Соціоекосистема (СЕС) — це складна екосистема, що динамічно розвивається, складена з природних об'єктів, людського соціуму й об'єктів господарської діяльності людини.
Основні питання, розв'язувані при моделюванні СЕС — це прогнозування й оптимізація природокористування, тобто охорони і використання ресурсів (біологічних, мінеральних, земельних, водяних, повітряних, енергетичних).
Цю задачу багато в чому дозволяє вирішити математико-картографічне моделювання (МКМ) соціоекосистем.
Джерела і передумови розвитку методів МКМ
Теоретичні передумови розвитку МКМ.
Теоретичні передумови виникнення методу МКМ пов'язані з розвитком таких наук, як:
а) кібернетика — загальна теорія керування, зв'язку і переробки інформації в кібернетичних системах різної природи, тобто в системах, що складаються з великої кількості взаємозалежних елементів, здатних сприймати, запам'ятовувати й переробляти інформацію та обмінюватися нею (ЕОМ, людський мозок, біопопуляції, людський соціум тощо);
б) інформатика — загальна теорія структури і властивостей наукової інформації, а також організації збору, збереження, пошуку, переробки, перетворення, передачі й використання такої інформації;
в) системологія — загальна теорія систем (Людвіг фон Берталанфі, Австрія, 1968 p.), до задач якої входять розробка математичного апарату опису систем (тобто сукупностей взаємозалежних елементів) і встановлення ізоморфізму (аналогії) законів у різних галузях знання.
У рамках теорії систем, зокрема, було показано, що математичний об'єкт, адекватний природній системі, являє собою систему зв'язаних між собою блоків диференціальних (інтегро-диференціальних) рівнянь, що описують динаміку окремих елементів, зв'язаних потоками інформації.
Технічні передумови методу МКМ.
Через складність математичного апарату МКМ, технічними передумовами його створення є наявність потужної комп'ютерної техніки та інформаційних систем, що дозволяють вирішувати найскладніші проблеми, які виникають при моделюванні СЕС.
Методологічні передумови розвитку методів МКМ.
На базі кібернетики, інформатики і загальної теорії систем виникло системне моделювання (зокрема системне моделювання СЕС), яке, у свою чергу, побудоване на основі системного підходу і системного аналізу.
Системний підхід — це розгляд складних, але цілісних за своєю суттю об'єктів як систем (тобто сукупностей взаємодіючих елементів), спрямований на виявлення і вивчення типів зв'язків між елементами системи та зведення їх у єдину теоретичну картину. Системний підхід базується на основному положенні загальної теорії систем, відповідно до якого будь-який достатньо складний об'єкт із великою кількістю внутрішніх зв'язків прагне структуруватися, тобто розділитися на підсистеми, що порівняно слабко взаємодіють одна з одною. Цей принцип певною мірою узагальнює принцип максимуму вільної енергії, що діє у фізиці дисипативних систем: стан великого і складного об'єкта, в якому він має внутрішню структуру, енергетично більш вигідний, ніж неструктурований стан. Саме з цієї причини у великих багатоклітинних організмах відбувається диференціація кліток; саме тому виникають нації, народи, держави.
Системний підхід спрямований, з одного боку, на виявлення такої структури, а з іншого боку — на розкриття цілісності системи. Іншими словами, він поєднує в собі аналіз (тобто виявлення структури системи і зв'язків між її елементами та вивчення процесів усередині цих елементів) і синтез (тобто виявлення механізмів функціонування системи як цілого).
Системний підхід реалізується шляхом застосування системного аналізу — сукупності методологічних засобів системного моделювання з метою прийняття рішень стосовно складних проблем соціального, політичного, екологічного характеру тощо. Системний аналіз спирається на ряд математичних дисциплін та сучасних методів управління. Його основна процедура полягає у побудові узагальненої моделі, що відображує структуру й динаміку взаємозв'язків у реальному об'єкті моделювання.
Системний підхід і системний аналіз є методологічними передумовами розвитку методів МКМ.
Інформаційні передумови методу МКМ.
Метод МКМ, незважаючи на наявність усіх передумов, неможливий без створення відповідної інформаційної бази. Такі бази, що являють собою систему даних про значення контрольованих параметрів, прив'язані до місцевості й часу, одержують за допомогою стаціонарних, постійно діючих контрольних пунктів та виїзних (польових) лабораторій, що здійснюють періодичні та одноразові вимірювання, а також шляхом дистанційного зондування поверхні Землі за допомогою аерокосмічних апаратів. Саме поява останнього послужила могутнім поштовхом до розвитку методів МКМу таких науках, як географія і картографія. Надалі ці методи були з успіхом застосовані в соціоекології.
Спочатку моделі, що будувалися методами МКМ, були двовимірними. Однак останнім часом з розвитком комп'ютерної техніки з'являється безліч 3-вимірних математико-картографічних моделей.
Етапи математико-картографічного моделювання
1) Створення концептуальної моделі соціоекосистєми. Ця модель відображує головні моменти, що повинні бути основою майбутньої моделі, відповідно до переслідуваної мети. Вона визначає склад вхідних параметрів і обмежень, що вводяться в імітаційну модель.
2)Розробка пакета прикладних програм. Пакет прикладних програм для моделювання на ЕОМ розробляється на основі концепції моделі.
3)Ретроспективний аналіз даних вимірювань. Проводиться ретроспективний аналіз даних комплексного вивчення території соціоекосистеми, матеріалів її дистанційного зондування аеродинамічними апаратами. На основі такого аналізу будуються синтетичні картографічні моделі, тобто пакети тематичних карт території. За допомогою спеціальних значків, градації кольору або штрихування, системи горизонталей ці карти відображують стан і просторовий розподіл природної і соціально-економічної екосистеми.
Типовий масштаб карт:
1:200000 — області;
1:50000 — райони;
1:5000 — міста.
4)Формування бази даних. Інформація, подана у вигляді карт, кодується і переноситься в пам'ять ЕОМ у вигляді відповідної бази даних.
5)Створення машинних карт. Використовуючи пакет прикладних програм, експертна група створює машинні карти, з якими можна працювати в діалоговому режимі відповідно до можливостей програмного забезпечення. Ці карти відбивають результати моделювання. Вони можуть виводитися на екран монітора в заданий момент або у необхідній послідовності, трансформуватися в організаційно-господарські карти. Змінюючи вихідні параметри й імітуючи напрямок господарської діяльності, можна в реальному часі спостерігати можливі результати такої діяльності. Таким чином, шляхом підбору варіантів можна оптимізувати природокористування в соціоекосистемі.
Задачі соціоекологічного моделювання
Задачами соціоекологічного моделювання є:
1)Виявлення структури соціоекосистеми, особливостей функціонування структурних елементів і 'їхніх взаємозв'язків (закономірностей такого взаємозв'язку);
2)Визначення основних параметрів гомеостазу СЕС (тобто меж стійкості соціоекосистеми), а також оптимального стану соціоекологічних досліджень.
3)Визначення ступеня наближення (близькості) стану СЕС до критичної межі, що віддаляє гомеостаз від стану незворотного розпаду.
4)Прогноз розвитку соціоекосистеми при різних варіантах і стратегіях розвитку антропогенного втручання й антропогенної діяльності.
5)Визначення оптимальної функціональної структури досліджуваної соціоекосистеми (зокрема, оптимальне зонування території) і оптимального режиму природокористування.
6) Керівництво гармонійним розвитком соціоекосистеми. Одна з головних властивостей соціоекосистеми — її прив'язаність до території. Саме звідси випливає потреба створення картографічних моделей (а тим більше математико-картографічних моделей), що відбивають просторово-часову мінливість соціоекосистеми.
Соціоекосистему неможливо цілком формалізувати, тому комп'ютерне моделювання — найбільш реалістичне моделювання, оскільки воно допускає особисту участь людини в моделі, що працює в діалоговому режимі з ЕОМ, і таким чином забезпечує її здатність довільно втручатися у хід розвитку моделі.
