Види і властивості систем

Всі системи поділяються на матеріальні і абстрактні. Матеріальні (конкретні) системи поділяються на природні (сукупність об’єктів природи) та штучні (технічні). Абстрактні системи діляться на текстові (логічні) та символічні (математичні).

Властивості систем визначаються в залежності від їх виду та області існування. Властивість об’єкту (системи) характеризує такий його бік, який обумовлює його різницю або спільність із іншими об’єктами.

Області існування систем можливо класифікувати, виходячи із слідуючих умов: системи є живими або неживими; конкретними або абстрактними; відкритими або замкнутими; простими організованими, складними неорганізованими або складними організованими; чи є вони цілеспрямованими; чи існує в них зворотній зв’язок; ієрархічно упорядковані системи або ні.

Жодна система не є абсолютно замкнутою. Взаємодія системи із середовищем характеризується зовнішніми зв’язками системи, які розділяються на вхідні і вихідні. На вході система щось одержує від середовища, на виході середовище одержує від системи результат її діяльності. Наприклад, система землеробства на вході одержує природно – кліматичні і господарські ресурси, а на виході – результат, (урожай сільськогосподарської продукції, який характеризується кількісними і якісними показниками).

Таким чином, ландшафтно-меліоративні системи відносяться до матеріальних природно-технічних систем, вони характеризуються як відкриті з вільним входом і виходом, в них існує зворотній зв’язок, який використовується при здійсненні еколого-меліоративного моніторингу.

Всі системи мають загальні властивості. До основних властивостей систем відносяться: цілісність, структурність, розділяємість, ізольованість, відносна ізольованість, спостереджуємість, невизначеність, адаптивність тощо [60,128].

Цілісність.Об¢єкти, які розглядаються як системи (в даному випадку – ландшафт), являють собою відповідну єдність, цілісність, яка характеризується загальними властивостями та поведінкою.

Системи існують як обосіблене ціле, яке можливо розділяти на елементи. Ці елементи існують тільки в силу існування цілого. Не елементи складають ціле, а ціле породжує при розчліненні елементи системи. Первинність цілого – основний постулат теорії систем.

Наприклад, Інгулецький зрошуваний масив характеризується цілісністю як типова водороздільна одно- та двошарова рівнина, яка складена еолово-делювіальними суглинками; на глибині 18-22 м, розташований регіональний водоопір – червоно-бурі глини; ґрунти масиву каштанові, темно-каштанові та чорноземи південні. Такими же властивостями характеризується ландшафти окремих ділянок масиву. Поведінка рівня грунтових вод на всьому Інгулецькому масиві характеризуються переважно іригаційно-климатичним режимом, який визначається, в основному, атмосферними опадами, режимом зрошення і роботи горизонтального дренажу.

Розділяємість. Цілісний об'єкт розглядається завжди як об'єкт, який складається з окремих елементів.

Ізольованість.Комплекс об'єктів (елементів системи), які утворюють систему, і зв'язки між ними можливо обмежити від оточення і розглядати ізольовано.

Відносна ізольованість.Ізольованість системи є відносною, оскільки враховується вплив управлінських рішень і середовища на об'єкт та його зворотній вплив через елементи, які є входами і виходами.

Спостережуємість. Всі, без винятку, входи і виходи з системи або керуємі, або контролюємі, тому управляти можливо функціюванням кожної системи.

Невизначеність. Спостерігач або дослідник не може одночасно фіксувати всі властивості і відношення елементів системи, а саме з метою їх визначення здійснюються дослідження.

Відображаємість.Дослідник має достатньо методів і засобів для одержання повної інформації про функціювання об'єкту і може відобразити всі ті властивості і відношення, які потрібні для вирішення поставлених задач.

Неадитивність. Принципова незводимість властивостей системи до суми властивостей складаючих її елементів.

Синергічність. Односпрямованість дії елементів підвищує ефективність функціонування системи (ефект взаємодії – синергії).

Мультиплікативність. Позитивні і негативні ефекти функціювання елементів в системі мають властивості перемноження, а не додавання. Наприклад, ймовірність безвідмовної роботи системи дорівнює добутку ймовірностей безвідмовної роботи її елементів

Сумісність.Сумісність елементів системи один з одним та її призначенням.

Взаємозалежність.Взаємозалежність і взаємодія елементів системи і цілої системи, системи і зовнішнього середовища.

Структурність.Структура (будова, порядок, розташування) – сукупність елементів системи та їх зв'язків, яка визначає внутрішню будову та організацію об'єкту як цілісної системи. У вивченні ландшафту структурність є одним з ключових понять.

При дослідженні об'єкта (системи) ландшафтних меліорацій обов'язково ставиться задача виявлення того, що являє собою об'єкт або процес, що в ньому забезпечує виконання поставленої мети. Структура у ЛМС визначається її елементарним складом і сукупністю стійких зв¢язків , які об'єднують елементи системи. Структура відображає найбільш суттєві взаємовідносини між елементами і підсистемами, які забезпечують існування системи та її основних властивостей. Структурна модель об'єкта може бути виражена графічно, текстом, у вигляді матриць, номограм та інших мов моделювання структур. Кожна система може бути відображена різними структурами в залежності від рівня уявлення об'єкта у виді системи, від аспекту уявлення, від мети її створення.

У випадку багатоцільової ситуації, яка властива для об'єктів меліорації ландшафту, можлива побудова кількох іерархічних структур, які відповідають різним цілям. При цьому в різних структурах можуть приймати участь одні й ті ж самі елементи. Крім того, в одній системі, при одній меті, якщо іерархічну структуру формують різні дослідники, в залежності від їх попереднього досвіду, кваліфікації, наукових поглядів і наукової школи, а також знань системи, вони можуть одержати різні ієрархічні структури.

Важливим поняттям, яке входить до кожного визначення системи, є зв'язок. Це поняття характеризує будову системи (статику) і її функціювання (динаміку). Зв'язок характеризується спрямуванням, силою, характером (або видом). За першими двома ознаками можливо розділити зв'язки на спрямовані та неспрямовані, сильні та слабкі, а по характеру на зв'язки підчинення, зв'язки рівноправні, зв'язки управління. Зв'язки поділяються також за місцем приложення - внутрішні та зовнішні, спрямування процесів у системі в цілому або окремих її підсистемах - прямі і зворотні. Важливу роль в системах (особливо у ЛМС) відіграють зворотні зв'язки.

Стан.Це поняття характерне для ЛМС. Ним характеризують миттєву «фотографію системи», її "зріз", зупинку в її розвитку. Стан ЛМС характеризується значеннями ознаків системи в даний момент часу.Наприклад, основними ознаками ЛМС, в системі еколого-меліоративного моніторингу є: рівень грунтових вод, засоленість ґрунтів - загальна і токсична тощо, (див. розділ 2.3.) Якщо визначити елементи, які характеризують стан системи (ЛМС), через Е і врахувати, що "входи" можливо розділити на управляємі (керовані) та У та неконторлюємі Х і що " виходи" (вихідні) результати, сигнали залежать від Е, У та Х, або gt=f(E_t, У_t, X_t), то в залежності від задачі стан може бути визначений як {Е, У}, {Е, У, g}або {Е, У, Х, g} [130].

Поведінка. Зміна стану системи у часі називається її поведінкою. ЛМС може переходити з одного стану у другий, тому для характеристики її поведінки необхідно виявити закономірності і особливості цих переходів. Таким чином, поведінка системи є розгорнутою у часі послідовністю реакцій системи на зовнішній вплив.

Важливою властивістю є здатність системи повертатися у стан рівноваги після виведення її з цього стану під впливом зовнішніх факторів впливів. Стан рівновагисистеми, у який вона здатна повертатися, називається стійким станом рівноваги.

Стійкістю. системи є здатність її та її складових елементів протидіяти впливу сил, які намагаються вивести систему із стану рівноваги, це властивість системи ( в даному випадку – ландшафту) зберігати свою структуру, характер і зв¢язки при умовах зовнішнього середовища, які змінюються.

Стійкість ландшафту як природно-технічної геосистеми забезпечується гармонійним сполученням процесів управління та саморегуляції (адаптивних процесів).

Розвиток. Процеси в системах можуть протікати еволюційно, мати тенденцію до розвитку в напрямку підвищення складності та ентропійно - мати тенденцію до поступового розсіяння та зменшення ступеня організації. В цьому зв'язку в процесі розвитку ЛМС під впливом багаторічного зрошення, при підйомі РГВ до критичних значень і вище, логічно очікувати підвищення складності системи. А ознакою кризового стану ЛМС або ландшафту є спостереження тенденції поступового розсіяння та зменшення ступеня організації системи.

Еволюційність властива для відкритих систем, які мають вхід і вихід та до яких відносяться ЛМС, а ентропійні процеси притаманні лише замкнутим застійним системам. Тому ефективно діюча ЛМС не повинна бути замкнутою.

Однією з центральних категорій системного аналізу є мета(ціль) – запланований результат діяльності людини. Мета залежить від об’єктивних законів функціювання системи, реальних можливостей і використуємих засобів. В залежності від стадії пізнання об’єкту та етапу дослідження поняття “мета” вбирає в себе різне тлумачення -від ідеальних устремлінь до конкретних цілей – результатів, які можуть бути досягнуті в межах відповідного часу. Тому в практичних дослідженнях при меліорації ландшафту необхідно, перш за все, визначити, що на даному етапі визначає поняття “мета”.

Мета (ціль), яка витікає із існуючої ( або тієї, яка прогнозується) проблеми меліоративного режиму агроландшафту, дає об’єктивний інформаційний критерій для відбору, визначення того, що повинно увійти у систему з оточуючого середовища. З безкінцевого необмеженого середовища в систему включається тільки кінцева кількість елементів, яка необхідна для функціювання системи і забезпечує досягнення мети.

Слід відмітити, що встановлення мети для відповідної ландшафтно-меліоративної системи буває складним процесом та іноді не піддається строгій формалізації. Коли в межах розглядаємої системи не можливо встановити вид цільової функції, слід переходити до більшої системи, яка вміщує у себе розглядаєму (вивчаєму) систему, як частину. При цьому перевага повинна віддаватися інтересам системи більш широкого глобального рівня. Поняття цілі тісно пов’язане із такими властивостями системи як цілеспрямованість та доцільність.

Критерієм є норма, еталон, до значення якого спрямоване досягнення цілі. В загальному випадку ціль вказує напрямок дії (наприклад, покращити якість зрошувальної води), а критерій доповнює визначення цілі та вказує ефективний спосіб її досягнення (наприклад, знизити мінералізацію води до значень менших за 0,5 г/л за рахунок її змішування, або використовувати в умовах ландшафту з менш родючими грунтами і солевитривалими сільськогосподарськими культурами тощо). Якщо є достатня інформація про критерії і вони кількісні, що має місце при меліорації ландшафту, то є можливість зв’язати аналітичним вираженням ціль і засоби її досягнення. Це буде являти собою критерій ефективності або критерій функціювання даної системи.

Важливою властивістю систем є їх адаптивність – спрямування систем до стану сталого розвитку. В ЛМС слід враховувати можливість адаптації параметрів системи до змінюємих характеристик (параметрів) системи і зовнішнього середовища. Наприклад, погіршення ірігаційних показників зрошувальної води вносить корективи у параметри меліоративного режиму ґрунтів, режими зрошення і водовідведення, платне водокористування, еколого-економічні показники сільськогосподарського використання ландшафту, прогнози тощо.)

При оптимальному управлінні ЛМС в процесі її еволюції слід враховувати таку властивість як альтернативність шляхів функціювання і розвитку системи. До властивостей систем відносяться також спадковість, пріоритет якості, надійність і емерджентність.

Спадковість характеризує закономірність передачи її домінантних (переважаючих, найбільш сильних) і рецесивних ознаків на окремих етапах розвитку від минулого стану покоління технічного вдосконалення системи до нового, майбутнього.

Приоритет якості. Перевагу мають ті системи, які з усіх факторів функціювання і розвитку віддають приоритету якості ( якості каналів, трубопроводів, очисних споруд, дощувальної техніки, дренажу, сільськогосподарської продукції тощо).

Надійність системи характеризується: безперебійним функціюванням; збереженням проектних значень всіх параметрів впродовж запланованого періоду; стійкістю еколого-економічних показників; перспективністю.

Емерджентність відображає випадок, коли цілі (функції) елементів системи не завжди співпадають з цілями (функціями) системи. Приоритетність повинна бути на боці цілей системи.

Розглянуті види, властивості систем та відповідні визначення і терміни являють собою основу понятійного апарату при використанні системного аналізу для вирішення проблем меліорації ландшафту. Розвиток цих питань є необхідним при розробці і впровадженні геоінформаційних технологій і систем в сільськогосподарські меліорації, управління водними ресурсвами.