تجزیه و تحلیل تصمیم گیری و مدل سازی

این فصل مفاهیم، اصول و تکنیک‌های تحلیل تصمیم چند معیاره را مورد بحث قرار می‌دهد و چندین ابزار مدل‌سازی مکانی را که در محیط GIS برای مدل‌سازی محیطی پیاده‌سازی شده‌اند، از جمله اتوماتای سلولی، مدل‌سازی مبتنی بر عامل، مدل‌سازی وزن‌ها و شبکه‌های عصبی مصنوعی معرفی می‌کند.

اهداف یادگیری

پس از مطالعه این فصل شما باید بتوانید :

• اجزای اصلی تجزیه و تحلیل تصمیم گیری چند معیاره را شرح دهید.
• با تکنیک های رایج تجزیه و تحلیل تصمیم گیری چند معیاره آشنا باشید.
• درک کنید که چگونه می توان از تجزیه و تحلیل چند معیاره برای ادغام اطلاعات فنی ، دانش علمی و قضاوت های ارزشمند برای حمایت از تصمیم گیری استفاده کرد.
• درک مفاهیم اساسی اتوماتای ​​سلولی و مدل سازی مبتنی بر عامل و شناسایی کاربردهای بالقوه زیست محیطی.
• توصیف اصل مدل سازی وزن شواهد و کاربردهای بالقوه زیست محیطی
• توضیح اصل شبکه عصبی، قدرت و ضعف آن و کاربردهای بالقوه زیست محیطی
• می دانید که چگونه مدل ها و تکنیک های تجزیه و تحلیل تصمیم گیری در GIS پیاده سازی می شوند.

تجزیه و تحلیل تصمیم چند معیار

مدیریت محیط زیست یک فرایند پیچیده اجتماعی و فنی است. فرآیند تصمیم گیری ممکن است شامل شفاف سازی، اصلاح و حل یک مشکل از طریق تبادل اطلاعات، بحث و مذاکره بین ذینفعان باشد. بنابراین تصمیمات در مدیریت زیست محیطی تنها بر اطلاعات فنی حاصل از تحلیل و مدلسازی مکانی GIS متکی نیست. در حالی که تکنیک ممکن است بینش هایی در مورد اطلاعات ارائه دهد، تفسیر نتایج بستگی به ارزشها و نگرش کسانی دارد که اطلاعات فنی را بررسی می کنند. تصمیمات ممکن است تحت تأثیر حقایق سخت، با شواهد علمی و همچنین ملاحظات ذهنی باشد. نیاز به رویکرد سیستماتیک برای تجزیه و تحلیل تصمیم وجود دارد که بتواند قضاوت های ارزشی لازم را به وضوح بیان کند و ارزش های تصمیم گیرندگان، افکار عمومی و اهداف خط مشی و مدیریت را با اطلاعات فنی برای بررسی پیامدهای کلی هر مدیریت جایگزین یکپارچه و ترکیب کند. طرح تکنیک های تحلیل تصمیم چند معیاره (MCDA) چارچوبی را برای تسهیل چنین رویکردی فراهم می کند.

اصل کلی MCDA

MCDA به مجموعه روش هایی گفته می شود که به تصمیم گیرندگان کمک می کند تعدادی از گزینه های ممکن را با توجه به معیارهای متعدد بررسی کرده و رتبه بندی گزینه های جایگزین را بدست آورند. این شامل استفاده از داده ها و ترجیحات تصمیم گیرندگان و دستکاری آن داده ها و ترجیحات بر اساس قوانین تصمیم گیری خاص است. MCDA دارای سه جزء اصلی است :

• تعدادی از گزینه ها یا گزینه های تصمیم گیری
• مجموعه ای از معیارها که براساس آنها جایگزین ها باید ارزیابی شوند.
• یک روش عددی برای اولویت بندی گزینه ها با توجه به اینکه آنها چگونه معیارها را برآورده می کنند.

شکل ۹-۱ سلسله مراتب تصمیم گیری برای مدیریت پوشش گیاهی ساحلی

اجازه دهید نمونه ای از مدیریت پوشش گیاهی ساحلی را در نظر بگیریم. هدف شناسایی گزینه های مدیریتی مناسب برای پوشش گیاهی ساحلی است. ممکن است سه گزینه مدیریتی وجود داشته باشد : عدم تسویه، تسویه انتخابی و تسویه کامل. معیارهای مورد استفاده برای قضاوت در مورد گزینه های مدیریت شامل حفظ ارزش حفاظت از طبیعت، افزایش سود ناشی از تغییر کاربری زمین، کاهش خسارات احتمالی سیل، کاهش فرسایش خاک و به حداقل رساندن اثرات روی منظره است. هدف، معیارها و گزینه های جایگزین را می توان در سلسله مراتب قرار داد، همانطور که در تصویر شکل ۹-۱ نشان داده شده است. بهترین جایگزین مشخص نیست. جایگزین ۱ (بدون پاکسازی) ممکن است بهترین سطح حفاظت و تفریح را فراهم کند، اما پیامدهای اجتماعی و اقتصادی نامطلوبی را به همراه داشته باشد. در حالی که جایگزین ۳ (پاکسازی کامل) ممکن است بیشترین درآمد را از تغییر کاربری زمین داشته باشد، ممکن است نیازهای حفاظتی و تفریحی را برآورده نکند. جایگزین ۲ (پاکسازی انتخابی)، ممکن است مصالحه ای بین گزینه های ۱ و ۳ باشد، اما ممکن است بالاترین سطح آسیب زیست محیطی را از نظر فرسایش خاک داشته باشد.

برای منطقه ساحلی خاص می توانیم ماتریس عملکرد یا جدول پیامد ایجاد کنیم که در آن هر سطر جایگزین و هر ستون عملکرد یا ترجیح گزینه های جایگزین را در برابر هر معیار توصیف می کند. جدول ۹-۱ ماتریس عملکرد را برای مثال مدیریت پوشش گیاهی ساحلی نشان می دهد. هر مقدار عملکرد در ماتریس امتیاز یا رتبه بندی است که بر اساس مقیاس اولویت اندازه گیری می شود. گزینه های ترجیح داده شده بیشتر در مقیاس امتیاز بیشتری می گیرند و گزینه های کمتر ترجیح داده شده نمره پایین تری می گیرند. مقیاس ممکن است از ۰ تا ۱ گسترش یابد، جایی که صفر نشان دهنده کمترین گزینه جایگزین و ۱ با ترجیح ترین جایگزین است. همه گزینه های جایگزین در MCDA بین ۰ تا ۱ قرار می گیرند. مقیاس های دیگر ممکن است از ۰ تا ۱۰ یا از ۰ تا ۱۰۰ و غیره گسترش یابد. ارزش های عملکرد بر اساس حقایق و شواهد علمی (از جمله نتایج مدل سازی) تعیین می شود که درجدول ۹-۱، مقیاس صفر الی یک استفاده می شود. طبق ماتریس عملکرد «عدم پاکسازی» با توجه به معیار «حفظ ارزش حفاظت از طبیعت» بهترین است و بدترین آن با توجه به معیار «افزایش سود ناشی از تغییر کاربری زمین» است، در حالی که «پاکسازی کامل» اینگونه نیست. گزینه ارجح برای “حفظ ارزش حفاظت از طبیعت” است، اما نتیجه بسیار خوبی در “افزایش سود حاصل از تغییر کاربری زمین” دارد.

جدول ۹-۱ ماتریس عملکرد

در ماتریس عملکرد، رتبه ها یا وزن های عددی نیز به هر معیار اختصاص داده می شود تا اهمیت نسبی آنها را اندازه گیری کند. در مثال نشان داده شده درجدول ۹-۱ معیار ” اثرات بر منظر ”  دارای بیشترین وزن ۳۹/۰ است، به این معنی که مهمترین معیار در بین پنج معیار است. وزن ها معمولاً در مقیاس ۱-۰ اندازه گیری می شوند. مجموع وزنها برای همه معیارها باید برابر ۱ باشد. تعیین رتبه ها یا مجموعه های مختلف وزنها اجازه می دهد تا آثار دیدگاه های مختلف مورد بررسی قرار گیرد. به عبارت دیگر وزن ها قضاوت ارزشی سهامداران یا تصمیم گیرندگان را منعکس می کند. هرچه اهمیت بیشتر باشد، وزن بیشتری اعمال می شود. وزن ها نشان دهنده ترجیحات اجتماعی است.

سپس وزن ها و نمرات با مدل افزودنی خطی ترکیب می شوند : که در آن Sj نمره کلی گزینه j، Wi وزن معیار ith، Xij امتیاز j امین گزینه در معیار ith، n تعداد معیارها و ΣWi = 1  است. به عنوان مثال نمره کلی است. “بدون پاکسازی” در مثال بالا عبارت است از :

۰٫۲۱ × ۱ + ۰٫۱۰ × ۰ + ۰٫۱۲ × ۰٫۸ + ۰٫۱۸ × ۰٫۹ + ۰٫۳۹ × ۰٫۳ = ۰٫۵۸

با استفاده از همین معادله می‌توان نمرات کلی «تصفیه انتخابی» و «تسویه کل» را محاسبه کرد که به ترتیب ۶۹/۰ و ۲۳/۰ است. نمرات کلی برای رتبه بندی یا اولویت بندی جایگزین ها استفاده می شود. در این مثال، «تسویه انتخابی» بالاترین امتیاز، ۶۹/۰ را دریافت می کند. بنابراین، ترجیح داده شده ترین گزینه است.

به طور کلی  MCDA شامل شش مرحله است :

• ایجاد زمینه تصمیم گیری – این شامل شناسایی اهداف MCDA ، تصمیم گیرندگان و سایر ذینفعان و ایجاد درک مشترک از وضعیت مشکل است.
• ساختار مسئله تصمیم گیری – این اهداف، گزینه ها و معیارها را مشخص می کند. در اینجا اهداف، نتایج مطلوب، مانند سطح رشد اقتصادی و توسعه پایدار هستند. آنها باید خاص، قابل اندازه گیری، مورد توافق، واقع بینانه و وابسته به زمان باشند. جایگزین ها گزینه هایی هستند که ممکن است در دستیابی به این اهداف سهیم باشند. معیارها متغیرهای کنترل نشده ای هستند که عملکرد را در تحقق اهداف منعکس می کنند. هر معیار باید قابل اندازه گیری باشد ، به این معنا که باید بتوان حداقل از نظر کیفی ارزیابی کرد که انتظار می رود یک جایگزین خاص در رابطه با معیار چقدر خوب عمل کند. اهداف ، معیارها و جایگزین ها اغلب به صورت سلسله مراتبی مرتب شده اند. یک شکل اساسی از یک مدل سلسله مراتبی یک مسئله تصمیم گیری، یک هرم با هدف (یا هدف) کلی در بالاترین سطح است. سطوح پایین تر، معیارها و زیرمعیارهای مربوطه را که برای انتخاب از بین گزینه ها استفاده می شوند، فهرست می کنند. در پایین ترین سطح گزینه های جایگزین برای ارزیابی وجود دارد. شکل ۹٫۱ چنین سلسله مراتبی را نشان می دهد.
• امتیازدهی به گزینه‌ها در رابطه با هر معیار – این شامل ساخت مقیاس‌هایی است که عملکرد یا ترجیح گزینه‌ها را در برابر هر معیار اندازه‌گیری می‌کند. مقیاس‌ها می‌توانند ترتیبی، فاصله‌ای یا نسبتی باشند. مقیاس ترتیبی فقط یک مرتبه را نشان می‌دهد و نشان می‌دهد که یک گزینه بالاتر از گزینه دیگر امتیاز می‌گیرد، اما نه به هر میزان. مقیاس فاصله ای تفاوت بین دو گزینه را اندازه گیری می کند، اما بزرگی واقعی را نشان نمی دهد. به عنوان مثال در مقیاس فاصله ای، نمرات ۵ و ۱۰ معادل نمرات ۱۵ و ۲۰ است. آنها نشان می دهند که گزینه ۵ واحد بیشتر از دیگری نمره می گیرد، اما نشان نمی دهد که جایگزین دارای امتیاز دوگانه در مقایسه با دیگری است. تفاوت عملکرد دو گزینه متوسط ​​است. مقیاس نسبت اندازه گیری تفاوت و اندازه را ارائه می دهد. به عنوان مثال ، در مقیاس نسبت نمرات ۵ و ۱۰ نشان دهنده دو برابر شدن نمرات است ، در حالی که نمرات ۱۵ و ۲۰ نشان دهنده افزایش ۳۳ درصدی عملکرد است. نوع مقیاس اندازه گیری مورد استفاده به اهداف، اطلاعات موجود و روش ارزیابی برای ترکیب امتیازها و وزن ها بستگی دارد. نمرات را می توان از طریق قضاوت ذهنی یا از طریق اندازه گیری مستقیم ویژگی های واقعی به دست آورد.
• تعیین وزن به معیارها برای نشان دادن اهمیت نسبی آنها در تصمیم گیری – وزنه ها را می توان مستقیماً توسط افرادی که تجزیه و تحلیل انجام می دهند، از دیدگاه ها یا نظرات گروهی از افراد، یا از اطلاعات محدود در مورد رتبه بندی یا قضاوت های مقایسه ای به دست آورد. (به روشهای SMARTER و AHP که در زیر مورد بحث قرار گرفته اند مراجعه کنید). وزن معیار نشان دهنده دامنه تفاوت گزینه ها و میزان اهمیت آن تفاوت است. هر عددی در مقیاس نسبت می تواند برای وزن ها استفاده شود، اما بیشتر آنها از صفر تا ۱ متغیر هستند.
• ارزیابی جایگزین ها – شامل اعمال روش ریاضی برای ترکیب وزن ها و نمرات هر گزینه برای ایجاد رتبه بندی جایگزین ها می شود. بسیاری از روشهای مختلف ارزیابی وجود دارد. معادله ۹-۱ ساده ترین و پرکاربردترین روش است که به آن جمع بندی وزنی نیز می گویند. با این روش هم وزن ها و هم نمرات باید کمی باشند. برخی از روشها برای داده های کیفی طراحی شده اند در حالی که برخی دیگر می توانند با داده های کمی و کیفی سروکار داشته باشند. برخی از روش‌ها جایگزین‌ها را رتبه‌بندی می‌کنند، برخی جایگزین بهینه واحد را شناسایی می‌کنند، برخی رتبه‌بندی ناقص ارائه می‌دهند و برخی دیگر بین گزینه‌های قابل قبول و غیرقابل قبول تفاوت قائل می‌شوند. دو روش SMARTER و AHP در زیر معرفی خواهند شد و توضیحات مفصلی از سایر روش های رایج مورد استفاده در کاربردهای زیست محیطی را می توان در لینکوف و موبرگ (۲۰۱۲) یافت.
• انجام تجزیه و تحلیل حساسیت – تجزیه و تحلیل حساسیت در MCDA برای ارزیابی اینکه چگونه سیستم های امتیازدهی و وزن دهی مختلف بر رتبه بندی کلی گزینه ها تأثیر می گذارد استفاده می شود. به طور بالقوه، می تواند به حل اختلافات بین گروه های ذینفع کمک کند. به عنوان مثال، یک تحلیل حساسیت ممکن است نشان دهد که دو یا سه گزینه همیشه در سیستم‌های وزن‌دهی مختلف بهترین ظاهر می‌شوند، هرچند ممکن است ترتیب آنها تغییر کند. اگر تفاوت بین این بهترین گزینه ها اندک باشد ، پذیرفتن دومین گزینه جایگزین می تواند با کاهش اندک سود کلی همراه باشد. مهم‌تر از آن، بینش‌های به‌دست‌آمده از تجزیه و تحلیل حساسیت ممکن است نشان دهد که بخشی از تجزیه و تحلیل تصمیم باید بازبینی شود، اطلاعات بیشتری جمع‌آوری شود یا معیارهای اضافی معرفی شوند. مراحل بالا را می توان تکرار کرد تا زمانی که یک مدل MCDA به اندازه کافی خوب برای حل مشکلات موجود باشد.
  

  برگرفته از کتاب کاربرد GISدر محیط زیست

  ترجمه:سعید جوی زاده،شهناز تیموری،فاطمه حسین پور فرزانه