復合準則策略在水運行調度綜合集成研討廳中的實現

梁慧穩，王慧敏

（1.河海大學水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室，南京210098；2.江蘇警官學院公安管理系，南京210012）

復合準則策略在水運行調度綜合集成研討廳中的實現

梁慧穩1，2，王慧敏1

（1.河海大學水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室，南京210098；2.江蘇警官學院公安管理系，南京210012）

水資源系統運行調度是一個多主體參與、多目標、多準則的復雜的群決策問題，單純的數學建模計算和單一的決策準則均不能很好地解決水運行調度分配問題。通過構建基于網絡的分布式綜合集成研討廳系統作為支持群體決策的平臺，將復合準則群決策策略嵌入綜合集成研討廳系統內。研討流程分三個階段進行：首先，不同決策主體研討制定出調度方案集合；其次，決策群體對方案進行排序，綜合集成研討廳系統調用復合準則策略對群體排序進行一致性處理，形成一致性排序結果；最后，排序結果經過再次研討，以獲得決策群體絕大多數人“同意”方案，作為最終調度方案。文章以南水北調東線水資源系統運行調度為例說明了復合準則策略在水運行調度綜合集成研討廳中的實現過程。

水運行調度；綜合集成群決策研討廳；復合準則策略；實現過程

0 引言

水資源系統運行調度的中心任務是通過合理利用現有水域和水資源工程，對天然徑流在時間和空間上進行經濟合理調配，為最大限度減免水害，增加水利，綜合利用水資源，充分發揮水資源系統的綜合效益，滿足國民經濟各部門和社會對治理和利用水資源的要求而提供各種有效服務[1]。天然徑流具有隨機性，水利目標具有多樣性，水害發生具有隨機性和風險性，水利服務對象廣泛、地域廣闊，這些復雜的因素決定水資源運行調度屬于多主體參與、多準則、多目標的復雜決策問題。

水資源運行調度涉及政府（又包括水管理部門、水環境部門、航運部門、水產部門、規劃部門、國土資源部門等）、企業（又包括供水公司、排水公司、污水處理回用公司、自來水公司等）、用戶（又分為生活用水戶、工業用水戶、農業用水戶、生態用水戶等）等主體，不同主體之間存在多種功能協同和利益協調關系。這些都使得水資源運行調度不能僅通過單一的模型建立與計算來實現水資源的時空調配，而要在建模時考慮某些利益在一定條件下得以兼顧和體現的可能性[2]，并注意數學定量技巧和專家定性與定量經驗的結合。而且，單一的決策準則不能很好地解決實際應用中存在不可分辨的方案子集問題，不能保證群體成員對方案集得出最終一致的研討結論[3]。因此，我們利用綜合集成研討廳平臺支持地理位置分散的不同主體實現異地異步或同步對某一時期水資源調度問題進行共商決策，形成調度方案集合，并用復合準則來解決不可分辨子集（平局）方案排序問題—即決策群體意見一致性問題。

1 水運行調度群決策研討流程

在綜合集成研討廳體系中，要充分發揮人的智能和海量網絡資源相結合的整體優勢和綜合優勢，需要通過交互導致群體智慧的涌現來體現[4]。這一交互過程主要體現在研討流程中。通常地，研討流程與所采用的研討方式密切相關。如果研討方式不同，研討流程可能差別較大[5]。水資源系統的運行調度決策綜合集成研討廳支持在線研討與離線研討。在線研討是指所有參加的研討人通過網絡進行研討，實時獲得研討數據與信息支持、在線建模計算、研討意見與結果等；離線研討是指所有參加的研討人利用網絡進行分散或集中研討，實時獲得研討數據與信息支持、在線建模計算，但研討意見與結果需要經過專門處理在研討之后與研討人見面。一般的研討流程主要包括：①研討參與者注冊（新用戶）或登錄（老用戶）研討廳，確定各位參與研討者的身份及其權限；②對研討狀態（等待研討狀態、研討狀態、退出研討狀態）進行統一管理；③選擇研討模板（意見模板、方案評價模板）與方式（在線研討或離線研討）；④主持人在流程控制中的參與調度作用；⑤發言權的獲取和釋放；⑥研討階段的控制與過渡；⑦研討意見的歸納與整理；⑧研討出的供決策的方案的形成；⑨專家對方案排序；⑩經過一個N輪的螺旋式上升的循環表決過程。

水運行調度研討廳流程結構分三列，其一為專家庫、會議狀態等信息列；其二為群決策研討主要流程；其三為研討工具。其中，研討主要流程是該結構的核心內容，充分體現“人在回路中”的思想。見圖1所示。

群決策主要研討流程包括研討管理及注冊、主持人發布研討主題及背景情況、生成研討流程、研討過程、意見歸納與綜合，形成決策方案幾個環節。

研討管理及注冊。該模塊主要完成研討人注冊及權限分配功能。一次決策研討活動由三類人員構成：一類是主持人；另一類是決策人員。這一類人員又分為水行政管理代表（政府）、水供應商代表（供水公司）、水用戶代表（企業及個體用水戶）、專家（經濟學、水資源學、水環境學等方面的專家或學者）；再一類研討管理人員。按主持人結點、研討結點、研討管理結點進行注冊，根據不同結點的注冊，可獲得不同的權限和相應的用戶界面，如管理結點能夠實現系統管理的功能，主持人結點發布信息的功能，研討結點利用各種模型、各種工具的功能，研討管理結點進行綜合歸納總結的功能等等。

研討主題。該模塊確定需要研討的主題、研討的目標、研討的背景情況、研討所要回答的問題，研討的結果表示等。研討主題通過主持人發布信息的形式給出。如“農業灌溉高峰期水資源調度分配”的研討、“干旱期水量調度”的研討、“由供水量變化確定供水價格”的研討等。

生成研討流程。針對各類研討問題，選取預先定制的某個研討模板，在研討模板的基礎上完成具體化的研討任務，為研討任務添加某些研究內容及研討的結果表示等。

研討過程。決策研討人員利用研討系統里的研討模型、研討白板、群件工具和研討模板。系統實現對有關文檔的管理，在對某些問題發表看法時，可能要利用模型庫、數據庫為分析解決問題提供支持，從中找出定性定量相結合的論據。

意見歸納與綜合，形成決策方案集合。研討專家對相關主題發表意見，主持人利用系統提供的智能化文字意見綜合處理模塊將各專家意見提煉匯總后產生綜合意見。研討管理結點可對研討人員發表的研討意見進行綜合歸納，提取相同的意見或傾向性的意見，視情況再進行下一輪研討，下一輪研討的議程由研討管理人員協同主持人提出初步的方案，再由研討人員研討確定。可能包括利用德爾菲模型、電子表決模型、層次分析模型，以及模型庫和數據庫等。不斷往復這個過程，最后得出某種分析結果。結果可以得出明確的結論，也可以得出某些結論，說明存在哪些尚未討論清楚的問題。當研討者對研討問題分歧較大時，各專家使用電子表決器表決，根據表決結果產生結論。再不斷重復這個過程或這個過程的某些環節，直到大家基本滿意為止；并最終形成決策的方案集合。

2 群體一致性排序及自動化專家意見綜合處理

基于上一階段集成研討形成的方案集合，下一階段即進行方案評估與排序。這一階段參與方案集選擇排序的決策主體包括三類。第一類是水資源用戶代表，第二類是水管理代理，第三類是領域專家。三類人員按照圖2所示從個人終端通過Internet/Intranet進入綜合集成研討廳人機交互界面，選擇方案集合頁面，對調度方案集合一一排序。這一過程又可分為三個階段進行：首先由三類決策人員提出各自的打分意向，在此基礎上專家進行交流，即群體交互過程，之后由各專家打出最終分數，即個體偏好集結過程，從而選擇最優調度方案。

群體一致性排序我們選擇復合準則策略來解決不可分辨了集（平局）問題。首先根據第一準則對方案集合X進行優劣排序，第一準則將X分成兩個子集X1和X1'。X1是第一準則可分辨的方案子集，X1'是第一準則不可分辨的方案子集，X=X1∪X1'。子集X1'再由第二準則進行分辨，第二準則將X1'分成兩個子集合X2和X2'。X2是第二準則可分辨方案子集，X2'是第二準則不可分辨方案子集，X1'=X2∪X2'。子集X2'再由第三準則進行分辨，得到第三準則的分辨子集X3。從3個分辨子集X1,X2,X3得出群體的一致排序G。其中X1,X2,X3是有序集，X=X1∪X2∪X3，且X1∩X2=Φ,X2∩X3=Φ，X1∩X3=Φ。

決策群體對方案集排序并經過復合準則策略得出群體一致完全排序G后，還要將這一結果向參與決策研討的人員顯示（水用戶代表、水管理代表、領域專家等），再一次征詢參與決策研討人的意見（這一階段的意見主要是“同意”和“不同意”兩種語言判斷及相應的論據），并對參與研討人的意見進行綜合處理。首先將按指標對文字型意見進行分類，按對應指標不同將文字型意見分別歸類，同時提供管理結點的編輯功能，充分利用管理結點的編撰能力將專家文字型意見綜合在一起。對文字型的群體意見綜合時采用機械文摘技術和基于判斷詞分類的單句綜合技術。由于還不能提供完備的知識庫的支持，因此對于比較長的文字意見，采用機械文摘技術獲取專家意見的中心內容，形成簡短的文字意見，再利用基于判斷詞分類的單句綜合技術，建立判斷詞詞庫，根據從意見中析取的判斷詞和系統設定的肯定比例、不可判斷比例以及摘要比例等參數，形成最終的綜合意見。

3 復合準則策略模型描述及求解步驟

設決策群體有m個成員E={e1,e2，…,em}對n個調度方案X={x1,x2,…,xn}按優劣排序。第l個決策者對n個方案的偏好序用Pl表示，Pl={p1l,p2l,…,pln}（l=1,2,…,m），其中pil（i=1,2,…, n）是決策者認為第個方案應排的序位。設λ=(λ1,λ2,…,λm)表示專家的權重向量根據群體決策復合準則的思想，選擇三個準則進行排序：群體效用極大化作為第一準則，群體一致性極大化作為第二準則，權重專家意見極大化作為第三準則。

其中PG表示群體強偏好。當ρi=ρj，xi和xj是第一準則不可分辨的方案子集X1'，轉向第二準則。

則

xi和xj是第二準則不可分辨方案子集X2'，轉向第三準則。

第三準則按領域專家權重大小進行方案排序。群體排序G=P'，當：

對m=2的情況，可以利用圖形直觀地表示群體決策的復合決策準則策略。設兩個領域專家的方案排序為：

4 南水北調東線水資源系統調度決策實例

南水北調東線水資源系統調度是一個多水源、多目標、多準則、多人參與的復雜決策問題。根據參與決策人員的分散性、決策問題的復雜性、決策信息的海量性等特點，利用計算機技術、網絡通訊技術、人工智能技術等，構建南水北調水資源運行調度綜合集成研討廳系統。整個調度決策過程分為以下三個階段進行：

第一階段：形成調度方案集合。

在綜合集成研討廳平臺的支持下，南水北調東線主要水管理代表、東線供水區主要用水戶代表、水資源方面的專家代表分別通過遠程終端登錄進入研討廳，對某月水量調度進行商討，制定如下6個調度方案（見表1）。

表1 南水北調東線某月實時調度方案集合單位:億m3

第二階段：群決策專家排序。

在研討形成方案集合基礎上，為簡單起見，我們選擇兩名專家登錄研討廳對這6個方案進行評估。第一階段，2名專家選擇異步研討，分別給出6個方案的排序意向；第二階段，2名專家進行同步研討，分別交換意見；第三階段，2位專家各自給出6個方案的最終排序，其結果如表2所示。

表2 兩個專家對6個方案的評估排序

根據P1，P2繪制坐標圖，軸表示專家1的方案排序P1，y軸表示專家2的方案排序P2，每個方案對應圖中一個坐標點。如圖3所示。

決策專家的復合準則為：

第三準則離準線距離相同，以權重λ較大的一方為先。

按照群體符合準則得到群體排序，x2>x1>x3>x4>x6>x5（“>”表示“優于”）。其中{x1,x4,x5}是第一準則不可分辯方案子集。整體排序結果見表3所示。

表3 6個調水方案排序

在抽水量相等的情況下，方案2的蓄水量比方案1大，為系統供水保證率留有余地。方案3到方案6雖然蓄水量都比方案1和方案2大，但抽水量也比方案1和方案2大，因此，相比較而言，方案1和方案2表現出節能的優點。故方案2更具有優勢。

第三階段：對最終排序進行廣泛研討，擴大民主決策范圍。

這一階段參與研討人員權限被放寬，只要是與東線水資源管理、供應、利用有關的人員或部門都可登錄研討廳首頁，對表3排序情況進行投票表決（“同意”或“不同意”），還可提出相應的支持論據。研討廳系統對群體意見進行綜合處理，并形成最終綜合意見。如果投“同意”票人數占所有投票人數50%以上，視該排序結果通過，按方案1進行調水。如果投“同意”票人數占所有投票人數不足50%，則需重新回到第一階段。

5 結語

基于網絡的綜合集成研討廳群決策支持系統能夠將專家體系、機器體系、知識體系有效地集成起來，支持地理位置分散的多主體進行同步或異步研討活動，決策群體能夠共享專家知識與經驗、共享各類決策數據與信息。復合準則策略是解決群體決策一致性方案排序時平局問題的一種有效方法，是傳統群決策意見共識形成的一種方法。文章將復合準則策略嵌入到綜合集成研討廳群決策支持系統中，從擬定方案，到方案排序，以及對方案排序結果的再次研討尋得一致綜合意見，整個過程既充分體現水資源系統運行調度決策的民主性，又能實現快速集結群體意見。

[1]李鈺心.水資源系統運行調度[M].北京:中國水利水電出版社,1996.

[2]劉函.水庫優化調度新方法研究[D].西安理工大學博士學位論文, 2006.

[3]李向軍.群體決策中一致性若干問題研究[D].西安電子科技大學碩士學位論文,2004.

[4]崔霞,戴汝為,李耀東.群體智慧在綜合集成研討廳體系中的涌現[J].系統仿真學報,2003,15(1).

[5]魏學成，秦基勝.綜合集成研討廳的理論框架與關鍵問題研究[J].科技咨詢導報，2007，（25）.

（責任編輯/亦民）

F224

A

1002－6487（2011）06－0077-04

國家社會科學基金資助項目（06BJY026)；“十一五”國家科技支撐計劃重點項目（2006BAB04A13）；教育部新世紀優秀人才計劃項目（NCET-0600481）

梁慧穩（1974-），女，云南曲靖人，博士研究生，研究方向：水資源系統工程、信息管理與信息系統。