с интересами людей и др.) факторы. При принятии решений необходимо учитывать долгосрочные интересы общества. Уровень развития города призван, в первую очередь, обеспечивать условия воспроизводства человеческой жизни и личности;
Город - динамическая система. Необходимо изучать динамику развития системы, проводить анализ процессов роста, с учетом общего жизненного цикла города и его частей (население, предприятия, жилой фонд и др.)
Город является саморегулирующей (самоуправляющей) системой. Управление идет через внутриорганизационные процессы саморегулирования и основано на изменении законов и методов внутреннего управления. На слабость административных мер, неэффективность целевого финансирования и других административных программ, не связанных с приведением в действие экономических регуляторов, указывал еще Форрестер. Непродуманные социальные программы
могут привести к сдвигам, нарушениям баланса. Условием нормального развития в системе является поддержание экономического равновесия, баланса ресурсов в системе.
При управлении городом часто возникает конфликт между целями долгосрочного планирования и краткосрочными решениями. Хорошие условия жизни в ближайшие годы могут стать причиной упадка в долгосрочной перспективе. Поэтому наиболее желательным является такое решение, которое способствует устойчивому росту благосостояния населения в краткосрочной и долгосрочной перспективе.
Город представляется как целенаправленная и многоцелевая система, имеющая неоднородные внутренние и внешние цели, самостоятельные подцели отдельных подсистем, систему показателей измерения целей, многообразные стратегии их достижения и т.д. При выборе тот или иного варианта развития приходится формировать согласованное решение, позволяющее находить компромисс между городскими и общегосударственными целями, с одной стороны, и целями отдельных предприятий и хозяйственных субъектов, с другой стороны.
Сложная городская система нелинейна. Современная математика имеет дело в основном с линейными процессами. Но жизнь и общество почти всецело характеризуется нелинейными процессами. Понятием нелинейности легко оперировать, если отказаться от требования аналитического решения системы уравнений и допустить менее элегантный и более эмпирический подход к имитации системы. Принятие нелинейной природы систем концентрирует наше внимание на наиболее важном вопросе о структуре системы.
Методологической основой моделирования социально-экономического развития города является системный анализ, центральной процедурой которого является построение обобщенной (единой) модели объекта, отражающей важнейшие факторы и взаимосвязи реальной системы. На практике это связано с созданием комплекса моделей с развитыми динамическими и информационными связями между моделями всех уровней. Город, как объект моделирования характеризуется: слабостью теоретических знаний, отсутствием теории развития города;
качественным характером знаний о системе, большой долей экспертных знаний при описании, структуризации объекта моделирования; задачи управления регионом являются слабоструктурированными;
высоким уровнем неопределенности исходной информации. Различают внутреннюю и внешнюю неопределенность. Внутренняя неопределенность - это совокупность тех факторов, которые не контролируются лицом, принимающим решение полностью, но он может оказывать на них влияние (например, внутренняя социально-экономическая обстановка, факторы риска и др.). Внешняя неопределенность определяется характером взаимодействия с внешней средой - это те факторы, которые находятся под слабым контролем лица принимающего решение (экологическая, демографическая, внешнеполитическая ситуация и т.п.);
Исследуемая социально-экономическая система имеет сложную внутреннюю структуру, в составе которой могут быть декомпозированы подсистемы: население, производство, непроизводственная сфера, экология, пространство, финансы, внешняя экономическая сфера. Город характеризуется иерархичностью управления и активностью отдельных ее подсистем, взаимодействие элементов в рамках которой рассматривается с учетом характера воздействий внешней среды на внутреннюю структуру.
Основным системообразующим методом моделирования в задачах социально-экономического развития города является метод имитационного моделирования, который:
позволяет формировать обобщенную модель системы на основе единого фрейма данных; реализует итерационный характер разработки модели, поэтапный характер детализации моделируемых подсистем, что позволяет постепенно увеличивать полноту оценки принимаемых решений по мере выявления новых проблем и получения новой информации;
предлагает новую методологическую основа научного исследования - эксперимент на имитационной модели (что позволяет оценивать последствия принимаемых решений не на живых людях, а на компьютерных моделях). Главным преимуществом имитационного моделирования
является то, что эксперт может ответить на вопрос «Что будет, если ...», т.е. с помощью эксперимента на модели вырабатывать стратегию развития;
широко применяется в системах принятия решений, так как позволяет анализировать большое число альтернатив, стратегий, проводить исследование стохастических систем, в условиях неопределенности и т.д.,
позволяет изучать динамику развития социальных систем.
В качестве метода моделирования города целесообразно выбрать модели системной динамики. Концепция системной динамики позволяет моделировать динамические процессы на высоком уровне агрегирования. В основе нее лежит представление о функционировании динамической системы, как совокупности потоков (денежных, продукции, людских и т.п.).
Рассмотрим кратко общее содержание технологического подхода к построению моделей. Модели городов - это модели ресурсного типа: ресурсы (трудовые, финансовые, природные и др.) исчерпываются, ресурсы пополняются. Состояние городской экономической системы описывается переменными (численность населения, производственные фонды, жилой фонд, земельный ресурс и др.). Внешние воздействия и управленческие решения определяют динамику (темп) моделируемой системы (скорость подачи и изъятия ресурсов).
На основании обработки знаний экспертов выявляются все факторы, действующие в рассматриваемой системе, и причинно-следственные соотношения между ними. С помощью современных систем моделирования (таких, например, как IThink, VENSIM, DYNAMO и других) модель формируется на идеографическом уровне. Получаемые системные потоковые диаграммы являются формой структуризации знаний эксперта, в информационной сети которых вырабатывается рассогласование (дисбаланс) по различным видам потребностей и потребления ресурсов.
В блоках принятия решений на основе этой информации выдаются управляющие воздействия на различные виды объектов. Основной целевой задачей является установление баланса использования ресурсов в системе. Модели системной динамики применяются вместе с дифференциальными уравнениями балансового типа, а также в сочетании с принципами и методами логистики, основанными на оптимизации, управлении, интеграции потоков в сложных системах.
В данной работе разрабатывается имитационная модель городской системы с целью прогнозирования основных социально-экономических показателей развития города и решения задачи о распределении средств на жилой фонд по различным направлениям. Жилищно-коммунальное хозяйство является одним из центральных звеньев социальной инфраструктуры, что подтверждает актуальность и значимость работы по исследованию и моделированию жилищной сферы.
Обобщенная компьютерная модель города, построенная в данной работе, позволяет описывать динамику развития города с учетом воздействия различных факторов, таких как эволюция жилого фонда и планирование деятельности жилищно-коммунального хозяйства, бюджетный процесс и предпринимательская активность в городе, деятельность строительных организаций, финансовые отношения, реальные демографические и миграционные процессы.
Основной задачей исследования является прогнозирование социально-экономического развития городской системы при различных вариантах управленческих решений органов муниципального управления. На модели можно прогнозировать состояние бюджетных средств, доходы и расходы бюджета по различным направлениям, численность населения и темпы его прироста, притягательность города для населения, наличие жилого фонда с детализацией по степени износа и форме собственности, количество предприятий сферы строительства и сферы обслуживания, наличие свободной для застройки земли и другие показатели. Изменяя значения системных регуляторов, находящихся в компетенции местных органов власти, можно воспроизводить поведение реальной городской системы на компьютерной модели и сравнивать варианты управленческих решений, учитывая их краткосрочные и долгосрочные последствия. Комплексный характер исследования позволяет учесть цели отдельных подсистем и найти согласованное, компромиссное решение.
Частной задачей муниципального управления, решаемой в данной работе, является поиск рационального варианта распределения бюджетных средств на строительство, содержание и капитальный ремонт жилого фонда с целью достижения устойчивого роста обеспеченности населения жильем при комплексном развитии города по основным социально-экономическим показателям.
Целями моделирования являются:
Прогнозирование социально-экономического развития города на период до 20 лет.
Планирование бюджетных расходов в части жилого фонда с целью обеспечения населения жильем в соответствии с социальной нормой при устойчивом развитии города по основным социально-экономическим показателям. Планирование необходимо осуществлять в краткосрочной (5 лет) и долгосрочной перспективе (20 лет).
В качестве главных регуляторов в данной работе рассматриваются доли распределения средств местного бюджета на жилой фонд по различным направлениям: на содержание жилого фонда, на капитальный ремонт и на строительство.
В качестве ограничения выступает свободная земля, пригодная для строительства жилья. Регулятором является темп присоединения новых земель, определяемый стратегическим планом развития города. Регулятором также является программа сноса ветхих строений, влияющая на освобождение земли для строительства новых домов.
Инвестиционная активность также способствует строительству жилого фонда. Инвестирование строительства требует передачи части квартир вновь построенного жилого дома в собственность инвестора. Регулятором может являться законодательство, регламентирующее порядок инвестирования и выгоды инвестора.
Налоговые ставки сильно влияют на местный бюджет. Но ставки налогов, составляющих главные поступления в местный бюджет устанавливаются на государственном уровне и следовательно не поддаются регулированию со стороны местных органов власти.
Уровень социальных расходов на население является частично управляемым параметром со стороны местных органов власти. В основном социальные выплаты установлены законодательством для определенных категорий граждан, тем не менее город может за счет собственных средств финансировать социальные выплаты особо незащищенным слоям населения. Увеличение социальных расходов на население повышает их жизненный уровень и увеличивает притягательность города, но увеличивает расходы бюджета.
Темп приватизации является сильным регулятором, находящимся в ведении местных органов власти. Он влияет на темп перехода муниципального жилого фонда в немуниципальный, находящийся в частной собственности граждан.
Темп продажи муниципального жилого фонда является сильным регулятором, так как при продаже муниципального жилого фонда в собственность граждан и предприятий совершаются значительные поступления в местный бюджет.
Размер квартплаты является сильным регулятором, находящимся в ведении местных органов власти, так как квартплата является основным источником бюджетных доходов от заселенного жилого фонда.
Рисунок 1 - Модель города
В современных системах моделирования появляется некоторый инструментарий для создания стратифицированных моделей. Стратификация систем, являясь общим принципом системного моделирования, реализуется в технологии имитационного моделирования либо путем детализации, итерационной процедуры эволюции имитационной модели, - либо путем создания комплекса взаимосвязанных моделей, с развитыми информационными связями между моделями. Стратифицированные модели представляют собой машинно-ориентированные понятия, предполагающие конструирование баз данных и знаний, над которыми определены вычислительные процессы решения задач системного анализа и принятия решения. Разработчики систем моделирования используют различные подходы для реализации стратифицированных моделей. Ряд программных продуктов, такие как AUTOMOD, ProModel, TAYLOR, WITNESS и др. поддерживают интеграцию моделей на основе создания вложенных структур. В системах Arena, Extend реализован подход к стратификации, основанный на построении иерархических многоуровневых структур. Наиболее перспективным является структурно-функциональный подход, реализованный, например, в системах моделирования Ithink, Rethink, базирующийся на методологии структурного анализа и проектирования. При такой технологии есть возможность для реализации нескольких уровней представления моделей, - высокоуровневое представление в виде блок-схем, с использованием CASE-средств, а на нижнем уровне модели могут отображаться, например, потоковыми схемами и диаграммами.
Наиболее легким в освоении и эффективным для отображения потоковых диаграмм, причинно-следственных связей и для моделирования динамических систем является пакет Vensim.
Vensim содержит набор удобных инструментов для построения модели. Vensim имеет много встроенных функций, включая логические операторы, генераторы случайных чисел, непрерывные и дискретные задержки, научные функции.
В Vensim предусмотрена возможность хранения огромных наборов данных и возможность замены входных переменных перед каждым началом моделирования. Можно создавать внешние данные в текстовых редакторах или импортировать (экспортировать) значения крупноформатной таблицы и базы данных. Главные достоинства этого продукта следующие: построение причинно-следственных диаграмм; построение потоковых диаграмм; построение зависимостей в виде дерева; создание документации к модели; выявление циклов взаимосвязи; наличие редактора выражений;
наличие встроенных функций; проверка единиц измерений; трассировка условий; проверка диаграммы; возможность проведения эксперимента; построение графиков, позволяющих определить чувствительность к изменяемым параметрам; генерация табличных отчетов; возможность сравнения результатов экспериментов.
Для построения модели системной динамики города в данной работе была использована система моделирования Vensim PLE.
Выше на рис.1 представлены системные потоковые диаграммы (СПД), выполненные средствами системы моделирования Vensim.
Список литературы:
1. http://www.mista.ru/gorod
2. Совертков П.И. Занимательное компьютерное моделирование в элементарной математике: Учебное пособие. - М.: Гелиос АРВ, 2004.
3. Тарасевич Ю.Ю. Математическое и компьютерное моделирование: Учебное пособие. - М.: Либроком, 2013.
