Городская система как объект моделирования

Механизмы происходящих в городе процессов, их внутренние стимулы, характеры взаимосвязей между городскими компонентами весьма сложны и разнообразны по своей природе. Более того они могут быть нестабильными, а иногда и вовсе случайны. Всё это часто вызывает серьезные препятствия уже на начальном этапе исследования — декомпозиции системы и выявлении причинно-следственных связей между блоками этой системы.

Блоки можно сформировать как одноэлементные, так и многоэлементные, это факт. В первом случае их легко изучать и моделировать, но потом построить модель системы из них довольно непросто. Во втором случае имеем обратный эффект: в достаточной мере легко сформировать из блоков модель системы, но описание каждого блока превращается в самостоятельную проблему.

Поведение каждого элемента в значительной степени случайно, а при объединении в агрегаты системы становятся менее подверженными случайным воздействиям. В результате, при моделировании и структурном анализе городской системы возникают два уровня описания — элементарный (стохастический) и агрегированный (детерминированный). Одним из главных аспектов городской системы явялется ее функционально-пространственная организация и, в связи с этим, внешнее описание городских систем ориентировано на отражение этой особенности. Не стоит забывать, что согласно математической теории систем, город являет собой весьма нетривиальный объект: он принадлежит к смешенному классу стохастическо-детерминированных систем. Как правило, модель городской системы и модели всех составляющих ее подсистем имеют двухслойную конструкцию, а именно микрои макроуровень. Другая особенность связана с тем, что городские подсистемы могут быть упорядочены лишь в некотором стохастическом смысле, образуя ансамбль иерархических цепочек, которые затем могут быть реализованы с определенными вероятностями. Перечисленные особенности составляют теоретический фундамент функционально — пространственной модели городской системы.

Для формализованного описания этих качеств городская система рассматривается как соединение некоторых блоков с указанием их входов и выходов. В этом случае каждый из блоков осуществляет преобразование того, что действует на его входе, в то, что оказывается на выходе. В этом преобразование большое значение играет его связь со временем и пространством. пространственный городской моделирование Временные и пространственные факторы выступают в качестве основных аргументов для процессов, возникающих в городской системе, и определяют ее пространственную динамику. Городское пространство можно рассмотреть и несколько шире, например, трехмерное его описание. В этом случае элемент пространства будет характеризоваться тройкой чисел, которые будут определять его геометрические положения в городском объеме. Однако городское пространство не всегда строится только на геометрической аналогии, также используются экономические, экологические, технические, геологические и другие показатели. Поэтому неоднородность является основной особенностью городского пространства.

Выделение и описание входных и выходных процессов основано на выявлении причинно-следственных связей. Основная сложность поиска заключается в большом количестве факторов, которые необходимо проанализировать. Процедура анализа факторов, характеризующих городскую систему, в значительной степени феноменологична, а потому различна в зависимости от того, каковы цели исследования, каков набор исследуемых факторов, какой группе факторов отдается предпочтение и т. д. Эту процедуру можно сделать регулярной (формальной), если разделить множество факторов на подмножества входных и выходных факторов.

Применение такого принципа относит к классу входных переменных всевозможные планы и программы развития городов: генеральный план, план капитального строительства, программа социального и экономического развития и т. д. С помощью этих планов и программ можно управлять городскими процессами, влиять на развитие города.

К этому же классу входных переменных можно отнести также воздействия со стороны внешней среды, окружающей городскую систему. К таким воздействиям могут быть отнесены природно-экологические, материально-технические, демографические и другие, связанные с городом потому, что он — часть системы более высокого уровня (региональной).

Все остальные факторы, характеризующие город, относятся к классу выходных переменных. Таким образом, городская система осуществляет преобразование двух типов входных процессов — программ развития и воздействий внешней среды - в выходной процесс. Следует отметить, что эти процессы связаны со временем и пространством и между ними существуют определенные обратные связи, т. е. нельзя считать входные процессы независимыми от выходного процесса. Входной процесс программ развития связан с выходным в том смысле, что при разработке планов и программ развития городской системы учитывается выходной процесс, т. е. все цели и критерии развития формулируются относительно выходного процесса. Эта связь создается исследователем для достижения определенных целей развития городской системы, поэтому можно сказать, что она искусственная. Связь другого входного процесса с выходным выражается в том, что внешняя среда, воздействуя на городскую систему, сама испытывает на себе влияние городской системы.

Входные и выходные процессы представляют собой совокупность функций, с помощью которых описывается изменение во времени и пространстве, размещение отдельных компонентов планов развития, или действий внешней среды.

Городская система — смешанная система, во внутренней структуре которой выделяются два уровня — макроуровень и микроуровень, которые различаются не только по характеру процессов, но и по степени детализации их элементарных составляющих. На микроуровне рассматривается большое количество малых элементов, а на макроуровне образуется сравнительно небольшое количество агрегированных показателей их поведения. Например, элементом микроуровня может быть городской житель, а элементом макроуровня — распределение жителей по городскому пространству. Такая двухуровневая внутренняя структура городской системы приводит к тому, что любые внешние воздействия могут быть реализованы тоже в двух уровнях.