Введение к работе
Актуальность проблемы. Неконтролируемый сброс загрязняющих веществ в атмосферу, водоемы и водотоки поставил некоторые регионы на грань экологической катастрофы. Наблюдающийся в последние годы рост промышленного и сельскохозяйственного производств обостряет все проблемы экологической безопасности использования человеком водных систем целых регионов. В условиях уменьшения финансирования охраны окружающей среды эти проблемы становятся все острее. Поэтому в последние десятилетия все большее распространение получают идеи рационального водопользования с учетом экологических особенностей разных регионов. Для оценки эффективности водоохранных капиталовложений, динамики изменения состояния водных экологических систем строятся и исследуются модели различных систем управления водохозяйственной и природоохранной деятельностью.
Проблемам математического моделирования водохозяйственных систем посвящено значительное количество работ многих авторов, в том числе, В.А. Бабешко, И.И. Воровича, А.Б. Горстко, В.И. Гурмана, Дж. Джефферса, Ю.А. Домбровского, Д. Лаукса, Н.Н. Моисеева, В.Г. Пряжинской, Е.В. Рюминой, СМ. Семенова, Дж. Стединжера, A.M. Тарко, Д. Хейта и других. Наличие нескольких субъектов управления, целеустремленно воздействующих на динамическую систему (например, водоток), приводит к теоретико-игровым постановкам задачи управления, рассмотрение которых возможно в дифференциальной или многошаговой формах.
Современные системы управления часто устроены по иерархическому принципу: имеется несколько иерархически подчиненных управляющих субъектов. Математические основы принятия решений в иерархических системах заложены в работах Ю.Б. Гермейера, Н.Н. Моисеева,
1ИЄТЕКА |
ГОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ і БИБЛИОТЕКА . | С-Петср 09
Г Штакельберга и получили свое развитие в работах В.Н. Буркова, И.А. Вателя, В.А. Горелика, В.В. Захарова, А.Ф. Кононенко, В.Ф. Крапивина, В. Леонтьева, В.В. Мазалова, Л. Мариани, Б. Николетти, Л.А. Петросяна, Г.А. Угольницкого, Б.С. Флейшмана и других.
Большое количество результатов в теории иерархических игр получено для статической постановки задачи. Полученные результаты основаны на понятии равновесия по Штакельбергу или принципе гарантированного результата. На основе принципа гарантированного результата доказаны теоремы о существовании оптимальных гарантирующих стратегий субъекта управления верхнего уровня для различных типов иерархических игр, исследованы случаи неполной информированности одного или обоих субъектов управления.
В динамическом случае при выполнении требования динамической устойчивости, исследованы теоретико-игровые модели иерархических систем в бескоалиционном и кооперативном вариантах. Основополагающим в динамическом случае является требование устойчивого развития динамической системы, которое включает, наряду с другими, следующие обязательные моменты:
-
выполнение, как требований экономического развития, так и требований экологического равновесия;
-
соблюдение этих требований на бесконечном или, по крайней мере, весьма длительном интервале времени;
-
необходимость иерархического управления устойчивым развитием, обеспечивающего согласование несовпадающих интересов субъектов управления при непременном выполнении ключевых требований.
В динамическом случае до сих пор не создана методология исследования, то есть целостная система, объединяющая различные подходы
и методы управления иерархическими системами, позволяющая выбирать метод управления в зависимости от решаемой задачи. В работе при создании такой целостной системы используется понятие иерархически управляемых динамических эколого-экономических систем, учитывающих специфику механизмов управления реальными системами. Это способствует более точному решению практических задач охраны и рационального использования водных ресурсов.
Работа выполнена в Ростовском государственном университете в рамках исследований, поддержанных Российским фондом фундаментальных исследований (проекты: №98-01-01024 1998-1999г. "Моделирование эколого-экономических систем в условиях антропогенного воздействия"; №00-01-00725 2000-2002г. "Модели иерархического управления устойчивым развитием эколого-экономических систем"; №04-01-96812 2004-2005г "Математическое моделирование антропогенной динамики качества водных ресурсов").
Целью диссертационной работы явилась разработка методологии исследования иерархических систем контроля качества водных ресурсов, построение комплекса математических моделей, описывающих их функционирование, разработка и применение различных методов и подходов к управлению в предложенных многоуровневых динамических моделях, установление основных закономерностей антропогенной динамики водных эколого-экономических систем.
Идея работы заключается в использовании принципов иерархического моделирования при построении и исследовании моделей контроля качества водных ресурсов.
На защиту выносятся следующие основные положения и результаты исследований:
-
Разработана методолоіия исследования систем управления качеством водных ресурсов.
-
Построены концептуальная и математическая модели контроля качества водных ресурсов.
-
Разработаны различные подходы и методы управления иерархическими системами контроля качества водных ресурсов.
-
На основе сравнительного анализа предложенных подходов и методов управления в двух- и трехуровневых системах, выявлены основные закономерности управления иерархическими водохозяйственными системами.
-
Проведен анализ явления коррупции при побуждении в трехуровневых системах управления, исследованы основные закономерности возникновения и развития коррупции.
-
Предложена модификация метода пограничного слоя, с использованием которой впервые в общем случае построены асимптотики решений задач о движении вязкой жидкости со свободной поверхностью, при наличии волн уплотнения и плавающих в жидкости тел с произвольной границей.
-
Реализован комплекс численных программ расчета динамики изменения концентраций загрязняющих веществ в водотоке. В них используются построенные асимптотики решений задач о движении вязкой сжимаемой жидкости, учитываются пространственная неоднородность и нелинейность протекающих процессов. При помощи этого комплекса на основе методологии имитационного моделирования проведено численное исследование предложенных моделей качества водных
ресурсов.
Совокупность полученных результатов и положений, выносимых на защиту, можно квалифицировать как решение крупной научной проблемы: создана методология исследования иерархических систем, разработаны математические модели контроля качества речных вод и механизмы управления в них.
Научная новизна. В настоящей работе впервые:
Разработаны и систематизированы способы управления в системах
контроля качества водных ресурсов.
Предложены математические модели систем управления качеством водных ресурсов, которые строятся согласно иерархическому принципу и в которых учтено требование устойчивого развития экологической подсистемы.
В построенных моделях предусмотрена возможность искажения информации субъектами управления различных уровней.
На основе анализа многоуровневых систем управления сделаны выводы об оптимальном количестве иерархически подчиненных уровней в системах управления.
Проведено исследование явления коррупции в трехуровневых системах контроля качества речных вод, указаны способы уменьшения степени коррумпированности системы управления.
Построены новые асимптотики решений задач о движении вязкой
сжимаемой жидкости со свободной поверхностью, при наличии волн
уплотнения и тел с гладкой и негладкой границами.
Осуществлена компьютерная реализация системы математических
моделей иерархического управления качеством речных вод. Для
описания изменения концентраций загрязняющих веществ в реке
использованы нелинейные уравнения в частных производных.
Предусмотрена возможность определения скорости течения речной воды из нелинейных уравнений Навье-Стокса.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована: использованием строгих математических доказательств, применением апробированной методологии системною анализа и имитационного моделирования, сопоставлением результатов аналитических и численных расчетов с имеющимися эмпирическими данными, экспертными оценками специалистов.
Практическое значение работы заключается в следующем: разработаны модели и методы управления в них, предназначенные для поддержки практических решений по управлению качеством речной воды, установлены основные закономерности управления иерархическими водохозяйственными системами; разработана модель коррупции, предназначенная для решения практических вопросов по определению уровня коррумпированности системы управления и способам борьбы с ней, выявлены основные закономерности возникновения и развития коррупции; написан комплекс программ, реализующих предложенные математические модели контроля качества речных вод. Реализация работы. На основе результатов выполненных исследований разработан и компьютерно реализован комплекс математических моделей контроля качества речных вод.
Результаты работы используются в системе Ростовского областного комитета по охране окружающей среды и природным ресурсам
Личный вклад автора. Основные научные результаты были получены
лично автором. Построение большинства математических моделей
выполнено автором лично, разработка подходов и методов их исследования
совместно с Угольницким Г.А., лично проведены численные
эксперименты и анализ их результатов.
На всех этапах работы результаты обсуждались с научным консультантом профессором, д.ф.-м.н. Угольницким Г.А.
Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждены и получили положительную оценку на школах-семинарах "Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования" (Дюрсо, 1999-2004); на международных конференциях "Современные проблемы механики сплошных сред" (Ростов-на-Дону, 1996-1998, 2001, 2002); на Всероссийских симпозиумах по прикладной и промышленной математике (2001, 2004); семинарах кафедр вычислительной математики (1995-1999), прикладной математики и программирования (1998-2004), математического моделирования (2005) Ростовского государственного университета, кафедры прикладной математики Кубанского государственного университета (2004-2005).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 27 печатных работ, из них 19 статей. Перечень основных работ приведен в конце автореферата.
Структура диссертации определена в соответствии с целью и задачами исследования и состоит из введения, 6 глав, заключения и акта внедрения результатов работы. Работа изложена на 256 страницах машинописного текста, включая 13 рисунков, 10 таблиц, 7 блок-схем, библиографию из 211 наименований.
Благодарности. Автор выражает искреннюю признательность профессору Г.А. Угольницкому, который поддерживал эту работу в течение всего времени ее выполнения.
Автор благодарит профессора Э.Н. Потетюнко за активную помощь при разработке асимптотических методов решения задачи.
![Управление обеспечением качества медицинских услуг в сельском здравоохранении на основе информационных технологий [Электронный ресурс]](/i/i/4424/212133.png "Управление обеспечением качества медицинских услуг в сельском здравоохранении на основе информационных технологий [Электронный ресурс] Закотнова Надежда Владимировна")