автореферат диссертации по строительству, 05.23.19, диссертация на тему:Методологические основы поддержки принятия решений в задачах обеспечения экологической безопасности развития урбанизированных территорий

Садовникова Наталья Петровна

На правах рукописи

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В ЗАДАЧАХ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ РАЗВИТИЯ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

Специальность: 05.23.19 - Экологическая безопасность строительства и

городского хозяйства

Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

г 8 НОЯ 2013

""О541550

Волгоград 2013

л-

005541550

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования

«Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет»

Научный консультант: доктор физико-математических наук, профессор

Официальны оппоненты: доктор технических наук, профессор

доктор технических наук, профессор

доктор технических наук, профессор

Ведущая организация

Санжапов Булат Хизбуллович

Гордон Владимир Александрович ФГБОУ ВПО «Государственный университет - учебно-научно-производственны комплекс» (г. Орел), зав. кафедрой «Высшая математика»

Голованчиков Александр Борисович ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет», зав. кафедрой «Процессы и аппараты химических производств»

Мензелинцева Надежда Васильевна ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет», декан факультета «Инженерные системы и техносферная безопасность»

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (г. Курск)

Защита диссертации состоится «26» декабря 2013 г. в 10.00 на заседании диссертационного совета ДМ212.026.05 при ФГБОУ ВПО Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет по адресу: 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1, ауд. Б-203. С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет». „

Автореферат разослан « /У» 2013 года

Ученый секретарь диссертационного совета

Фокин

Владимир Михайлович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время проблема эффективного использования территорий определяется требованиями устойчивого развития и усилением ведущей и интегральной роли социально-экологических принципов. Динамика развития современных городов сложна и многогранна, и научное осмысление новых реалий и перспектив, определение принципов формирования стратегий развития как никогда актуальны.

Основная проблема, с которой человечество сталкивается на пути к устойчивому развитию, - отсутствие универсальных «регуляторов», с помощью которых можно установить оптимальные параметры воздействия на окружающую среду. Переход от идей «защиты окружающей среды» к целенаправленному обоснованному планированию градостроительной деятельности является единственной возможностью реализации концепции устойчивого развития. Можно говорить о кардинальной смене парадигм природопользования и ведения хозяйственной деятельности. Установка на «охрану природы» заменяется «эффективным взаимодействием природы и общества». С точки зрения управления градостроительной деятельностью это означает появление новых функций, формирующих механизмы реализации концепции биосферной совместимости, разработанной Российской академией архитектуры и строительных наук, на всех уровнях принятия решений.

Реализация новой градостроительной концепции связана с созданием новых методов проектирования городской среды, учитывающих ресурсный потенциал, демографическую ситуацию, современные технологии и инновационные решения в сфере градоустройства.

Несмотря на динамичное развитие экологического направления в градостроительстве, проблемы оценки комплексного воздействия градостроительной деятельности на окружающую среду и выбора эффективных управленческих решений с точки зрения экологической безопасности все еще остаются недостаточно изученными.

В связи с этим, актуальность данного исследования определяется необходимостью создания единой методологии планирования строительства и развития городских территорий с учетом экосистемных свойств городской среды и формирования научно-обоснованного подхода к принятию экологически-ориентированных управленческих решений.

Степень изученности проблемы.

Проблема анализа стратегий устойчивого развития урбанизированных территорий исследуется достаточно давно. Исследованиям в этой области посвящены работы Олдака П.Г., Реймерса Н.Ф., Медоуз Д., Бобылева Д.С., Глебова И.А., Грамберга И.С., Гранберга А.Г., Динилова-Данильяна В.И., Бранча М., Вебера А.Б., Гофмана К. Г., Линча К., Роденхойса Г., Теличенко В.И., Эванса Э., Энгела X. и др.

Основные положения теории биосферной совместимости, которые использовались в работе в качестве базовых постулатов, изложены в работах Вернадского В.И., Моисеева H.H., Лавлока Д., Владимирова В.В., Ильичева В.А., Дорста Дж, Медоуза Д., Азарова В.Н., Тетиора А.Н, Яргиной З.Н., Воробьёва В.И., Гордона В.А., Колчунова В.И., Передельского Л.В., Санжапова

Б.Х., Сидоренко В.Ф. и других авторов.

Подходы к моделированию развития урбанизированных территорий описаны в работах Д. Форрестера, В.А. Путилова, A.B. Горохова, В.Б. Силова Максимова В.И. и др. Однако в большинстве случаев целью моделирования являлось прогнозирование социально-экономического развития. Оценке экологической составляющей не уделялось должного внимания.

Несмотря на большое количество научных работ, связанных с проблемой обеспечения экологической безопасности развития урбанизированных территорий, можно говорить лишь о начальном этапе создания целостного методологического обеспечения этого научного направления. Большинство разработок ориентированы на анализ отдельных составляющих эконагрузки и не решают задачу комплексного оценивания экологической безопасности развития территории. В недостаточной степени учитывается фактор неопределенности при оценке планов и программ развития. Отсутствуют практические подходы к согласованию целей развития города.

Необходимость разрешения противоречия между различными целями развития города определяет наличие научной проблемы, связанной с вопросами согласования оценок эффективности принятия решений по управлению экологической безопасностью развития территорий города и общих критериев для регламентации градостроительной деятельности.

Цель работы состоит в повышении качества и обоснованности принимаемых решений по обеспечению экологической безопасности развития города за счет разработки и реализации концепции экологически ориентированного управления на основе принципов биосферной совместимости.

Задачи:

1. Разработать подход к системному исследованию процессов развития города как урбоэкосистемы (УЭС) и проанализировать способы оценки устойчивости функционирования и развития УЭС.

2. Сформулировать основные положения концепции экологически ориентированного управления развитием УЭС и определить основные направления экологизации градостроительной политики на уровне города.

3. Разработать методологию поддержки принятия решений по управлению развитием УЭС на основе принципов устойчивого развития и биосферной совместимости.

4. Разработать модели для прогнозирования и оценки последствий принимаемых решений с точки зрения экологической безопасности.

5. Разработать методы оценки экологических рисков и эколого-экономической эффективности градостроительных проектов, учитывающие высокий уровень неопределенности информации.

6. Сформулировать условия выбора вариантов развития территорий с учетом требований, определенных в результате проведения экологического оценивания.

7. Применить разработанные модели и методы для оценки стратегий развития города и отдельных градостроительных проектов с точки зрения экологической безопасности.

Научная новизна исследования заключается в разработке комплексного подхода к решению проблемы поддержки принятия решений в задачах обеспечения экологической безопасности развития города.

1. Предложена концепция экологически-ориентированного управления развитием урбоэкосистемы, основанная на возможности выбора наиболее эффективных управляющих воздействий, согласовании оперативных и стратегических задач, а так же целей развития города

2. Сформулированы принципы экосистемного проектирования городской среды, определяющие способы формирования устойчивых природно-технических систем.

3. Разработана методология поддержки принятия решений по обеспечению экологической безопасности развития города, в рамках которой реализованы методы:

- генерации и оценки сценариев развития города с позиции устойчивого развития на основе когнитивных и системно-динамических моделей;

-согласования целей развития УЭС. Отличительной особенностью метода является оценка возможности достижения целей устойчивого развития города в условиях высокого уровня неопределенности факторов, влияющих на развитие ситуации;

- оценки экологических рисков. В отличие от известных подходов при идентификации экологических рисков учитывается нестохастическая неопределенность факторов, влияющих на экологическую безопасность и величину потенциального ущерба.

- оценки эколого-экономической эффективности градостроительных проектов.

4. Разработаны модели развития города на основе статистической и экспертной информации, учитывающие взаимовлияние факторов развития, синергетические и кумулятивные эффекты.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается в совершенствовании системы управления экологической безопасностью города и развитии методологического аппарата территориального планирования на основе принципов биосферной совместимости и устойчивого развития. На основе разработанных подходов поставлены и решены следующие практические задачи:

- Построены сценарии развития г. Волгограда, проведена оценка альтернативных стратегий и определены условия получения стабильных позитивных показателей с точки зрения устойчивого развития.

- Разработано программное обеспечение для построения регрессионных моделей, когнитивных карт и расчета экологических рисков.

- Проведены расчеты экологических рисков для проектов автомобильной дороги Мб «Каспий» на участке «Обход г. Волгограда. Южная часть» и автомобильной дороги «Ш-я Продольная магистраль г. Волгограда».

- Разработана системно-динамическая модель влияния автотранспорта и озеленения на уровень загрязнения воздуха, с помощью которой проведена предварительная оценка объема затрачиваемых ресурсов на озеленение города.

Результаты исследования были внедрены в качестве информационно-аналитического обеспечения деятельности департаментов и комитетов администрации г. Волгограда при корректировке Стратегического плана устойчивого развития Волгограда до 2025 года (направление «Развитие городского хозяйства и коммунальной инфраструктуры»). Акт о внедрении результатов работы выдан администрацией города Волгограда.

Объектом исследования является город, как урбоэкосистема. Предметом исследования являются закономерности экологически-безопасного функционирования и развития урбоэкосистем, методы управления экологической безопасностью города.

Методология и методы исследования

Методология исследования базируется на современных подходах к проблеме устойчивого развития, теории биосферной совместимости, общей теории безопасности, теории управления территориальным развитием, фундаментальных положениях системного анализа, теории принятия решений.

В исследованиях применялись методы экспертных оценок, методы идентификации и статистического анализа, когнитивного и имитационного моделирования, сценарного прогнозирования, теории нечетких множеств и возможностей. В процессе работы были использованы результаты трудов отечественных и зарубежных ученых, специализирующихся в области устойчивого развития, экологической политики и градоустройства.

Информационно-эмпирическую базу исследования составляют: официальные данные Федеральной службы государственной статистики РФ, данные международных организаций (ООН, Всемирного банка и др.), материалы Генерального плана развития г. Волгограда до 2025 года, данные, опубликованные на официальном информационно-справочном портале администрации г. Волгограда.

Концептуальная идея исследования базируется на положении о том, что проблема принятия решений в задачах обеспечения экологической безопасности развития города связана с необходимостью оценки планируемой градостроительной деятельности с точки зрения биосферной совместимости.

Положения, выносимые на защиту.

1. Концепция экосистемного проектирования городской среды, определяющая способы практического применения научных, инженерных и управленческих навыков для преобразования требований к состоянию городской среды в набор решений, позволяющих в наибольшей степени удовлетворять эти требования в течение всего жизненного цикла развития города.

2. Методология поддержки принятия решений по управлению развитием урбоэкосистемы, определяющая основные принципы, концепты, методы и средства для целенаправленного изменения территориального пространства на основе заданных качественных ориентиров и ограничений.

3. Метод оценки экологических рисков, учитывающий нестохастическую неопределенность факторов, влияющих на экологическую безопасность и величину потенциального ущерба.

4. Модели развития города для анализа сценариев, реализующих различные стратегии управления с учетом требований экологической безопасности и биосферной совместимости.

Степень достоверности и апробация результатов работы. Достоверность научных положений и выводов диссертационной работы обоснована:

- применением современных методов исследования и моделирования сложных систем;

- согласованностью научных выводов с результатами теоретических обобщений и данными других авторов, представленными в научно-технической литературе.

Апробация результатов. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на 17 научных и научно-практических конференциях и семинарах. В частности, на международных конференциях: «Системные проблемы надёжности, качества, информационно-телекоммуникаций и электрон, технологий в управлении инновационными проектами» (г. Сочи, 2008), «Информационные технологии в образовании, технике и медицине» (Волгоград, 2009), «Инновации в условиях развития информационно-коммуникационных технологий» (г. Сочи, 2009), «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе» (Украина, Ялта-Гурзуф, 2009-2013), «Технологии разработки информационных систем», г. Таганрог, 2011-2012), II Международные Академические чтения РААСН «Биосферно-совместимые технологии в развитии регионов», (г. Курск, 2013), IADIS ICT, Society and Human Beings (Чехия, 2013).

Тематика работы под держана грантами РФФИ:

11-07-97010 р-поволжье_а «Информационная система поддержки принятия решений по обеспечению экологической безопасности развития городских территорий Волгоградской области»;

13-07-00219_а «Интеллектуальная поддержка задач стратегического планирования на основе интеграции когнитивных и онтологических моделей». Публикации

Основные результаты исследований по теме диссертации изложены в 29 работах, в том числе в одной монографии, 15 статьях из перечня ведущих рецензируемых научных журналов. Получены два свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ. Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и заключения. Общий объем работы 274 страниц, 51 рисунок, 21 таблица, 4 приложения, список использованной литературы из 164 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность исследования, сформулированы цели и задачи исследования, определены предмет и объект исследования, показана научная новизна, теоретическая и практическая значимость работы. Определена концепция диссертационной работы и методологический порядок исследований.

Первая глава посвящена анализу вопросов планирования развития городских территорий. Представлены основные этапы территориального планирования и основные подходы к решению задачи обеспечения экологической безопасности развития города.

Концепции градоустройства времен индустриализации определялась установкой на обслуживание промышленных предприятий, транспортных и энергетических узлов и других хозяйственных объектов. Это привело к существенному дисбалансу развития городских территорий и значительному увеличению антропогенной нагрузки.

Для изменения ситуации, прежде всего, необходимо пересмотреть критерии оценки градостроительной деятельности и сформировать новые принципы планирования территорий, учитывающие природные условия и особенности, позволяющие повысить эффективность использования имеющихся ресурсов и снизить нагрузку на окружающую среду.

При создании планов территориального развития должны учитываться результаты анализа состояния природных ресурсов территории, антропогенной нагрузки и других факторов, определяющих состояние городской среды. Необходимо отслеживать динамику функционирования и развития всех городских подсистем, характеристики которых используются при создании генплана: населения, производства, транспортной и инженерной инфраструктуры и пр.

Анализ ситуации и принятие решений по осуществлению градостроительной деятельности связан с оценкой большого числа параметров и исследованием их взаимодействий. Сложности возникают и на пути интеграции знаний. Специалисты разных областей (экологи, строители, управленцы и т.д.) «говорят на разных языках», вкладывая в одни и те же термины разный смысл. В связи с этим проблема повышения экосоциального качества городской среды является междисциплинарной, и ее решение требует объединения информационной базы и методологических подходов различных сфер деятельности.

Именно с этих позиций сделан вывод о необходимости создания новых механизмов поддержки принятия решений по обеспечению экологической безопасности развития урбанизированных территорий на основе методов, позволяющих формировать и анализировать различные варианты решений, оценивать возможность их реализации и эффективность.

Во второй главе проведен системный анализ города как урбоэкосистемы. Рассмотрены подходы к определению свойств и особенностей функционирования УЭС. Выделены подсистемы, цели, функции и критерии для оценки состояния УЭС. Определены принципы экосистемной организации управления территориальным развитием и возможные механизмы их реализации. Проведено исследование подходов к оценке устойчивости функционирования и развития УЭС. Определены подходы к решению задачи оценки эффективности принимаемых решений в процессе управления устойчивым развитием.

В таблице 1 приведены результаты сопоставления свойств экосистемы, развивающейся в естественных условиях и экосистемы, подверженной

антропогенному воздействию.

Таблица 1 - Соотношение свойств экосистемы и урбоэкосистемы

Экосистема Урбоэкосистема

Сложность Сложность

Гибкость (наличие обратных связей) Гибкость (создание обратных связей)

Устойчивость Неустойчивое равновесие

Цикличность (переработка отходов) Производство отходов

Регулирование климата Воздействие па климат

Восстановление атмосферы Загрязнение атмосферы

Очистка воды Загрязнение воды

Адаптивность Адаптируемость

Самоорганизация Управляемое развитие

В таблице 2 представлены основные принципы экосистемной организации управления территориальным развитием и возможные механизмы их реализации.

Таблица 2 - Принципы экосистемной организации управления территориальным развитием _____

Принципы Механизмы реализации

Учет фундаментальных закономерностей развития Природы (цикличность, эволюционизм, законы термодинамики и др.) Сознательное регулирование уровня замкнутости циклов, применение технологий, построенных на закономерностях функционирования биосистем (безотходность, энергоэффективность и пр.)

Системность Учет многообразия элементов и системных связей

Биосферная совместимость Проектирование с учетом эколого-ресурсного потенциала территории и кумулятивных и синергетических эффектов

Необходимость перехода к междисциплинарной научной культуре. Разработка понятийного аппарата всех сфер деятельности с учетом экологической проблематики

Экологически ориентироватюе мировоззрение Построение новой системы ценностных ориентаций. Формирование эколого-экономическоего мышления и поведения

Цель функционирования городской экосистемы - достижение заданного

качества жизни при сохранении природно-ресурсного потенциала развития. Как любая антропогенная система, городская экосистема не способна к самовосстановлению, но в этом заложена возможность целенаправленного воздействия, которое бы позволило формировать нужные траектории развития. В связи с этим задачи экосистемного анализа УЭС могут быть сформулированы следующим образом:

- оценка текущего состояния УЭС;

- прогнозирование динамики развития;

- поиск решений для приведения системы в требуемое состояние. Модель урбоэкосистемы задана в виде кортежа 8={С, С, Е}, где в

(городская среда) - предметно-пространственное окружение, формирующее жизнедеятельность городского сообщества; С (социальная подсистема) -

совокупность элементов, взаимодействие которых обеспечивает условия для создания благоприятной среды для развития человека; Е (экономическая подсистема) - совокупность элементов, взаимодействие которых обеспечивает материальные условия жизнедеятельности общества.

Каждая подсистема состоит из набора подсистем более низкого ранга. Например, городская среда состоит из природной Р и техногенной Т среды -С={Р,Т}, которые так же можно декомпозировать: Р={Се,С!,А,В}, где (Зе -геосистема, - гидросистема, А - аэросистема, В - биосистема; Т={Рг,Ог,1}, где Рг -производственная подсистема, Ог - градостроительная подсистема, I -инфраструктурная подсистема.

Качество функционирования УЭС определяется через показатели качества функционирования отдельных подсистем (табл. 3). Рассмотрение подсистем в их единстве, взаимозависимости и взаимодействии предполагает исследование условий и факторов их устойчивого развития. Устойчивое развитие города обеспечивает его населению безопасность и высокое качество жизни при сохранении природной среды, ресурсов и экологического равновесия и является основным критерием эффективности политики управления развитием УЭС.

Таблица 3 - Функциональное описание подсистем урбоэкосистемы

Подсистема Функция Критерий

в городская среда Обеспечение безопасности и комфорта Качество городской среды

С социальная подсистема Обеспечение социальных услуг и условий для личностного роста Уровень социального благополучия

Е экономическая подсистема Удовлетворение потребности в товарах и услугах Эколого-экономическая эффективность

Устойчивое развитие подразумевает:

- удовлетворение потребностей, необходимых для существования системы;

- осознанное введение ограничений на все виды хозяйственной

деятельности;

- учет буферных возможностей окружающей среды.

Разработкой показателей и индексов устойчивого развития занимаются как ведущие международные организации (ООН, Всемирный Банк, Организация стран экономического сотрудничества и развития (ОЭСР), Европейская комиссия, Научный комитет по проблемам окружающей среды (SCOPE)), так и государственные и общественные организации на уровне стран и муниципалитетов. В работе проанализированы наиболее часто используемые системы показателей. Был сделан вывод, что с точки зрения получения наиболее объективной оценки состояния и учета особенностей города, наиболее подходящей является методика, разработанная под руководством X. Босселя в Международном институте устойчивого развития. В соответствии с

данной методикой оценивается жизнеспособность и сбалансированность функционирования шести подсистем города:

- экономическая подсистема;

- социальная подсистема;

- подсистема «Инфраструктура»;

- экологическая подсистема;

- подсистема «Индивидуальное развитие»;

- подсистема «Ресурсы».

В третьей главе представлены основные положения концепции экологически-ориентированного управления развитием УЭС. Определено понятие экосистемного проектирования и сформулированы принципы формирования городской среды, обладающей свойством биосферной совместимости.

В контексте исследуемой проблемы управление развитием УЭС рассматривается как системная деятельность, направленная на решение задач распределения территориальных ресурсов и градостроительное регулирование, обеспечивающее устойчивое развитие города. Состояния городской среды определяется набором параметров х(1)=(х,(1),х2(0....х„(1)). Внешние воздействия на систему (входные параметры) могут быть двух видов: управляющие воздействия и (генерируемые управляющей системой) и случайные возмущения V (неконтролируемые воздействия).

Реакция рассматриваемой системы на управляющие воздействия зависит как от случайных факторов, так и от выбора управляющих воздействий. Параметры состояния системы х(!) связаны с входными параметрами посредством оператора:

х(1)=Р(х0, и и[1Пм^1Ю1,1,), (1)

где х°=х(¡о) - начальное состояние системы.

Способ формирования управляющих воздействий определяет стратегию управления (способ распределения ресурсов и механизмы управления).

В диссертации вводится понятие экосистемного проектирования как комплекса методов и средств, позволяющих решать задачи формирования городской среды и определять способы практического применения научных, инженерных и управленческих навыков для преобразования требований к состоянию городской среды в набор решений на основе следующих принципов: принцип учёта жизненного цикла подразумевает анализ качественных и количественных показателей экологичности используемых технологий на всех этапах жизненного цикла строительного объекта;

принцип учета ресурсного потенциала определяет необходимость учета ресурсных ограничений (финансовых, природных, энергетических и др.) с привлечением которых будут развиваться заявленные проекты;

принцип учёта зоны воздействия и фоновой нагрузки предполагает включение процедуры оценивания зоны воздействия проектируемого объекта на прилегающие территории и вклада в фоновую нагрузку;

принцип приемлемого экологического риска определяет условия, при которых уровень экологической безопасности после реализации проектов не будет выходить за пределы, установленные нормативно;

принцип ресурсоэффективности подразумевает выбор технологий и проектных решений с учетом затрат ресурсов;

принцип альтернативности обеспечивает учет максимально возможного числа вариантов проектных решений и траекторий развития при принятии решений;

принцип согласования целей определяет необходимость учета и анализа потребностей всех целевых групп (населения, власти, бизнеса и др.), формирование системы целевых индикаторов и решение задачи согласования целей;

принцип сохранения баланса предусматривает компенсацию утраченных компонент природной среды и реабилитацию территорий, нарушенных в результате хозяйственной деятельности;

принцип эффективного использования территории подразумевает оптимизацию инфраструктурной и пространственной организации застраиваемой территории;

принцип непрерывности определяет непрерывный характер градостроительных процессов, решающих задачи проектирования и развития городской среды на основе анализа социально-экологических проблем и установленных системных связей;

принцип учета особенностей территории предполагает учет преимуществ и слабых сторон застраиваемой или реконструируемой территории.

В четвертой главе проведен анализ существующих подходов к поддержке принятия решений по обеспечению экологической безопасности развития урбанизированных территорий. Определены особенности решаемой задачи и выбраны методы и алгоритмы, позволяющие получить практически значимые результаты. Представлена методология поддержки принятия решений в процессе управления развитием урбанизированных территорий.

Задача принятия решения формулируется следующим образом: какие действия необходимо предпринять для достижения заданных значений индикаторов развития города с учетом текущего состояния, требований заинтересованных сторон и факторов внешней среды. При этом внешние воздействия могут создавать как благоприятные условия, так и быть источником всевозможных угроз, связанных прежде все с нарушением экологического баланса.

Методология поддержки принятия решений по управлению развитием УЭС определяет основные концепции, принципы, методы и критерии оценки, необходимые для обоснования принимаемых решений (рис. 1).

конщпция

Кемц УПРИ» раэаити яцмя П*НШ1 ем УЭС

Методы

Метод*« согявсоявкмл

цдгчвй _

Млтодыулраал^мия

9К0ЛОГИЧ«СЯ«А

Сезсгксность»

МвТФДМОЦМКЙ ЭКОЛОГО-

экономичвекоа »ФФчштивт»сти

Сисгемместь

Экологически ерментмроеонм»« _**иреед*арение

вмееферная сое*ее«т«я»сть

Учет фундаментальных эакеиемериестей раэаитмя _акесистем

Качестве геройской среды

Урееень к«ця*льнвг» влагопеяучия

Эк»л»г«.экамоммч«емая

>фф«ШИ|Н*С1к

Рис. 1. Методологии поддержки принятия решений по управлению развитием УЭС Для получения практически значимых результатов при построении моделей развития города необходимо учитывать следующие особенности:

- описываемая система является сложноформапизуемой;

- разнообразие факторов (социальных, экономических, экологических и др.) формирует среду, где действуют самые разные законы, интегральный эффект которых трудно предсказать;

- многие взаимосвязи между элементами системы не поддаются количественному описанию;

- исходная информация неоднородна и, как правило, противоречива;

- анализируемые факторы, правила поведения и свойства, характеризующие систему, обладают существенной неопределенностью;

- существует возможность изменения структуры модели и появления новых системных связей.

Выявленные особенности определили выбор методов моделирования. Наиболее приемлемыми в данном случае являются методы «нечеткого» когнитивного моделирования, методы системной динамики, нечеткой многокритериальной оптимизации и нечеткого вывода.

Системно-динамические модели используются для анализа динамики развития процессов, влияющих на экологическую безопасность города и получения, на основе имитационных экспериментов, оценок для нормирования нагрузок на урбоэкосистему.

На основании знаний экспертов выявляются наиболее значимые факторы, причинно-следственные соотношения между ними и строятся потоковые диаграммы, которые являются формой структуризации знаний экспертов.

Значения каждого из анализируемых уровней описываются балансовыми уравнениями: ¿¿[У(0М=УГ1Г-У„ш, где темпы V« и Уеш характеризуют соответственно входящие и выходящие потоки и определяются из уравнений темпов. Внешние воздействия и управленческие решения определяют темп (динамику) развития исследуемой ситуации.

С помощью когнитивного моделирования осуществляется генерация сценариев развития с заданными параметрами. Последовательность задач для

построения сценарных прогнозов развития территории на основе нечетких когнитивных моделей может быть представлена следующим образом:

1) выявление базовых факторов, характеризующих развитие территории;

2) выявление взаимовлияний факторов;

3) построение когнитивной модели;

4) выявление возможных сценариев развития;

5) определение критериев оценки сценариев;

6) оценка сценариев и выявление наилучшего с точки зрения выбранных критериев.

Когнитивная карта - взвешенный орграф СЛ(У,Х), с помощью которого определены отношения между факторами системы, в котором:

- множество вершин взаимно однозначно соответствует совокупности V рассматриваемых факторов;

- если влияние фактора на фактор хр положительно (отрицательно), то в графе О проводится дуга а^ с весом (-и^) от вершины X; к ху Число ыу е [0,1] - оценка степени воздействия фактора х-, на

Для определения силы влияния (веса ребер) используются методы прямого оценивания, парного сравнения, расчета коэффициента корреляции. Тенденция изменения факторов определяется набором лингвистических переменных со значениями «Не изменяется», «Слабо растет (снижается)», «Умеренно растет (снижается)» и т.п. Каждой лингвистической переменной соответствует определенный числовой эквивалент в шкале [0,1] с соответствующим знаком.

В соответствии с методологией сценарного прогнозирования для выявления возможных сценариев развития системы строится импульсный процесс. Приращение тенденций изменения факторов определяется из формулы:

Р, С +1) = Х><, р/0,£ = 1,.., ЛГ, (2)

где (г) = XI (0 - х,- (г-1)

/,• - множество номеров факторов от которых идут дуги к вершине Если есть внешние воздействия, то уравнение (1) преобразуется к виду:

Р,(г+1) = 5>Л(0 + р;(') (3)

м-

где ру(г) - внешний импульс, влияющий на состояние системы через фактор х} в момент времени Л

Развитие ситуации во времени под действием различных воздействий, выражающихся в изменении значений факторов, представляет процесс изменения состояний системы. Выбирая различные варианты влияния на факторы, которые выбраны в качестве управляющих, можно генерировать альтернативные сценарии развития и оценивать эффективность возможных решений по критерию близости к целевым значениям наблюдаемых факторов.

Для решения задачи согласования целей развития подсистем УЭС и оценки соотношения эколого-ресурсного потенциала территории и экологической нагрузки используется подход, основанный на теории нечетких множеств и возможностей.

Модель отношений между характеристиками УЭС задается с помощью графа С=(Х,Е,Е), где X множество вершин (характеристики, описывающие состояние системы) множество дуг Е={(Х„ Х})}, причем (X,-, Х;) е Е, только если значение х1 характеристики X, непосредственно зависит от значения х} характеристики Хг ^=//7 - множество функций связи между характеристиками системы =/А,1,...,д',л). Показатели качеств б/ (качество городской среды),62 (социальное благополучие), £Ь(эколого-экономическая эффективность) моделируются в виде нечетких множеств б,,-..,б3:

а

яг»й(я.)

--1,..,3

(4)

Здесь без ограничения общности предполагается, что числовые характеристики д1г д2, д3 зависят только от значений числовых характеристик верхнего уровня - ...х^ иерархического графам, = <21(хк1,...,хк ), где -

выбранные количественные характеристики, которые используются при определении нечетких множеств £>,.

Возможность реализации значений характеристик Х1 е У$ ={х. ,...,Х1 } нижнего уровня графа в моделируется в виде распределения нечетких множеств

Х;^«*,,»^,)))^^ = .....]т,

где - возможность того, что характеристика X, может принимать значение

X], например функция принадлежности для показателя «уровень озеленения» (рис. 2) максимальная возможность - 20 кв.м на чел.

20 40 60

Рис. 2. Функция принадлежности показателя «уровень озеленения»

Ограничения на значения характеристик X j е V, = (Хл.....Х1 ) нижнего

уровня (технологические, экономические, экологические) представлены в следующем виде:

ЯАх. .....х. )5К?,» = 1,Г или

1

.....)>«°,( = и;

(5)

(6)

где я®, г = 1,г - пороговые значения (константы).

Метод поэлементной декомпозиции предполагает, начиная с характеристик предпоследнего уровня -X, е вычисление возможности х,, в соответствии с

принципом обобщения Л. Заде, на основании возможности х^ для всех XjeГv

Возможность достижения требуемых значений характеристик для всех х е гх определяется из:

А(*,) = тах А1(х.)Л...Лд(х.),х,.еЛ1 ^ (7)

гЩ.....х.)

где алЬ-тт(а,Ь).

Возможность достижения цели //¿>, = К?,,/^ (?,))}, 1 = 1..М

тах (8)

*к.- .....ч )

1 р 1 р

Оптимальные требования к характеристикам системы, показателям качества и оценки степени достижения цели находятся в результате решения задачи:

(<7,)Л-Л/%, л//по, (4м) тах, (9)

где переменными являются значения характеристик нижнего уровня.

Представленные выше методы реализованы в информационно-аналитической системе поддержки принятия решений (НАС ППР) по управлению развитием УЭС (рис. 3).

Основная функция системы заключается в формировании рекомендаций по выбору решений, обеспечивающих экологически безопасное развитие города.

Система предназначена для решения следующих задач:

- структурирование и статистическая обработка данных о состоянии городской среды;

- оценка рисков и возможных экологических последствий реализации разрабатываемых планов и программ развития территорий;

- прогнозирование состояния городской среды на основе когнитивных, системно-динамических и иерархических моделей;

- анализ эколого-экономической эффективности стратегических планов и программ.

эколого-экономической эффективности планов и программ развития.

Стратегия экологической безопасности развития территорий подразумевает создание комплексной системы взаимосвязанных процедур, обеспечивающих сопровождение всех проектов, планов и программ развития и позволяющей решать задачи идентификации рисков, классификации угроз и оценки рисков.

Для расчета коэффициента биосферной совместимости проектов градостроительной деятельности необходимо иметь четкие количественные оценки влияния каждого фактора на экологическую нагрузку и уровень эколого-ресурсного потенциала. В реальных условиях получить такие оценки достаточно сложно. Высокий уровень неопределенности факторов, влияющих на баланс природной и техногенной среды, и отсутствие достаточно эффективных методик для оценки природно-ресурсного потенциала территории предполагает применение более гибких механизмов для оценки экологической

безопасности планируемой градостроительной деятельности. Предлагаемая в диссертации концепция управления экологической безопасностью развития города основана на возможности моделирования различных вариантов функционирования и развития УЭС в условиях высокого уровня неопределенности, и оценки возможных рисков и потерь, связанных с принятием неэффективных управленческих решений.

Экологическая безопасность в соответствии с Федеральным законом "Об охране окружающей среды" определяется как «состояние защищенности природной среды и жизненно важных интересов человека от возможного негативного воздействия хозяйственной и иной деятельности, чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, их последствий». Для обеспечения экологической безопасности необходимо оценить неопределенность, связанную с антропогенным воздействием и создать систему мер, позволяющих минимизировать негативные последствия хозяйственной деятельности.

На рис. 4 представлен процесс реализации событий, приводящих к нарушению экологической безопасности.

увеличение

нагрузки '

нарушение

правит

•жсплуатацшг

аварии

и ДР-

Реализация ашротюгавснх угроз

Накоплена« негативных фпкторов

здгря-атмосферы •мгря-шешм

ПОЧВ

'' •загрязнение водной среди шумовое : ■загрязнение злеиромапштн оеэагржнемге:. Идр : : :

X

потеря

устоГрпговоспг тмс-нешк климата потеря;

. биоразнообразга пдр. ■

Нарушение условий функционирования

Воздействие на человекап 00

. • ухудшение .: фгопческого .

здоровья - ■ ,

♦ ухудшение ;; ; психического

: здоровья ."'■■}/:

♦ ухудшение качества ОС

—

Рис. 4. Процесс реализации угроз экологической безопасности Цепь управления экологической безопасностью развития города -минимизация воздействий на окружающую среду при реализации градостроительных проектов.

Задача управления безопасностью развития УЭС сформулирована следующим образом: требуется найти последовательность управлений, которая удовлетворяет ограничениям и обеспечивает максимально возможное уменьшение антропогенной нагрузки.

Первым этапом процесса управления экологической безопасностью является идентификация рисков - выявление угроз и определение степени их опасности. Для этого необходимо выявить источники угроз, а так же их характеристики (пространственные, временные и др.), необходимые для оценки рисков.

Под экологическим риском будем понимать функцию возможности Р реализации отдельным источником угрозы (Б) отдельной потенциальной уязвимости (I) и результирующего влияния ((/) этого события на экосистему города:

(10)

Приемлемый экологический риск - это риск, который гарантирует определенный в данной местности и в данное время уровень экологической безопасности. «Приемлемый экологический риск» считается оправданным и предполагает наличие воздействий на природу ради достижения того или иного экономического эффекта.

В представленной интерпретации «приемлемый риск» является показателем биосферной совместимости намечаемой деятельности, т.к. позволяет оценить возможные последствия принимаемых решений с точки зрения сохранения имеющегося на данной территории эколого-ресурсного потенциала.

В качестве рисков экологической безопасности в работе рассматриваются:

- превышение допустимой антропогенной нагрузки;

- превышение допустимого уровня загрязнения различных сред.

Сложная система нелинейных связей, определяющих взаимовлияние

различных угроз и отсутствие необходимой информации для получения статистических оценок, значительно осложняют задачу оценки экологических рисков. Использование аппарата нечетких множеств позволяет включать в анализ качественные переменные и использовать стандартные правила преобразования нечетких данных в четкие числа и алгоритмы нечеткого вывода.

Интегральный экологический риск рассматривается как сумма риска превышения допустимой антропогенной нагрузки и рисков превышения допустимого уровня загрязнения различных сред. В качестве потенциальных угроз экологической безопасности определены:

1) изношенность технологического оборудования и инфраструктуры;

2) увеличение потребления ресурсов;

3) увеличение объема бытовых и промышленных отходов;

4) принятие неэффективных проектных решений;

5) загрязнение атмосферы;

6) загрязнение водной среды;

7) загрязнение почвы;

8) шумовое воздействие.

Каждая угроза описывается двумя параметрами: возможность реализации (Р) и величина ущерба (Ц) и оценивается по шкале от 0 до 1.

Нечеткий логический вывод для оценки экологических рисков включает в себя следующие основные этапы: заполнение базы правил, фаззификацию входных переменных, агрегирование подусловий, активизацию подзаключений, аккумуляцию заключений и дефаззификацию выходных переменных. На этапе заполнения базы правил происходит формализация эмпирических знаний о

предметной области в виде нечетких продукционных правил. На этапе фаззификации для каждой входной переменной строится соответствующая ей функция принадлежности. После фаззификации определяется степень истинности условий по каждому из правил и находится степень истинности каждого из подзаключений. Полученные функции принадлежности по всем правилам объединяются, и находится количественное значение для выходной переменной (дефаззификация).

Оценка экологического риска является частью процедуры анализа эколого-экономической эффективности планов, программ и проектов.

В результате эколого-экономического анализа определяется величина воздействия на окружающую среду и соотношение затрат и выгод реализуемых проектов (рис. 5).

Рис. 5. Схема эколого-экономического анализа

Следует отметить высокий уровень неопределенности при определении количественных характеристик экологических затрат и выгод которые как правило зависят от взаимодействия социальных экологических и экономических факторов, закономерность изменения которых трудно спрогнозировать на длительный период времени. В связи с этим, для оценки отдельных показателей предлагается использовать нечеткие оценки.

На рис. 6 представлен обобщенный алгоритм оценки эколого-экономической эффективности проектов развития территорий. Определение чистой приведенной стоимости экологических затрат и выгод (NPV(Net Present Value)) проводится методом дисконтирования экологических затрат и экологических выгод, включаемых в анализ экономической эффективности проекта с учетом потери ресурсов с длительным сроком существования в соответствии с методикой, представленной в работе Медведевой O.E. Для расчета используются следующие показатели: экологические и социальные

выгоды (Be,); экологические и социальные затраты (Се,); процентная ставка перерасчета будущих потоков доходов в единую величину текущей стоимости (г); год оценки (t); период времени, учитываемый в анализе (Т); капитализированная стоимость утраченного природного ресурса или стоимость его замещения (Vr). Так как для оценки параметров Be, и Се, используются нечеткие переменные, то перед расчетом NPV проводится процедура дефазификации по методу центра тяжести.

Рис. 6. Обобщенный алгоритм оценки эколого-экопомнческой эффективности проектов развития территорий

В шестой главе рассмотрен пример реализации разработанных подходов для решения задачи оценки сценариев развития г. Волгограда с позиций устойчивого развития.

В качестве исходной информации для построения моделей использовались официальные данные Федеральной службы государственной статистики РФ, материалы государственного доклада «О состоянии и об охране окружающей среды Российской федерации» в 2011 году, материалы Генерального плана развития г. Волгограда, стратегического плана и др. Анализ проводился по 28 факторам (таб. 4) в соответствии с методикой, представленной в четвертой главе диссертации.

Сценарное моделирование проводилось на период до 2020 г. Начальные тенденции определялись по статистическим данным 2008-2012 г.г. (для количественных показателей) и на основе экспертных оценок (для

качественных показателей).

Таблица 4 - Тенденции изменения факторов

Обозначение Название фактора Начальная тенденция Изменение начальных тенденций факторов

X, Уровень физического комфорта -0,2

X? Уровень экологической безопасности -ОД

Хз Уровень психологического комфорта -0,2

.. Уровень потребления 0,2

X! Уровень социальной безопасности -0,1

Конкурентоспособность территории ОД

*7 Эффективность использования ресурсов -0,2

X» Уровень развития общественных пространств 0

X» Уровень развития инфраструктуры 0,1

*10 Общий уровень загрязнения 0

*![ Эстетическая привлекательность территории -0,2

Эколого-ресурсный потенциал территории 0

Х|3 Нагрузка на экосистему города 0,1

Эффективность использования территории -од

XI} Доля озелененных территорий рекреационного назначения 0 0,3

*'« ... Уровень материального благополучия од 0,2

Х17 Доля «зеленых» объектов 0 0,1

Хтя Доля утилизируемых отходов 0 0,2

Эффективность экологического менеджмента 0,1 ОД

х20 Уровень развития ресурсосберегающих технологий 0 ОД

Уровень озеленения -0,3 0,2

хй Обеспеченность объектами соц., культ и спорт, назначения од ОД

Х2, Жилищный фонд од ОД

Х24 Протяженность дорог 0 0

*И Рекреационный потенциал территории 0 ОД

Прирост автомобильного транспорта 0.2 ОД

*27 Общий объем выбросов загрязняющих веществ (без учета авто) -од -0,2

Рис. 7. Когнитивная карта развития г. Волгограда

На основе ретроспективного анализа было показано соответствие моделируемых значений реальным показателям, что позволяет сделать вывод об адекватности построенной модели.

В данном случае полученный прогноз свободного развития УЭС (при сохранении начальных тенденций) показывает негативные тенденции. Тогда как управление в соответствии с выбранным сценарием позволяет улучшить ситуацию (рис 8).

Качество городско/ среды Уровень сщиалшоботиолучя Эшого-экзтаииесм» *5фе™ввость ! - На'Шькоё шчеит 2-Свободное раяктяе З-Упрвте наеризвте

Рис. 8. Когнитивная карта развития г. Волгограда

На основе анализа различных комбинаций тенденций управляющих факторов было установлено, что даже небольшие изменения факторов, связанных с экологической нагрузкой - «Уровень озеленения», «Доля утилизируемых отходов» и др., положительно влияют на все наблюдаемые факторы. Данный факт позволяет говорить о возможности корректировки распределения бюджетных ресурсов в сторону увеличения затрат на природоохранные мероприятия без существенного изменения показателей социального и экономического развития.

С использованием данной модели проведена оценка различных стратегий развития города с позиции устойчивого развития с учетом влияния синергетических и кумулятивных эффектов.

Для решения задачи согласования целей развития городской системы и оценки степени их достижения при введенных ресурсных ограничениях на основе методики, описанной в четвертой главе диссертации, рассчитана степень достижения показателей качества УЭС (качество городской среды, социальное благополучие, эколого-экономическая эффективность). Факторы, влияющие на показатели качества, приведены в табл. 4.

Отношения между значениями показателей качества (<?,, д2, ц3) и факторами xi заданы в виде графа (рис. 9).

Результаты расчетов (значения целевых показателей и соответствующие им значения факторов х15,...,х27) приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Результаты решения задачи согласования целей__

Степень достижения генеральной дели (сбалансированное развитие города) (Хо) 0,76

Степень достижения высокого качества городской среды (к{) 0,80

Степень достижения высокого уровня социального благополучия (\г) 0,76

Степень достижения желаемой экономической эффективности (Хз) 0,82

Доля озелененных территорий рекреационного назначения 60%

Уровень материального благополучия (отношение душевых доходов к величине прожиточного минимума) 3,5

Доля «зеленых» объектов строительства 10%

Доля утилизируемых отходов 30%

Эффективность экологического менеджмента 0,6

Энергоэффекгивность 0,4

Уровень озеленения (м2/ чел) 22

Жилищный фонд (млн.кв.м) 32

Прирост автомобильного транспорта (%) 6

Общий объем выбросов загрязняющих веществ (без учета авто., тыелг) 70

Для оценки отдельных показателей и проверки обоснованности экспертных оценок при формировании сценариев развития города использовались системно-динамические модели. В частности, построена модель влияния автотранспорта на загрязнение атмосферы и проанализирована степень снижения уровня загрязнения в результате проведения мероприятий по озеленению (рис. 10).

Нормализованная концентрация кислорода (критерий оценки)

Объем кислорода помещаемого единицей транспорта

Объем кислорода погл ощйемого транспортом

25

Качество воздуха 4

^ Нормализованная концентрация углекислого газа (крикгрий оценки)

Объем

Коицеиграцин кислорода

атмосферь

Объем углекислого газа поглощаемого гек1аром посадок

i

Объем углекислого газа поглощаемого посадками

Объем кислорода выделяемого посадками

Объем кислорода выделяемого

riiKTiipOM гюсидок^

Автотранспорт

1

Темп роста дпгогрл<чспорт«ч

Концентра ц и я

углекислого газа

Объем углекислого ^^ газа Е1ыделнемого ашотрв wr: портом ^^Ц

.. Объем углекислого газа выделвемого одной ^диниц^й д&тотранспорта

Озеленение

Темп посадок деревьев

Рис.10. Системно-динамическая модель «Автотранспорт-озеленение» (Реализовано в системе Vensim 5.0.) Модель состоит из четырех накопителей: концентрация кислорода, концентрация углекислого газа, озеленение (площадь посадок), автотранспорт (количество активно используемых транспортных средств). Стрелками обозначены потоковые связи. Изменение темпов задается с помощью уравнений темпов, описанных в работе. В качестве основных управляющих воздействий (регуляторов модели) используется увеличение количества зеленых насаждений и снижение количества автотранспорта. Уровень загрязнения определяется через отклонения концентраций углекислого газа и кислорода от нормальных значений. За единицу измерения времени взят месяц. Длина прогноза - 10 лет.

На основе данной модели проведен - анализ сложившейся динамики изучаемых процессов и получены оценочные значения для максимальных отклонений концентраций кислорода и углекислого газа в течение года. Определены количественные показатели взаимовлияния факторов «Озеленение», «Автотранспорт» и «Качество воздуха». Полученные результаты позволили провести предварительную оценку необходимого объема работ по озеленению города.

Апробация метода оценки экологических рисков проводилась на примере оценки проектов автомобильной дороги Мб «Каспий» на участке «Обход г. Волгограда. Южная часть» и автомобильной дороги «III-я Продольная магистраль г. Волгограда».

Рассматривались следующие угрозы (этап эксплуатации дороги): - загрязнение атмосферы (мощность эмиссии СО, CnHm, NOx в воздушную среду, мощность эмиссии в воздушную среду соединений свинца в

виде аэрозолей, уровень запыленности воздуха);

- загрязнение водной среды (величина фактического сброса взвешенных веществ с поверхностными сточными водами, величина фактического сброса нефтепродуктов с поверхностными сточными водами, величина фактического сброса свинца с поверхностными сточными водами);

- загрязнение почвы (уровень загрязнения поверхностного слоя почвы свинцом);

- шумовое воздействие (уровень звукового давления).

Проанализировано влияние на реализацию угроз экологической

безопасности факторов: интенсивность транспортного потока, объем грузоперевозок, степень рассеяния загрязняющих веществ, озеленение территории и др.

Каждый параметр был представлен соответствующей лингвистической переменной, для которой задано терм-множество значений и определены соответствующие функции принадлежности.

Экспертные знания в области оценки риска были формализованы в виде системы нечетких продукционных правил. Например, правила для угрозы «Шумовое воздействие» сформулированы в следующем виде:

IF [Интенсивность транспортного потока IS Очень Низкий] AND [Объем грузоперевозок IS Очень Низкий] THEN [Шумовое воздействие IS Очень Низкий];

IF [Интенсивность транспортного потока IS Очень Низкий] AND [Объем грузоперевозок IS Низкий] THEN [Шумовое воздействие IS Низкий];

и т.д.

Алгоритм нечеткого вывода реализован с использованием метода Мамдами. Дефаззификация выходной лингвистической переменной "Интегральный экологический риск» проводилась методом центра тяжести. Для проекта «Обход г. Волгограда. Южная часть» интегральный риск оценен в 38%, для проекта «III-я Продольная магистраль г. Волгограда - 43,3%.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Главным результатом работы является научно-обоснованное решение проблемы поддержки принятия решений по обеспечению экологически безопасного функционирования и развития урбоэкосистемы.

1. Показана необходимость создания единого подхода к управлению развитием городских территорий с учетом принципов биосферной совместимости, системных связей, требований и ограничений. Определены основные принципы экосистемного проектирования городских пространств, на основе которых должна решаться задача преобразования требований к состоянию городской среды в набор решений, позволяющих в наибольшей степени удовлетворять эти требования в течение всего жизненного цикла развития города. Разработан комплексный подход к экологически-ориентированному планированию развития урбанизированных территорий.

2. Проведен системный анализ города как урбоэкосистемы. Выявлены особенности функционирования экосистемы города. Представлены результаты

сравнительного анализа свойств экосистемы и урбоэкосистемы. Сформулированы основные принципы биосферосовместимой организации управления территориальным развитием и возможные механизмы их реализации. Построена модель управления развитием УЭС. В целях усовершенствования процесса принятия решений при создании стратегий сбалансированного развития города предложено использовать методологию сценарного прогнозирования и нечеткого моделирования.

3. Определены основные этапы процесса поддержки принятия решений при планировании развития городских территорий. Проведен анализ подходов к оценке устойчивости функционирования урбоэкосистемы и способов формирования критериев оценки эффективности решений в процессе управления развитием. Представлена концепция управления устойчивым развитием урбанизированных территорий.

4. Разработана методология поддержки принятия решений по обеспечению экологической безопасности развития территорий, включающая:

- метод генерации и оценки стратегий развития урбанизированных

территорий на основе когнитивных и системно-динамических моделей;

- метод согласования целей развития;

- метод оценки экологических рисков;

- метод оценки эколого-экономической эффективности проектов

территориального развития.

5. Разработаны системно-динамические модели для оценки отдельных показателей развития города. На основе построенных моделей проведены имитационные эксперименты и получены оценки для экологической нагрузки, эффективности использования ресурсов и др. В частности, установлена зависимость степени снижения уровня загрязнения в результате проведения мероприятий по озеленению и получены оценочные значения для максимальных отклонений концентраций кислорода и углекислого газа в течение года.

6. Разработан подход к управлению экологической безопасностью городского развитая. Формализовано понятие «приемлемого риска» как критерия биосферной совместимости намечаемой деятельности, позволяющей оценить соотношение эколого-ресурсного потенциала территории и экологической нагрузки в условиях высокого уровня неопределенности факторов, влияющих на развитие ситуации. Это позволило сформировать единый подход к выбору экологически безопасных градостроительных проектов. Проведены расчеты экологических рисков для проектов автомобильной дороги Мб «Каспий» на участке «Обход г. Волгограда. Южная часть» и автомобильной дороги «Ш-я Продольная магистраль г. Волгограда».

7. На основе анализа подходов к принятию решений о реализации как отдельных проектов строительства, так и стратегических программ развития территорий, сделан вывод о необходимости введения процедуры обоснования эколого-экономической эффективности. Сформулированы условия выбора вариантов развития территорий с учетом требований, определенных в результате проведения экологического оценивания. Предложен алгоритм оценки эколого-экономической эффективности проектов, планов и программ развития

урбанизированных территорий, учитывающий экологическую составляющую стоимости проектов.

8. Результаты работы использовались при выполнении научно-исследовательских работ, поддержанных РФФИ и администрацией г. Волгограда. Разработанные методы применялись в работе по обоснованию предложений по корректировки стратегического плана устойчивого развития Волгограда. На основе разработанных моделей и алгоритмов были решены задачи по оценке принимаемых решений в процессе выбора стратегий развития Волгограда и определены условия получения стабильных позитивных показателей с точки зрения устойчивого развития. В частности, получены оценки по обоснованию затрат на озеленение территории. Представлены рекомендации по согласованию программ развития города отдельных департаментов.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Монография

1. Садовникова, Н. П. Экологическая безопасность города: поддержка принятия решений : монография / Н. П. Садовникова. - М. : Спектр, 2013. -164 с.

Публикации в ведущих российских рецензируемых научных журналах

2. Садовникова, Н. П. Разработка концепции системы поддержки принятия решений по обеспечению экологической безопасности развития городских территорий / Н. П. Садовникова, Б. X. Санжапов, Е. П. Гнедкова // Вестник ВолгГАСУ. Серия «Строительство и архитектура». - 2011. - № 25 (44). - С. 427-432.

3. Садовникова, Н. П. Применение когнитивного моделирования для анализа эколого-экономической эффективности градостроительных проектов [Электронный ресурс] // Интернет-вестник ВолгГАСУ : серия Строительная информатика. - 2011. - Вып. 5 (14). - Режим доступа : http://vesta¡k.vgasu.ru/attachments/Sadovnikova-2011_5(14).pdf

4. Садовникова, Н. П. Концептуальная модель процесса поддержки принятия решений в условиях неопределённости исходной информации на основе онтологического подхода / Н. П. Садовникова, Ю. С. Львова, Б. X. Санжапов // Открытое образование. - 2011. -№ 2. - С. 185-187.

5. Санжапов, Б. X. Применение методов мягких вычислений и когнитивного моделирования в задачах прогнозирования экологической безопасности строительства / Б. X. Санжапов, Н. П. Садовникова // Экология урбанизированных территорий. - 2011. - № 4. - С. 36-40.

6. Садовникова, Н. П. Общие вопросы применения методологии имитационного моделирования для оценки эколого-экономической эффективности проектов градостроительной деятельности / Н. П. Садовникова, А. К. Ермощенко // Известия ВолгГТУ. Серия «Актуальные проблемы управления, вычислительной техники и информатики в технических системах». - 2011. - № 9. - С. 94-97.

7. Садовникова, И. П. Информационно-аналитическая поддержка задач

стратегического экологического оценивания безопасности гражданских территорий / Н. П. Садовникова, Б. X. Санжапов // Вестник ВолгГАСУ. Серия «Строительство и архитектура». - 2011. - № 25 (44). - С. 421-426.

8. Санжапов, Б. X. Согласование целей при эколого-экономическом обосновании градостроительного проекта с учетом ограничений на значения характеристик, входящих в систему средств, в условиях нечёткой информации / Б. X. Санжапов, Н. П. Садовникова // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного ун-та : серия Строительство и архитектура. - 2011. - № 21. - С. 151-159.

9. Садовникова, Н. П. Выбор стратегий территориального развития на основе когнитивного анализа и сценарного моделирования [Электронный ресурс] / Н. П. Садовникова, Н. П. Жидкова // Интернет-вестник ВолгГАСУ : серия Строительная информатика. - 2012. - № 7 (21). - Режим доступа : http://vestnik. vgasu.ru/attachments/Sado vnikovaZhidkova-2012_7(21).pdf.

10.Садовникова, Н. П. Особенности выбора методов поддержки принятия решений в задачах обеспечения экологической безопасности развития городских территорий [Электронный ресурс] / Н. П. Садовникова, Ю. С. Львова, Е. П. Гнедкова // Интернет-вестник ВолгГАСУ : серия Строительная информатика. - 2012. - № 7 (21). - Режим доступа : http://vestnik. vgasu.ru/attachments/SadovnikovaL vovaGnedkova-2012_7(21).pdf

11.Садовникова, Н. П. Применение агентного моделирования для построения сценариев стратегического развития / Н. П. Садовникова, А. С. Киктев // Известия ВолгГТУ. Серия «Актуальные проблемы управления, вычислительной техники и информатики в технических системах». - 2012 -№4(91).-С. 144-147.

12.Садовникова, Н. П. Управление экологическими рисками проектов территориального развития [Электронный ресурс] / Н. П. Садовникова, М. С. Кузнецов, С. А. Васильев // Интернет-вестник ВолгГАСУ : серия Строительная информатика. - 2012. - № 8 (24). - Режим доступа : http^/vestnik.vgasu.ru/attachments/SadovnikovaKusnetsov-2012_8(24).pdf

13.Парыгин, Д. С. Построение траекторий территориального развития на основе методов сценарного прогнозирования [Электронный ресурс] / Д. С. Парыгин, Н. П. Садовникова, Н. П. Жидкова // Интернет-вестник ВолгГАСУ : серия Строительная информатика. - 2012. - № 8 (24). - Режим доступа : http://vestnik.vgasu.ru/attachments/ParyginSadovnikova-2012_8(24).pdf

14.Садовникова, Н. П. Оценка эколого-экономической эффективности планов территориального развития / Н. П. Садовникова // Известия ВолгГТУ. Серия «Актуальные проблемы управления, вычислительной техники и информатики в технических системах». - 2013. - № 8 (111). - С. 72-76.

15.Санжапов, Б. X. Поддержка принятия решений при планировании развитая городских территорий на основе эгосистемного подхода / Б. X. Санжапов, Н. П. Садовникова // Вестник ВолгГАСУ. Серия «Строительство и архитектура» - 2013. - № 31 (50). - Ч. 2. - С. 577-585.

16.Садовникова, Н. П. Подходы к оценке устойчивости функционирования и развития города как урбоэкосистемы [Электронный ресурс] // Интернет-

вестник ВолгГАСУ : серия Строительная информатика. - 2013. - № 9 (26). -Режим доступа : http.7/vestnik.vgasu.ru/attachments/Sadovnikova-2013_9(26).pdf

Статьи в сборниках трудов международных и всероссийских научных конференциях и других изданиях

17. Садовникова, Н. П. Совершенствование механизмов прогнозирования последствий негативного воздействия намечаемой хозяйственной деятельности (строительства) для принятия обоснованных инвестиционных решений // Технологии разработки информационных систем ТРИС-2011 : матер. II междунар. науч.-техн. конф. / ФГАОУ ВПО «Южный федеральный ун-т», Технологический ин-т в г. Таганроге. - Таганрог, 2011. - Т. II. - С. 44-46.

18. Садовникова, Н. П. Стратегическое экологическое оценивание как основа формирования экосистемных знаний для решения задач территориального развития / Н. П. Садовникова, Б. X. Санжапов // Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе IT+SE'2012 : приложение к журналу «Открытое образование» : матер. ХХХХ межд. конф. X межд. конф. молодых учёных (майская сессия, Крым, Ялта-Гурзуф, 25 мая - 4 июня 2012 г.) / ИЛУ РАН, ГУ-ВШЭ, МГУПИ [и др.]. -М., 2012. - С. 203-205.

19. Садовникова, Н. П. Сценарный подход в решении задач стратегического планирования развития урбанизированных территорий / Н. П. Садовникова, Е. П. Гнедкова // Технологии разработки информационных систем ТРИС-2012 : матер. III междунар. науч.-техн. конф., 9 сент. 2012 г. / ФГАОУ ВПО «Южный федеральный университет». - Ростов-на-Дону, 2012. - Т. 2. - С. 121-124.

20. Садовникова, II. П. Построение моделей развития города. Системно-динамический подход / Н. П. Садовникова, Д. С. Парыгин, Е. В. Манунина // Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании '2012 : сб. науч. тр. SWorld по матер, междунар. науч.-практич. конф., 18-27 дек. 2012 г. - Одесса : КУПРИЕНКО, 2012. - Вып. 4. - Т. 13. - С. 73-76.

21. Sadovnikova, N. Р. Quality management of urban environment using the system dynamics method [Electronic resource] / N. P. Sadovnikova, D. S. Paiygin, E. V. Manunina // Modern scientific research and their practical application. - 2013. -Is. 4 (J113). - Vol. J11307. - P. 176-182. - Mode of access: http://sworld.com.ua/e-joumal/j 11307.pdf.

22. Дроботов, А. С. Применение метода имитационного моделирования для анализа рисков инновационного проекта / А. С. Дроботов, Н. П. Садовникова // Системные проблемы надёжности, качества, инф.-телекоммуникац. и электрон, технологий в управл. инновационными проектами: (Инноватика-2008) : матер, междунар. конф. и рос. науч. школы / Науч. центр «АСОНИКА» [и др.]. - М., 2008. - Ч. 2. - С. 20-22.

23. Дроботов, А. С. Использование имитационного моделирования для поддержки принятия решения в управлении рисками проекта / А.С. Дроботов, Н. П. Садовникова // Открытое образование : матер. XXXVI междунар. конф. и дискус. науч. клуба IT+SE409, майская сессия, Ялта-Гурзуф : приложение к журн. - 2009. - С. 138-140.

24. Дроботов, А. С. Анализ эффективности инновационных проектов технических систем / А. С. Дроботов, А. Г. Кравец, Н. П. Садовникова II Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании '2012 : сб. науч. тр. SWorld по матер, междунар. науч.-практич. конф., 18-27 дек. 2012 г. - Одесса : КУПРИЕНКО, 2012. - Вып.4.-Т. 5.-С. 93-97.

25. Санжапов, Б. X. Поддержка принятия решений при анализе проекта программы развития региона с учётом возможности реализации характеристик входящих в неё средств в условиях нечёткой информации / Б. X. Санжапов, Н. П. Садовникова, А. А. Герасименко, И. С. Калина II Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе (IT+SEM0). Майская сессия (Украина, Крым, Ялта-Гурзуф, 20-30 мая 2010 г.) : матер. XXXVII мезвдунар. конф. и дискуссионного науч. клуба : прилож. к журн. «Открытое образование»/РАН [и др.]. -2010. - С. 178-179.

26. Санжапов, Б. X. Подходы к формированию градостроительной политики на основе принципов экосистемного проектирования / Б. X. Санжапов, Н. П. Садовникова II Биосферная совместимость: человек, регион, технологии. -2013 -№ 1-С. 52-57.

27. Парыгин, Д. С. Концепция информационно-аналитической системы управления развитием города / Д. С. Парыгин, В. А. Камаев, Н. П. Садовникова, А. Ю. Миронов // Инновационные информационные технологии : матер, междунар. науч.-практич. конф., Прага, 22-26 апреля 2013 г. - М. : МИЭМ НИУ ВШЭ, 2013. - Т. 4. - С. 205-213.

28. Садовникова, Н. П. Методология комплексного анализа планов развития урбанизированных территорий / Н. П. Садовникова, М. Б. Кульцова, Е. П. Гнедкова // Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе (ГГ+SE" 13) : матер. XLI междунар. конф. и дискуссионного науч. клуба : прилож. к журн. Вестник Московского университета им. С.Ю. Витте : Серия 1: Экономика и управление. - 2013. - С. 186-188.

29. Sadovnikova, N. P. Scenario forecasting of sustainable urban development based on cognitive model / N. P. Sadovnikova, E.P. Gnedkova [et al] // ICT, Society and Human Beings 2013 : Proceedings of the IADIS International Conference, Section I, Prague, Czech Republic, 24-26 July 2013. - IADIS Press, 2013. - P. 115119.

Свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ

30. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011610279. Программный комплекс для идентификации моделей по экспериментальным данным на основе методов самоорганизации / Садовникова Н. П., Гнедков П. С. (RU); Заявка № 2011610279; дата пост. 18.01.2011 г.; зарег. в Реестре программ для ЭВМ 11.03.2011 г.

31. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013614145. Программный комплекс для генерации когнитивных моделей на основе экспертных данных / Садовникова Н. П., Жидкова Н. П., Парыгин Д. С. fl.C.(RU); Заявка на per. прогр. для ЭВМ № 2013611960; дата пост. 13.013.2013 г.; зарег. в Реестре программ для ЭВМ 24.04.2013.

Садовникова Наталья Петровна

Методологические основы поддержки принятия решений в задачах обеспечения экологической безопасности развития урбанизированных

территорий

05.23.19 Экологическая безопасность строительства и городского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Подписано в печать 25.09.2013 г. Заказ № 106 Тираж 100 экз. Печ. л. 2,0

Формат 60 х 84 1/16 Бумага офсетная. Печать офсетная.

Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1 Отдел оперативной полиграфии

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Волгоградский государственный архитектурно-строительный

университет»

На правах рукописи

05201450392

Садовникова Наталья Петровна

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В ЗАДАЧАХ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ РАЗВИТИЯ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

Специальность: 05.23.19 - Экологическая безопасность строительства и

городского хозяйства

Диссер1ация на соискание учёной степени доктора технических наук

Научный консультант: доктор физико-математических наук,

профессор Санжапов Булат Хизбуллович

Волгоград 2013

Оглавление

Введение 5 Глава 1. Основные направления развития экологического направления в

градоустройстве 14

1.1. Планирование развития городских территорий 14

1.2. Экологическое направление в градоустройстве 23

1.3. Концепция «зеленых городов» и «зеленого строительства» 29 Выводы к главе 1 36 Глава 2. Устойчивость экосистемы урбанизированной территории 38 2.1. Экосистемный анализ урбанизированных территорий 38 2.2 Устойчивое развитие урбоэкосистемы 43

2.2.1 Показатели и индексы устойчивого развития 48

2.2.2 Методика X. Босселя оценки устойчивого развития города 59 Выводы к главе 2 65 Глава 3 Управление территориальным развитием с позиций концепции устойчивого развития 67

3.1 Постановка задачи управления территориальным развитием 67

3.2 Экосистемная организация процессов управления территориальным развитием 76

3.3 Экологическое оценивание 79

3.4 Экосистемное проектирование городской среды 91 Выводы к главе 3 99 Глава 4 Модели и методы поддержки принятия решений 100

4.1 Постановка задачи поддержки принятия решений 100

4.2 Экспертное оценивание 1 04

4.3 Выбор методов поддержки принятия решений 108

4.4 Модели прогнозирования развития города 113

4.4.1 Модели на основе системной динамики 114

4.4.2 Методология когнитивного моделирования 120

4.5 Решение задачи определения взаимовлияний факторов 126

4.6 Сценарное прогнозирование 129

4.7 Оценка сценариев развития города 136

4.8 Метод согласования целей развития УЭС 152

4.9 Информационно-аналитическая поддержка решений по обеспечению экологической безопасности развития городских территорий 154 Выводы к главе 4 162 Глава 5 Управление экологической безопасностью развития городских территорий 164

5.1 Экологическая безопасность и экологический риск 164

5.2 Управление экологическими рисками 171

5.3 Подходы к оценке экологических рисков 176

5.3.1 Методы, применяемые в условиях частичной неопределенности 177

5.3.2 Методы, применяемые в условиях полной неопределенности 180

5.3.3 Выбор метода 182

5.4 Метод оценки экологического риска градостроительных проектов на основе нечеткого вывода 185

5.5 Оценка эколого-экономической эффективности планов и программ развития территорий 196 5.6 Экологическая безопасность развития города и концепция «зеленой экономики» 202 Выводы к главе 5 205

Глава 6 Реализация методов поддержки принятия по обеспечению экологической безопасности развития города (на примере г. Волгограда). 207

6.1 Системно-динамическое моделирование зависимости загрязнения от автотраспорта и уровня озеленения 207

6.2 Сценарное прогнозирование устойчивого развития города Волгограда на основе когнитивной модели 216

6.3 Согласование целей развития 222

6.4 Оценка экологических рисков 226 6.4.1 Идентификация угроз и формирование правил вывода 227 Заключение 233 Список литературы 237 Приложение 1. Сценарии развития Волгограда 254

Приложение 2. Динамика изменения факторов 266

Приложение 3 Свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ 271

Приложение 4 Акт о внедрении результатов работы 273

Введение

В настоящее время проблема эффективного использования территорий определяется требованиями устойчивого развития и усилением ведущей и интегральной роли социально-экологическогих принципов. Динамика развития современных городов сложна и многогранна, и научное осмысление новых реалий и перспектив, определение принципов формирования стратегий развития как никогда актуальны.

Основная проблема, с которой человечество сталкивается на пути к устойчивому развитию - отсутствие универсальных «регуляторов», с помощью которых можно установить оптимальные параметры воздействия на окружающую среду. Переход от идей «защиты окружающей среды» к целенаправленному обоснованному планированию хозяйственной деятельности является единственной возможностью реализации биосферосовместимого развития. Можно говорить о кардинальной смене парадигм природопользования и ведения хозяйственной деятельности. Установка на «охрану природы» заменяется «эффективным взаимодействием природы и общества». С точки зрения управления градостроительной деятельностью это означает появление новых функций, формирующих механизмы реализации концепции

биосферосовместимости на всех уровнях принятия решений, что в свою очередь приводит к появлению новых задач управления. Прежде всего, необходимо соизмерять последствия проводимой градостроительной политики с возможностью окружающей среды восстанавливать свое качество.

Несмотря на большое количество научных работ, связанных с проблемой обеспечения экологической безопасности развития урбанизированных территорий, можно говорить лишь о начальном этапе создания целостного методологического обеспечения этого научного направления.

В связи с этим, актуальность данного исследования определяется необходимостью создания единой методологии планирования строительства и развития городских территорий с учетом экосистемных свойств городской среды и

формирования научно-обоснованного подхода к принятию экологически ориентированных управленческих решений.

Необходимость разрешения противоречия между различными целями развития урбанизированных территорий определяет наличие научной проблемы, связанной с вопросами согласования оценок эффективности принятия решений по управлению экологической безопасностью развития территорий и общих критериев для регламентации хозяйственной деятельности при установлении допустимого уровня антропогенной нагрузки.

Динамика развития современных городов сложна и многогранна, и научное осмысление новых реалий и перспектив, определение принципов формирования стратегий развития как никогда актуальны. Особую роль в процессе преобразований города играет идеология устойчивого развития, которая предполагает переход от идей «регулирования окружающей среды» к целенаправленному обоснованному планированию хозяйственной деятельности.

В связи с этим предполагается изменение концепции подготовки специалистов в области городского управления и градоустройства. Появляются научные и образовательные центры, где разрабатываются новые подходы к территориальному планированию, в которых акценты смещены в сторону экологичности, универсальности и ориентированности на человека.

Так или иначе, все науки о городе связаны с необходимостью регулирования строительной деятельности. Решение этой задачи невозможно без формирования представления о функционировании и развитии города как системы, определяющей условия жизни населения. Новая идеология градоустройства должна быть основана на анализе причинно-следственных связей, сравнении альтернативных сценариев развития, оценке эколого-экономической эффективности проектов, планов и программ. Особенно важно при разработке планов развития города и анализе их реализации иметь механизм оценки принимаемых решений, с помощью которого можно прогнозировать будущие состояния города.

Анализ ситуации и принятие решений по осуществлению хозяйственной

деятельности связан с оценкой большого числа параметров и сопоставлением всевозможных их сочетаний. Технологическая неопределенность и неопределенность исходных данных при исследовании эколого-экономического состояния территории делает невозможным осуществление точного прогноза реализации показателей и характеристик новых проектов. В этом случае необходимо учитывать неоднозначность реализации программ и использовать различные методы обработки информации, в том числе и неопределенной.

Сложности возникают и на пути интеграции знаний. Специалисты разных областей (экологи, строители, управленцы и т.д.) «говорят на разных языках», вкладывая в одни и те же термины разный смысл. Проблема повышения экосоциального качества городской среды является междисциплинарной, и ее решение требует объединения информационной базы и методологических подходов различных сфер деятельности.

Направление исследования, результаты которого представлены в данной работе, связаны с разработкой концепции обеспечения экологической безопасности развития города и формированием научно-обоснованного подхода к принятию экологически ориентированных управленческих решений.

Основные положения теории биосферосовместимого развития городских территорий, которые использовались в работе в качестве базовых постулатов изложены в работах Вернадского В.П., Моисеева H.H., Владимирова В.В., Динилова-Данильяна В.И., Ильичева В.А., Ж. Дорста, Медоуза Д., Гутнова А.Э., Азарова В.Н., Потапова А.Д., Белоусова В.Н., Лежавы И.Г., Вильнера М.Я., Каримова A.M., Смоляра И.М., Тетиора А.Н, Яргиной З.Н. Воробьёва В.И., Гордона В.А., Графкиной М.В., Теличенко В.И., Гутенева В.В., Забе гаева A.B., , Коломыц Э.Г., Колчунова В.И., Кононович Ю.В., Курбатовой A.C., Лобановой Е.А., Маршалковича A.C., Минина A.A., Негребова А.П., Передельского Л.В.,., Санжапова Б.Х., Сидоренко В.Ф., Слесарева М.Ю., Стойкова В.Ф., , Хомич В.А., Черпа О.М., Шмаль А.Г., Щербины Е.В. Маслова Н.В.и других авторов.

Особенно важно учитывать долгосрочные перспективы принимаемых решений. Для этого необходимо использовать все возможные механизмы

получения прогнозных оценок и выбора альтернативных стратегий. Результаты моделирования развития урбанизированных территорий описаны в работах Д.Форрестера, В.А. Путилова, A.B. Горохова, Максимова В.И. и др. Проблемы изучения антропогенного воздействия на окружающую среду описаны в исследованиях Г.И. Марчука, В.В. Кафарова, JI.C. Гордеева, П. Бертокса, Д. Радд, Н. Бейли, А.К. Запольского, Н.И. Дружинина, А.Б. Горстко, Т.А. Акимовой и др. Вопросам изучения эколого-экономических механизмов и оценки эколого-экономической эффективности проектов развития территорий посвящены исследования Добровольской Г.В., Ильиной И.Н.. Курбатовой A.C., Лазаревой И.В., Лопатина В.Н., Мамина Р.Г., Мельника Л.Г., Носова С.И., Плотниковой Л.В., Ресина В.И., Скачковой С.А., Терешиной Н.В., Яндыганова Я.Я., Медведевой O.E. и др.

Поиску решений проблем в области устойчивого развития города посвящены работы Васильева Ю.С., Глебова И.А., Грамберга И.С., Гранберга А.Г, Бранча М., Вебера А.Б., Моисеева Н. Н., Олдака П.Г., Реймерса Н.Ф., Гофмана К. Г, Линча К., Роденхойса Г., Эванса Э., Энгела X. и др.

Несмотря на большое количество научных работ, связанных с проблемой обеспечения экологической безопасности развития урбанизированных территорий, можно говорить лишь о начальном этапе создания целостного методологического обеспечения этого научного направления.

В связи с этим цель работы состоит в повышении качества и обоснованности принимаемых решений по обеспечению экологической безопасности развития урбанизированных территорий за счет разработки и реализации концепции экологически ориентированного управления на основе принципов биосферной совместимости.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

1. Разработать подход к системному исследованию процессов развития города как урбоэкосистемы (УЭС) и проанализировать способы оценки устойчивости функционирования и развития УЭС.

2. Сформулировать основные положения концепции экологически ориентированного управления развитием УЭС и определить основные направления экологизации градостроительной политики на уровне города.

3. Разработать методологию поддержки принятия решений по управлению развитием УЭС на основе принципов устойчивого развития и биосферной совместимости.

4. Разработать модели для прогнозирования и оценки последствий принимаемых решений с точки зрения экологической безопасности.

5. Разработать методы оценки экологических рисков и эколого-экономической эффективности градостроительных проектов учитывающие высокий уровень неопределенности информации.

6. Сформулировать условия выбора вариантов развития территорий с учетом требований, определенных в результате проведения экологического оценивания.

7. Применить разработанные модели и методы для оценки стратегий развития города и отдельных градостроительных проектов с точки зрения экологической безопасности.

Научная новизна исследования заключается в разработке единого подхода к решению проблемы поддержки принятия решений в задачах обеспечения экологической безопасности развития города.

1. Предложена концепция экологически-ориентированного управления развитием урбоэкосистемы, основанная на принципах биосферной совместимости, в рамках которой определены условия достижения заданного качества состояний городской среды при условии сохранения эколого-ресурсного потенциала.

2. Разработаны принципы экосистемного проектирования городской среды, определяющие условия создания устойчивых природно-технических систем.

3. Разработана методология поддержки принятия решений по обеспечению экологической безопасности развития города, в рамках которой реализованы методы:

- генерации и оценки сценариев развития города с позиции устойчивого развития на основе когнитивных и системно-динамических моделей;

- согласования целей развития УЭС. Отличительной особенностью метода является возможность оценивать возможность достижения целей устойчивого развития в условиях высокого уровня неопределенности факторов, влияющих на развитие ситуации;

- оценки экологических рисков. В отличие от известных подходов при идентификации экологических рисков учитывается нестохастическая неопределенность факторов, влияющих на экологическую безопасность и величину потенциального ущерба.

- оценки эколого-экономической эффективности градостроительных проектов.

4. Разработаны модели развития города на основе статистической и экспертной информации, учитывающие взаимовлияние факторов развития, синергетические и кумулятивные эффекты.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается в совершенствовании системы управления экологической безопасностью города и развитием методологического аппарата территориального планирования на основе принципов биосферной совместимости и устойчивого развития. На основе разработанных подходов поставлены и решены следующие практические задачи:

- Построены сценарии развития г. Волгограда, проведена оценка альтернативных стратегий и определены условия получения стабильных позитивных показателей с точки зрения устойчивого развития.

- Разработано программное обеспечение для построения регрессионных моделей, когнитивных карт и расчета экологических рисков.

- Проведены расчеты экологических рисков для проектов автомобильной дороги Мб «Каспий» на участке «Обход г. Волгограда. Южная часть» и автомобильной дороги «Ш-я Продольная магистраль г. Волгограда».

- Разработана системно-динамическая модель влияния автотранспорта и озеленения на уровень загрязнения воздуха, с помощью которой проведена предварительная оценки объема затрачиваемых ресурсов на озеленение города.

Результаты исследования были внедрены в качестве информационно-аналитического обеспечения деятельности департаментов и комитетов администрации г. Волгограда при корректировке Стратегического плана устойчивого развития Волгограда до 2025 года (направление «Развитие городского хозяйства и коммунальной инфраструктуры»). Акт о внедрении результатов работы выдан администрацией города Волгограда.

Методология и методы исследования

Методология исследования базируется на современных подходах к проблеме устойчивого развития, теории биосферной совместимости, общей теории безопасности, теории управления территориальным развитием, фундаментальных положениях системного анализа, теории принятия решений.

В исследованиях применялись методы экспертных оценок, методы идентификации и статистического анализа, когнитивного и имитационного моделирования, сценарного прогнозирования, теории нечетких множеств и возможностей. В процессе работы были использованы результаты трудов отечественных и зарубежных ученых, специализирующихся в области устойчивого развития, экологической политики и градоустройства.

Информационно-эмпирическую базу исследования составляют: официальные данные Федеральной службы государстве