Xây dựng hệ thống hỗ trợ ra quyết định quản lý tài nguyên rừng sử dụng phương pháp ELECTRE III và thử nghiệm phân tích các giải pháp chiến lược đáp ứng biến đổi khí hậu

Bài viết Xây dựng hệ thống hỗ trợ ra quyết định quản lý tài nguyên rừng sử dụng phương pháp ELECTRE III và thử nghiệm phân tích các giải pháp chiến lược đáp ứng biến đổi khí hậu rình bày về việc xây dựng hệ thống hỗ trợ ra quyết định quản lý tài nguyên rừng sử dụng phương pháp ELECTRE III, xác định các giải pháp đáp ứng biến đổi khí hậu, đảm bảo phát triển bền vững.

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(78).2014 145 XÂY DỰNG HỆ THỐNG HỖ TRỢ RA QUYẾT ĐỊNH QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP ELECTRE III VÀ THỬ NGHIỆM PHÂN TÍCH CÁC GIẢI PHÁP CHIẾN LƯỢC ĐÁP ỨNG BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU BUILDING A DECISION SUPPORT SYSTEM FOR FOREST RESOURCES MANAGEMENT USING THE ELECTRE III METHOD AND EXPERIMENT IN ANALYSES OF STRATEGIC SOLUTIONS IN RESPONSE TO CLIMATE CHANGE Nguyễn Văn Hiệu, Nguyễn Thị Thanh Huyền Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng; Email: nvhieuqt@dut.udn.vn HVCH Khóa 2011-2013, Đại học Đà Nẵng Tóm tắt: Bài báo trình bày việc xây dựng hệ thống hỗ trợ định quản lý tài nguyên rừng sử dụng phương pháp ELECTRE III, xác định giải pháp đáp ứng biến đổi khí hậu, đảm bảo phát triển bền vững Nội dung báo phân tích nhằm hướng đến mục tiêu: (i) Nghiên cứu phương pháp ELECTRE III; (ii) Ứng dụng phương pháp ELECTRE III xây dựng hệ thống hổ trợ định quản lý tài nguyên rừng; (iii) Xác định giải pháp đáp ứng biến đổi khí hậu (iv) Đánh giá giải pháp theo tiêu chí xác định, có tham gia cộng đồng có tính đến can thiệp sách, pháp lý, giúp người định lựa chọn giải pháp phù hợp Kết báo giải thích minh họa toán quản lý tài nguyên rừng đáp ứng biến đổi khí hậu Cù Lao Chàm việc xây dựng thành cơng chương trình Abstract: This paper presents the building of a decision support system in forest resources management using ELECTRE III methods and identifying solutions to the response of climate change, thus ensuring the sustainable development The contents of this paper are analyzed to solve the research objectives: (i) Research method ELECTRE III;(ii) The application of the ELECTRE III methods and building decision support systems in forest resources management in Cu Lao Cham;(iii) Identifying solutions to responses of climate change (iv) Evaluating the solutions according to the criteria defined, with the participation of the community This helps decision makers choose the most appropriate solutions The main results of the paper are explained and illustrated by the problem of managing forest resources in response to climate change in the Cham Islands and the successful building of the programs Từ khóa: Ra định, hệ hỗ trợ định, quản lý tài nguyên rừng, phương pháp electre,Cù Lao Chàm Key words: Decision Making, decision support system, forest resources management, electre III method,the Cham Islands Đặt vấn đề Quản lý tài nguyên rừng vấn đề phức tạp, quốc gia khu vực có đặc điểm riêng địa lý khí tượng, phong tục tập quán nhận định khác giá trị tài nguyên thiên nhiên Thêm vào đó, q trình biến đổi khí hậu có tác động tiêu cực lên thiên nhiên người, gây nhiều hậu nghiêm trọng[[1], [3], [5]] Vì quản lý tài nguyên rừng cách đắn phù hợp dựa quy tắc hay tiêu chuẩn đơn Trong quản lý tài nguyên rừng, việc đưa định dựa hiểu biết sâu sắc mối quan hệ hoạt động, trình diễn khu vực ảnh hưởng hoạt động, q trình đến khu vực quan trọng mang tính định1.1.1.a.1.1.1.1[3] Do việc xây dựng hệ hỗ trợ địnhtrong quản lý tài nguyên rừng cần thiết Để đưa phương án tối ưu quản lý tài nguyên rừng cần có phương pháp phân tích đa tiêu chí thỏa mãn tính thích nghi điều khiển trình định điều kiện đánh giá mơ hồ khơng chắn có độ rủi ro[5] Phương pháp cấp đóng vai trị lựa chọn để tiếp cận vấn đề lựa chọn phức tạp với nhiều tiêu chí nhiều người tham gia Phương pháp ELECTREđược sử dụng nghiên cứu phương pháp cấp phát triển Bernard Roy để giải toán định đa tiêu chí với tập hữu hạn lựa chọn xếp hạng từ tốt xấu 1.1.1.a.1.1.1.1[6].ELECTRE dựa so sánh cặp khả lựa chọn, địi hỏi tính tốn nhiều hơn.ELECTRE có nhiều phiên khác (I, II, III, IV TRI), sử dụng phương pháp ELECTRE III nghiên cứu để xếp hạng phương án Phương pháp ELECTRE III 2.1 Xác định số phù hợp Chỉ số phù hợp tính riêng rẽ tiêu chí cj(a,b) tạo thành ma trận phù hợp, sau tổng hợp thành số phù hợp N(a,b) đối tất tiêu chí Để tính số phù hợp N(a,b), cặp lựa chọn (a,b)  A Với wj “trọng số” tiêu chí Cj Mối quan hệ thứ bậc định nghĩa: N ( a, b) = m m  w j n j (a, b), víi W =  w j j =1 W j =1 Chỉ số nj(a,b) cho cặp lựa chọn a b tiêu chí j tính:   1 C j (a) + q j  C j (b),  n j (a, b) = 0 C j (a) + p j  C j (b),   p j + C j (a) − C j (b) , trái lại pj qj  Khi N(a,b) = 1, khơng tồn tiêu chí để lựa chọn b tốt lựa chọn a N(a,b) = 0, Nguyễn Văn Hiệu, Nguyễn Thị Thanh Huyền 146 tiêu chí lựa chọn a xấu lựa chọn b 2.2 Xác định số khơng phù hợp Để tính số không phù hợp, ELECTRE III đưa ngưỡng bác bỏ v Ngưỡng bác bỏ vj cho phép mối quan hệ aSb bị bác bỏ hồn tồn với tiêu chí Cj(b)>Cj(a)+vj Chỉ số khơng phù hợp dj(a,b) cho tiêu chí Cj tính sau:   0, C j (b)  C j (a) + p j ,  d j (a, b) = 1, C j (b)  C j (a) + v j ,   C j (b) − C j (a) p j , trái lại vj − pj  2.4 Xếp hạng Để xếp hạng phương án, cần thực hai bước Bước đầu tiên, dựa vào mối quan hệ thứ bậc S xây dựng chuỗi Z1 chuỗi Z2 trình chưng cất giảm tăng dần Bước thứ hai, xây dựng chuỗi Z kết hợp hai chuổi Z1 Z2 Quá trình chưng cất giảm thực sau:   Xác định tham số  ,   0,1 Từ ma trận tin cậy, xây dựng ma trận T1theocông thức: 1, S(a,b)> , T1 ( a, b ) = 0, trái lại 2.3 Ma trận tin cậy Đối với cặp lựa chọn (a,b)  A, có tồn số phù hợp số không phù hợp Bước kết hợp số phù hợp số không phù hợp để xác định ma trận tin cậy S(a,b) nhằm đánh giá độ mạnh mối quan hệ aSb Đối với cặp lựa chọn (a,b)  A S(a,b) tính theo cơng thức: N(a, b), khij:d j (a, b)  N(a, b)  S(a, b) =  − d j (a, b) , tr¸i l¹i N(a, b) − N(a, b)  Khi dj(a,b) = với j ứng với với lựa chọn (a,b)  A, S(a,b) = Để xếp lựa chọn, ta tính độ yếu (W) phương án (Ai) tương ứng với số lượng phương án đứng trước (Ai) độ mạnh(S) tương ứng với số lượng phương án đứng sau (Ai) Dựa vào chênh lệch khác biệt độ mạnh độ yếu xếp chuỗi chưng cất giảm Z1 Tương tự thực trình chưng cất tăng dần:Xác định tham số    ,   0,1 Từ ma trận tin cậy, xây dựng ma trận T2 dựa vào công thức:   1, S(a,b)> , T2 ( a, b ) =  0, tr¸i l¹i Để xếp lựa chọn, ta tính độ yếu (W) phương án (Ai) tương ứng với số lượng phương án đứng trước (Ai) độ mạnh(S) tương ứng với số lượng phương án đứng sau (Ai) Dựa vào chênh lệch khác biệt độ mạnh độ yếu xếp chuỗi chưng cất tăng dần Z2 Xếp hạng cuối cùng: Chuỗi xếp Z kết hợp chuỗi tăng dần Z1 chuỗi giảm dần Z2 Chuỗi Z xây dựng dựa quy tắc sau: (a Z1 ba Z2 b)  (aI Z1 b  a Z2 b)  (a Z1 b  aI Z2 b)  a b (aI Z1 b  aI Z2 b )  aIb (a Z1 bb Z2 a)  ( b Z2 a)  (b Z1 aa Z2 b)  aRb Bảng Ma trận không phù hợp KT1 KT2 XH1 XH2 XH3 MT1 MT2 MT3 MT4 CSRCS 0 0 0 0 CSRHB 0.2 0 0 0 CSRKT 1 0 0 0 CSRTC 0.3 0 0 0 HBRCS 0 0 0 0.25 HBRHB 0 0 0 0 HBRKT 0 0 0 0.75 HBRTC 0 0.6 0 0 0 KTRCS 0 0.5 0 0 KTRHB 0 0.5 1 0 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(78).2014 147 KTRKT 0 0 0 0 KTRTC 0 0.4 0.25 0.5 0 0 TCRCS 0 0 0 0 TCRHB 0.17 0 0 0 0 TCRKT 0 0 0 0 TCRTC 0 0 0 0 Phân tích phương án chiến lược đáp ứng biến đổi khí hậu 3.1 Xác định phương án Từ 1.1.1.a.1.1.1.1[5]cùng với liệu nghiên cứu nhóm tác giả tổng hợp nhóm phương án đáp ứng biến đổi khí hậu phát triển bền vững: - Nhóm phương án kỹ thuật (KT) - Nhóm phương án tổ chức thực cấp quyền (TC) - Nhóm phương án nâng cao hiểu biết lực cộng đồng (HB) - Nhóm phương án sách (CS) 3.2 Xác định tiêu chí Q trình lựa chọn phương án tối ưu để quản lý tài nguyên rừng đáp ứng biến đổi khí hậu dựa hệ tiêu chí đánh giá gồm có tiêu chí: kinh tế (KT); môi trường (MT); xã hội (XH) Đối với nhóm kinh tế có tiêu chí thành phần: Chất lượng rừng tự nhiên (KT1), Chấtlượng sản phẩm du lich (KT2) Đối với nhóm xã hội có tiêu chí thành phần: Sinh kế người dân (XH1), Vấn đề nhà (XH2), Nhận thức cộng đồng (XH3) Đối với nhóm mơi trường có tiêu chí thành phần: Độ che phủ rừng (MT1), Độ xói mịn (MT2), Phịng hộ (MT3), Nâng cao đa dạng sinh học (MT4) KT 40 61 50 0.1 80 0.5 55 50 20 TC 22 52 45 0.2 50 0.2 90 90 50 Ứng dụng phương pháp ELECTRE III vào toán quản lý tài nguyên rừng 4.1 Xác định số phù hợp Tiến hành thảo luận ý kiến chuyên gia nhận đượcma trận phân tích, trọng sốtiêu chí ngưỡng bảng Từ bảng 3, tiến hành tính số cặp phương án theo tiêu chí số phù hợp cặp phương án Từ số phù hợp cặp phương án, tiến hành xây dựng ma trận phù hợp bảng XH3 XH2 XH1 MT4 MT3 MT2 MT1 KT2 KT1 Bảng Ma trận phân tích CS 15 29 40 0.2 70 0.5 70 90 60 HB 33 51 30 0.5 25 0.3 50 70 60 Bảng Trọng số tiêu chí ngưỡng Ngưỡng Ngưỡng không bác bỏ khác Trọng số Ngưỡng ưu tiên KT1 0.212 10 16 KT2 0.019 20 12 30 XH1 0.109 25 15 50 XH2 0.045 20 10 60 XH3 0.093 20 15 40 MT1 0.199 20 13 30 MT2 0.092 0.3 0.2 0.4 MT3 0.173 40 20 60 MT4 0.199 0.3 0.2 0.1 Bảng Ma trận phù hợp CS HB KT TC CS 0.8 0.9 0.9 HB 0.7 0.4 0.9 KT 0.9 0.9 TC 0.9 0.8 0.6 4.2 Xác định số khơng phù hợp Từ cơng thức tính số không phù hợp cặp phương án theo tiêu chí Xây dựng ma trận khơng phù hợpđược thể bảng mục 2.4 4.3 Ma trận tin cậy Áp dụng cơng thức tính số tin cậy tính số tin cậy cặp phương án tiến hành xây dựng ma trận tin cậy Nguyễn Văn Hiệu, Nguyễn Thị Thanh Huyền 148 Bảng Ma trận tin cậy Bảng Độ chênh lệch phương án theo T2 W(yếu) S(Mạnh) Chênh lệch CS 2 0.9 HB 1 0.9 KT 1 TC -2 CS HB KT TC CS 0 0.9 HB KT 0 TC 0.9 0.8 4.4 Xếp hạng Tiến hành xây dựng chuỗi Z1 chuỗi Z2 trình chưng cất giảm tăng Với =0.6 ta có ma trận T1: Bảng Ma trận T1 CS HB KT TC CS 0 HB 1 KT 0 1 TC 1 Để xếp hạng phương án, tính độ mạnh, yếu phương án để xác định độ chênh lệch nhằm xếp hạng phương án Từ độ chênh lệch bảng xếp chuỗi:HB, KT →CS →TC Tiếp đến, xây dựng chuỗi Z kết hợp hai chuổi Z1 Z2 Chúng ta thấy với hai giá trị =0.6 =0.8 phương ánKT có điểm số cao Trong chuỗi Z1, phương ánKTđược xếp hạng cao đến phương án CS, HB phương án TClà phương án xấu Trong chuỗi Z2, giá trị cắt giảm cao hơn, giúp loại bỏ số quan hệ cấp tính khơng chắn Kết hợp hai chuỗi Z1 Z2 ta có chuỗi Z xếp hạng: KT→HB→CS→TC Xây dựng hệ thống hỗ trợ định quản lý tài nguyên rừng Nhóm tác giả xây dựng thành cơng chương trình hỗ trợ định giải vấn đề đặt có giao diện thân thiện Bảng Độ chênh lệch phương án theo T1 W(yếu) S(Mạnh) Chênh lệch CS 2 HB 2 KT TC -1 Từ độ chênh lệch bảng xếp chuỗi Z1 : KT→ CS, HB →TC Với =0.8, xây dựng ma trận T2: Hình Giao diện trọng số tiêu chí Bảng Ma trận T2 CS HB KT TC CS 0 HB 1 KT 0 1 TC 0 Tương tự ta tính độ chênh lệch mạnh yếu phương án Hình Giao diện ma trận phân tích ma trận phù hợp phương án TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(78).2014 Hình Kết xếp hạng phương án Bàn luận Ưu điểm ELECTRE III việc so sánh phương án đạt khơng có ưu tiên rõ ràng phương án.Hơn nữa, phương pháp có khả xử lý đánh giá định lượng định tính ELECTRE IIIlà phương pháp cải tiếncủa phương pháp ELECTRE II[6] liệu đầu vào khơng chắn khơng xác.Trong ELECTRE III, mối quan hệ cấp hiểu mối quan hệ mờ chấp nhận rủi ro với ngưỡng định, phương pháp có yếu tố khách quan đánh giá tất tiêu chí.Bên cạnh đó, phương pháp ELECTRE III có số khuyết điểm như: số lượng lớn thông số, tính tốn tương đối phức tạp Kết luận Bài báo ứng dụngthành công phương pháp ELECTRE III vào toán quản lý tài nguyên rừng đáp ứng biến đổi khí hậu giai đoạn Bài báo đề xuất hệ tiêu chí hệ phương án quản lý tài 149 nguyên rừng Bài báo làm nỗi bật vấn đề định đa tiêu chí quản lý tài nguyên rừngđáp ứng biến đổi khí hậu, làm rõ kịch phương pháp ELECTRE III để lựa chọn, xếp phương án tối ưu Bài báo phát triển hệ hỗ trợ định giải vấn đề chọn phương án toán quản lý.Kết đánh giá chủ quan người định giảm đáng kể, khơng chắn khơng xác q trình đánh giá kiểm sốt đầy đủ, có tham gia yếu tố rủi ro mức độ tin cậy, phương pháp tiếp cận nhóm tác giả khơng giải vấn đề định phức tạp cách hiệu quả, mà cịn triển khai vào thực tế Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Ngọc Trân Báo cáo “Ứng phó với biến đổi khí hậu biển dâng”, Paris, 2009 [2] Angus McEwin , Livelihoods Analysis of Cu Lao Cham Quang Nam MPA Project, Year 2007 [3] Viện Tư vấn phát triển KT-XH Dự án xây dựng phương pháp lập kế hoạch quản lý rừng bền vững, , Hà Nội, 4/2009 [4] Nguyen Van Hieu, Lev V Utkin, Dang Duy Thang A pessimistic approach for solving a multi-criteria decision making Proceeding of the Fourth International Conference on Knowledge and Systems Engineering (KSE 2012) No: Pages: 121-127 Year 2012 [5] Nguyễn Văn Hiệu, Nguyễn Thanh Huyền, Ứng dụng phương pháp phân tích thứ bậc vào tốn quản lý tài nguyên rừng Tạp chí Khoa học & Công nghệ, Đại học Đà Nẵng Số: 1(62) Trang: 67-72 Năm 2013 [6] Tervonen T, Figueira J, Lahdelma R, Salminen P (2004a), An inverse approach for ELECTRE III Research Report 20/2004, The Institute of Systems Engineering and Computers (INESC-Coimbra), Coimbra, Portugal [7] Saaty,T.L.“The Analytic Hierarchy Process,” New York: McGrawHill (1980) (BBT nhận bài: 02/01/2014, phản biện xong: 27/01/2014) ... Bài báo ứng dụngthành công phương pháp ELECTRE III vào toán quản lý tài nguyên rừng đáp ứng biến đổi khí hậu giai đoạn Bài báo đề xuất hệ tiêu chí hệ phương án quản lý tài 149 nguyên rừng Bài... đề định đa tiêu chí quản lý tài nguyên rừng? ?áp ứng biến đổi khí hậu, làm rõ kịch phương pháp ELECTRE III để lựa chọn, xếp phương án tối ưu Bài báo phát triển hệ hỗ trợ định giải vấn đề chọn phương. .. KT→HB→CS→TC Xây dựng hệ thống hỗ trợ định quản lý tài ngun rừng Nhóm tác giả xây dựng thành cơng chương trình hỗ trợ định giải vấn đề đặt có giao diện thân thiện Bảng Độ chênh lệch phương án theo