CC BY
20
УДК 502.7:719
Волошин В. С., Данилова Т. Г. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ФОРМИРОВАНИЮ БАЗ ДАННЫХ ДЛЯ МОДЕЛЕЙ СИСТЕМНОЙ ДИНАМИКИ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К СОВРЕМЕННЫМ УРБОСИСТЕМАМ
Формирование баз данных для моделирования таких развитых и многопараметрических систем, как, например, город или промышленный регион, представляется весьма непростой задачей. Наибольшую проблему при этом вызывает определение значимых характеристик моделируемых процессов, связанных с неустойчивостью отдельных областей управления в системе. Прежде, чем приступить к описанию и систематизации коэффициентов искажения, играющих существенную роль в моделях системной динамики [1], рассмотрим отдельные примеры, связанные с выявлением природы этих важных показателей функционирования урбосистемы.
Структура взаимосвязей экономических, экологических и социальных предпочтений в урбосистемах, при собственной сложности, в конечном результате, определяет вектор развития системы. Очевидно, что любой механизм управления урбосистемой будет явно недостаточным без учета управляющего воздействия одной из доминант в этих предпочтениях. Примером может служить общее состояние эколош-экономических отношений В Украине с явным предпочтением экономических благ В ущерб любым другим программам в том числе, экологическим.
А. А-Минц дает этому наглядное пояснение [2].
Допустим, что общество строит перспективы собственного развития на максимизации функции потребительских предпочтений (рис. 1,а), т.е. функция ^(С,П) = шах. Здесь
Оо 01 Эг Эз О
Уровень загрязнения окружающей среды
О*
в)
Рис. 1- Отображение предпочтений в модели урбосистемы
С - обобщенный показатель уровня потребления населения; £> - обобщенный показатель загрязнения окружающей природной среды; С0 и Р0 - пороговые или докритические значения ссютветствующих переменных. Очевидно*, что область функции (С, £>), обозначенная как С£>4 при £>>£)*, характеризует экологическое состояние, как критическое, так как порог обеспеченности С = С0 не позволяет оказывать реальное положительное воздействие в
области природоохранения. А при £)>£)** состояние системы вообще соответствует катастрофному, так как никакие из реально возможных экономических ресурсов не имеют решающего влияния на систему. И напротив, состояние системы при С > С1 (область С02) соответствует явным предпочтениям экономических благ в обществе в ущерб экологическому благополучию. И наконец, область функции'СО, характеризует условие, когда экологическое благополучие имеет преимущество перед экономическим благосостоянием, однако реализация последнего весьма проблематична.
Аналогичную схему рассуждений мы можем выстроить и для функции. (5,С), где Я - интегральный уровень социальной обеспеченности в урбосистеме. Пороговые уровни параметров 50 и Са отвечают минимальным уровням потребления и социальных гарантий в обществе. Максимизация функции Р2 С) (рис. 1,6) возможна выше некоторого порога потребленияС>С0, от которого начинается развитие социального обеспечения в системе. Область БСХ выступает в качестве состояния социальных предпочтений для функции Р2 (Б, С). С ростом уровня и темпов потребления в обществе неизменно увеличиваются возможности социального гарантирования, как компенсации различных "неудобств", которые предлагаются члену общества другими его структурами.
Однако, подобные рассуждения для функции (£,£)) способны завести в тупик.
Социальная обеспеченность людей может быть доминирующим фактором,' который противопоставляется ухудшению состояния окружающей природной среды, в том случае, если отсутствует экономическая доминанта при С > С, (см. рис.1,а). Иными словами, социальные гарантии экономически развитого общества могут обеспечить плавное управление экосистемой в направлении достижения устойчивого состояния. При этом дефицит социальных благ Д£0 = 0 (рис. 1,в, кривая 0). Примером такого состояния урбосистем являются города
Германии, США, где значительные социальные гарантии в достаточной степени компенсируют загрязнение среды, обитания человека. Например, это относится к загазованности улиц автотранспортом.'
Если проблемы загрязнения окружающей природной среды налагаются на экономическую неустроенность урбосистем (или государства в целом), то возрастает дефицит социальных ресурсов АБ, которые общество может представить человеку как компенсацию временному^!) ухудшению состояния окружающей среды. Дефицит социальных ресурсов тем больше, чем ниже уровень технологичности производства и выше уровень загрязнения (см. рис. 1,в, кривые 1, 2, 3). При этом нарушается непрерывность функции /^(£,.0) и кривая
опрокидывается в неустойчивый бифуркационный режим относительно определяющей доминанты - интегрального уровня загрязнения окружающей среды.
Причиной такого поведения урбосистемы является ее явная неравновесность и неоднородность [3]. Социальная и экономическая неоднородность в обществе рассматривается как источник его постоянного развития. Например, концентрация средств в отдельном
территориальном образовании приводит не только к локальному росту экономического благосостояния, но и к развитию форм социальной под держки для этой части общества, ее миграции в те регионы, где не имеется достаточного социального потенциала, но существует потенциальная экономическая отдача К таким глобальным регионам относится территория СНГ, в том числе, Украина Неоднородность системы проявляется и в отношении распределения загрязнений.
Нас в этой связи может интересовать механизм взаимоотношения социальных и экологических показателей в модели системной динамики, который по данным Р.Мэя [4] носит характер функции ветвления или бифуркации. Из всех природных и искусственных объектов наиболее высокоорганизованными и сложными являются те, в которых присутствуют живые существа, в частности человек. Это относится к экоэргатическим системам, которые практически всегда включают в качестве составляющей человека и функционируют вдали от равновесия, представляя собой сильно неоднородную систему. Иллюстрацией неустойчивости стандартного состояния в диссипативной экоэргатической системе является, например, ассимптотическая характеристика симплексного показателя; Д£(А,0 (рис. 2, а) или
мгновенный динамический скачок общественного напряжения при постоянно
возрастающей техногенной нагрузке (У(+)) в замкнутой социально-экономической системе (рис. 2, б). .
социальной поддержки в обществе; б) - динамика общественного напряжения.
Возвращаясь к рис.1, в, отметим, что существование области равновесных предпочтений для функции ^з(Я,В), для которой АЯ -0 возможно только в точке Рх(Ср,Ир) из области
С£>2. Эта точка является началом бифуркации, которая для таких систем имеет вид уравнения сборки.
— = 0,2504+0,50)2+Ж ■а
Сложная, на первый взгляд, поверхность управления такой системой (рис. 3) в действительности вызывает проблемы у специалистов системного анализа лишь в области катастрофы сборки Уигаи. При низком уровне экономического развития системы (область С02) чем ближе первичные бифуркации Р(РХ) к предельному значению С = С0, тем больше значение уровня социального долга А5 = БА - Бв и система становится все более неуправляемой. Выход в область устойчивого управления возможен только при уровне С > Ср. В этом случае экономическая обеспеченность общества является как бы базисом
Рис. 3 - Структура экономических (С), социальных (Б) и экологических (Б) предпочтений в урбосистеме
Рис. 4 - Номограмма для определения коэффициента искажения норматива искажения загрязнений
"гладкого" управления системой. Особенностью структуры поверхности управления в данном ^случаеявляется надпороговая нестационарность системы (область выше С0,S0,D0 ).
Знание механизма бифуркации, позволяет обеспечивать управляющее воздействие на такие сложные системы, как город или промышленный регион. В модели урбосистемы [1] это воздействие оказывается посредством коэффициентов искажения нормативных показателей. Смысловая нагрузка коэффициентов в каждом случае весьма специфична, поскольку не имеется общей методики их определения. Это объясняется различной природой появления бифуркационных явлений в сложных системах.
Причиной искажения нормативного показателя накопления загрязнений являются противоречия между условиями их продуцирования, распределения и усвоения в экосистеме. Если продуцирование загрязнений является прерогативой исскуственных технологических процессов, то распределение и усвоение загрязнений в большей степени относится к естественным процессам. Противоречие обусловлено существенными отличиями искусственных и природных технологий. Если в качестве параметра Определяющего устойчивость экосистемы, служит экологическая емкость региона, то в классических формулировках теории управления устойчивость системы с нелинейными параметрами в частотных характеристиках определяется как такое состояние экосистемы, при котором невозможен автоколебательный режим в неравновесных точках поверхности управления. Такое условие для нормативного показателя накопления загрязнений (я) определяется номограммой (рис.4) в области: = 0,22 ■*■ 1,0; Т = 1 + 5; EZ(x,t) = (1,4 6,4)-105. Здесь результат по координате я получаем для конкретных условий управляющих функций У(+)-темп накопления загрязненийв местности и \У(Р)/5К-интненсивность использования ресурсов, приходящаяся на единицу фондообразования. Точка пересечения координат V(+)-W(P)/5K характеризует отношение полезно переработанной массы ресурсов к безвозвратно теряемой их части в виде загрязнений окружающей природной среды (своеобразная "экологическая рентабельность" искусственных технологий). Для области притязаний, ограниченной параметрами 2,5- 103<V(+)<9,5• 105 н 0,52 103<W(P)/5K<1,5105 не существует устойчивого равновесного состояния системы, о чем свидетельствует отсутствие расчетного значения коэффициента искажения норматива накопления. Для всех других областей существования искомых параметров показано существование этого важного показателя в двух взаимно противоположных состояниях (±7i), что свидетельствует о вхождении системы в устойчивый автоколебательный режим, для которого имеет место искажение норматива накопления загрязнений в данной местности.
Вывод. Знание механизмов бифуркации в неравновесных системах позволяет использовать их для более точного определения нормативных показателей в моделях системной динамики при исследованиях современных урбосисгем. Выявление этих механизмов в социально-экономических системах в настоящее время представляет определенные трудности.
Перечень ссылок
1. Волошин B.C., Семенченко П.М. Проблемы развития городской среды. Экологические,
социальные и экономические аспекты. - Марвуполь. 1997. -191 с.
2. Минц A.A. Экономическая оценка естественных ресурсов.-М.: Мысль, 1972. - 302 с.
3. Николис Г., Пригожий И. Познание сложного.-М.. Мир. 1990. - 339 с.
4. May R. Model ecosystems, Princeton Univ. Press, Princeton, N.J. 1973. - 214 p.
