Концептуальная модель геоинформационного управления природно-техническими системами и территориями Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

ДОНЦЕПТУАЛЬНАЯ MOДЕЛЬ

ГЕOИHФOРMАЦИOHHOГO

УПРАВЛЕНИЯ

ПРИРOДHO-ТЕXHИЧЕСКИMИ СИСТЕMАMИ И ТЕРРИТOРИЯMИ

THE CONCEPTUAL MODEL OF GEOINFORMATION MANAGEMENT OF NATURAL-TECHNICAL SYSTEMS AND TERRITORIES

УДК 338.24 : [55 + 62] DOI: 10.25631/PEJ.2019.2.55.63

ИСТОМИН Евгений Петрович

директор Института информационных систем и геотехнологий Российского государственного гидрометеорологического университета, доктор технических наук, профессор, biom@bk.ru

ISTOMIN, Eugene Petrovich

Director of the Institute of Information Systems and Geotechnologies of Russian State Hydrometeorological University, Doctor of Technical Sciences, Professor, biom@bk.ru

НОВИКОВ Владимир Витальевич

профессор кафедры прикладной информатики Российского государственного гидрометеорологического университета, доктор технических наук, профессор, v/novikov@yandex.ru

NOVIKOV, Vladymir Vytalievich

Professor at the Department of Applied Informatics of Russian State Hydrometeorological University, Doctor of Technical Sciences, Professor, v/novikov@yandex.ru

СОКОЛОВ Александр Геннадьевич

заведующий кафедрой морских информационных систем Российского государственного гидрометеорологического университета, кандидат военных наук, доцент, AlexanderSokoloff@ yandex.ru

SOKOLOV, Alexander Gennadievich

Head of the Department of Marine Information Systems of Russian State Hydrometeorological University, Candidate of Military Sciences, Associate Professor, Al-exanderSokoloff@yandex.ru

Аннотация.

В статье рассмотрена специфика геоинформационного управления социально-экономическими системами, включающими в себя пространственно распределенные природно-технические системы и территории. Для решения проблемы управления ими разработана обобщенная концептуальная модель системы, включающая в себя: основные понятия, категории при-родно-технической системы и территории как объектов управления, их характеристики, необходимые для принятия управленческих решений.

© Истомин Е. П., Новиков В. В., Соколов А. Г., 2019.

Рассмотрена система пространств управленческих решений для реализации целевых установок систем управления различного уровня, включающая в себя координатное, факторное, событийное и объектовое подпространства, а также их характеристики. Предложена математическая модель управленческого решения для геоинформационного управления социально-экономическими системами.

Ключевые слова: природно-техническая система, территория, геоинформационное управление, пространство управленческих решений.

Abstract.

The article deals with the specifics of geoinformation management of socioeconomic systems, including spatially distributed natural and technical systems and territories. To solve the problem of their managment, a generalized conceptual model of the system was developed, including: basic concepts, categories of natural and technical systems and territories as objects of management, their characteristics necessary for the adoption of management decisions. The paper considers the system of spaces of management decisions for realization of target installations of control systems of various level including coordinate, factor, event and object subspaces, and also their characteristics. The mathematical model of the administrative decision for geoinformation management of social and economic systems is offered.

Key words: natural and technical system, territory, geoinformation management, space management decisions.

Применительно к современным российским условиям управление территориями, социально-экономическими, природно-техническими системами (ПТС), хозяйственными и социальными организациями, призванное обеспечить высокую эффективность и результативность их в интересах удовлетворения потребностей общества, обретает особую специфику, связанную с пространственными и природными характеристиками объектов управления. Управление следует рассматривать как один из основных процессов целенаправленного приобретения и изменения ценностей, характеристик системы во времени - ее развития - необратимого, направленного, закономерного изменения системы.

Современная система геоинформационного управления сложными пространственно распределенными объектами в общем виде включает в себя следующие типовые подсистемы [1; 2].

Целевая подсистема (субъект управления) -формирует систему целей управления, обладает соответствующими властными полномочиями. Система представления о стратегических целях развития ПТС (территории) формируется в виде долгосрочной концепции развития, которая представляет собой предплановый прогнозно-аналитический документ, содержащий систему представлений о стратегическом выборе, стратегических целях и приоритетах комплексного развития ПТС (территории), основных положениях социально-экономической политики, в разрезе ее отдельных составляющих и средств реализации намеченных целей.

Технологическая подсистема - включает в себя систему методов, технологий и функций достижения целей управления (методы организации, стили руководства, лидерства, организационная культура и др.; админи-

стративно-командная, целевая, регламентная, ресурсная и другие технологии; функции планирования, организации, координации, мотивации и контроля).

Внешняя среда - системы и элементы внешних организаций, условия, оказывающие влияние на подсистемы и элементы системы управления.

Исполнительная подсистема (объект управления) - реализует поставленные цели путем преобразования ресурсов (факторов производства) в конечные результаты (продукты, услуги и др.).

Эффективность управления в общем виде можно оценить соотношением между результатами процесса реализации поставленных целей и затратами живого и овеществленного труда. Наиболее значимую роль в повышении эффективности управления играет объект управления, реализующий систему целевых установок.

Социально-экономические системы и территории как объекты геоинформационного управления обладают целым рядом особенностей. В общем виде для целей управления их можно представить как взаимосвязанную совокупность природно-технических и социальных систем, расположенных и функционирующих в пределах определенной территории [3; 4].

Природно-техническая система (ПТС) -

целостная, упорядоченная в пространственно-временном отношении совокупность взаимодействующих природных, технических и организационных подсистем. ПТС граничат с друг другом или пересекаются, так что на функционирование элементарной ПТС оказывают влияние соседние. Область природной среды, взаимодействующая с комплексом сооружений, в большинстве случаев не имеет разрывов непрерывности, представляет собой связную область пространства (территории).

Обобщенная структура природно-техни-ческой системы включает в себя (рисунок 1):

• природную подсистему, как самоорганизующуюся подсистему;

• техническую (организационно-техническую) подсистему, которая является управляемым объектом;

• систему управления, включающую в себя субъект управления (целевую подсистему) и подсистему мониторинга, обеспечивающую информацией систему управления;

• факторы управления (потоки материальные, энергетические и информационные);

• результатные потоки (продукты деятельности ПТС).

Природно-технические системы для организации управления следует рассматривать в

Рисунок 1

Обобщенная структура природно-технической системы

рамках нескольких категорий в соответствии со структурными уровнями сложности (таблица).

Социальная система как объект управления представляет собой систему, построенную на основе социальных связей и отношений между людьми. Поэтому социальные системы -основа общества, они выступают в качестве его структурных элементов [6].

Говоря об управлении социальной системой, следует выделить особый объект управления - организационные системы, или системы «человек - человек». Тогда организация (предприятие) может быть рассмотрена как целенаправленная социальная система, где ее элементы (части) - люди, при этом каждый элемент имеет собственные цели.

Таблица

Характеристики категорий ПТС [5; 7]

Характе- Категория

ристика Элементарная Локальная Региональная Глобальная

Компоненты Однородные в от- Сферы взаимо- Области взаи- Поверхность

подсистемы ношении природ- действия эле- модействия ло- Земли, природные

ных процессов. ментарных ПТС. кальных ПТС, геосистемы и

Составляют связ- Неоднородные в природные территории.

ную область огра- отношении при- геосистемы и Неоднородные

ниченного про- родных процес- территории. в отношении

странства сов. Составляют Неоднородные природных

связную область в отношении процессов.

пространства природных про- Совокупность

(территория цессов. областей

предприятия и Совокупность взаимодействия

прилегающие областей взаи- не образует

территории) модействия не связной области

образует связ- пространства

ной области

пространства

Взаимодей- Прямые Преимуществен- Преимуще- Преимущественно

ствия но прямые и от- ственно кос- косвенные (орга-

части косвенные венные (орга- низационные, ин-

(организацион- низационные ституциональные,

ные) и институцио- договорные), при-

нальные), при- родные возмуща-

родные возму- ющие

щающие

Экзогенные Техногенные Техногенные, Преимуществен- Преимущественно

процессы отчасти но техногенные, техногенные,

экологические на отдельных на отдельных

участках в участках -

границах реги- экологические

ональных ПТС -

экологические

Окончание таблицы

Характеристика Категория

Элементарная Локальная Региональная Глобальная

Границы ПТС Условные, устанавливаемые на основании результатов инженерных расчетов (проектов) Комбинаторные; в общем случае -огибающие внешние границы элементарных ПТС, расположенных на определенной территории Комбинаторные, устанавливаемые с учетом границ взаимодействия в пределах территории Комбинаторные, устанавливаемые с учетом границ взаимодействия в пределах геосистемы

Режим функционирования Одинаковые в пределах всей ПТС (переходные или относительно стабилизированные) Различные в соответствии с состоянием отдельных элементарных ПТС. В целом - режим относительной стабилизации Различный Различный

Методы прогноза функционирования ПТС Детерминированные Стохастические и детерминированные Стохастический Стохастический

Организационная структура, в рамках которой осуществляются прогноз функционирования и управление ПТС Система управления (эксплуатации) сооружения, технической системой Система управления организа-ционно-техни-ческой системой (организацией, предприятием) Система управления регионом, городом, муниципалите-том,террито-рией Система международных отношений

Территория как объект управления представляет собой пространственно распределенное образование, наделенное определенными функциями и располагающее собственными материальными и финансовыми ресурсами. В системе государственного управления территория, ограниченная в соответствии с административным делением системы более высокого уровня управления (государство) и соответствующим органом

управления (институционально обособленная), является ключевым звеном повышения эффективности национальной экономики [8; 9].

Критериями выделения территорий выступает совокупность географических, производственно-функциональных, пространственных и социологических факторов. Это предопределяет особенности территории как составного элемента системы расселения, пространствен-

ной организации производительных сил и социальной системы государства.

Успешное развитие территории во многом зависит от эффективного использования территориальных ресурсов и особенностей, которые можно подразделить на основные группы [9; 10]:

• физико-географические ресурсы - географическое положение, рельеф;

• геополитическое положение в геопространстве - геополитическое, политико-географическое, военно-политическое, экономико-географическое, эколого-географическое, границы;

• природно-ресурсный потенциал - природные ресурсы, их разнообразие и объем запасов, природно-климатические особенности, состояние окружающей среды;

• социально-экономическое положение -население, характер хозяйственной деятельности, торговля, инфраструктура, ресурсы жилищно-коммунального хозяйства, финансовые ресурсы, информационные ресурсы и др.;

• экологические ресурсы - отрицательные и положительные экстерналии;

• научно-технологические ресурсы - уровень развития науки и технологий, научные организации, образовательные организации, нормативное обеспечение научной деятельности, инновационные организации и проекты и др.;

• организационные ресурсы - структура системы управления, виды организаций, нормативное обеспечение деятельности, договорные отношения и союзы и др.

Главные отличия ПТС и территорий от естественных природных систем состоят в следующем [2; 11]:

• пространственная обособленность в пределах территории, геосистемы;

• сложность, определяемая сочетанием взаимосвязанных и взаимодействующих естественных и искусственных подсистем;

• низкая динамика развития, требующая крупных расходов ресурсов (материальных, временных, человеческих);

• иерархическая структура, включающая в себя различные виды связей между подсистемами и компонентами (вертикальные, горизонтальные, функциональные, генетические и др.);

• пониженная способность к самоорганизации, самовоспроизводству и самоочищению;

• разрушение или серьезное искажение в пределах ПТС биотической составляющей как главного фактора саморегуляции природных систем;

• нарушение или разбалансировка информационных связей между множеством природных элементов (подсистем) ПТС и искажение информации, являющейся причиной протекания процессов;

• необходимость постоянного подвода избыточной, сверхъестественного баланса, энергии для поддержания существования и функционирования ПТС;

• первичная продукция ПТС составляет только долю от продукции, потребляемой населением и предприятиями на данной территории;

• микробиологическая деструкция различного рода органических отходов в ПТС большей частью сосредоточена на специальных полигонах и часто заменяется искусственным уничтожением и не используется для воспроизводства биотических компонентов.

Управление ПТС и территорией в силу рассмотренных особенностей предполагает необходимость формирования и реализации управленческих решений в системе пространств (рисунок 2), что характерно для геоинформационного подхода к управлению [2; 4]. _

Координатное (географическое) пространство предполагает размещение объектов, конструкций в принятой системе координат, например, трехмерное пространство - х, у, г -ф, X, Ь, или другая принятая система координат. Координатное пространство характеризуется: координатами объектов, расстояниями, геометрическими фигурами, границами и др.

Факторное пространство - размещение в географическом пространстве объективных и субъективных факторов, влияющих на принятие и реализацию управленческих решений.

Факторное пространство характеризуется:

• координатами размещения - например, координаты положения в трехмерном пространстве - ф, X, Ь;

• особенностями и параметрами факторов - природные, ресурсные, предпринимательские и др.;

• доступностью и затратами для их использования в целях управления и др.

Пространство событий. Событие можно представить как ограниченное во времени и пространстве явление, конкретный временной факт, результат деятельности системы, которые свершаясь, отменяют или дополняют прежние результаты наблюдения и исследования системы. События индивидуализируются относительно системы в своей уникальной, неповторимой и ограниченной во времени и пространстве сущности. С точки зрения геоинформационного управления событие - то, что имеет место, происходит, наступает в произвольной точке пространства и времени, существенное значимое происшествие, явление или иная деятельность как факт существования системы, оказывающее влияние на управленческие решения.Осуществляясь, событие вносит изменения в область собственного осуществления и тем самым оказывает влияние на апостериорный и априорный анализ процессов развития организационно-технических систем.

Событие характеризуется: координатами (ф, X, Ь), временем возникновения (1), масштабами (пространственными, временными), последствиями (уровнем воздействия на пространственную организационно-техническую систему) и др.

Пространство состояний объектов управления (фазовое или атрибутивное пространство) относится к конкретному объекту управления. Динамика существования объектов во времени (жизненный цикл существования) и в пространстве ограничивает и изменяет условия управления и, соответственно, управленческие решения. Методы исследования и модели организационно-технических систем в пространстве состояний ориентированы на исследование процесса развития конкретного объекта, динамики изменения его состояний (атрибутов) во времени и пространстве как под влиянием внутренней среды, так и под влиянием системы отношений с другими объектами и внешними условиями существования. Такой подход позволит ис-

координаты объектов; расстояния;

геометрические фигуры; границы и др.

Координатное/ географическое пространство

Факторное пространство

• координаты размещения;

• особенности и параметры факторов;

• доступность и затраты их использования

• координаты объектов

• взаимное влияние объекто система отношений, связей:

• свойства, атрибуты;

• значимость;

• степень участия в событиях и др.

Пространство состояний объектов управления

Пространство событий

координаты (ф, X,

• время возникновения;

• масштабы (пространственные, временные);

• последствия (уровни воздействия) и др.

Рисунок 2

Структура пространства решений в управлении

пользовать динамическую атрибутивную логику геоинформационного управления объектами различных масштабов.

Пространство состояний объектов управления характеризуется некоторой совокупностью переменных (атрибутов). Поэтому каждое такое состояние можно представить вектором п-мерного пространства переменных состояния, включающим в себя:

• координаты размещения объектов в географическом пространстве (ф, X, Ь);

• взаимное влияние объектов - система отношений, связей;

• свойства, атрибуты, в том числе время;

• значимость для управления, например, вес для выбора альтернатив;

• степень участия в событиях и др.

Можно говорить об объектах как точках

пространства, не связывая эти объекты с обычным представлением о векторах, как последовательностях чисел, кодов или символов. При таком подходе пространство состояний можно рассматривать как динамическое пространство объектов - формализованное с помощью некоторых принятых описаний (слова, понятия, люди, животные, механизмы, организации и т. п.) и ориентированное во времени. Операции на множестве таких объектов выполняются по специально устанавливаемым правилам, алгоритмам, а отношения между ними выражаются в соответствующей вербальной, математической, логической или другой форме (словесные, символические, образные и другие отношения и связи).

Пространство решений составляет основу управления. Управленческое решение представляет собой волевой акт выбора оптимального (в смысле принятого критерия) варианта действий для достижения поставленной цели из перечня заранее разработанных альтернатив. Решение объединяет все элементы ПТС и территории и характеризуется:

• координатами границ области реализации решения - зона ответственности, время разработки и реализации решения, например -ф, X, Ь, М;

• уровнем решения - юрисдикция, подотчетность объектов управления, масштаб;

• степенью формализации - нормы, стандарты, законы, обязательность исполнения;

• содержанием - исполнители, время реализации, технологии реализации, результаты и форма их представления и др.

В пространстве решений существенную роль играют субъективные факторы - культура, динамизм населения, лидерство, существующие и потенциальные возможности (развитость науки, экономики, технологий и др.).

Существующие уровни пространства решений:

• надстрановой - глобальный, международный, макрорегиональный (на уровне геопространства пространство, где человек ведет хозяйственную и другие виды деятельности);

• страновой, микрорегиональный (регионы государства);

• уровень местного самоуправления (муниципальный);

• организационный;

• групповой, индивидуальный.

Особенность пространства решений - уровни принятия решений, в определенном смысле (с некоторыми ограничениями), образуют иерархическую систему - связаны между собой системой вертикальных и горизонтальных связей.

Математическая модель управленческого решения при управлении социально-экономической системой имеет следующий вид [1; 2]:

у = У™ К, Т, б / 5, А, В, У, /, к},

где 5о - проблемная ситуация;

T - время для принятия решения;

Q - ресурсы;

5 - множество альтернативных ситуаций (вариантов 5о);

А - множество целей управления;

В - множество ограничений;

У - множество альтернативных вариантов решений;

/ - функции предпочтения субъекта управления;

К - критерии выбора;

У - оптимальные решения.

опт ±

Данная модель формулируется следующим образом: в условиях проблемной ситуации 5о,

располагаемого времени Т и ресурсов Q необходимо:

• уточнить ситуацию множеством вариантов 5;

• сформулировать множество целей А, ограничений В и альтернативных вариантов У;

• произвести оценку предпочтений субъекта / и выбрать оптимальное в смысле критерия К решение У .

^ ^ опт

Элементы 5о, Т и Q - должны быть определены к моменту принятия решений, остальные элементы - определяются в ходе решения задачи.

Таким образом, как следует из специфики представленной концептуальной модели геоинформационного управления социально-экономической системой, методология разработки и реализации решений в соответствии с элементами управляемой системы предполагает оценку характеристик объектов управления и на этой основе формирование пространства решений, включающего в себя подпространства - координатное, факторное, событийное и пространство состояний объектов управления. Критерии выбора решения и ресурсы задаются при формулировании целей управления.

Список литературы

1. Теория менеджмента: учебник: в 2 ч. / Е. А. Байков, А. Г. Соколов и др.; под общ. ред. А. Д. Евменова. СПб.: СПбГИКиТ, 2017. 874 с.

2. Истомин Е. П., Соколов А. Г., Байков Е. А. и др. Стратегическое управление территорией: учебник: в 2 ч. СПб.: Изд-во РГГМУ, 2018. 1115 с.

3. Управление рисками устойчивого развития объектов и территорий в пространственном аспекте: монография / П. П. Бескид, А. Г. Соколов и др.; под общ. ред. Е. П. Истомина. СПб.: Изд-во РГГМУ 2016. 250 с.

4. Разработка основ методологии геоинформационного управления объектами и территориями: монография / П. П. Бескид, А. Г. Соколов и др.; под общ. ред. Е. П. Истомина. СПб.: Изд-во РГГМУ 2016. 286 с.

5. Соколов А. Г., Истомин Е. П., Кирсанов С. А., Колбина О. Н. Феномен геоинформационного управления и принципы его реализации // Вестник СПбГУ. Сер. 7. 2014. Вып. 4. С. 180-188.

6. Формирование региональных механизмов реализации государственной культурной политики Российской Федерации в современных условиях: монография / Е. А. Байков, А. Г. Соколов и др.; под общ. ред. А. Д. Евменова. СПб.: СПбГИКиТ, 2017. 216 с.

7. Соколов А. Г., Истомин Е. П., Синченко Ю. Н., Зоринова Е. М. Пространственные аспекты размещения экономических объектов // Ученые записки РГГМУ. 2013. № 29. С. 126-132.

8. Соколов А. Г., Истомин Е. П., Слесарева Л. С., Зоринова Е. М. Геоинформационные аспекты управления рисками устойчивого развития приморской рекреационной территории // Известия ЮФУ. Технические науки. 2013. № 9. С. 114-120.

9. Соколов А. Г., Цыбин А. Р. Знания как определяющий элемент кластерного анализа управления развитием территории // Петербургский экономический журнал. 2017. № 1. С. 106-115.

10. Соколов А. Г., Истомин Е. П., Бескид П. П., Байков Е. А. и др. Геоинформационное управление как современный подход к управлению пространственно распределенными системами и территориями // Ученые записки РГГМУ. 2015. № 41. С. 220-239.

11. Sokolov A., Istomin E., Burlovend V. set. Knowledge in geoinformation management development of the territory //17th International Multidisciplinary Scientific GeoConference and EXPOSGEM, 2017. Р. 110-113.