Russia, Apatity Murmansk reg., IIMM KSC RAS

e-mail: gorokhov@iimm.kolasc.net.ru

Abstract

According to a general conception of the sustainable development, a conceptual model of the sustainable development for a typical town of the North Russia has been create out. This model has provided the correspondence of declarative knowledge on the tasks of the problem area to procedure knowledge the algorithms for the solution of these tasks. It has provided the development of the adequate to these tasks model of the system dynamics for the development of a town.

Россия, Апатиты Мурманской обл., ИИММ КНЦ РАН

Аннотация

Согласно общей концепции устойчивого развития разработана концептуальная модель устойчивого развития типового города Севера России. Данная модель обеспечила переход от декларативных знаний о задачах предметной области к процедурным знаниям об алгоритмах решения этих задач и создание адекватной этим задачам модели системной динамики развития города.

Динамическое (имитационное) моделирование является одним из наиболее мощных инструментов, используемых для анализа и проектирования сложных систем. В последнее время оно получило широкое распространение при создании систем устойчивого социально-экономического развития регионов и городов [2-4]. В теории моделирования динамических систем, понятие "устойчивости" имеет точное определение [1]. Под устойчивой понимается система, которая находится в состоянии динамического равновесия. Это происходит тогда, когда все узловые элементы системы одновременно находятся в рабочем состоянии, а входные и выходные потоки соответствуют друг другу. Основной проблемой для успешного построения динамической модели, в которой конкретный город может находиться либо в состоянии устойчивого развития, либо в состоянии деградации, является задача адекватного определения сущности узловых элементов системы, важнейших характеристик и параметров их динамики, а также установления между ними связей, влияющих на динамику процесса развития города.

Следовательно, основной проблемой динамического моделирования сложных систем при недостаточной и "размытой" информации об их функционировании является обеспечение адекватности создаваемой модели объекту моделирования. В исследованиях западных специалистов эта проблема получила название "ловушки моделирования" (Pitfalls of Simulation) [ 5].

При создании модели системной динамики (динамической модели) устойчивого развития типового города Севера России на примере г. Апатиты данная проблема решена путем разработки концептуальной модели как этапа динамического моделирования. Концептуальная модель обеспечивает формализацию знаний экспертов об объекте моделирования и допускает единственную интерпретацию этих знаний при создании динамической модели. Таким образом обеспечивается непроцедурная постановка задачи динамического моделирования, при этом каждому эксперту предоставляется возможность оперировать в "своих" удобных для него терминах.

Для создания концептуальной модели применен функционально-целевой подход, обеспечивающий формальную основу синтеза систем, в структурно-алгоритмической организации которых отражена структура целей предметной области. Концептуальная модель представлена в виде древовидного графа, соответствующего декомпозиции глобальной цели устойчивого развития города, которой является достижение состояния динамического равновесия всех элементов городской системы. Все элементы нижнего уровня декомпозиции образуют единый набор элементарных целей (примитивов модели), на котором заданы отношения модели.

На базе концептуальной модели разработана динамическая модель устойчивого развития типового города Севера России (г. Апатиты). Состав динамической модели соответствует набору примитивов концептуальной модели и включает в себя следующие элементы: Население города, экономика города, экология города, производство, городская инфраструктура, земельные ресурсы, жилье. Структура динамической модели соответствует набору отношений концептуальной модели.

Данный подход дает возможность строить независимые модели системной динамики для каждого узлового элемента системы, а потом интегрировать их в единый комплекс согласно структуре концептуальной модели.

Рисунок 1. Модель демографического сектора г. Апатиты

Средствами системы динамического моделирования Powersim® реализована демографическая подсистема динамической модели развития г. Апатиты в виде сценарной динамической модели анализа и прогноза демографической ситуации города (рисунок 1).

С точки зрения системной динамики системы могут быть описаны в виде внутренних переменных системы: "уровней" (level/stock) и "потоков" (rates/flows), "аукзилари" — промежуточных переменных (auxilary) и констант; а также внешних входов (input/sourse) и выходов-стоков (output/sink).

Все население города разделено по возрасту на три возрастные категории: 0-14, 15-50 (55 для мужчин) и старше 51(56 для мужчин). Это позволило моделировать такие важные для городского развития характеристики, как миграция, различающаяся по возрастным группам, отношение неработающих к работающим, которое является важной мерой экономической поддержки доступной городскому населению и др.

Исследование модели проводилось за период с 1989 по 1999 г., прогноз осуществлен до 2006 года. В качестве исходных данных динамической модели демографического сектора г. Апатиты использованы статистические данные по г. Апатиты за 1989 год и коэффициенты рождаемости, смертности, эмиграции и иммиграции, по различным возрастным группам. Отклонение результатов моделирования от реальных данных по численности населения за период 1990 - 1996гг. не превысило 3% (рисунок 2). Это дает возможность говорить об адекватности построенной модели.

Рисунок 2. Изменение численности населения

ЛИТЕРАТУРА

1. Форрестер Дж. Мировая динамика - М„ Наука, 1978, 165с.
2. Форрестер Дж. Динамика развития города - М., Прогресс, 1974, 285с.
3. Daly Herman Е. 1994. "Sustainable Growth: An Impossibility Theorem."_Clearinghouse Bulletin.4(4): 1-2,4,7.
4. Sustainable Seattle. 1995. "Sustainable Seattle Indicators of Sustainable Community 1995." Available from Sustainabit Seattle, c/o Metrocenter YMCA.
5. Computer Simulation of Dynamic Systems. Maurice F. Aburdene, Bucnell University, Dubuque, 1990.