ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОГРАММНОЙ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ ЭКОНОМИКИ РЕГИОНА И НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ КИРОВСКОЙ ОБЛАСТИ

DESIGNING A SOFTWARE SIMULATION MODEL OF THE ECONOMY OF THE REGION AND SETTLEMENTS OF THE KIROV REGION

Blagodatskikh Ivan Alekseevich

student, Department of Electronic Computing Machines, Vyatka State University,

Russia, Kirov

Krutikov Alexander Konstantinovich

scientific supervisor, senior lecturer, Vyatka State University,

Russia, Kirov

АННОТАЦИЯ

В данной статье представлено проектирование программной имитационной модели экономики региона и населенных пунктов Кировской области, обеспечивающая автоматизацию процессов анализа и прогнозирования социально-экономического развития региона и населённых пунктов Кировской области за счёт применения программной имитационной модели и сценарного моделирования.

ABSTRACT

This article presents the design of a software simulation model of the economy of the region and settlements of the Kirov region, which provides automation of the processes of analysis and forecasting of socio-economic development of the region and settlements of the Kirov region through the use of a software simulation model and scenario modeling.

Ключевые слова: архитектура, модель, проектирование.

Keywords: architecture, model, design.

Экономика региона представляет собой сложную многоуровневую систему, включающую взаимосвязанные социальные, производственные, финансовые и инфраструктурные элементы. Для целей имитационного моделирования принципиально важно рассматривать её как динамическую систему, в которой изменение одного компонента неизбежно отражается на функционировании остальных. Региональная экономика формируется под воздействием демографических, производственных и финансовых факторов, а также состояния инфраструктуры, что делает её анализ комплексной научно-практической задачей.

С точки зрения имитационного моделирования экономика региона может быть представлена как система замкнутых обратных связей, в которой численность и структура населения определяют предложение рабочей силы, уровень занятости и производительности труда влияет на объёмы выпуска продукции, объём производства формирует налоговые поступления, бюджетные доходы создают возможности для инвестиций в инфраструктуру и социальную сферу, а развитие инфраструктуры повышает качество жизни и экономическую активность населения. Нарушение баланса в любой из подсистем, например вследствие оттока населения или деградации социальной инфраструктуры, приводит к цепной реакции, затрагивающей всю экономику региона, что подтверждает необходимость комплексного анализа.

Для решения этих проблем необходима разработка системы, выполняющей следующие задачи: загрузка исходных данных о населённых пунктах; построение математической модели динамики экономики региона; проведение имитационных экспериментов с различными параметрами (инвестиции, изменение спроса, изменение демографии); визуализация результатов моделирования в виде графиков, диаграмм и карт; предоставление пользователю инструментов для анализа состояния экономики и прогнозирования её развития.

Ожидаемые функциональные характеристики включают:

• загрузка и хранение данных в базе PostgreSQL.
• математическое моделирование динамических процессов экономики.
• возможность настройки параметров моделирования пользователем.
• визуализация результатов (графики, карты, таблицы).
• построение сценариев развития.

Проектируемая система рассматривается как инструмент для анализа, исследования и планирования, позволяющий повысить качество принятия решений органами управления и аналитическими службами.

Для обеспечения функционирования модели разработана обобщенная структура программного продукта, представляющая собой набор взаимосвязанных модулей, в которых будут реализованы алгоритмы функционирования модели. Модульная структура приложения представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Модульная структура приложения

Каждый из модулей модели имеет следующее назначение и функционал:

Модуль обработки входных данных. Обеспечивает приём, проверку и подготовку всей исходной информации для работы системы. Включает в себя механизмы загрузки данных из файлов Excel, их валидацию на корректность и соответствие нормативам, нормализацию для последующего использования, а также интеграцию с базой данных для структурированного хранения.

Модуль интерфейса. Является связующим звеном между приложением и пользователем; предоставляет единую точку доступа ко всем функциям системы. Обеспечивает авторизацию, интерактивное картографическое отображение, визуализацию результатов в виде графиков, диаграмм и тепловых карт, а также интерфейсы для создания, управления и сравнения различных сценариев моделирования.

Модуль моделирования. Выполняет комплекс расчётов и симуляций для анализа и прогнозирования развития территории. Реализует набор взаимосвязанных моделей: демографический прогноз (оценка естественного движения и возрастной структуры), экономическое моделирование (прогноз ВРП, налогов, бюджетной устойчивости), миграционный анализ на основе гравитационных моделей, оценку инфраструктурного состояния и износа, анализ человеческого капитала (образование, здоровье, производительность труда), а также интегральную оценку и сводное ранжирование муниципалитетов. Для учёта неопределённости использует методы стохастического моделирования опираясь на отдельный модуль математических вычислений для выполнения оптимизационных и статистических алгоритмов.

Модуль отчетности. Формирует комплексные аналитические выводы и итоговые документы на основе результатов моделирования. Автоматически генерирует текстовые выводы, сводные таблицы, а также объединяет подготовленные визуализации (графики, карты) в целостные отчёты для последующего представления или экспорта.

Контекстная диаграмма IDEF0 отражает обобщённое представление процесса имитационного моделирования социально-экономического развития региона как единой функциональной системы. В рамках данной диаграммы рассматривается основной процесс без детализации внутренних операций, что позволяет определить его границы, входные и выходные потоки, а также управляющие воздействия и механизмы реализации. Контекстная диаграмма IDEF0 представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Контекстная диаграмма IDEF0

В качестве входных данных в систему поступают статистические данные региона, исторические социально-экономические показатели и запрос пользователя на проведение анализа. Управляющими воздействиями выступают методики моделирования, регламенты анализа, требования к точности прогноза и параметры сценариев, определяющие логику и условия выполнения моделирования. Реализация процесса обеспечивается механизмами, к которым относятся пользователь, программная имитационная модель и база данных. Результатом выполнения функции являются прогноз социально-экономических показателей, аналитические отчёты, визуализация результатов моделирования и рекомендации для принятия управленческих решений.

Диаграмма декомпозиции уровня A0 предназначена для детализации основного процесса имитационного моделирования и отражает его разбиение на логически связанные подпроцессы. Декомпозиция позволяет структурировать функциональность системы и определить последовательность выполнения основных этапов обработки данных и анализа. Диаграмма декомпозиции уровня A0 представлен на рисунке 3.

Рисунок 3. Диаграмма декомпозиции уровня A0

Процесс начинается с загрузки и подготовки исходных данных (A1), после чего осуществляется настройка сценария моделирования (A2) с учётом целей анализа и параметров прогнозирования. Далее выполняется непосредственное моделирование социально-экономических процессов региона (A3), результаты которого передаются на этап анализа и визуализации (A4). Завершающим этапом является формирование аналитических отчётов и рекомендаций (A5), предназначенных для использования в процессе принятия управленческих решений. Все подпроцессы функционируют под воздействием единых методик моделирования, регламентов выполнения и ресурсных ограничений, а их выполнение обеспечивается программными и вычислительными средствами системы.

Разработка макетов пользовательского интерфейса программной имитационной модели экономики региона и населённых пунктов Кировской области. Макеты предназначены для визуализации структуры системы, демонстрации логики взаимодействия пользователя с функциональными модулями и проверки удобства использования интерфейса на этапе проектирования.

Макет главной страницы представлен на рисунке 4.

Рисунок 4. Макет главной страницы

Главная страница системы представляет собой центральный рабочий экран пользователя. В верхней части интерфейса размещено название системы и её назначение. Основную часть экрана занимает интерактивная карта Кировской области, предназначенная для отображения пространственных данных. На карте отображаются границы региона и населённых пунктов, а также элементы интерактивного взаимодействия, позволяющие выбирать конкретные муниципальные образования и получать сводную информацию по ним.

В нижней части главной страницы располагается панель выбора сценариев моделирования, представленная в виде карточек. Каждая карточка содержит краткое описание сценария, перечень используемых показателей и временной горизонт прогноза, а также кнопку запуска моделирования.

Макет страницы анализа результатов моделирования представлен на рисунке 5.

Рисунок 5. Макет страницы анализа результатов моделирования

После выполнения сценария пользователю предоставляется интерфейс анализа результатов моделирования. Макет данной страницы предусматривает наличие панели навигации между различными режимами представления результатов, включая сводные показатели, графики, табличные данные, картографическую визуализацию и аналитический отчёт.

Центральная часть экрана отведена под отображение детализированных результатов моделирования, включая ключевые социально-экономические показатели, их динамику во времени, а также аналитические выводы и рекомендации. Отдельные блоки интерфейса предназначены для отображения рисков, ограничений и обоснований полученных прогнозов.

Таким образом выполнено проектирование программной имитационной модели экономики региона и населённых пунктов Кировской области, ориентированной на проведение аналитических и прогнозных исследований социально-экономического развития территорий. Проектирование системы основывалось на анализе предметной области, выявленных ограничениях существующих аналогов и требованиях к современным инструментам поддержки управленческих решений.

Список литературы:

1. Python Documentation. URL: https://docs.python.org/3/
2. PyTorch Official Tutorials. URL: https://pytorch.org/tutorials/
3. Hugging Face Transformers Documentation. URL: https://huggingface.co/docs/transformers/
4. PostgreSQL Documentation. URL: https://www.postgresql.org/docs/